TWI692020B - 晶圓的生成方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題為提供一種可以有效率地由晶錠生成晶圓 之晶圓的生成方法。

是由六方晶體單晶晶錠生成晶圓之晶 圓的生成方法，並包含改質層形成步驟，該改質層形成步驟是使c軸相對於晶錠表面之垂直線傾斜偏角角度，並在與表面及c面之間形成偏角之方向正交的方向上相對地移動雷射光束之聚光點以形成直線狀的改質層。在改質層形成步驟中，從未到達相當於晶圓之厚度的深度之位置開始以畫拋物線的方式將雷射光束之聚光點定位，直到雷射光束之光斑面積的全部重疊於晶錠的上表面為止，並在光斑面積之全部已重疊於上表面之時間點將聚光點定位到相當於晶圓之厚度的深度。

Description

晶圓的生成方法 發明領域
本發明是有關於一種將六方晶體單晶晶錠切片成晶圓狀之晶圓的生成方法。
發明背景
IC、LSI等之各種元件，是形成在以矽等為素材之晶圓的表面積層機能層並在此機能層藉由複數條分割預定線所區劃出的區域中。並且，藉由切削裝置、雷射加工裝置等之加工裝置對晶圓之分割預定線施行加工，而將晶圓分割為一個個的元件晶片，且所分割之元件晶片被廣泛地利用於行動電話、個人電腦等之各種電子機器中。
又，功率元件或LED、LD等之光元件，是在以SiC、GaN等之六方晶體單晶為素材之晶圓的表面積層機能層，並於所積層之機能層上藉由形成為格子狀之複數條分割預定線區劃而形成。
形成有元件之晶圓，一般是將晶錠以線鋸切片而生成，並且研磨被切片之晶圓的表面、背面而加工成為鏡面(參照例如日本專利特開2000-94221號公報)。
該線鋸是將直徑約100~300μm之鋼琴線等的一 根鋼絲捲繞於通常為二~四支的間隔輔助輥上所設置之多數條溝上，並以固定的間距配置為互相平行且使鋼絲朝固定方向或雙向行進，以將晶錠切片為複數片晶圓。
然而，以線鋸切斷晶錠，並研磨表面、背面而生成晶圓時，70~80%的晶錠會被丟棄，而有不符經濟效益的問題。特別是SiC、GaN等之六方晶體單晶晶錠的莫氏硬度高，難以用線鋸切斷，花費許多時間而生產性差，而具有有效率地生成晶圓之課題。
為了解決這些問題，在日本專利特開2013-49161號公報中已記載有一種技術，是將對SiC具有穿透性之波長的雷射光束的聚光點定位在SiC晶錠的內部並進行照射，以在切斷預定面形成改質層及裂隙，再賦予外力而將晶圓沿著形成有改質層及裂隙的切斷預定面割斷，而將晶圓由晶錠分離。
該公開公報所記載之技術中，是以使脈衝雷射光束之第一照射點和距離該第一照射點最近的第二照射點成為預定位置的方式，來將脈衝雷射光束之聚光點沿著切斷預定面呈螺旋狀地照射，或直線狀地照射，以在晶錠之切斷預定面形成密度非常高之改質層及裂隙。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2000-94221號公報
專利文獻2：日本專利特開2013-49161號公報
發明概要
然而，專利文獻2記載之晶錠的切斷方法中，雷射光束之照射方法對於晶錠為螺旋狀或直線狀，若為直線狀時，對掃描雷射光束之方向並無任何規定。
專利文獻2記載之晶錠的切斷方法中，將雷射光束之第一照射點及距離該第一照射點最近的第二照射點之間的間距設定為1μm~10μm。該間距是由改質層所產生之裂痕沿著c面伸長的間距。
如此，由於照射雷射光束時之間距非常小，因此即使雷射光束之照射方法為螺旋狀或者直線狀，仍必須以非常小的間距照射雷射光束，產生無法充分謀求生產性之提升的問題。
本發明是有鑒於此點而作成者，其目的在於提供一種可有效率地由晶錠生成晶圓之晶圓的生成方法。
根據本發明，提供一種晶圓的生成方法，是由具有第一面及與該第一面為相反側的第二面、從該第一面到該第二面的c軸、以及與該c軸正交之c面的六方晶體單晶晶錠生成晶圓，該晶圓的生成方法之特徵在於具備：分離起點形成步驟，將對六方晶體單晶晶錠具有穿透性之波長的雷射光束的聚光點定位在與該第一面距離相當於生成之晶圓厚度的深度，並且相對地移動該聚光點及該六方晶體單晶晶錠而將該雷射光束照射在該第一面，並形 成與該第一面平行之改質層及從該改質層伸長之裂隙而形成分離起點；及晶圓剝離步驟，實施該分離起點形成步驟之後，從該分離起點將相當於晶圓厚度的板狀物由該六方晶體單晶晶錠剝離以生成六方晶體單晶晶圓，其中，該分離起點形成步驟包含：改質層形成步驟，該c軸相對於該第一面之垂直線傾斜偏角角度，並在與該第一面及該c面之間形成偏角之方向正交的方向上相對地移動雷射光束之聚光點以形成直線狀的改質層；及分度步驟，在形成有該偏角的方向上將該聚光點相對地移動而分度預定量，在該改質層形成步驟中，在使雷射光束之聚光點侵入六方晶體單晶晶錠時，從未到達相當於晶圓之厚度的深度的位置開始以畫拋物線的方式使雷射光束之聚光點改變深度位置，直到雷射光束之光斑面積的全部重疊於該第一面為止，且在光斑面積之全部已重疊於該第一面之時間點定位在相當於晶圓之厚度的深度。
根據本發明之晶圓的生成方法，由於是藉由將改質層形成於距離第一面預定深度，並且在改質層兩側沿著c面傳播裂隙，而可以藉裂隙連結與一個改質層相鄰的改質層，而從分離起點將相當於晶圓之厚度的板狀物輕易地從六方晶單晶晶錠剝離，並生成六方晶體單晶晶圓。因此， 可以充分謀求生產性之提升，並且可以充分減低捨棄之晶錠的量且能夠將其抑制在30%左右。
已經很明確的是，將對於晶錠具有穿透性之波長的雷射光束對晶錠照射而於晶錠內部形成改質層之時，改質層是在雷射光束之聚光點的前方且在功率密度(平均輸出/光斑面積)成為6.8×104W/mm2的位置上形成。
因此，由於在聚光點從晶錠之外周侵入之初期階段，會在聚光點中使功率密度成為6.8×104W/mm2而於聚光點形成改質層，隨著漸漸地對第一面之光斑面積的重疊變多而在從聚光點朝上方遠離的位置上使功率密度成為6.8×104W/mm2，並由聚光點朝上方逐步形成改質層，所以改質層的軌跡會從距離第一面較遠的位置開始畫著拋物線並且接近第一面，而在預定的位置上安定。因此，在以往的雷射光束之照射方法上，會有未能將改質層形成在同一面之問題。
於是，在本發明中，藉由在改質層形成步驟中，從未到達相當於晶圓之厚度的深度的位置開始以像要將上述之拋物線抵消之畫拋物線的方式來使雷射光束之聚光點的深度位置改變，直到雷射光束之光斑面積的全部重疊於該第一面為止，且在光斑面積之全部已重疊於該第一面之時間點上定位到相當於晶圓之厚度的深度，因而可以將改質層形成在同一平面上。
2‧‧‧雷射加工裝置
4‧‧‧靜止基台
6‧‧‧第1滑塊
8、18‧‧‧滾珠螺桿
10、20‧‧‧脈衝馬達
11‧‧‧六方晶體單晶晶錠
11a‧‧‧第1面(表面)
11b‧‧‧第2面(背面)
12‧‧‧加工進給機構
13‧‧‧第一定向平面
14、24‧‧‧導軌
15‧‧‧第二定向平面
16‧‧‧第2滑塊
17‧‧‧第一面之垂直線
19‧‧‧c軸
19a‧‧‧交點
21‧‧‧c面
22‧‧‧分度進給機構
23‧‧‧改質層
25‧‧‧裂隙
26‧‧‧支撐台
27‧‧‧六方晶體單晶晶圓
28、52‧‧‧柱部
30‧‧‧雷射光束照射機構(雷射光束照射設備)
32‧‧‧罩殼
34‧‧‧雷射光束產生單元
36‧‧‧聚光器(雷射頭)
38‧‧‧攝像單元
40‧‧‧雷射振盪器
42‧‧‧重複頻率設定設備
44‧‧‧脈衝寬度調整設備
46‧‧‧功率調整設備
48‧‧‧鏡子
50‧‧‧聚光鏡
53‧‧‧開口
54‧‧‧按壓機構
56‧‧‧頭部
58‧‧‧按壓構件
A‧‧‧箭頭
D1‧‧‧深度
D2‧‧‧距離
H1‧‧‧高度
P‧‧‧聚光點
W1‧‧‧裂隙寬度
W2‧‧‧分度移動之預定量
Y1‧‧‧形成有偏角α之方向
X、Y、Z‧‧‧方向
圖1是適合用於實施本發明之晶圓的生成方法之 雷射加工裝置的立體圖。
圖2是雷射光束產生單元的方塊圖。
圖3(A)是六方晶體單晶晶錠之立體圖；圖3(B)是其正面圖。
圖4是說明分離起點形成步驟之立體圖。
圖5是六方晶體單晶晶錠之平面圖。
圖6是說明改質層形成步驟之示意剖面圖。
圖7是說明改質層形成步驟之示意平面圖。
圖8(A)、(B)是說明雷射光束的聚光點之以往的定位方法的示意剖面圖。
圖9(A)、(B)是說明雷射光束的聚光點之本發明的定位方法的示意剖面圖。
圖10(A)、(B)是說明晶圓剝離步驟的說明圖。
圖11是所生成之六方晶體單晶晶圓的立體圖。
用以實施發明之形態
以下，參照圖式詳細地說明本發明的實施形態。參照圖1，所示為適合用於實施本發明之晶圓的生成方法之雷射加工裝置2的立體圖。雷射加工裝置2包含有以可在X軸方向上移動之形式搭載於靜止基台4上的第一滑塊6。
第一滑塊6藉由以滾珠螺桿8及脈衝馬達10所構成之加工進給機構12而沿著一對導軌14在加工進給方向(亦即X軸方向)上移動。
第二滑塊16可在Y軸方向上移動地搭載於第一 滑塊6上。亦即，第二滑塊16藉由以滾珠螺桿18及脈衝馬達20所構成之分度進給機構22而沿著一對導軌24在分度進給方向(亦即Y軸方向)上移動。
第二滑塊16上搭載有支撐台26。支撐台26藉由加工進給機構12及分度進給機構22而可在X軸方向及Y軸方向上移動，並且藉由收容於第二滑塊16中的馬達而旋轉。
靜止基台4上豎立設置有柱部28，並且將雷射光束照射機構(雷射光束照射設備)30安裝於此柱部28。雷射光束照射機構30是由收容於罩殼32中之圖2所示的雷射光束產生單元34、及安裝於罩殼32前端的聚光器(雷射頭)36所構成。
罩殼32之前端安裝有與聚光器36在X軸方向上成行且具有顯微鏡及相機之攝像單元38。聚光器36是以可在上下方向(Z軸方向)上微動之方式安裝在罩殼32上。
雷射光束產生單元34是如圖2所示，包含有振盪產生YAG雷射或YVO4雷射之雷射振盪器40、重複頻率設定設備42、脈衝寬度調整設備44、及功率調整設備46。雖然並無特別圖示，但雷射振盪器40具有布如士特窗(brewster window)，且由雷射振盪器40出射之雷射光束為直線偏光的雷射光束。
藉由雷射光束產生單元34之功率調整設備46而調整至預定功率的脈衝雷射光束被聚光器36之鏡子48反射，進而再藉由聚光鏡50而將聚光點定位於固定在支撐台26之被加工物-即六方晶體單晶晶錠11的內部而進行照射。
參照圖3(A)，顯示為加工對象物之六方晶體單晶晶錠11之立體圖。圖3(B)是圖3(A)所示之六方晶體單晶晶錠11的正面圖。六方晶體單晶晶錠(以下有僅簡稱為晶錠的情形)11是由SiC單晶錠或GaN單晶錠所構成。
晶錠11具有第一面(上表面)11a及與第一面11a相反側的第二面(背面)11b。晶錠11之表面11a為了成為雷射光束之照射面而被研磨成鏡面。
晶錠11具有第一定向平面(orientation flat)13、及與第一定向平面13正交之第二定向平面15。第一定向平面13的長度形成為較第二定向平面15的長度長。
晶錠11具有：相對於表面11a之垂直線17朝第二定向平面15方向傾斜偏角α的c軸19、及與c軸19正交的c面21。c面21相對於晶錠11的表面11a傾斜偏角α。一般來說，六方晶體單晶晶錠11中，與較短的第二定向平面15之伸長方向正交的方向是c軸的傾斜方向。
c面21在晶錠11中，在晶錠11之分子層級上設定為無數個。本實施形態中，是將偏角α設定為4°。然而，偏角α並不限定於4°，例如可以自由地設定在1°~6°的範圍內來製造晶錠11。
再次參照圖1，靜止基台4的左側固定有柱部52，在此柱部52上是透過形成於柱部52之開口53而將按壓機構54搭載成可在上下方向上移動。
本實施形態之晶圓的生成方法中，如圖4所示，以晶錠11之第二定向平面15成行於X軸方向的方式而以例 如蠟或接著劑將晶錠11固定於支撐台26上。
亦即，如圖5所示，使與形成有偏角α之方向Y1正交之方向，換言之，與c軸19相對於晶錠11之表面11a的垂直線17與表面11a之交點19a存在的方向正交的方向-亦即箭頭A方向，對齊X軸以將晶錠11固定於支撐台26。
藉此，雷射光束可沿著與形成有偏角α之方向正交的方向A掃描。換言之，與形成有偏角α之方向Y1正交的A方向成為支撐台26的加工進給方向。
本發明之晶圓的生成方法中，將由聚光器36出射之雷射光束的掃描方向，作為與晶錠11之形成有偏角α的方向Y1正交的箭頭A方向是十分重要的。
亦即，本發明之晶圓的生成方法的特徵在於發現了如下情況：藉由將雷射光束的掃描方向設定為如上述之方向，形成於晶錠11內部之從改質層傳播的裂隙會沿著c面21伸長地非常長。
本實施形態之晶圓的生成方法中，首先，實施分離起點形成步驟，前述分離起點形成步驟是將對固定在支撐台26之六方晶體單晶晶錠11具有穿透性之波長(例如1064nm之波長)之雷射光束的聚光點，定位在與第一面(表面)11a距離相當於生成之晶圓厚度的深度，並且相對地移動聚光點及六方晶體單晶晶錠11而將雷射光束照射在表面11a，並形成與表面11a平行之改質層23及從改質層23沿著c面21傳播之裂隙25而作為分離起點。
該分離起點形成步驟包含改質層形成步驟及分 度步驟，前述改質層形成步驟是c軸19相對於表面11a之垂直線17傾斜偏角α角度，並在與c面21和表面11a形成偏角α之方向正交之方向，亦即圖5之箭頭Y1方向正交的方向-即A方向上，相對地移動雷射光束之聚光點，以在晶錠11的內部形成改質層23及從改質層23沿著c面21傳播之裂隙25；前述分度步驟是如圖7及圖8所示，是在形成有偏角的方向上，即Y軸方向上將該聚光點相對地移動而分度移動預定量。
如圖6及圖7所示，當將改質層23在X軸方向上形成為直線狀時，即由改質層23的兩側沿c面21傳播而形成裂隙25。本實施形態之晶圓的生成方法中，包含分度量設定步驟，是測量由直線狀的改質層23朝c面方向傳播而形成之裂隙25的寬度，並設定聚光點之分度量。
在分度量設定步驟中，如圖6所示，當將由直線狀之改質層23朝c面方向傳播而形成於改質層23之單側的裂隙25的寬度設為W1時，應分度移動之預定量W2是設定為W1以上且2W1以下。
在此，較理想之實施形態的雷射加工方法設定如下。
光源：Nd：YAG脈衝雷射
波長：1064nm
重複頻率：80kHz
平均輸出：3.2W
脈衝寬度：4ns
光斑直徑：3μm
聚光鏡之數值孔徑((NA)：0.43
分度量：250~400μm
進給速度：120~260mm/s
在上述之雷射加工條件中，圖6中，將由改質層23沿著c面傳播之裂隙25的寬度W1設定為大約250μm，且將分度量W2設定為400μm。
然而，雷射光束之平均輸出並不限定於3.2W，本實施形態之加工方法中，將平均輸出設定於2W~4.5W而得到良好的結果。當平均輸出2W時，裂隙25之寬度W1成為大約100μm，而當平均輸出4.5W時，裂隙25之寬度W1則成為大約350μm。
平均輸出小於2W及較4.5W大時，因為無法在晶錠11內部形成良好的改質層23，所以照射之雷射光束的平均輸出在2W~4.5W的範圍內較理想，本實施形態中是將平均輸出3.2W的雷射光束照射於晶錠11。圖6中，將形成改質層23之聚光點的距離表面11a的深度D1設定為500μm。
參照圖8(A)，所示為說明雷射光束的聚光點之以往的定位方法的示意剖面圖。圖8(B)是圖8(A)的局部放大圖。已經很明確的是，形成於被加物內部的改質層，是在雷射光束之聚光點的前方且在功率密度(平均輸出/光斑面積)成為6.8×104W/mm2的位置上形成。
因此，由於在聚光點從晶錠11之外周侵入之初期階段，會在聚光點P中使功率密度成為6.8×104W/mm2而形成 改質層23，隨著漸漸地雷射光束對第一面(上表面)11a之光斑面積的重疊變多而在從聚光點P朝上方遠離的位置上使功率密度成為6.8×104W/mm2，且改質層23是形成在由聚光點P朝上方遠離的位置上，因此改質層23的軌跡是從距離上表面11a較遠的位置開始畫著拋物線並且接近上表面11a，且在預定的位置上使距離上表面11a之深度變得固定而安定。
當將此變得固定的位置之距離聚光點P的高度設為H1，並將距離晶錠11之側面的距離設為D2時，會成為H1=15~25μm，D2=20~30μm。因此，在以往的聚光點的形成方法上，有未能將改質質23形成在距離晶錠11之上表面11a相同深度位置上之問題。
為了解決此問題，在本發明之晶圓的生成方法上，如圖9(A)所示，是控制成在使雷射光束之聚光點P侵入晶錠11時，會從未到達相當於應生成之晶圓的厚度的深度的位置開始以畫拋物線的方式漸漸地在深度位置上定位，直到雷射光束之光斑面積的全部重疊於該第一面(上表面)11a為止，且在光斑面積之全部已重疊於該第一面11a之時間點上成為固定的深度位置。
聚光點P之上下方向的移動是藉由聚光器36之微動而被控制。如圖9(A)所示，藉由控制聚光點P之深度位置，可以如圖9(B)所示，將改質層23形成在同一平面上。
如圖7所示，像這樣分度進給預定量，並使在晶錠11之全區域的深度D1位置上複數個改質層23及由改質層 23沿著c面21伸長之裂隙25的形成結束後，就可以實施晶圓剝離製程，賦予外力而從由改質層25及裂隙23所構成之分離起點將相當於應形成之晶圓厚度的板狀物由六方晶單晶晶錠11分離而生成六方晶體單晶晶圓27。
此晶圓剝離製程是藉由例如圖10所示之按壓機構54而實施。按壓機構54包含有：藉由內置於柱部52內之移動機構而在上下方向上移動的頭部56；及相對於頭部56，如圖10(B)所示地朝箭頭R方向旋轉之按壓構件58。
如圖10(A)所示，將按壓機構54定位於固定在支撐台26之晶錠11的上方，並如圖10(B)所示地將頭部56降下直至按壓構件58壓接到晶錠11之表面11a為止。
在按壓構件58壓接到晶錠11之表面11a的狀態下，將按壓構件58往箭頭R方向旋轉時，於晶錠11會產生扭轉應力，並且使晶錠11由形成有改質層23及裂隙25之分離起點斷裂，而能夠由六方晶體單晶晶錠11分離圖11所示之六方晶體單晶晶圓27。
較理想的是，將晶圓27由晶錠11分離後，研磨晶圓27之分離面及晶錠11之分離面以加工成鏡面。
11‧‧‧六方晶體單晶晶錠
11a‧‧‧第1面(表面)
23‧‧‧改質層
P‧‧‧聚光點

Claims (2)

  1. 一種晶圓的生成方法，是由具有第一面及與該第一面為相反側的第二面、從該第一面到該第二面的c軸、以及與該c軸正交之c面的六方晶體單晶晶錠生成晶圓，該晶圓的生成方法之特徵在於具備：分離起點形成步驟，將對六方晶體單晶晶錠具有穿透性之波長的雷射光束的聚光點定位在與該第一面距離相當於生成之晶圓厚度的深度，並且相對地移動該聚光點及該六方晶體單晶晶錠而將該雷射光束照射在該第一面，並形成與該第一面平行之改質層及從該改質層伸長之裂隙而形成分離起點；及晶圓剝離步驟，實施該分離起點形成步驟之後，從該分離起點將相當於晶圓厚度的板狀物由該六方晶體單晶晶錠剝離以生成六方晶體單晶晶圓，其中，該分離起點形成步驟包含：改質層形成步驟，該c軸相對於該第一面之垂直線傾斜偏角角度，並在與該第一面及該c面之間形成偏角之方向正交的方向上相對地移動雷射光束之聚光點以形成直線狀的改質層；及分度步驟，在形成有該偏角的方向上將該聚光點相對地移動而分度預定量，在該改質層形成步驟中，在使雷射光束之聚光點侵入六方晶體單晶晶錠時，從未到達相當於晶圓之厚度的 深度的位置開始以畫拋物線的方式使雷射光束之聚光點的深度位置改變，直到雷射光束之光斑面積的全部重疊於該第一面為止，且在光斑面積之全部已重疊於該第一面之時間點定位在相當於晶圓之厚度的深度。
  2. 如請求項1之晶圓的生成方法，其中，六方晶體單晶晶錠是選自於由SiC晶錠及GaN晶錠所構成的群組。
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