TWI743312B - 剝離基板製造方法 - Google Patents

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山田洋平
鈴木秀樹
松尾利香
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日商信越聚合物股份有限公司
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Abstract

一種剝離基板製造方法係具有雷射聚光步驟、及定位步驟，而於基板(10)形成加工層者，該雷射聚光步驟係將雷射光聚光於離基板(10)的表面達預定的深度，該定位步驟係使雷射聚光器對基板(10)相對性地移動並定位。再者，將形成有加工層的基板(10)在加工層剝離而作成剝離基板。雷射聚光步驟含有雷射光調整步驟，該雷射光調整步驟係採用使雷射光分歧成複數根分歧雷射光的繞射型光學元件(170)，而以分歧雷射光的至少一根的強度不同於其他根分歧雷射光的方式進行分歧；而複數根分歧雷射光當中，藉由相對強度較高之分歧雷射光使加工層伸展而對基板(10)加工，並且藉由相對強度較低之分歧雷射光抑制加工層的伸展。

Description

剝離基板製造方法
本發明係關於一種剝離基板製造方法，更具體而言，係關於一種藉由對碳化矽(Silicon carbide)、藍寶石、氮化鎵等進行雷射加工來製造剝離基板的方法。
以往，在製造以矽(Si)晶圓為代表的半導體晶圓時，係從已熔融在石英坩鍋內的矽熔液凝固成圓柱形錠(ingot)，將該圓柱形錠切斷成適當長度的塊體(block)，並將其周邊部研削成為目標之直徑，之後，將塊狀化之錠以線鋸切片成晶圓形來製造半導體晶圓。另外，在本說明書中，除了另有說明的情形外，將晶圓適當地稱為基板。
藉由上述方式所製造的半導體晶圓，是在前段步驟中依序實施電路圖案之形成等各種的處理而提供於後段步驟，在該後段步驟中背面進行背面研磨(back grind)處理以謀求薄片化。
再者，近年來，硬度較大且熱傳導率亦較高的碳化矽(SiC)倍受矚目，惟，由於硬度大於結晶矽的關係，不能將錠利用線鋸容易地切片，又，亦不容易經由背 面研磨進行基板的薄層化。再者，就藍寶石基板及氮化鎵基板亦為難加工材而言，殷切期盼加工技術。
另一方面，已揭示有將高開口數(numerical aperture)的聚光透鏡與由玻璃板構成的像差增強材料組合，對晶圓的內部照射脈衝狀雷射形成加工層之後，將晶圓黏貼在剛性基板，利用加工層來剝離，藉此獲得較薄的剝離基板之技術(參照下述專利文獻1)。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻：日本特開2014-19120號公報。
然而，為了作成剝離基板，藉由雷射對SiC、藍寶石、氮化鎵之晶圓等的結晶材料進行加工，而欲於內部形成加工層時，經由加工容易在沿著結晶方向發生龜裂，而難以形成穩定的加工層。
本發明係有鑑於上述實情所研創者，以提供一種剝離基板製造方法，係可抑制在結晶材料的龜裂的發生，且可穩定地形成加工層並進行剝離為課題。
為了解決上述課題，本發明的一態樣的剝離基板製造方法係包含基板加工步驟，係採用結晶基板作為基板，且具有雷射聚光步驟、及定位步驟，而於前述基 板形成加工層者，該雷射聚光步驟係藉由雷射聚光器將來自脈衝照射的雷射光源的雷射光朝向前述基板的表面照射，而將雷射光聚光於離前述基板的表面達基板內部的預定深度，該定位步驟係使前述雷射聚光器對前述基板相對性地移動並定位。在者，含有基板剝離步驟，該基板剝離步驟係將藉由前述基板加工步驟而將形成有前述加工層的前述基板在前述加工層剝離而作成基板。並且，前述雷射聚光步驟係含有雷射光調整步驟，該雷射光調整步驟係採用使來自前述雷射光源的雷射光分歧成複數根分歧雷射光的繞射型光學元件，且以前述複數根分歧雷射光的至少一根的強度不同於其他根分歧雷射光的方式分歧。並且，前述複數根分歧雷射光當中，藉由相對強度較高的分歧雷射光使前述加工層伸展而對前述基板加工，並且藉由相對強度較低的分歧雷射光抑制前述加工層的伸展。
在前述雷射光調整步驟中，亦可將前述複數根分歧雷射光在前述基板的內部配置成一列或複數列、或者圖案狀。
在前述雷射光調整步驟中，前述複數根分歧雷射光中之配置於端部側的至少一根分歧雷射光的強度亦可低於其他根分歧雷射光。
在前述雷射光調整步驟中，相對於前述相對強度較低的分歧雷射光的強度，前述相對強度較高的分歧雷射光的強度較佳為在1.1至5.0之範圍的倍率改變。
前述定位步驟亦可在前述基板的表面，使前述雷射聚光器在相對於前述一列或複數列、或者圖案狀之方向呈預定角度的掃描方向以預定速度移動。
前述定位步驟亦可通過使前述雷射聚光器在與前述掃描方向成正交的方向跨移達預定距離的動作，而重複在前述基板的表面以預定速度在前述掃描方向移動前述雷射聚光器的動作。
該剝離基板製造方法亦可含有蝕刻步驟，該蝕刻步驟係使用熔融鹼為蝕刻液，在含氧的氣體環境中，一邊使前述剝離基板中的前述熔融鹼的界面位置在前述剝離基板上移動，一邊進行蝕刻。
前述熔融鹼亦可採用熔融氫氧化鈉。
亦可一邊使前述熔融鹼流動一邊進行蝕刻。
前述基板亦可採用SiC基板，藉此由SiC構成前述剝離基板。
根據本發明可提供一種剝離基板製造方法，該剝離基板製造方法係可抑制在結晶材料的龜裂的發生，且可穩定地形成加工層並剝離者。
10‧‧‧基板(結晶基板、SiC基板)
10p‧‧‧剝離基板
10ps‧‧‧基板面
12‧‧‧加工痕
12a、12b、12c‧‧‧加工痕
14‧‧‧加工層
100‧‧‧基板加工裝置
110‧‧‧平台
120‧‧‧平台支撐部
125‧‧‧固定平台
130‧‧‧基板固定具
150‧‧‧雷射光源
160‧‧‧雷射聚光部(雷射聚光器)
170‧‧‧繞射型光學元件
180‧‧‧接物透鏡
200‧‧‧容器
AL‧‧‧熔融鹼
B‧‧‧雷射光
Ba、Bb、Bc‧‧‧分歧雷射光
D‧‧‧方向
d‧‧‧預定距離
Fa、Fb、Fc‧‧‧聚光點
G‧‧‧界面位置
IM‧‧‧浸漬部
NIM‧‧‧非浸漬部
R11、R12、R13、R14‧‧‧光束照點
R21、R22、R23、R24‧‧‧光束照點
R31、R32、R33、R34‧‧‧光束照點
R41、R42、R43、R44‧‧‧光束照點
Ra、Rb、Rc‧‧‧光束照點
SHL‧‧‧熔融氫氧化鈉
t‧‧‧範圍
V‧‧‧界面附近
θ‧‧‧預定角度
第1圖為本發明的一實施形態，第1圖(a)顯示基板加工裝置的立體圖，第1圖(b)顯示載置在平台上並經雷射光加工後的基板的正視圖。
第2圖為本發明的一實施形態，第2圖(a)說明利用雷射光對載置在平台上之基板進行加工的示意性側面剖面圖，第2圖(b)說明於基板中之加工層的形成的側面剖面圖。
第3圖為本發明的一實施形態，第3圖(a)說明照射在基板之三根分歧雷射光的示意性正視圖，第3圖(b)說明照射在基板之三根分歧雷射各自進行焦點聚焦的示意性側面剖面圖。
第4圖說明調整鄰接之加工痕的間隔之示意性正視圖。
第5圖(a)至第5圖(c)分別說明在本發明的一實施形態中，對基板逐步蝕刻的示意性正視圖。
第6圖係第5圖(b)的部分放大側面圖。
第7圖為本發明的一實施形態的變形例，並顯示複數根分歧雷射光強度分佈之例的曲線圖。
第8圖為本發明的一實施形態的變形例，並說明配置成複數列或圖案狀的複數根分歧雷射光之一例的示意性正視圖。
第9圖為實施例1，第9圖(a)顯示藉由雷射光於基板內部所形成的加工痕之顯微鏡下的照片圖，第9圖(b)係第9圖(a)的部分放大圖。
第10圖係說明實施例2的照片圖。
第11圖顯示實施例2的剝離面之表面粗糙度的量測結果的照片圖。
第12圖係說明實施例3的照片圖。
第13圖顯示實施例3的剝離面之表面粗糙度的量測結 果的照片圖。
第14圖係說明實施例4的照片圖。
第15圖顯示實施例4的剝離面之表面粗糙度的量測結果的照片圖。
第16圖係說明實施例5的照片圖。
第17圖顯示實施例5的剝離面之表面粗糙度的量測結果的照片圖。
第18圖係說明實施例6的照片圖。
第19圖顯示實施例6的剝離面之表面粗糙度的量測結果的照片圖
第20圖為實驗例1，並顯示蝕刻後的基板表面的粗糙度的曲線圖。
第21圖為實驗例1，並顯示在蝕刻後的基板表面的非浸漬部的界面附近的照片圖。
第22圖為實驗例1，並顯示蝕刻後的基板表面的浸漬部的照片圖。
第23圖為實驗例1，且為利用AFM對蝕刻後的非浸漬部攝影所獲得的立體圖。
第24圖為實驗例2，並顯示蝕刻溫度與蝕刻率之關係的曲線圖。
第25圖為實驗例2，第25圖(a)顯示浸漬部中之蝕刻時間與粗糙度之關係的曲線圖，第25圖(b)顯示在非浸漬部的界面附近中之蝕刻時間與粗糙度之關係的曲線圖。
第26圖為實驗例2，第26圖(a)顯示氮氣流量與蝕刻 速度之關係的曲線圖，第26圖(b)係顯示氮氣流量與粗糙度之關係的曲線圖。
第27圖為實驗例2，第27圖(a)顯示空氣流量與蝕刻速度之關係的曲線圖，第27圖(b)顯示空氣流量與粗糙度之關係的曲線圖。
以下，參照檢附圖式，針對本發明的實施形態加以說明。在以下的說明中，對於已說明、及相同或是類似的構成要素標示相同或類似的符號，並適當地省略其詳細說明。此外，以下所示的實施形態係用以將本發明的技術思想具體化的例示，本發明的實施形態並不將構成構件的材質、形狀、構造、配置等具體限定為下述者。本發明的實施型態在不脫離要旨的範圍內可各式各樣地變更並加以實施。
第1圖為本發明的一實施形態，第1圖(a)顯示基板加工裝置100的構成的立體圖，第1圖(b)顯示載置於平台上並經雷射光加工後的基板的正視圖。在本發明的一實施形態(以下，稱本實施形態)所採用的基板加工裝置100係具有：平台110、以使平台110可朝XY方向移動之方式支撐的平台支撐部120、以及配置於平台110上並固定基板10之基板固定具130。該基板10可使用屬於將錠截斷而成之結晶材料的碳化矽(SiC)晶圓。
在者，基板加工裝置100係具有：雷射光源150、及雷射聚光部160(雷射聚光器)，該雷射聚光部160 係將由雷射光源150所發射的雷射光B聚光並朝向基板10照射者。雷射聚光部160具有繞射型光學元件(Diffractive Optical Element，DOE)170及接物透鏡180。
繞射型光學元件170使入射的雷射光B分歧成預定根數的分歧雷射光。分歧雷射光係以在接物透鏡180聚光，且在雷射聚光部160的焦點位置排列成一列(row)之方式配置。另外，在圖中，繞射型光學元件170產生三根分歧雷射光，惟不限定於此。分歧雷射光只要為兩根以上之複數根分歧雷射光即可。
繞射型光學元件170係將複數根分歧雷射光調整為不同強度。在此，將複數根分歧雷射光調整為不同強度是指：使複數根分歧雷射光中的至少一根相較於其他的分歧雷射光，強度為不同的方式分歧。因此，當分歧成三根分歧雷射光時，要符合：兩根分歧雷射光的強度相同，而剩下一根的分歧雷射光的強度相較於前述兩根分歧雷射光為不同的情形。再者，相鄰的分歧雷射光的強度彼此不同時亦符合。
在本實施形態中，複數根分歧雷射光當中，相對於相對強度較低的分歧雷射光的強度，相對強度較高的分歧雷射光的強度可在1.1至5.0的範圍的倍率變化。該倍率較佳為在1.2至3.0的範圍，更佳為在1.5至2.5的範圍，又更佳為在1.8至2.2的範圍。
在本實施形態中，利用繞射型光學元件170將所分歧的複數根分歧雷射光的強度調整成不同，藉此控 制在對基板10的內部形成加工痕時所發生的龜裂。亦即，藉由複數根分歧雷射光當中相對強度較高的分歧雷射光，來形成相對於雷射照射方向，龜裂呈直角地伸展(進展)之可剝離的加工狀態。並且，藉由相對強度較低的分歧雷射光，來形成龜裂不伸展的加工層，且發揮止檔器作用，該作用為防止藉由強度較高的分歧雷射光所形成之龜裂沿著結晶方位並意圖相反地伸展(進展)。
第2圖中，第2圖(a)說明利用雷射光加工載置在平台上之基板的示意性側面剖面圖，第2圖(b)說明形成於基板之加工層的側面剖面圖。
基板10係藉由基板固定具130保持在平台110上。基板固定具130係藉由設置在其上的固定平台125來固定基板10。固定平台125可應用一般的黏著層、機械性卡盤(chuck)、靜電卡盤等。
聚光並照射在基板10的雷射光B係在離基板10的表面達預定的深度形成聚光點F(雷射聚光步驟)，並在離基板表面達預定的深度位置形成預定形狀的加工痕12。另外，在本實施形態中，加工痕12係隨著平台110的移動，亦即隨著基板10的移動呈列狀地連接者。相對於保持於平台110的基板10使雷射聚光部160相對地移動並定位(定位步驟)，藉此該加工痕12係以預定的圖案形成在基板10的內部。
例如，通過與掃描方向呈預定角度θ(參照第4圖)的方向(例如，90°(與掃描方向正交的方向)或45°) 使聚光點F跨移達預訂距離d(參照第1圖(b)的動作，而重複使聚光點F在預定的掃描方向以預定速度移動的動作，藉此可形成將直線狀的加工痕12配置成二維形狀的加工層14。
(基板加工步驟)
在基板加工裝置100中，雷射光B係經由雷射聚光部160的繞射型光學元件170及接物透鏡180朝向基板10照射，且分歧射束係各自聚光在基板10內部的聚光點F，並在聚光點F形成加工痕12。
雷射聚光部160係在基板10的預定深度範圍t中將分歧雷射光的直徑實質地收斂的方式聚光，且確保形成加工痕12所連結成的加工層14所需的能量密度。在圖示中顯示加工層14，該加工層14係藉由從基板10的表面側所射入的分歧雷射光，而形成在含有聚光點F的預定的深度範圍t者。
加工層14係藉由各分歧雷射光所形成的加工痕12所連結而成者。如此形成的加工層14，由於鄰接的分歧雷射光為預定間隔，所以具有預定的周期性構造。
在第3圖中，第3圖(a)係基板10的示意性正視圖，第3圖(b)說明照射在基板之三根分歧雷射各自進行焦點聚焦的示意性側面剖面圖。朝向基板10的表面所照射的三根分歧雷射光Ba、Bb、Bb係在基板10的表面形成配置成一列的三個光束照點Ra、Rb、Rc的並入射至基板10，且在基板10的內部形成三個聚光點Fa、Fb、Fc。藉 由該等聚光點Fa、Fb、Fc各自形成加工痕12a、12b、12c(參照第4圖)。
由於基板10為SiC等的結晶基板，所以會在形成聚光點Fa、Fb、Fc時有容易沿著結晶方向發生龜裂的性質。在如上述之方式分歧成三根分歧雷射光Ba、Bb、Bc的情形中，例如中央的分歧雷射光Bb的強度設為大於兩側(亦即兩端部側)的分歧雷射光Ba、Bc的強度(雷射光調整步驟)，即使在經由中央的聚光點Fb形成加工痕12時所發生的龜裂朝兩側的聚光點Fa、Fb的方向伸展，仍可藉由以兩側的聚光點Fa、Fc所形成的加工痕12來停止龜裂的伸展。此時，分歧雷射光Ba、Bc的強度為不會使來自聚光點Fa、Fc之加工痕朝結晶方位伸展(進展)的程度的強度，並設定為獲得剝離基板所需的加工痕的最小強度。
就三根分歧射束的強度而言，相對於兩側的分歧雷射光Ba、Bc的強度，中央的分歧雷射光Bb的強度倍率可以在1.1至5.0之範圍的倍率改變的方式設定。該倍率以在1.2至3的範圍為佳，在1.5至2.5的範圍為較佳，在1.8至2.2的範圍為更佳。
第4圖說明調整形成於基板10的鄰接的加工痕12a至12c的間隔的圖式。在基板10的表面，藉由自光聚光部16所供應的三根分歧雷射光Ba、Bb、Bc，而形成配置成一列的三個光束照點Ra、Rb、Rc。三根分歧雷射光係經由跟等光束照點Ra、Rb、Rc在基板10的內部的 聚光為聚光點Fa、Fb、Fc，且在聚光點Fa、Fb、Fc分別形成加工痕。
三個光束照點Ra至Rc係在預定的掃描方向以預定速度掃描。由雷射光源150供應脈衝雷射光，且以脈衝照射在掃描方向以預定間隔形成光束照點Ra至Rc。該掃描方向的間隔係可任意地設定。
再者，藉由調整三個光束照點Ra至Rc的配置成列的方向，可調整經由光束照點Ra至Rc所形成的三根加工痕12a至12c的間隔。
第4圖(a)顯示將三個光束照點Ra至Rc的配置成列的方向設定為與掃描方向成正交的情形。此時，關於與掃描方向成垂直的方向，三個光束照點Ra至Rc的鄰接的距離為最大，因此，經由三個光束照點Ra至Rc所形成的加工痕12a至12c的間隔(彼此鄰接的間隔)亦為最大。
在第4圖(b)中顯示設定三個光束照點Ra至Rc的配置成列的方向D與掃描方向的正交方向呈預定角度θ的情形。在第4圖(b)中，描繪θ=45°的角度的情形為一例，預定角度θ並不限定為45°，θ設定愈小，則與掃描方向成垂直的方向上的光束照點Ra至Rc之間鄰接的距離愈短，因此，經由光束照點Ra至Rc所形成的加工痕12a至12c的間隔亦變短。另外，將該θ設為90°，亦即預定角度設為90°的情形為第4圖(a)所示的狀態。
在本實施形態中，利用加工層14將形成有 加工層14的基板10割斷，且利用加工層14波剝離基板10，藉此可製作剝離基板(基板剝離步驟)。由於在加工層14中加工痕連結一起，所以基板10可沿著加工層14而容易地割斷並剝離。因此，可在屬於結晶材料的碳化矽(SiC)晶圓的基板10，抑制龜裂的發生並穩定地形成加工層14。
並且，在本實施形態中，之後，對自加工層14剝離後的剝離基板10p(自碳化矽晶圓剝離者)進行鹼性蝕刻(alkaline etching)而將剝離基板10p的基板面10ps予以鏡面化(蝕刻步驟)。
第5圖(a)至第5圖(c)分別說明利用本發明的一實施形態(以下稱本實施形態)的蝕刻方法將基板逐步蝕刻的示意性正視圖。第6圖係第5圖(b)的部分放大側面圖。
在蝕刻中，係在含氧的氣體環境，使剝離基板10p中的熔融鹼的界面位置在剝離基板上移動。在本實施形態中，係使剝離基板10p從上方以一定速度緩緩地下降到裝有熔融鹼AL的容器200(參照第5圖(a)至第5圖(c))中進行浸漬。結果，於剝離基板10p中的熔融鹼AL的界面位置G(熔融鹼AL的液面位置)係從基板下端往上方逐步移動。在此，如第5圖、第6圖所示，在本說明書中界面位置G係指與熔融鹼AL的液面位置相同的位置。
在剝離基板10p的非浸漬部NIM的界面附近V中，在蝕刻反應時會一邊捕獲氣體環境中的氧來促進氧化，一邊高速地進行良好的蝕刻。因此，藉由如此之方 式，使剝離基板10p中的熔融鹼AL的界面位置G往基板上方逐步移動，即便由屬於高硬度且為難加工材料的SiC(碳化矽)所構成的剝離基板10p，亦可在基板面10ps高速地形成寬闊範圍的良好鏡面。
進一步詳細地說明，在液面的境界區域中，熔融鹼藉由表面張力爬上SiC面，製作較薄的熔融鹼液的液膜。並且由於該液膜較薄，所以容易對SiC面供應空氣中的氧而使氧化活躍。並且，熔融鹼活躍地重複除去其氧化膜的循環。因此，促進高效率的鏡面化(等方性蝕刻)。
因此，亦即相對於將剝離基板10p整體浸漬於熔融鹼AL(基板整體作為浸漬部)，可以更短的時間在剝離基板10p的整個表面形成該良好的鏡面。
剝離基板10p的下降速度係因應熔融鹼的種類、溫度、氣體環境空間中的氧濃度等，俾以進行良好的蝕刻的方式所決定。
另外，蝕刻亦可為進行等方性蝕刻。因此，將剝離基板10p的氧化速度設為氧化被膜的溶解速度以上，來避免尚未進行氧化階段的基板材料(SiC)被蝕刻，從而即便在基板材料產生缺陷(結晶缺陷)，該缺陷亦可在氧化後，亦即形成氧化被膜後再蝕刻。結果，剝離基板10p成為被等方性蝕刻。
此外，即便將剝離基板10p浸漬於熔融鹼AL，且從熔融鹼AL以一定速度緩緩地拉起剝離基板10p， 從而使剝離基板10p中的熔融鹼AL的界面位置G(熔融鹼AL的液面位置)往基板下方逐步移動，亦可在剝離基板10p的基板面10ps高速地形成寬闊範圍的良好鏡面。
就熔融鹼而言，可列舉熔融氫氧化鈉(NaOH)、熔融氫氧化鉀(KOH)等，當對Si面蝕刻時，就高效率地去除Si面(蝕刻速度的高速化)並鏡面化的觀點而言，以熔融氫氧化鈉SHL(參照第5圖、第6圖)為佳。該情形，若採用設為650℃以上的熔融氫氧化鈉，可容易地進行如此高速且良好的蝕刻。溫度較低於650℃時蝕刻速度(蝕刻率)容易變低。
另外，在對C面蝕刻而非對Si面蝕刻時，就高效率地去除C面(蝕刻速度的高速化)並鏡面化的觀點而言，採用熔融氫氧化鉀為佳。
再者，亦可一邊使熔融鹼AL流動，一邊進行蝕刻。藉此，可防止因受蝕刻而劣化的熔融鹼在基板面10ps附近滯留。
(變形例)
另外，在上述實施形態中，例示三根分歧雷射光為複數根分歧雷射光的例子，惟本發明並不限定於此。只要複數根分歧雷射光為兩根以上的分歧雷射光，且強度不同者即可。例如，如第7圖所示，亦可為九根分歧雷射光。複數根分歧雷射光係配置成一列，在第7圖(a)中，兩端的分歧雷射光的強度較小，而中央的分歧雷射光的強度大於兩端的分歧雷射光的強度。在第7圖(b)中，兩端與中央的分 歧雷射光的強度較小。另外，因會影響剝離，故為了加工層的穩定化，在複數根分歧雷射光含有相同強度的分歧雷射光為佳。
再者，在上述實施形態中，係例示將複數根分歧雷射光在基板的內部中配置成一列者，惟本發明並不限定於此。亦可將複數根分歧雷射光在基板的內部中配置成複數列或圖案狀。一例、複數列、圖案狀任何一者均可均勻地形成加工層，且可一邊抑制龜裂的發生，一邊穩定地形成加工層。
第8圖係顯示照射在基板10的分歧雷射光的光束照點配置成複數列或圖案狀之狀態的一例的示意性正視圖。分歧雷射光係在圖示中以一點鏈線所示的掃描方向成正交方向形成：第一列的四個光束照點R11、R12、R13、R14、第二列的四個光束照點R21、R22、R23、R24、第三列的四個光束照點R31、R32、R33、R34、以及第四列的四個光束照點R41、R42、R43、R44。
上述此等光束照點形成包含第一列至第四列之合計四列的複數列配置。再者，亦形成經由掃描方向四列、與掃描方向成垂直的方向四列之合計4×4的十六個光束照點所形成的圖案。此等光束照點當中，中央的四個光束照點R22、R23、R32、R33的強度相對大於包圍這四個光束照點R22、R23、R32、R33的其它光束照點R11、R12、R13、R14、R21、R24、R31、R34、R41、R42、R43、R44，例如亦可在1.1至5.0的倍率的範圍。
另外，只要光束照點所形成的複數列為兩列以上即可，且只要光束照點的圖形為三個以上的光束照點所形成的特定的圖案即可。
(實施例及實驗例)
以下，說明實施例(採用第1圖至第6圖說明的實施形態的實施例)及實驗例。
實施例1
在本實施例中，作為基板加工裝置100的雷射光源150係採用InnoLight Technology Corporation製HALO GN 35k-100的雷射振盪器。該雷射光源150可供應如表1所示的雷射光B。
Figure 107105002-A0202-12-0017-2
繞射型光學元件170採用使雷射光B分歧為強度1：2：1的三根分歧雷射光Ba至Bc的古河機械金屬工業製的繞射型光學元件。接物透鏡180採用LCPLN 100×IR。
基板10採用表面經鏡面加工的結晶構造4H的SiC基板。並且，以表2的條件對基板10加工，以明確地顯示加工痕12的性質。在表2中，繞射型光學元件 的角度係指與掃描方向成垂直的方向、及配置成一列的三個光束照點Ra、Rb、Rc的方向所呈之夾角角度。再者，焦點深度係指相當於聚光點F之焦點的離基板10的表面的深度。
Figure 107105002-A0202-12-0018-3
第9圖顯示藉由如上述之加工而形成於基板10的加工痕12a至12c的顯微鏡照片。第9圖(a)係從透明的SiC的基板10的上面觀看的照片，顯示經由三個光束照點Ra至Rc分別形成的三條加工痕12a至12c。其中，由於繞射型光學元件170產生強度1：2：1的三根分歧雷射光Ba、Bb、Bc，所以中央的加工痕12b稍粗，而兩側的加工痕12a、12b稍細。
第9圖(b)係在與加工痕12的延伸方向成大致垂直的剖面中，觀察形成於基板10的加工痕12的照片，且顯示三條加工痕12a至12c。在此觀察到龜裂自各加工痕往橫方向伸展(進展)，且龜裂Cp、Cq自中央的加工痕12b進行伸展(進展)，分別伸展(進展)至兩側的加工痕12a、12c為止，並且分別停止在兩側的加工痕12a、12c。因此，可無歧異得知這三條加工痕12a至12c藉由龜裂 Cp、Cq連結，並且龜裂Cp、Cq的進一步伸展(進展)受到抑制。
實施例2
接著，藉由在基板10的整個表面形成的加工痕12製作出加工層14後，利用加工層14割斷基板10，藉此剝離並作成剝離基板，並且調查剝離基板中的剝離面的性質。在實施例2中，以表3的實施例2所示的條件來形成加工層14。除表.所示的條件之外，採用與實施例1相同的條件。例如，基板10採用結晶構造4H的多結晶的SiC基板，且繞射型光學元件170採用分歧成三根分歧雷射光者。此外，在表3中亦一併顯示後述實施例3至6的條件。
Figure 107105002-A0202-12-0019-4
第10圖(a)及第10圖(b)顯示在實施例2中於基板10形成劃線(scribe)前及劃線後的加工痕的顯微鏡照片。第10圖(c)係藉由雷射顯微鏡所觀察的基板10的剖面的顯微鏡照片，而第10圖(d)係放大第10圖(c)中的框內的放大顯微鏡照片。
根據第10圖(c)及第10圖(d)可觀察到有形成加工層14，該加工層14係與基板10的表面平行，且在 圖中橫方向連結著加工痕12。第10圖(e)顯示採用拉伸試驗機而在加工層14被割斷的剝離基板的剝離面的照片。在本實施例2中，相對於剝離基板的表面整體，90%的部分有形成剝離面。
接著，量測剝離基板中的剝離面的表面粗糙度。在位於朝向雷射聚光部160的雷射照射側的上面，Ra(μm)形成如第11圖(a)的形狀、Rz(μm)形成如第11圖(b)的形狀，並獲得表4所示的結果。在該表4中，顯示表面粗糙度的三點量測值及該三點的平均值。以下亦相同。
此外，在表4中，「掃描方向」的粗糙度係指在雷射光進行掃描的方向的粗糙度，「偏移方向」的粗糙度係指在相對於掃描方向90°的方向，形成於分歧射束間的粗糙度。在後述的表5至表7均相同。
此外，在位於平台110所載置之側的下面，Ra(μm)形成如第11圖(c)的形狀、Rz(μm)形成如第11圖(d)的形狀，並獲得表5所示的結果。
Figure 107105002-A0202-12-0020-5
Figure 107105002-A0202-12-0021-6
實施例3
第12圖(a)及第12圖(b)分別顯示在實施例3中於基板10形成劃線前及劃線後的加工痕的顯微鏡照片。第12圖(c)係藉由雷射顯微鏡所觀察的基板10的剖面的顯微鏡照片，而第12圖(d)係放大第12圖(c)中的框內的放大顯微鏡照片。
在實施例3中，係以表3的實施例3的欄位所示的條件形成加工層14。除表3所示的條件之外，其他以與實施例2相同的條件進行。在該實施例3中，在剝離基板的表面的50%形成剝離面。
就剝離基板中的剝離面的表面粗糙度而言，在屬於雷射照射側的上面，Ra(μm)形成如第13圖(a)的形狀、Rz(μm)形成如第13圖(b)的形狀，並獲得表6所示的結果。再者，在屬於平台側的下面，Ra(μm)形成如第13圖(c)的形狀、Rz(μm)形成如第13圖(c)的形狀，並獲得表7所示的結果。
Figure 107105002-A0202-12-0022-7
Figure 107105002-A0202-12-0022-8
實施例4
第14圖(a)及第14圖(b)分別顯示在實施例4中於基板10形成劃線前及劃線後的加工痕的顯微鏡照片。第14圖(c)係藉由雷射顯微鏡所觀察的基板10的剖面的顯微鏡照片，而第14圖(d)係放大第14圖(c)中的框內的放大顯微鏡照片。
在實施例4中，係以表3的實施例4的欄位所示的條件形成加工層14。除表3所示的條件之外，其他以與實施例2相同的條件進行。在該實施例4中，剝離基板的表面的30%形成剝離面。
就剝離基板中的剝離面的表面粗糙度而言，在屬於雷射照射側的上面中，Ra(μm)形成如第15圖(a)的形狀、Rz(μm)形成如第15圖(b)的形狀，並獲得表8所示的結果。再者，在屬於平台側的下面中，Ra(μm)形成如第15圖(c)的形狀、Rz(μm)形成如第15圖(d)的形狀，並獲得表9所示的結果。
Figure 107105002-A0202-12-0023-9
Figure 107105002-A0202-12-0023-10
實施例5
第16圖(a)及第16圖(b)係分別顯示在實施例5終於基板10形成劃線前及劃線後的加工痕的顯微鏡照片。第16 圖(c)係藉由雷射顯微鏡所觀察的基板10的剖面的顯微鏡照片，而第16圖(d)係放大第16圖(c)中的框內的放大顯微鏡照片。
在實施例5中，係以表3的實施例6的欄位所示的條件形成加工層14。除表3所示的條件之外，其他以與實施例2相同的條件進行。在該實施例5中，剝離基板的表面的98%形成剝離面。
就剝離基板中的剝離面的表面粗糙度而言，在屬於雷射照射側的上面中，Ra(μm)形成如第17圖(a)的形狀、Rz(μm)形成如第17圖(b)的形狀，並獲得表10所示的結果。再者，在屬於平台側的下面中，Ra(μm)形成如第17圖(c)的形狀、Rz(μm)形成如第17圖(d)的形狀，並獲得表11所示的結果。
Figure 107105002-A0202-12-0024-11
Figure 107105002-A0202-12-0025-12
實施例6
第18圖(a)及第18圖(b)第18圖(c)係藉由雷射顯微鏡所觀察的基板10的剖面的顯微鏡照片，而第18圖(d)係放大第18圖(c)中的框內的放大顯微鏡照片。
在實施例6中，係以表3的實施例6的欄位所示的條件形成加工層14。除表3所示的條件之外，其他以與實施例2相同的條件進行。在該實施例6中，剝離基板的表面的10%形成剝離面。
就剝離基板中的剝離面的表面粗糙度而言，在屬於雷射照射側的上面中，Ra(μm)形成如第19圖(a)的形狀、Rz(μm)形成如第19圖(b)的形狀，並獲得表12所示的結果。再者，在屬於平台側的下面中，Ra(μm)形成如第19圖(c)的形狀、就Rz(μm)形成如第19圖(d)的形狀，並獲得表13所示的結果。
Figure 107105002-A0202-12-0026-13
Figure 107105002-A0202-12-0026-14
藉由上述實施例2至6可無歧異地得知：採用分割成三根分歧雷射光的繞射型光學元件170並在由結晶構造4H的SiC所構成的基板10形成加工層14，在加工層14進行割斷而剝離，藉此可容易地作成剝離基板。再者，藉由表面粗糙度的量測，確認在剝離基板形成光滑的剝離面。
在此，在實施例2至6中，已不復見關於加工速度、雷射光之強度的明確的依存性。由此可推斷由分歧射束來抑制加工層的伸展，從而變得不容易受到加工條件的影響。
再者，在實施例1至6中採用結晶構造4H的SiC的基板10，惟並不限定於此，亦可同樣應用於結晶構造6H的SiC的基板。又，不限定於SiC基板，亦可同樣應用於藍寶石的基板等。
再者，在實施例2至6中，僅形成一層與基板10的表面呈平行的加工層14，惟亦可藉由雷射聚光部160適當地設定聚光點F的深度，來形成兩層以上的加工層14，且在該等加工層14中將基板10割斷而來剝離之方式進行。
另外，在實施例2至6，在作成剝離基板後，以熔融鹼對剝離基板蝕刻時，就前處理而言，對基板面進行鑽石研磨等，藉此調整基板面的表面粗糙度後再蝕刻者為佳。藉此，容易獲得經鏡面化的優異之蝕刻面。
實驗例1(經由濕式蝕刻所致之高速鏡面化現象的確認)
在實驗例中，係將SiC晶圓之一半左右浸漬於NaOH(熔融氫氧化鈉)，藉此在產生浸漬於NaOH溶液的浸漬部IM、以及非浸漬於NaOH溶液的非浸漬部NIM的狀態下進行蝕刻。
(實驗條件及實驗方法)
本發明者在鎳(nickel)製的坩堝放入約5g固形的NaOH，以電爐加熱至750℃成為熔融狀態，將以鎳線固定的SiC晶圓(SiC基板)的一半左右浸漬到已熔融的NaOH溶液，進行二十分鐘的蝕刻。使用的晶圓為傾斜角4°，10mm 平方的4H-SiC晶圓。就前加工而言，係藉由鑽石輪(SD#1000)施與研削。蝕刻率的評估係根據蝕刻前後的厚度的差分求得。粗糙度量測係採用觸針式粗糙度量測機(Taylor Hobson公司製PGI840)。
(蝕刻面的外觀與形狀)
第20圖顯示蝕刻後的SiC晶圓表面的形狀。在為了獲得第20圖的量測中，係在基板面量測沿著直線之表面的高度。
根據第20圖判斷出相較於浸漬部IM，非浸漬部NIM經由蝕刻被除去。特別是在距離界面位置G為1mm的區域中，非浸漬部NIM較浸漬部IM多去除60μm。
(蝕刻表面的詳細觀察)
再者，浸漬部IM、及非浸漬部NIM(亦包含界面附近V)利用雷射顯微鏡像觀察並攝影。攝影結果分別顯示於第21圖、第22圖。
在浸漬部IM中觀察到蝕刻坑的發生(參照第22圖)，並確認在非浸漬部NIM中為不具有蝕刻坑的平滑面(參照第21圖)。
進一步將利用AFM原子力顯微鏡(atomic force microscope，AFM)量測非浸漬部NIM的1μm×1μm的結果顯示於第23圖。該量測的結果，確認到粗糙度為0.54nmRa、8.7nmRz的鏡面。
實驗例2(蝕刻的基礎特性的調查)
在本實驗例中，進行下述試驗調查蝕刻的特性如何受到溫度、氣體環境的影響。
(溫度對到達表面粗糙度、及蝕刻率造成的影響)
以實驗例1的實驗方法為基礎，進行實驗時間為20至120分鐘、溫度為600至750℃之蝕刻實驗。在本實驗例中，針對浸漬部IM、及非浸漬部NIM的界面附近V，調查蝕刻溫度與蝕刻率的關係。實驗結果顯示於第24圖。
判斷出：浸漬部IM、界面附近V均具有溫度愈高蝕刻率愈大的傾向，且增加的比率兩者亦為相同大小。並且，在界面附近V的蝕刻率較浸漬部IM變高2至3倍左右。特別是，在750℃為289μm/h的最高值。
再者，於第25圖(a)顯示浸漬部IM的蝕刻面的粗糙度，於第25圖(b)顯示非浸漬部NIM的界面附近V的蝕刻面的粗糙度。觀察到在浸漬部IM中粗糙度一度增加，而之後呈減少的傾向。從蝕刻面的觀察結果考察後，推斷這是因為在蝕刻初期出現因鑽石研削所造成的潛在刮痕，而後逐漸緩緩地變光滑。
再者，在浸漬部IM的蝕刻率較低，可推想在120分鐘的實驗中，對減小浸漬部IM的粗糙度而言為不充分的時間。但是，根據觀察到蝕刻坑有增加的傾向而言，可見難以應用於鏡面化。
另一方面，在非浸漬部NIM中，判斷初當達到700℃以上，則到達表面粗糙度達到1.4nmRa。並且，根據蝕刻面的觀察結果，即使在任何條件下均未觀察到蝕刻坑的發生。針對該蝕刻坑，根據蝕刻率為23μm/h較低的處理條件下600℃ 120分鐘的蝕刻處理後的觀察結果，亦未觀察到蝕刻坑的發生。
(環境賦予粗糙度、及蝕刻率的影響)
以實驗例1的實驗條件為基礎，實驗時間為30分鐘，分別進行氣體環境為大氣、及氮氣(以排除氧之方式設為惰性用的氣體)的情形，並調查其影響。
(氮氣環境的影響)
在電爐內，一邊流動氮氣一邊進行蝕刻。針對浸漬部IM、及非浸漬部NIM的界面附近V，氮氣流量與蝕刻率的關係顯示於第26圖(a)，而氮氣流量與粗糙度的關係顯示於第26圖(b)。另外，在第26圖(a)氮氣流量為0L/min意指氮氣未流動，故電爐內為保持在大氣環境的狀態。
蝕刻率在氮氣流量為10L/min下，浸漬部IM、及界面附近V兩者蝕刻率都大幅降低，而在更高的流量中沒有觀察到更多的變化。
另一方面，就粗糙度而言，浸漬部IM、及界面附近V均具有氮氣流量愈增加粗糙度愈增加的傾向。因此，推斷在蝕刻時首先露出了因受研削所造成的潛在刮痕，此後消失而形成鏡面。根據蝕刻面的觀察結果，浸漬部IM、及界面附近V均觀察到潛在刮痕，且可推想粗糙度的增加傾向的原因為受蝕刻率的降低所造成之鏡面處理的鈍化。
(大氣的影響)
以下，進行調查大氣的影響用的蝕刻。針對浸漬部IM、及非浸漬部NIM的界面附近V，空氣流量與蝕刻率的關係顯示於第27圖(a)，而空氣流量與粗糙度的關係顯示於第27圖(b)。浸漬部IM、及界面附近V均與空氣流量無關，而蝕刻率幾乎不變化。但是，得知即便在相同蝕刻時間下，在浸漬部IM中空氣流量愈增加，潛在刮痕愈被除去。此外，空氣流量在20L/min中，在界面附近V出現膜狀的凹凸，且粗糙度顯著地增加。
根據以上的實驗結果，可推斷得知空氣會對蝕刻造成作用。因此，可推想在非浸漬部NIM中，在受鹼蒸氣或表面張力所形成的熔融鹼液的薄膜與SiC反應時，捕獲大氣的氧並促進氧化。
實驗例1、2的結論
如上述說明，根據實驗例1、2，發現利用使用NaOH溶液的SiC基板的濕蝕刻，於非浸漬部中的SiC晶圓面的高效能的鏡面化現象。根據蝕刻的基礎特性的調查用的實驗得知，在750℃、20分鐘的蝕刻下，到達表面粗糙度為1.4nmRa，而在750℃、45分鐘，蝕刻率為最大304μm/h。進而得知在蝕刻環境空間空氣的作用。
[產業可利用性]
根據本發明，由於可高效率地形成較薄的剝離基板，所以可利用在半導體領域、顯示器領域、能源領域等廣泛的領域，例如若為單結晶基板、並為Si基板(矽 基板)，可應用於太陽電池，此外，若為GaN系半導體裝置等藍寶石基板等，可應用於發光二極體、雷射二極體等，若為SiC等可應用於SiC系功率裝置等，且可適用在透明電子領域、照明領域、混合動力/電動汽車領域等廣泛的領域。
10‧‧‧基板(結晶基板、SiC基板)
12‧‧‧加工痕
100‧‧‧基板加工裝置
110‧‧‧平台
120‧‧‧平台支撐部
130‧‧‧基板固定具
150‧‧‧雷射光源
160‧‧‧雷射聚光部(雷射聚光器)
170‧‧‧繞射型光學元件
180‧‧‧接物透鏡
B‧‧‧雷射光
d‧‧‧預定距離

Claims (10)

  1. 一種剝離基板製造方法，係含有：基板加工步驟，係採用結晶基板作為基板，且具有雷射聚光步驟、及定位步驟，而於前述基板形成加工層，該雷射聚光步驟係藉由雷射聚光器將來自脈衝照射的雷射光源的雷射光朝向前述基板的表面照射，且將雷射光聚光於離前述基板的表面達基板內部的預定深度，該定位步驟係使前述雷射聚光器對前述基板相對性地移動並定位；以及基板剝離步驟，係將藉由前述基板加工步驟而將形成有前述加工層的前述基板在前述加工層剝離而作成剝離基板；前述雷射聚光步驟含有雷射光調整步驟，該雷射光調整步驟係採用使來自前述雷射光源的雷射光分歧成複數根分歧雷射光的繞射型光學元件，且以前述複數根分歧雷射光的至少一根的強度不同於其他根分歧雷射光的方式進行分歧；前述複數根分歧雷射光當中，藉由相對強度較高的分歧雷射光使前述加工層伸展而對前述基板加工，並且藉由相對強度較低的分歧雷射光抑制前述加工層的伸展。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之剝離基板製造方法，其中，在前述雷射光調整步驟中，使前述複數根分歧雷射光在前述基板的內部配置成一列或複數列、或者圖 案狀。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之剝離基板製造方法，其中，在前述雷射光調整步驟中，前述複數根分歧雷射光之中配置於端部側的至少一根分歧雷射光的強度低於其他的分歧雷射光。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之剝離基板製造方法，其中，在前述雷射光調整步驟中，前述相對強度較高的分歧雷射光的強度以相對於前述相對強度較低的分歧雷射光的強度在1.1至5.0之範圍的倍率改變。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之剝離基板製造方法，其中，前述定位步驟係在前述基板的表面，使前述雷射聚光器在相對於前述一列或複數列、或者圖案狀之方向呈預定角度的掃描方向以預定速度移動。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之剝離基板製造方法，其中，前述定位步驟係通過使前述雷射聚光器在與前述掃描方向成正交的方向跨移預定距離的動作，而重複在前述基板的表面以預定速度在前述掃描方向移動前述雷射聚光器的動作。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之剝離基板製造方法，含有蝕刻步驟，該蝕刻步驟係使用熔融鹼為蝕刻液，在含氧的氣體環境中，一邊使前述剝離基板中的前述熔融鹼的界面位置在前述剝離基板上移動，一邊進行蝕刻。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之剝離基板製造方法，採 用熔融氫氧化鈉作為前述熔融鹼。
  9. 如申請專利範圍第7項或第8項所述之剝離基板製造方法，一邊使前述熔融鹼流動一邊進行蝕刻。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之剝離基板製造方法，採用SiC基板作為前述基板，藉此由SiC構成前述剝離基板。
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