TWI692019B - 多晶ＳｉＣ晶圓的生成方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題是提供一種多晶SiC晶圓的生成方法，其是從多晶SiC晶錠中有效率地生成多晶SiC晶圓，並減少被捨棄的比例。解決手段為多晶SiC晶圓的生成方法，該多晶SiC晶圓的生成方法是在形成用於從多晶SiC晶錠生成多晶SiC晶圓之界面的改質層形成步驟中，使所形成之該界面為下列之面：以脈衝雷射光線之聚光點使多晶SiC分離成非晶矽與非晶碳來形成初期之改質層，之後，一邊以已先形成之非晶碳吸收連續被照射之脈衝雷射光線一邊在功率密度成為一定之位置上分離成非晶矽與非晶碳而形成的改質層連鎖而形成之面。

Description

多晶SiC晶圓的生成方法 發明領域
本發明是有關於一種對多晶SiC晶錠照射雷射光線來生成多晶SiC晶圓的方法。
發明背景
功率器件、LED等是在將六方晶體單晶SiC作為素材之晶圓的表面上藉由分割預定線劃分而形成，且是藉由切削裝置、雷射加工裝置而分割為一個個的器件晶片以利用於電腦等各種電氣、電子機器上。
形成有器件之六方晶體單晶SiC晶圓，一般而言是將單晶SiC晶錠以線鋸切片而生成，並可研磨被切片之晶圓的表面、背面而加工成鏡面(例如，參照專利文獻1)。
另一方面，於製造高價的六方晶體單晶SiC晶圓時，作為減少製造成本之方法而有以下的方法被提出。首先，形成價格較六方晶體單晶SiC便宜的多晶SiC晶錠，從該多晶SiC晶錠以例如300μm左右之厚度切出平坦的多晶SiC晶圓，接著進行對該切出的多晶SiC晶圓的上表面注入預定厚度(例如1μm厚)之氫離子等來接合已形成剝離層之六方晶體單晶SiC晶圓。接著，藉由將1μm厚度的六方晶體 單晶SiC層保留於該多晶SiC晶圓的上表面來剝離六方晶體單晶SiC晶圓以將多晶SiC晶圓作為基材，而形成由六方晶體單晶SiC晶圓構成表面之晶圓的技術已被提出(例如，參照專利文獻2)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2000-094221號公報
專利文獻2：日本專利特開2014-216555號公報
發明概要
然而，即使多晶SiC的價格較單晶SiC便宜，於以往已知之使多晶SiC之晶錠於碳基板中成長後將碳基板去除而生成成為所期望之厚度的多晶SiC晶圓之方法中，於從多晶SiC晶錠去除碳基板時，會形成該多晶SiC晶錠大幅變形，而於切出多晶SiC晶圓時要將該變形部分以較大的比例捨棄之情形，儘管使用低價之多晶SiC，仍然存有不符經濟效益的問題。
有鑑於上述事情，本發明提供一種多晶SiC晶圓的生成方法，其可從多晶SiC晶錠中有效率地生成多晶SiC晶圓，並減少捨棄掉的比例。
為解決上述課題，根據本發明所提供的多晶SiC晶圓的生成方法，是從多晶SiC晶錠中生成多晶SiC晶圓， 該多晶SiC晶圓的生成方法具備：改質層形成步驟，將對多晶SiC晶錠具有穿透性之波長的脈衝雷射光線的聚光點從多晶SiC晶錠的照射面定位到預定的位置來照射脈衝雷射光線，以於作為多晶SiC晶圓與多晶SiC晶錠之界面的位置上形成改質層；以及多晶SiC晶圓剝離步驟，對比藉由該改質層形成步驟所形成之該界面更上方側賦與外力，以從該界面將多晶SiC晶圓剝離，在該改質層形成步驟中形成之該界面是下列之面：以脈衝雷射光線之聚光點使多晶SiC分離成非晶矽與非晶碳來形成初期之改質層，使接著照射的脈衝雷射光線被藉由先前照射之脈衝雷射光線所形成之非晶碳所吸收，並於比該聚光點更靠照射面側之處使多晶SiC分離成非晶矽與非晶碳，而一邊以已先連續形成之非晶碳吸收連續被照射之脈衝雷射光線一邊在功率(power)密度成為一定的位置上分離成非晶矽與非晶碳而形成之改質層連鎖而形成之面。
較佳的是，當將成為該界面之位置的雷射光線之光點之點徑設為D，並將相鄰之光點之距離設為x時，是將以(D-x)/D求得的重疊率設定為0.6至0.8。
又，該界面中的每1脈衝的功率密度宜為70至100J/cm2，且較理想是該多晶SiC晶錠具備有碳基板。
根據本發明之多晶SiC晶圓的生成方法，在改質層形成步驟中形成之界面為下列之面：以脈衝雷射光線之 聚光點，使多晶SiC分離成非晶矽與非晶碳來形成初期之改質層，使接著照射的脈衝雷射光線被藉由先前照射之脈衝雷射光線所形成之非晶碳所吸收，並在比該聚光點更靠照射面側之處使多晶SiC分離成非晶矽與非晶碳，而一邊以已先連續形成之非晶碳吸收連續被照射之脈衝雷射光線一邊在功率密度成為一定的位置上分離成非晶矽與非晶碳而形成之改質層連鎖而形成之面，藉此就不會有在從多晶SiC晶錠中切割出多晶SiC晶圓時出現變形之情形。又，因為沒有像將單晶SiC晶圓從晶錠取出時一般要依靠作為界面之c面的情形，因而可以有效率地從多晶SiC晶錠中生成多晶SiC晶圓。
1‧‧‧雷射加工裝置
2‧‧‧靜止基台
3‧‧‧保持台機構
31、322‧‧‧導軌
32‧‧‧第1滑塊
321、331‧‧‧被導引溝
322‧‧‧導軌
33‧‧‧第2滑塊
34‧‧‧保持台
35‧‧‧X軸方向移動設備
351、361‧‧‧公螺桿
352、362‧‧‧脈衝馬達
353、363‧‧‧軸承塊
36‧‧‧Y軸方向移動設備
4‧‧‧雷射光線照射單元
41‧‧‧支撐構件
42‧‧‧套殼
5‧‧‧雷射光線照射設備
51‧‧‧聚光器
6‧‧‧攝像設備
7‧‧‧多晶SiC晶錠
7’‧‧‧多晶SiC晶圓
8‧‧‧多晶SiC晶圓剝離設備
81‧‧‧剝離單元外殼
82‧‧‧剝離單元支臂
83‧‧‧剝離用脈衝馬達
84‧‧‧晶圓吸附設備
9‧‧‧碳基板
D‧‧‧光點之點徑
H‧‧‧高度
P‧‧‧聚光點
Q1~Q7‧‧‧光點
x‧‧‧光點之距離
X、Y、Z‧‧‧箭頭(方向)
圖1是用於實施本發明之多晶SiC晶圓的生成方法之雷射加工裝置之立體圖。
圖2是顯示將多晶SiC晶錠裝設在圖1所示之保持台上之狀態的圖。
圖3(a)~(c)是顯示對多晶SiC晶錠照射脈衝雷射光線之狀態的圖。
圖4(a)~(d)是說明在對多晶SiC晶錠照射脈衝雷射光線之狀態下，在成為界面之高度H使光點重疊之狀態的圖。
圖5是顯示藉由多晶SiC晶圓剝離步驟，從多晶SiC晶錠剝離多晶SiC晶圓之狀態的立體圖。
用以實施發明之形態
以下針對本發明之多晶SiC晶圓之生成方法之較佳實施形態，參考附圖來進一步說明。
圖1中所示為用於實施本發明之多晶SiC晶圓的生成方法之雷射加工裝置之立體圖。圖1所示之雷射加工裝置1具備有：靜止基台2、可於該靜止基台2上在箭頭X所示之X軸方向上移動地配置之用於保持被加工物之保持台機構3、以及配置於靜止基台2上之作為雷射光線照射設備之雷射光線照射單元4。
上述保持台機構3具備有：在靜止基台2上沿X軸方向平行地配置之一對導軌31、31、可在該導軌31、31上於X軸方向上移動地配置的第1滑塊32、可在該第1滑塊32上於與X軸方向垂直之箭頭Y所示之Y軸方向上移動地配置的第2滑塊33、及在該第2滑塊33上由圓筒形狀構成且藉由於內部具備脈衝馬達而可旋轉地被構成的保持台34。在圖1所示之雷射加工裝置中，雖然將作為被加工物之多晶SiC晶錠7載置於該保持台34上，但該多晶SiC晶錠7是在碳基板9上成長之晶錠，並透過塗佈於該保持台34之上表面的黏結劑將該碳基板9強固地結合。
上述第1滑塊32，於下表面設有與上述一對導軌31、31嵌合的一對被導引溝321、321，並且於上表面沿Y軸方向平行地形成的一對導軌322、322。如此所構成的第1滑塊32是藉由將被導引溝321、321嵌合在一對導軌31、31上，而構成為可沿一對導軌31、31在X軸方向上移動。保持台機構3具備有用於使第1滑塊32沿一對導軌31、31在X軸方 向上移動之X軸方向移動設備35。X軸方向移動設備35包含有在上述一對導軌31和31之間平行地配置的公螺桿351、和用於旋轉驅動該公螺桿351之脈衝馬達352等驅動源。公螺桿351為一端受到固定於上述靜止基台2之軸承塊353支撐成旋轉自如，另一端則被上述脈衝馬達352的輸出軸傳動連結。再者，是將公螺桿351螺合於突出於第1滑塊32之中央部下表面而設置之圖未示的母螺塊上所形成之貫通螺孔中。因此，藉由以脈衝馬達352將公螺桿351正轉及逆轉驅動，可使第1滑塊32沿導軌31、31在X軸方向上移動。
上述第2滑塊33，於下表面設置有可與設置於上述第1滑塊32之上表面的一對導軌322、322嵌合的一對被導引溝331、331，並藉由將此被引導溝331、331嵌合於一對導軌322、322，而構成為可在Y軸方向上移動。圖示之保持台機構3，具備有用於使第2滑塊33沿設置於第1滑塊32之一對導軌322、322移動之Y軸方向移動設備36。Y軸方向移動設備36包含有在上述一對導軌322、322之間平行地配置的公螺桿361、和用於旋轉驅動該公螺桿361之脈衝馬達362等驅動源。公螺桿361為一端受到固定於上述第1滑塊32的上表面之軸承塊363支撐成旋轉自如，另一端則被上述脈衝馬達362的輸出軸傳動連結。再者，公螺桿361是藉由使其於突出於第2滑塊33之中央部下表面而設置之圖未示的母螺塊上所形成之貫通螺桿361中正轉及逆轉，以使第2滑塊33可沿導軌322、322在Y軸方向上移動。
上述第1滑塊、上述第2滑塊分別具備有圖未示之 檢測X軸方向位置之X軸方向位置檢測設備、檢測Y軸方向位置之Y軸方向位置檢測設備，並藉由後述之控制設備，根據所檢測出之各第1、第2滑塊之位置，對上述各驅動源發送驅動訊號，而變得可將保持台34控制到所期望之位置。
上述雷射光線照射單元4具備有配置於上述靜止基台2上之支撐構件41、被該支撐構件41所支撐且實質上水平延伸之套殼42、配置於該套殼42上之雷射光線照射設備5，以及配置於套殼42之前端部且可檢測應雷射加工之加工區域的攝像設備6。再者，攝像設備6具備照明被加工物的照明設備、捕捉以該照明設備所照明之區域的光學系統、以及拍攝以該光學系統所捕捉到之像的攝像元件(CCD)等，並可將所拍攝到的圖像訊號傳送至後述之控制設備。
上述雷射光線照射設備5具備有聚光器51，該聚光器51將由收納於套殼42之內部之脈衝雷射光線振盪設備所振盪產生之雷射光線聚光，而對保持於保持台34之被加工物照射。圖示雖然省略，但套殼42內之脈衝雷射光線振盪設備是由脈衝雷射光線的輸出調整設備、脈衝雷射光線振盪器、附設於其上之重複頻率設定設備等所構成，並將該脈衝雷射光線之聚光點位置控制成可在相對於保持台的上表面之保持面垂直之方向(Z軸方向)上調整。
此外，雷射加工裝置1具備有配置於靜止基台2上，且設置於上述導軌31、31之終端部(支撐公螺桿351的軸承塊353側)附近的多晶SiC晶圓剝離設備8。該多晶SiC晶 圓剝離設備8具備有：剝離單元外殼81、將其一部分收納於該剝離單元外殼81之內部，可於箭頭Z所示之Z軸方向(上下方向)上移動地被支撐的剝離單元支臂82、配置於該剝離支臂82之前端部之剝離用脈衝馬達83、及在該剝離用脈衝馬達83之下部藉由該剝離用脈衝馬達83而可旋轉地被支撐的晶圓吸附設備84，該晶圓吸附設備84於其下表面包括有可藉由圖未示之吸引設備以設成可進行吸引之複數個吸引孔。於該剝離單元外殼81內，具備有將剝離單元支臂82於Z軸方向上移動控制之Z軸方向移動設備，Z軸方向移動設備收納有支撐該剝離單元支臂82之圖未示的公螺桿、支撐該公螺桿之軸承塊、用於正轉、逆轉驅動該公螺桿之脈衝馬達。該剝離單元外殼81中，具備有檢測剝離單元支臂82之Z軸方向的位置之圖未示之Z軸方向位置檢測設備，並可將該位置訊號傳送至後述之控制設備。
雷射加工裝置1具備有圖未示之控制設備。該控制設備是藉由電腦所構成，其具備有按照控制程式進行演算處理之中央處理裝置、儲存控制程式之唯讀記憶體(ROM)、儲存演算結果等之可讀寫的隨機存取記憶體(RAM)、及輸入、輸出介面。在該控制設備之輸入介面中，可輸入來自上述X軸方向位置檢測設備、Y軸方向位置檢測設備、Z軸方向位置檢測設備、攝像設備6等之檢測訊號，並從輸出介面對上述X軸方向移動設備35、Y軸方向移動設備36、剝離單元外殼81內之Z軸方向移動設備、脈衝雷射光線之聚光點位置控制設備、脈衝雷射光線之輸出控制設備、 剝離用脈衝馬達83等輸出控制訊號。
針對使用如以上所述地被構成之雷射加工裝置1來實施之本發明之多晶SiC晶圓的生成方法進行說明。
圖2中所示為，藉由本發明的第1實施形態中的多晶SiC晶圓的生成方法所加工之作為被加工物之多晶SiC晶錠7、及保持該多晶SiC晶錠7之保持台34。該多晶SiC晶錠7是於碳基板9上使多晶SiC成長而被生成之晶錠，且是使用以例如10mm的厚度所生成之晶錠。
如圖2所示，在保持台34上是將多晶SiC晶錠7以碳基板9設於下側來固定。該固定是藉由介在保持台34與碳基板9之間的接著劑(例如，環氧樹脂)來進行的固定，且相較於一般的使用來用於固定雷射加工裝置所使用之被加工物的吸引設備的工作夾台，可更為強固地進行固定(被加工物支撐步驟)。再者，該多晶SiC晶錠7之表面是藉由未圖示之研磨裝置，研磨到不會妨礙後述之使用了具有穿透性之波長的雷射光線的入射的程度。
(改質層形成步驟)
若實施上述之被加工物支撐步驟後，可將保持有多晶SiC晶錠7之保持台34，藉由X軸方向移動設備35及Y軸方向移動設備36定位到攝像設備6之正下方。當將保持台34定位於攝像設備6之正下方時，即可實行校準步驟，該校準步驟是檢測藉由攝像設備6及前述控制設備實行多晶SiC晶錠7之雷射加工的區域、及載置於保持台34上之多晶SiC晶錠7之表面的高度。
實行校準步驟後，可使上述X軸方向移動設備35、Y軸方向移動設備36作動，以將該多晶SiC晶錠7定位到開始該雷射加工的地點，並且根據以校準步驟所檢測出之多晶SiC晶錠7之表面高度位置，藉由圖未示之聚光點位置調整設備，將該脈衝雷射光線之聚光點P對準已固定於保持台34上之多晶SiC晶錠7之距離表面預定距離(例如510μm)之內側。然後，使脈衝雷射裝線照射設備作動，而開始進行對多晶SiC具有穿透性之脈衝雷射光線的照射。如圖3(a)、(b)所示，開始照射脈衝雷射光線，並且使X軸方向移動設備作動以使保持台34朝X軸的箭頭方向移動。
上述脈衝雷射光線之加工條件，是設定成例如以下所示。
光源：YAG脈衝雷射
波長：1064nm
重複頻率：80kHz
平均輸出：3.2W(2.6~3.8W)
脈衝寬度：4ns
光點點徑：集光點φ3.0μm(界面φ7.8μm)
數值孔徑(NA)：0.43
分度量：250~400μm
進給速度：120~260mm/秒
進一步針對本申請之發明的改質層形成步驟之詳細內容作說明。當沿預先設定於該控制設備之脈衝雷射光線之加工線開始進行脈衝雷射光線之照射時，會使最初 的脈衝雷射光線的聚光點P及其附近成為超過多晶SiC的能帶隙之能量，而形成分離成非晶矽與非晶碳之初期的改質層。在此狀態下，藉由前述X軸方向移動設備35使上述保持台34以預定之加工進給速度移動，並且藉由預先設定之上述重複頻率，以照射接下來的脈衝雷射光線。
在此，因為該接下來所照射之脈衝雷射光線是以和初期所形成之該初期的改質層於X軸方向上重疊之方式進行照射，所以會成為該接下來所照射之脈衝雷射光線被形成於該初期的改質層的非晶碳所吸收之情形，其結果，會在相較於聚光點P更靠照射面側之處，於功率密度成為一定(例如85J/cm2)之高度位置H(例如從上述聚光點P到上方10μm處，即距離上表面500μm處)上形成改質層(參照圖4(a)、(b))。並且，如從上方看圖4(a)之高度H中的脈衝雷射光線之光點形狀之圖4(c)所示，在相較於脈衝雷射光線之聚光點P更靠入射面側之成為功率密度一定的該高度位置H上相鄰之聚光點，因為是以比該光點之直徑D更小之間隔x連續地被照射，所以可將連續之脈衝雷射光線之光點Q1~照射成在D-x的範圍內重疊，而可一邊被先行形成之改質層的非晶碳所吸收一邊形成分離成非晶矽與非晶碳之面。再者，如圖4(c)之A-A斷面之圖4(d)所示，於成為功率密度一定之該高度位置H上，可將分離成非晶矽與非晶碳而被形成之改質層連鎖而形成。
並且，當對圖3(b)所示之全部的加工預定線都實行上述之脈衝雷射光線的照射後，將相較於上述高度位置H 更靠上表面側形成多晶SiC晶圓而將用於分離之成為界面的改質層在多晶SiC晶錠之內部，且於高度位置H之全部區域中遍佈形成。又，於形成該界面之時，不限定像如圖3(b)一樣直線地設置改質層之情形，亦可如記載於圖3(c)之形式將改質層以旋渦狀的形式連續形成。此情況可以藉由下列方式來實現：將脈衝雷射光線之照射開始地點設定在從Y軸方向來看會通過多晶SiC晶錠之中心，且在最外周側之位置上，並一邊使保持台34旋轉一邊使保持台34在X軸方向上移動。
(多晶SiC晶圓剝離步驟)
當結束前述改質層形成步驟後，控制X軸方向移動設備35、及Y軸方向移動設備36，以使載置有多晶SiC晶錠之保持台34朝配置有多晶SiC晶圓剝離設備8之終端部側移動，並定位到晶圓吸附設備84之正下方。根據已先檢測並輸入到控制設備之多晶SiC晶錠7之上表面的高度位置，使剝離單元支臂82下降而使其緊貼於該多晶SiC晶錠7之上表面，並且作動圖未示之吸引設備使晶圓吸附設備84吸附於多晶SiC晶錠7而固定(參照圖5)。然後，以已將該晶圓吸附設備84與多晶SiC晶錠7固定的狀態，藉由作動剝離用脈衝馬達83使其旋轉驅動該晶圓吸附設備84來對多晶SiC晶錠7賦與扭力，而以該界面為邊界來使多晶SiC晶錠7之上部側剝離，可以得到1枚多晶SiC晶圓7’。
從上述之多晶SiC晶錠7得到多晶SiC晶圓7’後，還要再從多晶SiC晶錠7中得到多晶SiC晶圓之情況下，是藉 由設置於靜止基台2上之圖未示之研磨設備來研磨多晶SiC晶錠之上表面，以作為新的多晶SiC晶錠來將上述之步驟從最初開始重複實行，藉此可在幾乎不浪費多晶SiC的情形下得到複數個多晶SiC晶圓7’。又，亦可因應需要而研磨多晶SiC晶圓7’之下表面(界面側)。
較理想的是，在將形成成為上述之界面的改質層時之高度位置為H之位置的點徑設為D，並將相鄰的光點彼此的距離設為x之情形下，是將(D-x)/D(即相鄰的光點彼此的重疊率)設定為0.6~0.8。藉由如此設定，變得可使成為分離多晶SiC晶圓時之界面的使非晶碳及非晶矽分離之層，能不中間斷而連續地形成。
此外，於欲形成上述界面之高度位置H上形成光點之脈衝雷射光線的功率密度，雖然在上述實施形態中是設定為85J/cm2，但以70~100J/cm2之值來設定亦可。雖然用於在所期望之高度H形成該界面之適當功率密度會因使用的多晶SiC晶錠之品質等而稍微有偏差，但因為將功率密度設定成成為該數值範圍，以使光點之點徑連續成重疊來照射脈衝雷射光線，並將用於剝離之界面連續地形成，因此可得到良好的界面。
1‧‧‧雷射加工裝置
2‧‧‧靜止基台
3‧‧‧保持台機構
31‧‧‧導軌
32‧‧‧第1滑塊
321、331‧‧‧被導引溝
322‧‧‧導軌
33‧‧‧第2滑塊
34‧‧‧保持台
35‧‧‧X軸方向移動設備
351、361‧‧‧公螺桿
352、362‧‧‧脈衝馬達
353、363‧‧‧軸承塊
36‧‧‧Y軸方向移動設備
4‧‧‧雷射光線照射單元
41‧‧‧支撐構件
42‧‧‧套殼
5‧‧‧雷射光線照射設備
51‧‧‧聚光器
6‧‧‧攝像設備
7‧‧‧多晶SiC晶錠
8‧‧‧多晶SiC晶圓剝離設備
81‧‧‧剝離單元外殼
82‧‧‧剝離單元支臂
83‧‧‧剝離用脈衝馬達
84‧‧‧晶圓吸附設備
X、Y、Z‧‧‧箭頭(方向)

Claims (4)

  1. 一種多晶SiC晶圓的生成方法，是從多晶SiC晶錠生成多晶SiC晶圓，該多晶SiC晶圓的生成方法具備：改質層形成步驟，將對多晶SiC晶錠具有穿透性之波長的脈衝雷射光線的聚光點從多晶SiC晶錠的照射面定位到預定的位置來照射脈衝雷射光線，以於作為多晶SiC晶圓與多晶SiC晶錠之界面的位置上形成改質層；以及多晶SiC晶圓剝離步驟，對比藉由該改質層形成步驟所形成之該界面更上方側賦與外力，以從該界面將多晶SiC晶圓剝離，在該改質層形成步驟中形成之該界面是下列之面：以脈衝雷射光線之聚光點使多晶SiC分離成非晶矽與非晶碳來形成初期之改質層，以使接著照射的脈衝雷射光線被藉由先前照射之脈衝雷射光線所形成之非晶碳所吸收，並於比該聚光點更靠照射面側之處使多晶SiC分離成非晶矽與非晶碳，而一邊以已先連續形成之非晶碳吸收連續被照射之脈衝雷射光線一邊在功率密度成為一定的位置上分離成非晶矽與非晶碳而形成之改質層連鎖而形成之面。
  2. 如請求項1之多晶SiC晶圓生成方法，其中，當將成為該界面之位置的雷射光線之光點之點徑設為D，並將相鄰之光點的距離設為x時，是將以(D-x)/D求得的重疊率設 定為0.6~0.8。
  3. 如請求項1之多晶SiC晶圓生成方法，其中，該界面中的每1脈衝之功率密度為70至100J/cm2。
  4. 如請求項1之多晶SiC晶圓生成方法，其中，該多晶SiC晶錠具備有碳基板。
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