晶片的生成方法
【专利摘要】提供晶片的生成方法，从锭高效地生成晶片。晶片的生成方法包含分离起点形成步骤，照射对于六方晶单晶锭具有透过性的波长的激光束聚光点，形成与锭的正面平行的改质层和从改质层伸长的裂痕而形成分离起点。分离起点形成步骤包含改质层形成步骤，c轴相对于正面的垂线倾斜偏离角，使激光束的聚光点沿着与在正面和c面之间形成偏离角的方向垂直的方向相对地移动而形成直线状的改质层。在改质层形成步骤中，使激光束的偏光面与加工方向相符而照射激光束。
【专利说明】
晶片的生成方法
技术领域
[0001] 本发明涉及晶片的生成方法，将六方晶单晶锭切片成晶片状。
【背景技术】
[0002] 在以硅等作为原材料的晶片的正面上层叠功能层，在该功能层上在通过多个分割 预定线划分出的区域中形成有IC、LSI等各种器件。并且，通过切削装置、激光加工装置等加 工装置对晶片的分割预定线实施加工，将晶片分割成各个器件芯片，分割得到的器件芯片 广泛应用于移动电话、个人计算机等各种电子设备。
[0003] 并且，在以SiC、GaN等六方晶单晶作为材料的晶片的正面上层叠有功能层，在所层 叠的功能层上通过形成为格子状的多条分割预定线进行划分而形成有功率器件或者LED、 LD等光器件。
[0004] 形成有器件的晶片通常是利用线切割对锭进行切片而生成的，对切片得到的晶片 的正面背面进行研磨而精加工成镜面(例如，参照日本特开2000-94221号公报）。
[0005] 在该线切割中，将直径约为100~300μπι的钢琴丝等一根金属丝缠绕在通常设置于 二~四条间隔辅助辊上的多个槽中，按照一定间距彼此平行配置且使金属丝在一定方向或 者双向上行进，将锭切片成多个晶片。
[0006] 但是，当利用线切割将锭切断，并对正面背面进行研磨而生成晶片时，会浪费锭的 70~80 %，存在不经济这样的问题。特别是SiC、GaN等六方晶单晶锭的莫氏硬度较高，利用 线切割而进行的切断很困难，花费相当长的时间，生产性较差，在高效地生成晶片方面存在 课题。
[0007] 为了解决这些问题，在日本特开2013-49161号公报中记载了如下技术:将对于SiC 具有透过性的波长的激光束的聚光点定位在六方晶单晶锭的内部而进行照射，在切断预定 面上形成改质层和裂痕，并施加外力而沿着形成有改质层和裂痕的切断预定面割断晶片， 从锭分离晶片。
[0008] 在该公开公报所记载的技术中，以脉冲激光束的第一照射点和距该第一照射点最 近的第二照射点处于规定的位置的方式，将脉冲激光束的聚光点沿着切断预定面呈螺旋状 照射，或者呈直线状照射，而在锭的切断预定面上形成非常高密度的改质层和裂痕。
[0009] 专利文献1:日本特开2000-94221号公报 [0010] 专利文献2:日本特开2013-49161号公报
[0011]但是，在专利文献2所记载的锭的切断方法中，激光束的照射方法相对于锭呈螺旋 状或者直线状，对于在直线状的情况下扫描激光束的方向则没有任何规定。
[0012] 在专利文献2所记载的锭的切断方法中，将激光束的第一照射点与距该第一照射 点最近的第二照射点之间的间距设定为Ιμπι~ΙΟμπι。该间距是从改质层产生的裂纹沿着c面 延伸的间距。
[0013] 由于以这种方式照射激光束时的间距非常小，因此不论激光束的照射方法是螺旋 状或者直线状，都需要以非常小的间距间隔照射激光束，存在无法充分实现生产性的提高 这样的问题。
【发明内容】
[0014] 本发明是鉴于这样的点而完成的，其目的在于，提供一种晶片的生成方法，能够高 效地从锭生成晶片。
[0015] 根据本发明，提供一种晶片的生成方法，从六方晶单晶锭生成晶片，该六方晶单晶 锭具有:第一面和位于该第一面的相反侧的第二面;从该第一面至该第二面的c轴；以及与 该c轴垂直的c面，该晶片的生成方法的特征在于，具有如下的步骤:分离起点形成步骤，将 对于六方晶单晶锭具有透过性的波长的激光束的聚光点定位在锭内的距该第一面相当于 要生成的晶片的厚度的深度，并且使该聚光点与该六方晶单晶锭相对地移动而对该第一面 照射该激光束，形成与该第一面平行的改质层和从该改质层沿着c面伸长的裂痕而形成分 离起点；以及晶片剥离步骤，在实施了该分离起点形成步骤之后，从该分离起点将相当于晶 片的厚度的板状物从该六方晶单晶锭剥离而生成六方晶单晶晶片，该分离起点形成步骤包 含如下的步骤:改质层形成步骤，该c轴相对于该第一面的垂线倾斜偏离角，使激光束的聚 光点沿着与在该第一面和该c面之间形成偏离角的第二方向垂直的第一方向相对地移动， 而形成在第一方向上延伸的直线状的改质层；以及转位步骤，在该第二方向上使该聚光点 相对地移动而转位规定的量，在该改质层形成步骤中，激光束的偏光面朝向与该第二方向 垂直的第一方向。
[0016] 优选六方晶单晶锭从SiC锭、GaN锭或者AlN锭中进行选择。
[0017] 根据本发明的晶片的生成方法，由于重复如下的步骤:使激光束的聚光点沿着在 锭的第一面和c面之间形成偏离角的方向垂直的方向上相对地移动，而在锭内部形成直线 状的改质层，并且在形成有该偏离角的方向上进行了转位之后，使激光束的聚光点沿着与 形成该偏离角的方向垂直的方向相对地移动而形成直线状的改质层，因此改质层形成在距 第一面规定的深度，并且裂痕在改质层的两侧沿着c面传播，从而通过裂痕连结一个改质层 和邻接的改质层，能够从分离起点将相当于晶片的厚度的板状物从六方晶单晶锭容易地剥 离，而生成六方晶单晶晶片。
[0018] 由于将激光束移动的方向设定在与形成偏离角的方向垂直的方向，因此从改质层 的两侧沿着c面传播而形成的裂痕伸长得非常长，因此能够增大转位量。
[0019] 并且，由于使激光束的偏光面朝向与形成该偏离角的方向垂直的方向而实施改质 层形成步骤，因此裂痕的大小稳定，能够顺畅地实施晶片剥离工序。
[0020] 因此，能够充分地实现生产性的提高，并且能够充分地减轻所舍弃的锭的量而将 其抑制为30 %左右。
【附图说明】
[0021] 图1是适合实施本发明的晶片的生成方法的激光加工装置的立体图。
[0022]图2是激光束产生单元的框图。
[0023] 图3的(A)是六方晶单晶锭的立体图，图3的(B)是其主视图。
[0024] 图4是说明分离起点形成步骤的立体图。
[0025] 图5是六方晶单晶徒的俯视图。
[0026] 图6是说明改质层形成步骤的示意性剖面图。
[0027] 图7是说明改质层形成步骤的示意性俯视图。
[0028] 图8的(A)是说明转位步骤的示意性俯视图，图8的(B)是说明转位量的示意性俯视 图。
[0029] 图9是说明晶片剥离步骤的立体图。
[0030] 图10是所生成的六方晶单晶晶片的立体图。
[0031] 图11是示出加工方向与激光束的偏光面之间的关系的示意图。
[0032] 标号说明
[0033] 2:激光加工装置；11:六方晶单晶锭；Ila:第一面(正面）；Ilb:第二面(背面）；13: 第一定向平面;15:第二定向平面;17:第一面的垂线；19: c轴;21: c面;23:改质层;25:裂痕； 26:支承工作台；30:激光束照射单元;36:聚光器(激光头）；54:按压机构;56:头;58:按压部 件。
【具体实施方式】
[0034]以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。参照图1，示出了适合实施本发明 的晶片的生成方法的激光加工装置2的立体图。激光加工装置2包含以能够在X轴方向上移 动的方式搭载在静止基台4上的第一滑动块6。
[0035]第一滑动块6借助由滚珠丝杠8和脉冲电动机10构成的加工进给机构12沿着一对 导轨14在加工进给方向、即X轴方向上移动。
[0036]第二滑动块16以能够在Y轴方向上移动的方式搭载在第一滑动块6上。即，第二滑 动块16借助由滚珠丝杜18和脉冲电动机20构成的分度进给机构22沿着一对导轨24在分度 进给方向、即Y轴方向上移动。
[0037]在第二滑动块16上搭载有支承工作台26。支承工作台26能够借助加工进给机构12 和分度进给机构22在X轴方向和Y轴方向上移动，并且借助收纳在第二滑动块16中的电动机 而旋转。
[0038]在静止基台4上竖立设置有柱28,在该柱28上安装有激光束照射机构(激光束照射 构件)30。激光束照射机构30由收纳在外壳32中的图2所示的激光束产生单元34和安装于外 壳32的前端的聚光器(激光头)36构成。在外壳32的前端安装有具有显微镜和照相机的摄像 单元38，该摄像单元38与聚光器36在X轴方向上排列。
[0039]如图2所示，激光束产生单元34包含振荡出YAG激光或者YV04激光的激光振荡器 40、重复频率设定构件42、脉冲宽度调整构件44以及功率调整构件46。虽然未特别图示，但 激光振荡器40具有布鲁斯特窗，从激光振荡器40射出的激光束是直线偏光的激光束。
[0040] 借助激光束产生单元34的功率调整构件46被调整为规定的功率的脉冲激光束被 聚光器36的反射镜48反射，进而借助聚光透镜50将聚光点定位在作为固定于支承工作台26 的被加工物的六方晶单晶锭11的内部而进行照射。
[0041] 参照图3的(A)，示出了作为加工对象物的六方晶单晶锭11的立体图。图3的（B)是 图3的(A)所示的六方晶单晶锭11的主视图。六方晶单晶锭（以下，有时简称为锭)11由SiC单 晶锭、GaN单晶锭或者ALN单晶锭构成。
[0042] 锭11具有第一面(上表面）lla和与第一面Ila相反侧的第二面(背面）llb。由于锭 11的正面Ila是激光束的照射面因此将其研磨成镜面。
[0043] 锭11具有第一定向平面13和与第一定向平面13垂直的第二定向平面15。第一定向 平面13的长度形成为比第二定向平面15的长度长。
[0044] 锭11具有c轴19和c面21，该c轴19相对于正面Ila的垂线17向第二定向平面15方向 倾斜偏离角α，该c面21与c轴19垂直。c面21相对于锭11的正面Ila倾斜偏离角α。通常在六方 晶单晶锭11中，与较短的第二定向平面15的伸长方向垂直的方向是c轴的倾斜方向。
[0045] 在锭11中按照锭11的分子级设定有无数个c面21。在本实施方式中，偏离角α被设 定为4°。但是，偏离角α不限于4°，能够在例如1°~6°的范围中自由地设定而制造出锭11。
[0046] 再次参照图1，在静止基台4的左侧固定有柱52,在该柱52上经由形成于柱52的开 口 53以能够在上下方向上移动的方式搭载有按压机构54。
[0047] 在本实施方式的晶片的生成方法中，如图4所示，以锭11的第二定向平面15在X轴 方向上排列的方式例如利用蜡或者粘接剂将锭11固定在支承工作台26上。
[0048] 即，如图5所示，使箭头A方向与X轴相符而将锭11固定在支承工作台26上，其中，该 A方向即是与形成有偏离角α的方向Yl、换言之c轴19的与正面Ila的交点19a相对于锭11的 正面Ila的垂线17所存在的方向垂直的方向。
[0049] 由此，沿着与形成有偏离角α的方向垂直的方向A扫描激光束。换言之，与形成有偏 离角α的方向Yl垂直的A方向成为支承工作台26的加工进给方向。
[0050] 在本发明的晶片的生成方法中，将从聚光器36射出的激光束的扫描方向设为与锭 11的形成有偏离角α的方向Yl垂直的箭头A方向是很重要的。
[0051] 即，本发明的晶片的生成方法的特征在于探索出如下情况:通过将激光束的扫描 方向设定为上述这样的方向，从形成于锭11的内部的改质层传播的裂痕沿着c面21非常长 地伸长。
[0052] 在本实施方式的晶片的生成方法中，首先，实施分离起点形成步骤，将对于固定于 支承工作台26的六方晶单晶锭11具有透过性的波长(例如1064nm的波长)的激光束的聚光 点定位在距第一面(正面Hla相当于要生成的晶片的厚度的深度，并且使聚光点与六方晶 单晶锭11相对地移动而对正面Ila照射激光束，形成与正面Ila平行的改质层23以及从改质 层23沿着c面21传播的裂痕25而成为分离起点。
[0053]该分离起点形成步骤包含:改质层形成步骤，c轴19相对于正面Ila的垂线17倾斜 偏离角α，在与在c面21和正面Ila之间形成有偏离角α的方向即图5的箭头Yl方向垂直的方 向即A方向上使激光束的聚光点相对地移动而在锭11的内部形成改质层23和从改质层23沿 着c面21传播的裂痕25;以及转位步骤，如图7和图8所示，在形成有偏离角的方向即Y轴方向 上使聚光点相对地移动且转位规定的量。
[0054]如图6和图7所示，当在X轴方向上将改质层23形成为直线状时，裂痕25从改质层23 的两侧沿着c面21传播而形成。在本实施方式的晶片的生成方法中包含转位量设定步骤，对 从直线状的改质层23起在c面方向上传播而形成的裂痕25的宽度进行测量，设定聚光点的 转位量。
[0055]在转位量设定步骤中，如图6所示，当将从直线状的改质层23起在c面方向上传播 而形成在改质层23的单侧的裂痕25的宽度设为Wl的情况下，将应该进行转位的规定的量W2 设定为Wl以上2W1以下。
[0056]这里，以如下的方式设定优选的实施方式的改质层形成步骤的激光加工方法。 [0057] 光源:Nd: YAG脉冲激光
[0058] 波长：1064nm
[0059] 重复频率:80kHz
[0060] 平均输出：3.2W [0061 ] 脉冲宽度:4ns
[0062] 光斑直径：10μπι
[0063] 聚光透镜的数值孔径(NA) :0.45
[0064] 进给速度：160mm/s
[0065] 转位量:400μπι
[0066] 在上述的激光加工条件中，在图6中，将从改质层23沿着c面传播的裂痕25的宽度 Wl设定为大致250μπι，将转位量W2设定为400μπι。
[0067] 但是，激光束的平均输出不限于3.2W，在本实施方式的加工方法中，将平均输出设 定为2W~4.5W而得到良好的结果。在平均输出为2W的情况下，裂痕25的宽度Wl为大致100μ m，在平均输出为4.5W的情况下，裂痕25的宽度Wl为大致350μπι。
[0068] 由于在平均输出小于2W的情况下和大于4.5W的情况下，无法在锭11的内部形成良 好的改质层23,因此优选照射的激光束的平均输出在2W~4.5W的范围内，在本实施方式中 对锭11照射平均输出为3.2W的激光束。在图6中，将形成改质层23的聚光点的距正面I Ia的 深度Dl设定为500μηι。
[0069] 参照图8的(A)，示出了用于说明激光束的扫描方向的示意图。利用往路Xl和返路 Χ2实施分离起点形成步骤，对于利用往路Xl在六方晶单晶锭11中形成了改质层23的激光束 的聚光点而言，在转位了规定的量之后，利用返路Χ2在六方晶单晶锭11中形成改质层23。
[0070] 并且，在分离起点形成步骤中，在激光束的聚光点的应该进行转位的规定的量被 设定为W以上2W以下的情况下，优选在六方晶单晶锭11中定位激光束的聚光点并将聚光点 的转位量设定为W以下直到形成最初的改质层23为止。
[0071 ]例如，如图8的(B)所示，在应该对激光束的聚光点进行转位的规定的量为400μπι的 情况下，以转位量200Μ1执行多次激光束的扫描直到在锭11中形成最初的改质层23为止。
[0072] 最初的激光束的扫描是空打，如果判明在锭11的内部最初形成了改质层23，则设 定为转位量400μπι而在锭11的内部形成改质层23。
[0073] 如果以这种方式转位进给规定的量，并且完成了在锭11的整个区域的深度为Dl的 位置上形成多个改质层23和形成从改质层23沿着c面21延伸的裂痕25,则实施晶片剥离工 序，施加外力而从由改质层25和裂痕23构成的分离起点将相当于要形成的晶片的厚度的板 状物从六方晶单晶锭11分离而生成六方晶单晶晶片27。
[0074]该晶片剥离工序例如借助图9所示的按压机构54实施。按压机构54包含：头56,其 借助内设于柱52内的移动机构而在上下方向上移动；以及按压部件58,其相对于头56如图9 的(B)所示那样在箭头R方向上旋转。
[0075]如图9的(A)所示，将按压机构54定位在固定于支承工作台26的锭11的上方，如图9 的(B)所示，使头56下降直到按压部件58压接于锭11的正面Ila为止。
[0076]当在使按压部件58压接于锭11的正面Ila的状态下使按压部件58在箭头R方向上 旋转时，在锭11中产生扭转应力，锭11从形成有改质层23和裂痕25的分离起点断裂，能够从 六方晶单晶锭11中分离出图IO所示的六方晶单晶晶片2 7。
[0077] 优选在从锭11分离晶片27之后，对晶片27的分离面和锭11的分离面进行研磨而加 工成镜面。
[0078] 接着，作为六方晶单晶锭11采用SiC锭，对SiC锭实施10条激光加工，如图11所示， 在使激光束的偏光面的方向相对于加工方向+X方向变化成A、B、C、D，而对从各激光加工中 所形成的改质层向右侧延伸的最大的裂痕和最小的裂痕进行测量。在以下的实验1至实验4 中，如图2所示，使1/2波长板47旋转而相对于加工方向使激光束的偏光面发生变化。
[0079] (实验 1)
[0080] 使激光束的偏光面与加工方向A(与形成偏离角的方向垂直的方向）相符而实施改 质层形成步骤。 最大裂痕（μηι) 最小裂痕（μηι) 第一条 3S8 288 第二条 382 305 第三条 385 294 第四条 378 2:89 第五条 380 2:9:5
[0081] 第六条 383 305 第七条 381 294 第八条 363 289 第九条 375 288 第十条 382 290 合计 3767 2937 6704
[0082] (实验2)
[0083] 使激光束的偏光面与垂直于加工方向A的方向B(形成偏离角的方向）相符而实施 改质层形成步骤。 最大裂痕（μηι) 最小裂痕（μηι)
[0084] 第一条 357 278 第二条 432； 276 第三条 345: 264 第四条 342: 253 第五条 445 295 第六条 352: 263
[0085] 第七条 382: 255 第八条 452 289 第九条 375: 263 第十条 353 260 介 U· 3835 2696 65:31
[0086] (实验3)
[0087] 使激光束的偏光面与相对于加工方向右45°的方向、即C方向相符而实施改质层形 成步骤。 最大裂痕（μιη) 最小裂痕（μηι) 办·条 366 299 第二条 31:9 232 第三条 282: 1Β9 第四条 365 283 第五条 321 222
[0088] 第六条 2.83 186 第七条 355 276 第八条 332 251 第九条 273 16：5 第十条 342 263 合计 3238 2366 5604
[0089] (实验 4)
[0090] 使激光束的偏光面与相对于加工方向左45°的方向、即D方向相符而实施改质层形 成步骤。 最大裂痕（..μ?ι> 最小裂痕（μ??).
[0091] 第一条 387 313 第二条 350 257 第三条 322: 265 第四条 334 276 第五条 39:0 308 第六条 342 243
[0092] 第七条 369 261 第八条 3· 302 第九条 313 272 第十条 356 264 合计 3:543 2761 6304
[0093] 根据实验1至实验4中得到的数据进行以下的考察。
[0094] "考察：1"
[0095] 在实验1中，最大裂痕的最大值与最小值的差为27μηι，最小裂痕的最大值与最小值 的差为6μηι。
[0096] 在实验2中，最大裂痕的最大值与最小值的差为87μηι，最小裂痕的最大值与最小值 的差为31μηι。
[0097] 在实验3中，最大裂痕的最大值与最小值的差为93μηι，最小裂痕的最大值与最小值 的差为134μηι。
[0098] 在实验4中，最大裂痕的最大值与最小值的差为79μηι，最小裂痕的最大值与最小值 的差为56μηι。
[0099] 因此，裂痕的长度偏差最小的是实验1。
[0100] "考察:2"
[0101] 在实验1中，最大裂痕的最大值与最小裂痕的最小值的差为94μηι。
[0102] 在实验2中，最大裂痕的最大值与最小裂痕的最小值的差为199μηι。
[0103] 在实验3中，最大裂痕的最大值与最小裂痕的最小值的差为201μηι。
[0104] 在实验4中，最大裂痕的最大值与最小裂痕的最小值的差为147μηι。
[0105] 因此，裂痕的长度的差最小的为实验1。
[0106] "考察：3"
[0107] 在实验1中，当对所有的最大裂痕与最小裂痕的进行合算时得到6704μπι。
[0108] 在实验2中，当对所有的最大裂痕与最小裂痕进行合算时得到6531μπι。
[0109] 在实验3中，当对所有的最大裂痕与最小裂痕进行合算时得到5604μπι。
[0110] 在实验4中，当对所有的最大裂痕与最小裂痕进行合算时得到6304μπι。
[0111] 因此，裂痕形成得最好的为实验1。
[0112] 如以上的考察1至考察3明确的那样，判别出基于实验1的激光加工、即，使激光束 的偏光面与加工方向即+X方向（与形成偏离角的方向垂直的方向）相符而照射激光束而形 成改质层的加工方法能够最有效地从SiC锭生成SiC晶片。
【主权项】
1. 一种晶片的生成方法，从六方晶单晶锭生成晶片，该六方晶单晶锭具有:第一面和位 于该第一面的相反侧的第二面;从该第一面至该第二面的C轴；以及与该C轴垂直的C面，该 晶片的生成方法的特征在于，具有如下的步骤： 分离起点形成步骤，将对于六方晶单晶锭具有透过性的波长的激光束的聚光点定位在 锭内的距该第一面相当于要生成的晶片的厚度的深度，并且使该聚光点与该六方晶单晶锭 相对地移动而对该第一面照射该激光束，形成与该第一面平行的改质层和从该改质层沿着 c面伸长的裂痕而形成分离起点；以及 晶片剥离步骤，在实施了该分离起点形成步骤之后，从该分离起点将相当于晶片的厚 度的板状物从该六方晶单晶锭剥离而生成六方晶单晶晶片， 该分离起点形成步骤包含如下的步骤： 改质层形成步骤，该C轴相对于该第一面的垂线倾斜偏离角，使激光束的聚光点沿着与 在该第一面和该C面之间形成偏离角的第二方向垂直的第一方向相对地移动，而形成在第 一方向上延伸的直线状的改质层；以及 转位步骤，在该第二方向上使该聚光点相对地移动而转位规定的量， 在该改质层形成步骤中，激光束的偏光面朝向与该第二方向垂直的第一方向。2. 根据权利要求1所述的晶片的生成方法，其中， 六方晶单晶锭从SiC锭、GaN锭或者A1N锭中进行选择。
【文档编号】B23K26/08GK106041328SQ201610191139
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年3月30日 公开号201610191139.8, CN 106041328 A, CN 106041328A, CN 201610191139, CN-A-106041328, CN106041328 A, CN106041328A, CN201610191139, CN201610191139.8
【发明人】平田和也, 高桥邦充, 西野曜子
【申请人】株式会社迪思科