TWI794343B - 剝離裝置 - Google Patents

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TWI794343B
TWI794343B TW107142089A TW107142089A TWI794343B TW I794343 B TWI794343 B TW I794343B TW 107142089 A TW107142089 A TW 107142089A TW 107142089 A TW107142089 A TW 107142089A TW I794343 B TWI794343 B TW I794343B
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日野原和之
山本涼兵
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日商迪思科股份有限公司
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Abstract

[課題] 提供一種能以剝離層作為起點從晶棒容易地剝離晶圓的剝離裝置。[解決手段] 剝離裝置包含：晶棒保持手段，將相當於晶圓的部分向上並保持晶棒50；超音波振盪手段，振盪具有與相當於晶圓的部分面對的端面之超音波；水供給手段，在相當於晶圓的部分與超音波振盪手段的端面之間供給水；以及剝離手段，吸引保持相當於晶圓的部分並從晶棒剝離晶圓。

Description

剝離裝置
本發明為一種從形成剝離層的晶棒剝離晶圓的剝離裝置。
IC、LSI、LED等的元件係在以Si(矽)或Al2O3(藍寶石)等作為素材的晶圓的正面上層積功能層，並由分割預定線劃分而形成。另外，電源元件、LED等係以單晶SiC(碳化矽)作為素材的晶圓的正面上，層積功能層，並由分割預定線劃分而形成。形成元件的晶圓係藉由切割裝置、雷射加工裝置在分割預定線上實施加工分割為各個元件，被分割的各元件被利用於行動電話、電腦等的電子機器。
形成元件的晶圓通常藉由線鋸薄化切斷圓柱形狀的晶棒所成生。切斷的晶圓的正面及背面藉由研磨進行鏡面拋光(例如參閱專利文獻1)。但是，藉由線鋸切斷晶棒，並研磨切斷的晶圓正面及背面的話，晶棒的大部分(70%~80%)會被丟棄而有不經濟的問題。特別是在單晶SiC晶棒，其硬度高而難以藉由線鋸切斷並需要相當時間因而生產性不佳，且晶棒的單價提高，具有需以較佳效率生成晶圓的課題。
因此本申請人提出一種技術提案，將對單晶SiC具有穿透性波長的雷射光線的聚光點定位於單晶SiC晶棒的內部，對單晶SiC晶棒照射雷射光線，在切斷預定面形成剝離層，並以剝離層作為起點從單晶SiC晶棒剝離晶圓(例如參閱專利文獻2)。
[習知技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2000-94221號公報
[專利文獻2]日本特開2016-111143號公報
[專利文獻3]日本特開2011-060862號公報
然而，存在難以將剝離層作為起點從晶棒剝離晶圓，而生產效率差的問題。
另外，雖有一種技術提案，將對Si(矽)具有穿透性波長的雷射光線的聚光點定位於距離Si晶棒的端面相當於該晶圓厚度的深度，對Si晶棒照射雷射光線並在切斷預定面形成剝離層，並以改質層作為起點從Si晶棒剝離晶圓(例如參閱上述專利文獻3)，但其有難以將改質層作為起點從Si晶棒剝離晶圓而生產效率差的問題。
鑒於上述事實，本發明的課題為提供一種能以剝離層作為起點從晶棒容易地剝離晶圓的剝離裝置。
本發明提供以下的剝離裝置用來解決上述課題。亦即，一種從晶棒剝離晶圓的剝離裝置，該晶棒係將具有穿透性波長的雷射光線的聚光點定位於相當於該晶圓厚度的深度並照射雷射光形成剝離層而成，該剝離裝置包含：晶棒保持手段，將相當於該晶圓的部分向上並保持晶棒；超音波振盪手段，振盪具有與相當於該晶圓的部分面對的端面之超音波；水供給手段，在相當於該晶圓的部分與該超音波振盪手段的該端面之間供給水；以及剝離手段，吸引保持相當於該晶圓的部分並從晶棒剝離該晶圓。
較佳為，晶棒為具有c軸及對c軸正交的c面之單晶SiC晶棒；剝離層由改質部和裂痕所組成，前述改質部為將對單晶SiC具有穿透性波長的雷射光線的聚光點定位於距離單晶SiC晶棒的端面相當於該晶圓厚度的深度，對單晶SiC晶棒照射雷射光線，使SiC分離為Si和C，前述裂痕為從改質部至c面等向性形成。理想為，晶棒為c軸相對於端面的垂直線傾斜且c面與端面形成的偏角之單晶SiC晶棒；剝離層在與形成偏角的方向正交的方向上連續地形成改質部，從改質部至c面等向性生成裂痕，並在形成偏角的方向上不超過裂痕寬度的範圍內，與單晶SiC晶棒及聚光點相對地進行分度進給，在與形成偏角的方向正交的方向上連續地形成改質部，從改質部至c面等向性依序生成裂痕。
本發明提供的剝離裝置，其包含：晶棒保持手段，將相當於該晶圓的部分向上並保持晶棒；超音波振盪手段，振盪具有與相當於該晶圓的部分面對的端 面之超音波；水供給手段，在相當於該晶圓的部分與該超音波振盪手段的該端面之間供給水；以及剝離手段，吸引保持相當於該晶圓的部分並從晶棒剝離晶圓；因此能以剝離層作為起點從晶棒輕易剝離晶圓。另外，在本發明的剝離裝置中，藉由在相當於晶圓的部分與超音波振盪手段的端面之間從水供給手段供給水並生成水層，並透過水層傳遞超音波至晶棒，藉此可不使用水槽將晶圓從晶棒剝離，因此節省在水槽儲水的時間和水的使用量，較為經濟。
2:剝離裝置
4:晶棒保持手段
6:超音波振盪手段
6a:超音波振盪手段的端面
8:水供給手段
10:剝離手段
50:晶棒
70:改質部
72:裂痕
74:剝離層
76:晶圓
圖1係剝離裝置之立體圖。
圖2係表示使晶棒保持於晶棒保持手段的樣子的剝離裝置之立體圖。
圖3的圖3(a)係晶棒之前視圖，圖3(b)係晶棒之俯視圖。
圖4(a)係表示使在圖3(a)及圖3(b)所示晶棒形成剝離層的樣子之立體圖，圖4(b)係表示使在圖3(a)及圖3(b)所示晶棒形成剝離層的樣子之前視圖。
圖5(a)係使剝離層形成的晶棒之俯視圖，圖5(b)係圖5(a)的B-B線之剖面圖。
圖6係表示對晶棒施加超音波的狀態的剝離裝置之前視圖。
圖7係表示藉由剝離手段使相當於晶圓的部分吸引保持的狀態的剝離裝置之前視圖。
圖8係表示以剝離層作為起點使晶圓從晶棒剝離的狀態的剝離裝置之正視圖。
以下參閱根據本發明所構成的剝離裝置的實施方式之圖式進行說明。
圖1中以符號2表示整體的剝離裝置，其包含：晶棒保持手段4，將相當於應生成晶圓的部分向上並保持晶棒；超音波振盪手段6，振盪具有與相當於應生成晶圓的部分面對的端面6a之超音波；水供給手段8，在相當於應生成晶圓的部分與超音波振盪手段6的端面6a之間供給水；以及剝離手段10，吸引保持相當於應生成晶圓的部分並從晶棒剝離應生成晶圓。
參閱圖1及圖2說明晶棒保持手段4。本實施方式的晶棒保持手段4具備：圓筒狀的基台12；圓筒狀的保持台14，在基台12上表面使其旋轉自如搭載；馬達(未圖示)，將通過保持台14的徑方向中心而在上下分向延伸的軸線作為中心使保持台14旋轉。晶棒保持手段4可透過合適的接著劑(例如環氧樹脂系接著劑)保持在保持台14的上表面固定的晶棒。或者，晶棒保持手段4亦可為以下構成：將連接於吸引手段(未圖示)的多孔質的吸附卡盤(未圖示)配置於保持台14的上端部分，藉由以吸引手段在吸附卡盤的上表面生成吸引力來吸引保持晶棒。
本實施方式的剝離裝置2進一步具備Y軸方向移動機構16，其使超音波振盪手段6及水供給手段8及剝離手段10在圖1中箭頭Y所示的Y軸方向移動。Y軸方向移動機構16包含：長方體狀的框體18，形成有在Y軸方向延伸的矩形的導引開口18a；第一滾珠螺桿(未圖示)，在框體18的內部中在Y軸方向延伸；第一移動片20，從連接第一滾珠螺桿的基端部往圖1中箭頭X所示的X軸方向延伸；第一馬達22，連接第一滾珠螺桿的一端部；第二滾珠螺桿(未圖示)，在框體18的內部中在Y軸方向延伸；第二移動片24，從連接第一滾珠螺桿的基端部往X軸方向延伸；以及第二馬達26，連接第二滾珠螺桿的一端部。並且，Y軸方向移動機構16為，藉由第一滾珠螺桿將第一馬達22的旋轉運動變換為直線運動並傳遞至第一移動片20，沿著導引開口18a使第一移動片20在Y軸方向移動，並且藉由第二滾珠螺桿將第二馬達26的旋轉運動變換為直線運動並傳遞至第二移動片24，沿著導引開口18a使第二移動片24在Y軸方向移動。再者，因與X軸方向及Y軸方向正交，X軸方向及Y軸方向所規定的平面為實質上水平。
本實施方式如圖1所示，在第一移動片20的前端下表面連接有延伸至下方的圓柱狀的第一昇降手段28，在第一昇降手段28的下端連接有圓柱狀的超音波振盪手段6。因此，藉由第一移動片20在Y軸方向移動，第一昇降手段28及超音波振盪手段6成為在Y軸方向移動。例如可由具有滾珠螺桿及馬達的電動汽缸構成的第一昇降手段28，藉由使超音波振盪手段6昇降並停止在任意位置，使超音波振盪手段6的下側的圓形狀的端面6a面對相當於應生成晶圓的部分。超音波振盪手段6成為以振盪超音波之方式由壓電陶瓷等形成。
本實施方式如圖1所示，水供給手段8包含：圓筒狀的連接口30，附設於第一移動片20的前端上表面；噴嘴32，在第一移動片20的前端的下表面 昇降自如地被支持；以及噴嘴昇降機購(未圖示)，使噴嘴32昇降。因此，藉由移動第一移動片20，水供給手段8成為在Y軸方向移動。連接口30經由適合的給水軟管(未圖示)連接於水供給源(未圖示)。噴嘴32與超音波振盪手段6在Y軸方向間隔，從第一移動片20的前端下表面往下方延伸，接著朝向超音波振盪手段6往若干下方傾斜並在Y軸方向延伸。中空狀的噴嘴32連通連接口30。例如可由電動汽缸構成的噴嘴昇降機構藉由使噴嘴32昇降並在任意位置停止，可在相當於應生成晶圓的部分及超音波振盪手段6的端面6a之間定位噴嘴32的出口32a。並且，水供給手段8在相當於應生成晶圓的部分與超音波振盪手段6的端面6a之間，從噴嘴32的出口32a供給從水供給源對連接口30供給的水而生成水層。
參閱圖1繼續說明，在第二移動片24的前端下表面連接有延伸至下方的圓柱狀的第二昇降手段34，在第二昇降手段34的下端連接有圓板狀的剝離手段10。因此，藉由第二移動片24在Y軸方向移動，第二昇降手段34及剝離手段10成為在Y軸方向移動。例如，可由電動汽缸構成的第二昇降手段34藉由使剝離手段10昇降並在任意位置停止，可在相當於應生成晶圓的部分接觸剝離手段10的下表面。剝離手段10在下表面形成有多個的吸引孔(未圖示)，並連接吸引手段(未圖示)。並且，在使剝離手段10的下表面接觸相當於應生成晶圓的部分的狀態下，藉由吸引手段在剝離手段10的下表面生成吸引力，可藉此以剝離手段10吸引保持相當於應生成晶圓的部分。
在圖3(a)及圖3(b)中表示形成剝離層前的狀態下的晶棒50。圖示的晶棒50由六角單晶SiC作為整體形成為圓柱形狀，具有：圓形狀的第一端面52；與第一端面52為相反側的圓形狀的第二端面54；周面56，位於第一端面52及第二端面54之間；c軸(<0001>方向)，從第一端面52延伸至第二端面54；以及c面({0001}面)，與c軸正交。在圖示的晶棒50中，c軸對第一端面52的垂直線58傾斜，c面與第一端面52形成偏角α(例如α=1、3、6度)。c軸對垂直線58傾斜的方向亦即形成偏角α的方向A由圖3中的箭頭表示。另外，在晶棒50的周面56形成有表示晶體方向的矩形狀的第一定向平面60及第二定向平面62。第一定向平面60平行於形成偏角α的方向A，第二定向平面62正交於形成偏角α的方向A。如圖3(b)表示，從上方看去第二定向平面62的長度L2比第一定向平面60的長度L1短(L2<L1)。再者，形成剝離層後藉由上述的剝離裝置2可使晶圓剝離的晶棒，並非限定於上述晶棒50，例如，可為c軸不對第一端面的垂直線傾斜， c面與第一端面的偏角為0度(亦即，第一端面的垂直線與c軸相同)的單晶SiC晶棒，或者亦可為由Si(矽)或GaN(氮化鎵)等的單晶SiC以外的素材形成的晶棒。
在以上述的剝離裝置2從晶棒50剝離晶圓時，需要在晶棒50形成剝離層，剝離層形成例如可使用圖4(a)及圖4(b)中表示部份的雷射加工裝置64來實施。雷射加工裝置64具備保持工件的卡盤台66，以及聚光器68，該聚光器68對在卡盤台66保持的工件照射脈衝雷射光線LB。使在上表面以吸引保持工件之方式構成的卡盤台66藉由旋轉手段(未圖示)以在上下方向延伸的軸線作為中心旋轉，並以x軸方向移動手段(未圖示)在x軸方向進退，以y軸方向移動手段(未圖示)在y軸方向進退。聚光器68包含聚光鏡(未圖示)，該聚光鏡用來將雷射加工裝置64的脈衝雷射光線振盪器(未圖示)所振盪的脈衝雷射光線LB聚光並照射工件。再者，x軸方向為在圖4(a)及圖4(b)中箭頭x所示方向，y軸方向為圖4(a)中箭頭y所示方向且為與x軸方向正交的方向。x軸方向及y軸方向所規定的平面為實質上水平。另外，圖1及圖2中大寫的X及Y表示的X軸方向及Y軸方向，可與圖4(a)及圖4(b)中小寫的x及y表示的x軸方向及y軸方向相同，亦可為不同。
參閱圖4(a)及圖4(b)繼續說明，在晶棒50形成剝離層時，首先，將晶棒50的一端面(本實施型態中的第一端面52)向上，使晶棒50在卡盤台66的上表面吸引保持。或者，亦可在晶棒50的另一端面(本實施型態中的第二端面54)與卡盤台66的上表面之間置入接著劑(例如環氧樹脂系接著劑)，將晶棒50固定於卡盤台66。接著，藉由雷射加工裝置64的攝像手段(未圖示)從晶棒50的上方對晶棒50攝像。接著，基於藉由攝像手段攝像的晶棒50的影像，以雷射加工裝置64的x軸方向移動手段、y軸方向移動手段及旋轉手段使卡盤台66移動及旋轉，藉此調整晶棒50的方向至預定的方向並調整晶棒50與聚光器68在xy平面中的位置。調整晶棒50的方向至預定的方向時，如圖4(a)所示，藉由使第二定位平面62和x軸方向一致，使與形成偏角α的方向A正交的方向和x軸方向一致，並使偏角α所形成的方向A和y軸方向一致。接著，藉由雷射加工裝置64的聚光點位置調整手段(未圖示)使聚光器68昇降，如圖4(b)所示，將聚光點FP定位於距離晶棒50的第一端面52相當於應生成晶圓厚度的深度。接著，在與形成偏角α的方向A正交的方向一致的x軸方向上使卡盤台66移動，同時從聚 光器68對晶棒50照射脈衝雷射光線LB進行剝離層形成加工，該脈衝雷射光線LB對單晶SiC具有穿透性波長。進行剝離層形成加工時，如圖5(a)及圖5(b)所示，改質部70在與形成偏角α的方向A正交的方向上連續地形成，同時生成從改質部70沿著c面等向性延伸的裂痕72，前述改質部70係藉由脈衝雷射光線LB的照射將SiC分離為Si(矽)和C(碳)，接著所照射的脈衝雷射光線LB將之前形成的C吸收並連鎖地將SiC分離為Si和C。
參照圖4(a)、圖4(b)、圖5(a)及圖5(b)繼續說明，接續剝離層形成加工後，在與形成偏角α的方向A一致的y軸方向上，將卡盤台66對聚光點FP相對地在不超過裂痕72的寬度範圍內僅以預定分度量Li分度進給。並且，藉由剝離層形成加工與分度進給交互重複，改質部70在與形成偏角α的方向A正交的方向上連續地延伸，在形成偏角α的方向A上以預定分度量Li間隔形成多個改質部70，並依序生成從改質部70沿著c面等向性延伸的裂痕72，在形成偏角α的方向A上相鄰的裂痕72與裂痕72在上下方向看成為重疊。由此，在距離晶棒50的第一端面52相當於應生成晶圓厚度的深度，能夠形成強度下降的剝離層74，該剝離層74由多個改質部70及裂痕72組成，用來從晶棒50剝離晶圓。再者，剝離層74的形成可進行例如以下的加工條件。
脈衝雷射光線波長：1064nm
重複頻率：60kHz
平均輸出：1.5W
脈衝寬度：4ns
聚光點直徑：3μm
聚光鏡的數值孔徑(NA)：0.65
聚光點的上下方向位置：距離晶棒的第一端面300μm
進給速度：200mm/s
分度量：250~400μm
使用上述的剝離裝置2，說明從形成剝離層74的晶棒50剝離晶圓的剝離方法。本實施方式如圖2所示，首先，將相當於應生成晶圓的部分向上(亦即剝離層74附近端面的第一端面52向上)，藉由晶棒保持手段4保持晶棒50。此時，可在晶棒50的第二端面54與保持台14的上表面之間置入接著劑(例如環氧樹脂系接著劑)，將晶棒50固定於保持台14，或者亦可在保持台14的上表面生 成吸引力並吸引保持晶棒50。接著，藉由Y軸方向移動機構16的第一馬達22使第一移動片20移動，如圖1所示，使在相當於應生成晶圓的部分(本實施方式中從第一端面52至剝離層74的部分)面對超音波振盪手段6的端面6a。接著，藉由第一昇降手段28使超音波振盪手段6下降，當第一端面52與超音波振盪手段6的端面6a之間成為所預定的尺寸(例如2~3mm程度)時使第一昇降手段28的作動停止。另外，藉由噴嘴昇降機構使噴嘴32移動，在第一端面52與端面6a之間定位噴嘴32的出口32a。接著，藉由馬達使保持台14旋轉，如圖6所示，並藉由第一馬達22使第一移動片20在Y軸方向移動，同時在第一端面52與端面6a之間從噴嘴32的出口32a供給水並生成水層LW，並從超音波振盪手段6振盪超音波。此時，以超音波振盪手段6通過第一端面52整體之方式，使保持台14旋轉並使第一移動片20在Y軸方向移動，持續對剝離層74整體施加超音波。由此，透過水層LW對晶棒50傳遞超音波並使剝離層74的裂痕72伸長，可進一步降低剝離層74的強度。接著，使超音波振盪手段6的作動停止並使水供給源的作動停止。
如上述，使剝離層74的裂痕72伸長後藉由第一馬達22使第一移動片20移動，使超音波振盪手段6及噴嘴32從晶棒50的上方分離，且藉由第二馬達26使第二移動片24移動，將剝離手段10定位於晶棒50的上方。接著，如圖7所示，藉由第二昇降手段34使剝離手段10下降，使第一的端面52接觸剝離手段10的下表面。接著，使連接剝離手段10的吸引手段作動，在剝離手段10的下表面生成吸引力，並以剝離手段10吸引保持相當於應生成晶圓的部分。接著，藉由第二昇降的手段34使剝離手段10上昇。由此，如圖8所示，可以將剝離層74作為起點從晶棒50剝離應生成晶圓76的部分。
如以上所述，本實施方式的剝離裝置2包含：晶棒保持手段4，將相當於晶圓的部分向上保持晶棒50；超音波振盪手段6，振盪具有與相當於晶圓的部分面對的端面6a之超音波；水供給手段8，在相當於晶圓的部分與超音波振盪手段6的端面6a之間供給水；以及剝離手段10，吸引保持相當於晶圓的部分並從晶棒50剝離晶圓；因此能以剝離層74作為起點從晶棒50容易地剝離晶圓76。另外，在本發明方式中，藉由在相當於晶圓的部分與超音波振盪手段6的端面6a之間從水供給手段8供給水，在相當於晶圓的部分與超音波振盪手段6的端面6a之間在生成水層LW，並透過水層LW傳遞超音波至晶棒50，藉此可不使用水槽將晶圓76從晶棒50剝離，因此節省在水槽儲水的時間和水的使用量，較為經濟。
再者，在本實施方式中，在晶棒50形成剝離層74時，雖以在與形成偏角α的方向A正交的方向上使晶棒50相對於聚光點FP移動，且在分度進給中在形成偏角α的方向A上使晶棒50相對於聚光點FP移動為例說明，但晶棒50及聚光點FP的相對移動方向可不為與形成偏角α的方向A正交的方向，另外，在分度進給中晶棒50及聚光點FP的相對移動方向亦可不為形成偏角α的方向A。另外，本實施型態中，雖個別以使超音波振盪手段6昇降的第一昇降手段28及使噴嘴32昇降的噴嘴昇降機構的構成為例說明，但可藉由設置於第一移動片20的共通的昇降機構使超音波振盪手段6及噴嘴32昇降，或者亦可藉由使Y軸方向移動機構16的框體18昇降，來使超音波振盪手段6及噴嘴32及剝離手段10昇降。
2‧‧‧剝離裝置
4‧‧‧晶棒保持手段
6‧‧‧超音波振盪手段
6a‧‧‧超音波振盪手段的端面
8‧‧‧水供給手段
10‧‧‧剝離手段
12‧‧‧基台
14‧‧‧保持台
16‧‧‧Y軸方向移動機構
18‧‧‧框體
18a‧‧‧導引開口
20‧‧‧第一移動片
22‧‧‧第一馬達
24‧‧‧第二移動片
26‧‧‧第二馬達
28‧‧‧第一昇降手段
30‧‧‧連接口
32‧‧‧噴嘴
32a‧‧‧出口
34‧‧‧第二昇降手段
50‧‧‧晶棒

Claims (3)

  1. 一種剝離裝置，從晶棒剝離晶圓，該晶棒係將具有穿透性波長的雷射光線的聚光點定位於相當於該晶圓厚度的深度並照射雷射光形成剝離層而成，該剝離裝置包含：晶棒保持手段，將晶棒的相當於該晶圓的部分向上並保持該晶棒；超音波振盪手段，具有與該晶棒的相當於該晶圓的部分面對的端面且振盪超音波；水供給手段，藉由在該晶棒的相當於該晶圓的部分與該超音波振盪手段的該端面之間供給水，在該晶棒的相當於該晶圓的部分與該超音波振盪手段的該端面之間生成水層，並透過該水層傳遞超音波至該晶棒；以及剝離手段，吸引保持該晶棒的相當於該晶圓的部分並從晶棒剝離該晶圓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之剝離裝置，其中該晶棒為具有c軸及對c軸正交的c面之單晶SiC晶棒；剝離層由改質部和裂痕所組成，前述改質部為將對單晶SiC具有穿透性波長的雷射光線的聚光點定位於距離單晶SiC晶棒的端面相當於該晶圓厚度的深度，對單晶SiC晶棒照射雷射光線，使SiC分離為Si和C，前述裂痕為從改質部至c面等向性形成。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之剝離裝置，其中該晶棒為c軸相對於端面的垂直線傾斜且c面與端面形成偏角之單晶SiC晶棒；剝離層在與形成偏角的方向正交的方向上連續地形成改質部，從改質部至c面等向性生成裂痕，並在形成偏角的方向上不超過裂痕寬度的範圍內，將單晶SiC晶棒及聚光點相對地進行分度進給，在與形成偏角的方向正交的方向上連續地形成改質部，從改質部至c面等向性依序生成裂痕。
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