SiC晶片的生成方法與流程

2023-06-10 16:21:16 1

本發明涉及一種sic晶片的生成方法，將sic晶錠切片成晶片狀。

背景技術：

在以矽等作為材料的晶片的正面上層疊功能層，在該功能層上在通過多個分割預定線劃分出的區域，ic、lsi等各種器件形成在該區域。然後，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，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。

另外，在以sic、gan等sic作為材料的晶片的正面上層疊有功能層，在所層疊的功能層上通過形成為格子狀的多個分割預定線進行劃分而形成功率器件或者led、ld等光器件。

形成器件的晶片通常是利用劃片鋸對晶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(參照例如日本特開2000-94221號公報)。

在該劃片鋸中，將直徑約為100～300μm的鋼琴絲等一根金屬絲纏繞在通常二～四條設置於間隔輔助輥上的多個槽中，按照一定間距彼此平行配置且使金屬絲在一定方向或者雙向上行進，將晶錠切片成多個晶片。

但是，當利用劃片鋸將晶錠切斷，並對正面背面進行研磨而生成晶片時，會浪費晶錠的70～80％，存在不經濟的問題。特別是sic、gan等六方晶單晶晶錠的莫氏硬度較高，利用劃片鋸而進行的切斷很困難，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問題。

為了解決這些問題，在日本特開2013-49461號公報中記載了如下技術：將對於sic具有透過性的波長的雷射束的聚光點定位在sic晶錠的內部來進行照射，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sic晶錠分離晶片。

在該公開公報所記載的技術中，以脈衝雷射束的第一照射點和距該第一照射點最近的第二照射點處於規定的位置的方式，沿著切斷預定面呈螺旋狀照射脈衝雷射束的聚光點或者呈直線狀照射脈衝雷射束的聚光點，在sic晶錠的切斷預定面上形成非常高密度的改質層和裂痕。

現有技術文獻

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2013-49461號公報

技術實現要素：

發明所要解決的課題

但是，為了在晶片的內部形成良好的改質層，優選將聚光透鏡的數值孔徑na增大至0.45～0.9、將焦點深度設定為5μm以下，其結果，必須使聚光點的直徑低至使鄰接的聚光點的間隔為10μm左右，在晶錠內部緻密地形成改質層，這存在花費時間、生產性差的問題。

另一方面，使聚光透鏡的數值孔徑na減小、使聚光點的直徑增大時，焦點深度變大，改質層上下浮動，存在難以在同一面上形成改質層的問題。

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

用於解決課題的手段

根據技術方案1所述的發明，提供一種sic晶片的生成方法，該sic晶片的生成方法的特徵在於，具備：分離起點形成步驟，將對於sic晶錠具有透過性的波長的雷射束的聚光點定位在距sic晶錠的端面相當於要生成的晶片的厚度的深度，並且使該聚光點與sic晶錠相對地移動來對該端面照射雷射束，形成與該端面平行的改質層和從該改質層起進行伸長的裂痕作為分離起點；和晶片剝離步驟，在實施了該分離起點形成步驟之後，從該分離起點將相當於晶片的厚度的板狀物從該sic晶錠剝離而生成sic晶片，在該分離起點形成步驟中，將形成聚光點的聚光透鏡的數值孔徑設定為0.45～0.9，並且將雷射束的m2因子實質設定為5～50，將聚光點的直徑設定為

優選將聚光點的功率密度設定為(2～3)×105w/cm2。

根據技術方案3所述的發明，提供一種sic晶片的生成方法，其從sic晶錠生成sic晶片，該sic晶錠具有：第一面和位於該第一面的相反側的第二面；從該第一面至該第二面的c軸；和與該c軸垂直的c面，該sic晶片的生成方法的特徵在於，具備：分離起點形成步驟，將對於sic晶錠具有透過性的波長的雷射束的聚光點定位在距該第一面相當於要生成的晶片的厚度的深度，並且使該聚光點與該sic晶錠相對地移動來對該第一面照射該雷射束，形成與該第一面平行的改質層和從該改質層起進行伸長的裂痕作為分離起點；和晶片剝離步驟，在實施了該分離起點形成步驟之後，從該分離起點將相當於晶片的厚度的板狀物從該sic晶錠剝離而生成sic晶片，該分離起點形成步驟包含：改質層形成步驟，該c軸相對於該第一面的垂線傾斜偏離角，使雷射束的聚光點沿著與在該第一面和該c面之間形成偏離角的方向垂直的方向相對地移動來形成直線狀的改質層；和轉位步驟，在該形成偏離角的方向上使該聚光點相對地移動而轉位規定的量，在該分離起點形成步驟中，將形成聚光點的聚光透鏡的數值孔徑設定為0.45～0.9，並且將雷射束的m2因子實質設定為5～50，將該聚光點的直徑設定為

發明效果

根據本發明的sic晶片的生成方法，在分離起點形成步驟中，將形成聚光點的聚光透鏡的數值孔徑na設定為0.45～0.9，並且將雷射束的m2因子實質設定為5～50，將聚光點的直徑設定為因此即使聚光透鏡的焦點深度淺至5μm以下，也能夠以大的聚光光斑高效穩定地形成良好的分離起點。此外，能夠充分地實現生產性的提高，並且能夠充分地減輕所丟棄的晶錠的量。

附圖說明

圖1是適合實施本發明的sic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晶錠的立體圖，圖3的(b)是其主視圖。

圖4是說明分離起點形成步驟的立體圖。

圖5是sic晶錠的俯視圖。

圖6是說明改質層形成步驟的示意性截面圖。

圖7是說明改質層形成步驟的示意性俯視圖。

圖8的(a)是說明轉位步驟的示意性俯視圖，圖8的(b)是說明轉位量的示意性俯視圖。

圖9是說明改質層形成步驟中所照射的雷射束的m2因子與聚光透鏡的聚光光斑的關係的示意圖。

圖10是說明本發明實施方式的改質層形成步驟的示意圖，其中，通過將m2因子設定為較大的值，能夠使用焦點深度較淺的聚光透鏡來形成面積較大的改質層。

圖11是說明晶片剝離步驟的立體圖。

圖12是所生成的sic晶片的立體圖。

具體實施方式

以下，參照附圖詳細地說明本發明的實施方式。參照圖1，示出了適合實施本發明的sic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上的第一滑動塊6。

第一滑動塊6在由滾珠絲槓8和脈衝電動機10構成的加工進給機構12的作用下沿著一對導軌14在加工進給方向移動，即在x軸方向上移動。

第二滑動塊16以能夠在y軸方向上移動的方式搭載在第一滑動塊6上。即，第二滑動塊16在由滾珠絲槓18和脈衝電動機20構成的分度進給機構22的作用下沿著一對導軌24在分度進給方向移動，即在y軸方向上移動。

在第二滑動塊16上搭載有支承工作檯26。支承工作檯26能夠在加工進給機構12和分度進給機構22的作用下在x軸方向和y軸方向上移動，並且在收納在第二滑動塊16中的電動機的作用下旋轉。

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攝像單元38，該攝像單元38與聚光器36排列在x軸方向上。

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、重複頻率設定單元42、脈衝寬度調整單元44和功率調整單元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。

利用雷射束產生單元34的功率調整單元46調整為規定功率的脈衝雷射束被聚光器36的反射鏡48反射，進而利用聚光透鏡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晶錠11的內部來進行照射。

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

晶錠11具有第一面(上表面)11a和與第一面11a相反側的第二面(下表面)11b。由於晶錠11的上表面11a是雷射束的照射面，因此將其研磨成鏡面。

晶錠11具有第一定向平面13和與第一定向平面13垂直的第二定向平面15。第一定向平面13的長度形成為比第二定向平面15的長度長。

晶錠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向第二定向平面15方向傾斜偏離角α，該c面21與c軸19垂直。c面21相對於晶錠11的上表面11a傾斜偏離角α。通常在sic晶錠11中，與較短的第二定向平面15的伸長方向垂直的方向是c軸的傾斜方向。

在晶錠11中按照晶錠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不限於4°，能夠在例如1°～6°的範圍中自由地設定而製造出晶錠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上經由形成於柱52的開口53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晶錠11以晶錠11的第二定向平面15在x軸方向上排列的方式固定在支承工作檯26上。

即，如圖5所示，使箭頭a方向與x軸對齊，將晶錠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垂直的方向，換言之，其是與c軸19的與上表面11a的交點19a相對於晶錠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sic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晶錠11的形成偏離角α的方向y1垂直的箭頭a方向是很重要的。

即，本發明的sic晶片的生成方法的特徵在於認識到了下述情況：通過將雷射束的掃描方向設定為上述那樣的方向，從形成於晶錠11的內部的改質層傳播的裂痕沿著c面21伸長的非常長。

在本實施方式的sic晶片的生成方法中，首先，實施分離起點形成步驟，將對於固定於支承工作檯26的sic晶錠11具有透過性的波長(例如1064nm的波長)的雷射束的聚光點定位在距第一面(上表面)11a相當於要生成的晶片的厚度的深度，並且使聚光點與sic晶錠11相對地移動來對上表面11a照射雷射束，形成與上表面11a平行的改質層23和從改質層23沿著c面21傳播的裂痕25作為分離起點。

該分離起點形成步驟包含：改質層形成步驟，c軸19相對於上表面11a的垂線17傾斜偏離角α，在與在c面21和上表面11a之間形成偏離角α的方向(即圖5的箭頭y1方向)垂直的方向(即a方向)上使雷射束的聚光點相對地移動來在晶錠11的內部形成改質層23和從改質層23沿著c面21傳播的裂痕25；和轉位步驟，如圖7和圖8所示，在形成偏離角的方向(即y軸方向)上使聚光點相對地移動且轉位規定的量。

如圖6和圖7所示，在x軸方向上將改質層23形成為直線狀時，裂痕25從改質層23的兩側沿著c面21傳播而形成。在本實施方式的sic晶片的生成方法中包含轉位量設定步驟，對從直線狀的改質層23起在c面方向上傳播而形成的裂痕25的寬度進行測量，設定聚光點的轉位量。

在轉位量設定步驟中，如圖6所示，在將從直線狀的改質層23起在c面方向上傳播而形成在改質層23的單側的裂痕25的寬度設為w1的情況下，將應該進行轉位的規定的量w2設定為w1以上2w1以下。

此處，優選的實施方式的改質層形成步驟如下設定。

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：10μm

聚光透鏡的數值孔徑(na)：0.45

轉位量：400μm

在上述的雷射加工條件中，在圖6中，將從改質層23沿著c面傳播的裂痕25的寬度w1設定為大致250μm，將轉位量w2設定為400μm。

但是，雷射束的平均輸出不限於3.2w，在本實施方式的加工方法中，將平均輸出設定為2w～4.5w而得到良好的結果。在平均輸出為2w的情況下，裂痕25的寬度w1為大致100μm，在平均輸出為4.5w的情況下，裂痕25的寬度w1為大致350μm。

在平均輸出小於2w的情況下和大於4.5w的情況下，無法在晶錠11的內部形成良好的改質層23，因此優選照射的雷射束的平均輸出在2w～4.5w的範圍內，在本實施方式中對晶錠11照射平均輸出為3.2w的雷射束。在圖6中，將形成改質層23的聚光點的距上表面11a的深度d1設定為500μm。

參照圖8的(a)，示出了說明雷射束的掃描方向的示意圖。利用往路x1和返路x2實施分離起點形成步驟，對於利用往路x1在sic晶錠11中形成改質層23的雷射束的聚光點而言，在轉位了規定的量之後，利用返路x2在sic晶錠11中形成改質層23。

另外，在分離起點形成步驟中，在雷射束的聚光點的應該轉位的規定的量被設定為w以上2w以下的情況下，雷射束的聚光點定位在在sic晶錠11並且形成最初的改質層23之前的聚光點的轉位量設定為w以下。

例如，如圖8的(b)所示，在雷射束的聚光點應該轉位的規定的量為400μm的情況下，以轉位量200μm執行多次雷射束的掃描直到在晶錠11中形成最初的改質層23為止。

最初的雷射束的掃描是空掃，如果判明在晶錠11的內部開始形成了改質層23，則設定為轉位量400μm來在晶錠11的內部形成改質層23。

接著，參照圖9和圖10，對本發明實施方式的改質層形成步驟進行說明，其中，通過在改質層形成步驟中將雷射束的m2因子設定為適當的範圍，能夠使用焦點深度較淺的聚光透鏡來形成直徑較大的改質層。

此處，m2因子是表示雷射束的橫模的品質的因子，其是表示與實際的雷射束為理想的tem00的高斯光束相比偏離多少的數值。高斯光束的情況下，m2＝1。

將經聚光透鏡50聚光的雷射束的光斑直徑設為d、將雷射束的波長設為λ、將聚光透鏡的數值孔徑設為na時，具有下述關係：

d＝1.22(λ/na)……(1)

例如，雷射束的波長λ＝1064nm、聚光透鏡50的數值孔徑na＝0.45時，d＝2.88μm。

在本實施方式的改質層形成步驟中，為了使聚光透鏡50的焦點深度較淺，採用數值孔徑na為0.45～0.9的範圍內的聚光透鏡50。使用這樣的聚光透鏡50，為了使雷射束lb的聚光點62的直徑設為15μm～150μm，計算雷射束lb的m2因子，結果得到m2＝5～50。

這樣的具有較大數值的m2因子是偏離理想的高斯光束相當大的m2因子，可以說是雷射束lb的品質相當差的雷射束。即，可以說在本實施方式的改質層形成步驟中使用的雷射束lb是品質相當差的雷射束。

在圖9所示的實施方式中，在聚光透鏡50的近前(上遊側)配設磨砂玻璃60，將雷射束lb的m2因子設定為5～50。

將m2因子實質設定為5～50的方法如下所述。

(1)使用m2因子為5～50的雷射振蕩器。

(2)如圖9所示，在聚光透鏡50的近前配設磨砂玻璃60，將雷射束的m2因子實質設定為5～50。

(3)代替磨砂玻璃60，在聚光透鏡50的近前配設相位調製器，將雷射束的m2因子實質設定為5～50。

(4)在聚光透鏡50的近前配設衍射光柵(doe)，使雷射束成為多分支，將雷射束的m2因子實質設定為5～50。

(5)使用將雷射束的m2因子實質設定為5～50的聚光透鏡50。

(6)將雷射束入射至多模光纖，將從多模光纖射出的雷射束的m2因子設定為5～50。

參照圖10，示出了如下形成改質層23時的示意圖，使用將聚光透鏡50的數值孔徑na設定為0.45～0.9且焦點深度較淺的聚光透鏡50，並且將雷射束lb的m2因子實質設定為5～50而形成改質層23。聚光點62的直徑為因此形成面積較大的改質層23和從改質層23傳播的裂痕25。

本實施方式的改質層形成步驟的主要目的在於形成具有較大面積的改質層23，因此對於日本特開2013-49461號公報記載那樣的雷射束的照射方法也可以應用。

即，不限於下述改質層形成步驟，c軸相對於晶錠11的第一面的垂線傾斜偏離角，使雷射束的聚光點沿著與在第一面和c面之間形成偏離角的方向垂直的方向相對地移動的改質層形成步驟，也可以應用至c軸和c面沒有任何關係的改質層形成步驟。

在本實施方式的改質層形成步驟中，將聚光透鏡50的數值孔徑na設定為0.45～0.9，並且將雷射束lb的m2因子實質設定為5～50，因此能夠使聚光點的直徑為

因此，能夠形成面積較大的改質層23，因此能夠在sic晶錠11的內部高效地形成包含改質層23和裂痕25的分離起點。

此處，對於最適的聚光點62的功率密度進行考察。將聚光點62的直徑為雷射束的平均功率為3w、重複頻率為80khz的雷射束的聚光點定位在距晶錠11的上表面11a深度為500μm處來照射雷射束，使聚光點以40mm/s的進給速度移動而形成改質層23，對該改質層23的軌跡進行分析。

最初的改質層23形成在深度500μm的位置，但改質層23如繪製拋物線那樣上升，在100脈衝，於深度400μm的位置，改質層23穩定且成為水平。對此進行如下推測。

即認為，最初以功率密度最高的聚光點形成改質層23，在改質層23的上部析出的碳(c)吸收連續照射的雷射束，連鎖性地，改質層23一邊形成在碳的區域一邊上升。然後，在形成改質層23的臨界點的功率密度下開始穩定。

臨界點的聚光光斑62的直徑為功率密度為2.2×105w/cm2。進行重複實驗，結果判明在功率密度為(2～3)×105w/cm2的範圍內形成穩定的改質層23。因此，在本實施方式的改質層形成步驟中，將聚光點的功率密度設定為(2～3)×105w/cm2。

在晶錠11的整個區域的深度d1的位置上，多個改質層23和從改質層23沿著c面延伸的裂痕25的形成結束後，實施晶片剝離步驟，施加外力而從包含改質層23和裂痕25的分離起點將相當於應該形成的晶片的厚度的板狀物從sic晶錠11分離，生成sic晶片27。

例如通過如圖11所示的按壓機構54實施該晶片剝離步驟。按壓機構54包含：頭56，其利用內設於柱52內的移動機構而在上下方向上移動；和按壓部件58，其相對於頭56如圖11的(b)所示那樣在箭頭r方向上旋轉。

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

在將按壓部件58壓接於晶錠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，在晶錠11上產生扭轉應力，晶錠11從形成有改質層23和裂痕25的分離起點斷裂，能夠將圖12所示的sic晶片27從sic晶錠11分離。

優選在從晶錠11分離sic晶片27之後，對sic晶片27的分離面和晶錠11的分離面進行研磨而加工成鏡面。

符號說明

2雷射加工裝置

11sic晶錠

11a第一面(上表面)

11b第二面(下表面)

13第一定向平面

15第二定向平面

17第一面的垂線

19c軸

21c面

23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)

50聚光透鏡

54按壓機構

56頭

58按壓部件

60磨砂玻璃

62聚光點