晶片的生成方法與流程

2023-06-10 16:23:01 1

本發明涉及晶片的生成方法，將sic錠切片成晶片狀。

背景技術：

在以矽等作為原材料的晶片的正面上層疊功能層，在該功能層上在由多條分割預定線劃分出的區域中形成有ic、lsi等各種器件。並且，通過切削裝置、雷射加工裝置等加工裝置對晶片的分割預定線實施加工而將晶片分割成各個器件晶片，分割得到的器件晶片廣泛應用於行動電話、個人計算機等各種電子設備。

並且，在以sic、gan等六方晶單晶作為原材料的晶片的正面上層疊有功能層，在所層疊的功能層上由形成為格子狀的多條分割預定線進行劃分而形成有功率器件或者led、ld等光器件。

形成有器件的晶片通常是利用線切割機對錠進行切片而生成的，對切片得到的晶片的正面背面進行研磨而精加工成鏡面(例如，參照日本特開2000-94221號公報)。

在該線切割機中，將直徑約為100～300μm的鋼琴絲等一根金屬絲纏繞在設置在間隔輔助輥上的通常為二～四條的多個槽中，按照一定的間距彼此平行地配置而使金屬絲在一定的方向或者雙向上行進，將錠切片成多個晶片。

但是，當利用線切割機將錠切斷再對正面背面進行研磨而生成晶片時，會浪費錠的70～80％，存在不經濟這樣的問題。特別是sic錠的莫氏硬度較高，利用線切割而進行的切斷很困難且花費相當長的時間，生產性較差，在高效地生成晶片方面存在課題。

為了解決這些問題，在日本特開2013-49161號公報中記載了如下技術：將波長對於sic具有透過性的雷射束的聚光點定位在sic錠的內部而進行照射，在切斷預定面上形成改質層和裂痕，並施加外力而沿著形成有改質層和裂痕的切斷預定面割斷晶片，從而將晶片從錠分離。

在該公開公報所記載的技術中，將脈衝雷射束的聚光點沿著切斷預定面呈螺旋狀照射或者呈直線狀照射以使脈衝雷射束的第1照射點和距離該第1照射點最近的第2照射點處於規定的位置，而在錠的切斷預定面上形成非常高密度的改質層和裂痕。

專利文獻1：日本特開2000-94221號公報

專利文獻2：日本特開2013-49161號公報

但是，在專利文獻2所記載的錠的切斷方法中，雷射束的照射方法相對於錠呈螺旋狀或者直線狀，對於在直線狀的情況下掃描雷射束的方向則沒有任何規定。

在專利文獻2所記載的錠的切斷方法中，將雷射束的第1照射點與距離該第1照射點最近的第2照射點之間的間距設定為1μm～10μm。該間距是從改質層產生的裂紋沿著c面延伸的間距。

由於以這種方式照射雷射束時的間距非常小，所以不論雷射束的照射方法是螺旋狀或者直線狀，都需要按照非常小的間距間隔照射雷射束，存在無法充分實現生產性的提高這樣的問題。

技術實現要素：

本發明是鑑於這樣的點而完成的，其目的在於，提供一種晶片的生成方法，能夠高效地從錠生成晶片。

根據本發明，提供一種晶片的生成方法，從sic錠生成晶片，該sic錠具有第1面、位於該第1面的相反側的第2面、從該第1面至該第2面的c軸以及與該c軸垂直的c面，該晶片的生成方法的特徵在於，具有如下的步驟：第1改質層形成步驟，將波長對於sic錠具有透過性並且具有第1功率的第1雷射束的第1聚光點定位在距離該第1面相當於要生成的晶片的厚度的第1深度，並且一邊使該第1雷射束的該第1聚光點在第1方向上相對地移動一邊對該第1面照射該第1雷射束，從而在該第1深度散在地形成與該第1面平行的第1改質層以使該第1改質層彼此不重疊，其中，該c軸相對於該第1面的垂線傾斜偏離角，該第1方向與在該第1面與該c面之間形成偏離角的第2方向垂直；第1轉位步驟，使該第1聚光點在該第2方向上相對地移動而按照規定的量進行轉位進給；第2改質層形成步驟，在實施了該第1改質層形成步驟和該第1轉位步驟之後，將波長對於該錠具有透過性並且具有比該第1功率大的第2功率的第2雷射束的第2聚光點定位在距離該第1面比該第1深度深的第2深度，並且將該第2雷射束的束斑定位成與該第1改質層重疊，一邊使該第2聚光點和該錠在該第1方向上相對地移動一邊對該第1面照射該第2雷射束，從而在該第1深度形成在與該第1面平行的該第1方向上延伸的直線狀的第2改質層，並且形成從該第2改質層沿著該c面伸長的裂痕；第2轉位步驟，使該第2聚光點在該第2方向上相對地移動而按照該規定的量進行轉位進給；以及晶片剝離步驟，在實施了該第2改質層形成步驟和該第2轉位步驟之後，從由該第2改質層和該裂痕構成的分離起點將相當於晶片的厚度的板狀物從該sic錠剝離而生成sic晶片。

根據本發明的晶片的生成方法，由於形成於第1深度的第1改質層成為照射第2雷射束時的多光子吸收的誘因，所以第2改質層形成於距離第1面的第1深度，並且裂痕在第2改質層的兩側沿著c面傳播，由此，能夠容易地從由第2改質層和裂痕構成的分離起點將相當於晶片的厚度的板狀物從sic錠剝離而生成sic晶片。因此，能夠充分地實現生產性的提高，並且能夠充分地降低所捨棄的錠的量，將其抑制為30％左右。

通過實驗驗證出當對sic錠照射對於sic錠具有透過性的波長的雷射束而在錠內部形成改質層時，改質層是sic分離成si和c的區域，接下來照射的雷射束被最初在雷射束的聚光點形成的改質層的c吸收而形成改質層，通過該重複而使改質層逐漸形成在從聚光點向上方遠離的位置而在功率密度{平均輸出/(光斑面積·重複頻率)}為1.13j/mm2的位置穩定地形成改質層。

因此，在本發明的晶片的生成方法中，首先實施第1改質層形成步驟，將具有第1功率的第1雷射束的聚光點定位在距離第1面相當於要生成的晶片的厚度的第1深度而對第1面照射第1雷射束，在第1深度散在地形成與第1面平行的第1改質層以使該第1改質層彼此不重疊。接著，將具有比第1功率大的第2功率的第2雷射束的聚光點定位在比第1深度深的第2深度，並且將第2雷射束的束斑定位成與第1改質層重疊，將處於第1深度的第2雷射束的束斑的功率密度調整為1.13j/mm2。

由此，第1改質層成為照射第2雷射束時的引起多光子吸收的誘因，能夠在形成有第1改質層的第1深度連續地形成第2改質層，能夠在第2改質層形成步驟中形成與第1面平行的第2改質層和從該第2改質層沿著c面伸長的裂痕。

附圖說明

圖1是適合實施本發明的晶片的生成方法的雷射加工裝置的立體圖。

圖2是雷射束產生單元的框圖。

圖3的(a)是sic錠的立體圖，圖3的(b)是其主視圖。

圖4是說明改質層形成步驟的立體圖。

圖5是sic錠的俯視圖。

圖6的(a)是示出第1改質層形成步驟的示意性剖視圖，圖6的(b)是示出第2改質層形成步驟的示意性剖視圖。

圖7是說明第2改質層形成步驟的示意性俯視圖。

圖8的(a)和(b)是說明晶片剝離步驟的立體圖。

圖9是所生成的sic晶片的立體圖。

標號說明

2：雷射加工裝置；11：sic錠；11a：第1面(上表面)；11b：第2面(下表面)；13：第1定向平面；15：第2定向平面；17：第1面的垂線；19：c軸；21：c面；23：第2改質層；23a：第1改質層；25：裂痕；26：支承工作檯；30：雷射束照射單元；36：聚光器(雷射頭)；54：按壓機構；56：頭；58：按壓部件；f1，f2：聚光點。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發明的實施方式進行詳細地說明。參照圖1，示出了適合實施本發明的晶片的生成方法的雷射加工裝置2的立體圖。雷射加工裝置2包含以能夠在x軸方向上移動的方式搭載在靜止基臺4上的第1滑動塊6。

第1滑動塊6藉助由滾珠絲槓8和脈衝電動機10構成的加工進給機構12而沿著一對導軌14在加工進給方向、即x軸方向上移動。

第2滑動塊16以能夠在y軸方向上移動的方式搭載在第1滑動塊6上。即，第2滑動塊16藉助由滾珠絲槓18和脈衝電動機20構成的分度進給機構22而沿著一對導軌24在分度進給方向、即y軸方向上移動。

在第2滑動塊16上搭載有支承工作檯26。支承工作檯26能夠藉助加工進給機構12和分度進給機構22而在x軸方向和y軸方向上移動，並且藉助收納在第2滑動塊16中的電動機而旋轉。

在靜止基臺4上豎立設置有柱28，在該柱28上安裝有雷射束照射機構(雷射束照射構件)30。雷射束照射機構30由收納在外殼32中的圖2所示的雷射束產生單元34和安裝於外殼32的前端的聚光器(雷射頭)36構成。

在外殼32的前端安裝有具有顯微鏡和照相機的拍攝單元38，該拍攝單元38與聚光器36在x軸方向上排列。聚光器36以能夠在上下方向(z軸方向)上微動的方式安裝在殼體32上。

如圖2所示，雷射束產生單元34包含振蕩出yag雷射或者yvo4雷射的雷射振蕩器40、重複頻率設定構件42、脈衝寬度調整構件44以及功率調整構件46。雖然未特別圖示，但雷射振蕩器40具有布魯斯特窗，從雷射振蕩器40射出的雷射束是直線偏光的雷射束。

藉助雷射束產生單元34的功率調整構件46被調整為規定的功率的脈衝雷射束被聚光器36的反射鏡48反射，進而藉助聚光透鏡50將聚光點定位在作為固定於支承工作檯26的被加工物的sic錠11的內部而進行照射。

參照圖3的(a)，示出了作為加工對象物的sic錠11的立體圖。圖3的(b)是圖3的(a)所示的sic錠(以下，有時簡稱為錠)11的主視圖。

錠11具有第1面(上表面)11a和與第1面11a相反側的第2面(下表面)11b。由於錠11的上表面11a是雷射束的照射面，所以將其研磨成鏡面。

錠11具有第1定向平面13和與第1定向平面13垂直的第2定向平面15。第1定向平面13的長度形成為比第2定向平面15的長度長。

錠11具有c軸19和c面21，該c軸19相對於上表面11a的垂線17向第2定向平面15方向傾斜偏離角α，該c面21與c軸19垂直。c面21相對於錠11的上表面11a傾斜偏離角α。通常在sic錠11中，與較短的第2定向平面15的伸長方向垂直的方向是c軸的傾斜方向。

在錠11中按照錠11的分子級設定有無數個c面21。在本實施方式中，偏離角α被設定為4°。但是，偏離角α並僅不限於4°，能夠在例如1°～6°的範圍中自由地設定而製造出錠11。

再次參照圖1，在靜止基臺4的左側固定有柱52，在該柱52上藉助形成於柱52的開口53而以能夠在上下方向上移動的方式搭載有按壓機構54。

在本實施方式的晶片的生成方法中，如圖4所示，例如利用蠟或者粘接劑將錠11固定在支承工作檯26上以使錠11的第2定向平面15與x軸方向對齊。

即，如圖5所示，使箭頭a方向與x軸相符而將錠11固定在支承工作檯26上，其中，該a方向即是與形成有偏離角α的方向y1(換言之c軸19與上表面11a的交點19a相對於錠11的上表面11a的垂線17所存在的方向)垂直的方向。

由此，沿著與形成有偏離角α的方向垂直的方向a掃描雷射束。換言之，與形成有偏離角α的方向y1垂直的a方向成為支承工作檯26的加工進給方向。

在本發明的晶片的生成方法中，將從聚光器36射出的雷射束的掃描方向設為與錠11的形成有偏離角α的方向y1垂直的箭頭a方向是很重要的。

即，本發明的晶片的生成方法的特徵在於探索出如下情況：通過將雷射束的掃描方向設定為上述這樣的方向，從形成於錠11的內部的改質層傳播的裂痕沿著c面21非常長地伸長。

本發明者通過所實施的實驗已經驗證出：在對sic錠11照射對於錠11具有透過性的波長的雷射束而在錠11的內部形成改質層時，在雷射束的功率密度為1.13j/mm2時形成良好的改質層。這裡，功率密度＝{平均輸出/(光斑面積·重複頻率)}。

因此，在本發明的晶片的生成方法中，其特徵之一在於，將改質層形成步驟分成第1改質層形成步驟和第2改質層形成步驟來實施。在第1改質層形成步驟中，如圖6的(a)所示，對sic錠11的上表面11a照射具有第1功率(平均輸出)的第1雷射束lb1，在距離上表面11a的深度d1的位置形成第1雷射束lb1的聚光點f1，從而通過多光子吸收在深度d1的位置在錠11的內部散在地形成第1改質層23a以使第1改質層23a彼此不重疊。箭頭x1是錠11的加工進給方向。

在第1改質層形成步驟中，通過對第1雷射束lb1的重複頻率、平均輸出、光斑直徑以及進給速度進行最優地控制，能夠在距離錠11的上表面11a的深度d1的位置散在地形成第1改質層23a。優選實施方式的第1改質層形成步驟的加工條件如下。

光源：nd：yag脈衝雷射

波長：1064nm

重複頻率：5khz

平均輸出：0.125w

光斑直徑：3μm(形成改質層的光斑直徑為3μm)

聚光位置：距離第1面(上表面)11a為70μm

功率密度：1.13j/mm2

轉位量：250～400μm

進給速度：60mm/s

重疊率：0％

當按照上述的條件實施第1改質層形成步驟時，在圖6的(a)中，d1＝70μm，相鄰的第1改質層23a之間的間隔p1＝12μm，聚光點處的光斑直徑＝f1＝3μm。

在轉位量為250～400μm的範圍內在y軸方向上對錠11進行轉位進給，並且在x軸方向上對錠11進行加工進給，在距離錠11的上表面11a的深度d1＝70μm的位置散在地形成第1改質層23a。

當在錠11的整個區域內實施了第1改質層形成步驟之後，改變雷射束的平均輸出、重複頻率以及聚光點位置而實施第2改質層形成步驟。參照圖6的(b)對第2改質層形成步驟進行說明。

在第2改質層形成步驟中，將波長對於錠11具有透過性並且具有比第1功率大的第2功率的第2雷射束lb2的第2聚光點f2定位在距離第1面(上表面)11a的比第1深度d1深的第2深度d2的位置，並且定位成使第2雷射束lb2的束斑(beamspot)在深度d1的位置與第1改質層23a重疊，一邊在箭頭x1方向上對錠11進行加工進給一邊對第1面(上表面)11a照射第2雷射束lb2。

當對第2雷射束lb2的重複頻率、平均輸出和進給速度進行最適地控制以使第2雷射束lb2的功率密度在深度d1的位置成為1.13j/mm2時，第1改質層23a成為在照射第2雷射束時產生多光子吸收的誘因，能夠在錠11的第1深度d1連續地形成與上表面11a平行的第2改質層23，並且形成從第2改質層23沿著c面伸長的裂痕25。

第2改質層形成步驟的優選實施方式的雷射加工條件例如如下。

光源：nd：yag脈衝雷射

波長：1064nm

重複頻率：60khz

平均輸出：1.5w

光斑直徑：3μm(形成改質層的光斑直徑為5.3μm)

聚光位置：距離第1面(上表面)11a為80μm

功率密度：3.53j/mm2

轉位量：250～400μm

進給速度：60mm/s

重疊率：80％

當按照上述的加工條件實施第2改質層形成步驟時，在圖6的(b)中，d2＝80μm，第2聚光點f2的光斑直徑為3.0μm，深度d1的位置處的光斑直徑為5.3μm，深度d1的位置處的功率密度＝1.13j/mm2，相鄰的第2改質層23之間的間隔p2＝1μm。

如圖7所示，當在x軸方向上直線狀地形成第2改質層23時，從第2改質層23的兩側沿著c面21傳播而形成裂痕25。在本實施方式的第2改質層形成步驟中，對從直線狀的第2改質層23起在c面方向上傳播而形成的裂痕25的寬度進行測量，而對使聚光點在y軸方向上按照規定的量進行轉位進給時的轉位量進行設定。該轉位量如上述那樣優選在250～400μm的範圍內。

如圖7所示，一邊在y軸方向上按照規定的量對錠11進行轉位進給，一邊在錠11的第1深度d1連續地形成與第1面(上表面)11a平行的第2改質層23和從第2改質層23沿著c面伸長的裂痕25。

如果完成了在錠11的整個區域的深度d1的位置形成多個改質層23和從改質層23沿著c面21延伸的裂痕25的加工，則實施晶片剝離步驟，施加外力而從由第2改質層23和裂痕25構成的分離起點將相當於要形成的晶片的厚度的板狀物從sic錠11分離從而生成sic晶片27。

該晶片剝離步驟例如藉助圖8所示的按壓機構54來實施。按壓機構54包含：頭56，其藉助內設在柱52內的移動機構而在上下方向上移動；以及按壓部件58，其相對於頭56如圖8的(b)所示那樣在箭頭r方向上旋轉。

如圖8的(a)所示，將按壓機構54定位在固定於支承工作檯26的錠11的上方，如圖8的(b)所示，使頭56下降直到按壓部件58壓接於錠11的上表面11a為止。

當在將按壓部件58壓接於錠11的上表面11a的狀態下使按壓部件58在箭頭r方向上旋轉時，在錠11中產生扭轉應力，錠11從形成有第2改質層23和裂痕25的分離起點斷裂，能夠從sic錠11分離出圖9所示的sic晶片27。

優選在從錠11分離出晶片27之後，對晶片27的分離面和錠11的分離面進行研磨而加工成鏡面。