高硬度材料的利用多線鋸的切斷方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及高硬度材料的利用多線鋸的切斷方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，作為新的半導體材料，碳化硅半導體受到關注。碳化硅半導體比硅半導體 的絕緣擊穿電場、電子飽和漂移速率和熱導率更大。因此，使用碳化硅半導體，實現(xiàn)比現(xiàn)有 硅器件能夠以更高溫度、更高速度進行大電流工作的功率器件的研宄、開發(fā)在活躍的進行 中。其中，在電動雙輪車、電動汽車和混合動力汽車中所使用的電動機因為被交流驅動或 變換器（inverter)控制，所以，在這樣的用途中所使用的高效率的開關元件的開發(fā)受到關 注。為了實現(xiàn)這樣的功率器件，必須有用于使高品質的碳化硅半導體層進行外延生長的單 晶碳化娃晶片。
[0003] 另外，氮化鎵也作為用于實現(xiàn)功率器件、高亮度發(fā)光元件的半導體材料而被積極 地研宄。因此，也要求有用于形成氮化鎵等硬度高的半導體材料的晶片、氮化鎵半導體層的 由高硬度的藍寶石構成的晶片。
[0004] 一般而言，對于半導體材料用晶片要求有高的加工精度。但是，相比于現(xiàn)在大量生 產、廣泛普及的硅晶片，以高的加工精度切斷高硬度材料、精加工為平坦性高的晶片并不容 易。因此，也研宄著利用多線鋸以高的精度加工高硬度材料的技術。
[0005] 例如，專利文獻1、2公開了使用多線鋸，抑制晶片的彎曲和翹曲，切斷藍寶石的單 晶錠的技術。具體而言，專利文獻1公開了通過使切割線（Wire)以短的循環(huán)往復將錠切斷 從而減小晶片的彎曲且提高對稱性的技術。專利文獻2公開了在切出以r面為主面的單晶 藍寶石晶片時通過使切割線在與a面平行的方向上行進從而抑制切斷面彎曲的技術。現(xiàn)有 技術文獻
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1 :日本特開2009 - 184023號公報
[0008] 專利文獻2 :日本特開2009 - 262305號公報

【發(fā)明內容】

[0009] 發(fā)明所要解決的課題
[0010] 但是，本申請發(fā)明人詳細研宄了在專利文獻1、2等中所公開的技術，得知存在晶 片的翹曲不能充分地減小的情況。本發(fā)明鑒于這樣的課題，目的在于提供能夠以更高的加 工精度制造高硬度材料的晶片的高硬度材料的利用多線鋸的切斷方法。
[0011] 用于解決課題的方法
[0012] 本發(fā)明的高硬度材料的利用多線鋸的切斷方法是利用多線鋸同時在多處切斷高 硬度材料的錠、切出多個晶片的高硬度材料的利用多線鋸的切斷方法，從上述錠的切斷前 進方向將上述錠投影于切割線時，如果將在上述被切斷的多處所投影的錠的長度之和作為 最大接觸總長度a，將切割線連續(xù)行進距離作為b，并設為cl = b/a，則以cl多20反復進行 使上述切割線往復運動的單位行程，如果將上述單位行程中的上述切割線的新線放出量作 為 d，并設為 c2 = d/a，則為 0· 35 < c2 < L 55。
[0013] 可以以20 < cl < 80反復進行使上述切割線往復運動的單位行程。
[0014] 可以以65彡cl彡115和0. 6彡c2彡1，反復進行使上述切割線往復運動的單位 行程。
[0015] 上述cl和上述c2可以滿足以下的關系：
[0016] 30 ^ clXc2 ^ 115〇
[0017] 上述cl和上述c2可以滿足以下的關系：
[0018] 50 彡 clXc2 彡 90。
[0019] 上述切割線可以通過電沉積而被固定有超磨粒。
[0020] 上述高硬度材料可以具有1500以上的維氏硬度。
[0021] 上述高硬度材料可以是選自碳化硅、藍寶石、氮化鎵、氮化鋁、金剛石、氮化硼、氧 化鋅、氧化鎵和二氧化鈦中的1種。
[0022] 上述錠的晶格具有至少1個劈開面，從上述錠切斷得到的晶片具有主面，可以使 上述切割線在相對于上述主面和上述劈開面的交線的非平行方向上行進。
[0023] 上述高硬度材料可以具有六方晶系的晶體結構，上述錠的主面為!面，上述1個劈 開面為c面。
[0024] 上述高硬度材料可以為藍寶石，上述主面為c面，上述至少1個劈開面為m面。
[0025] 發(fā)明的效果
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，通過以錠和切割線的最大接觸總長度的20倍以上的切割線連續(xù)行 進距離，反復進行使切割線往復運動的單位行程，能夠比以往減小與錠接觸的切割線的工 作量且使其平均化，能夠減小從錠切出的多片晶片的彎曲和翹曲。另外，通過將單位行程中 的切割線的新線放出量設為最大接觸總長度的0. 35倍以上、1. 55倍以下，能夠長時間維持 切割線的良好的鋒利度。另外，在錠切斷中，能夠抑制切割線斷線的發(fā)生。
【附圖說明】
[0027] 圖I (a)是表示本實施方式中使用的多線鋸的一個例子的示意性立體圖，（b)是表 示架在（a)中所示的多線鋸的2個輥上的切割線的圖，（c)是表示切割線的截面的圖。
[0028] 圖2是表示能夠在本實施方式中使用的多線鋸的其它例子的示意性立體圖。
[0029] 圖3是表示錠的截面的示意圖。
[0030] 圖4(a)是表示本實施方式的方法中的切割線行進速度的時間變化的圖，（b)是表 示現(xiàn)有的切割線行進速度的時間變化的圖。
[0031] 圖5 (a)是表示六方晶系中的c面、m面和r面的配置關系的圖，（b)表示從垂直于 r面的方向觀看的c面和m面的配置關系，（c)表示從垂直于c面的方向觀看的r面和m面 的配置關系，（d)表示從平行于r面和c面的交線的方向觀看的c面、m面和r面的配置關 系。
[0032] 圖6表示從以r面為主面的錠中切出以r面為主面的晶片時、優(yōu)選的切割線行進 方向和錠的晶面的關系，（a)表示從r面觀看的關系，（b)表示從相對于r面的垂直方向觀 看的關系。
[0033] 圖7是以實施例和比較例的clXc2值為橫軸、以晶片的翹曲為縱軸的曲線圖。
【具體實施方式】
[0034] 使用碳化硅、碳化鎵等半導體材料的半導體器件，處于商業(yè)實用化階段，要求以盡 可能低的成本制造用于制造這些半導體器件的晶片。因此，優(yōu)選從高硬度材料的錠中盡可 能薄地切出晶片，降低每片晶片的原材料費用，或以盡可能高的加工精度切出晶片，縮短晶 片精加工所需要的時間并降低整體的制造成本。
[0035] 因此，本申請發(fā)明人想到了新型的高硬度材料的利用多線鋸的切斷方法。以下，詳 細說明本發(fā)明的高硬度材料的利用多線鋸的切斷方法的實施方式。
[0036] 本實施方式的高硬度材料的利用多線鋸的切斷方法，通過使用切割線的多線鋸， 同時在多處切斷高硬度材料的錠，切出多個晶片。在本申請說明書中，"多線鋸"是指切斷錠 的裝置，所謂"切割線"是指鋸線。
[0037] 能夠在本實施方式的切斷方法中使用的高硬度材料，例如可以是具有1500以上 維氏硬度的碳化硅、藍寶石、氮化鎵、氮化鋁、金剛石、氮化硼、氧化鋅、氧化鎵和二氧化鈦 等。高硬度材料既可以是單晶，也可以是多晶。另外，本實施方式的切斷方法能夠合適地用 于除了成為晶片主面的晶體取向的面以外具有至少1個劈開面的高硬度材料的錠。
[0038] 高硬度材料的錠的直徑和長度沒有特別限制，根據(jù)本實施方式的切斷方法，能夠 制造大直徑、翹曲小的晶片。例如，在制造4英寸以上大小的晶片中能夠良好地使用本實施 方式的切斷方法。另外，切出的晶片厚度也沒有特別限制，根據(jù)本實施方式的切斷方法，能 夠制造厚度小、翹曲被抑制的晶片。特別是本實施方式的方法，能夠合適地用于制造300 μπι 以上、1000 μ m以下厚度的晶片。
[0039] 首先，說明本實施方式的方法中使用的多線鋸。在本實施方式中，可以使用各種結 構的多線鋸。圖1(a)示意性地表示具有3個輥的多線鋸56。多線鋸56具有輥51a、51b、 51c和一根連續(xù)的切割線50。高硬度材料的錠10被固定用基座14支撐。
[0040] 輥51a、51b、51c，各自的旋轉軸相互平行，且以3個旋轉軸在垂直于旋轉軸的面位 于三角形的頂點的方式隔開規(guī)定的間隔配置。在輥51a、51b、51c各自的側面設置有多條 槽。
[0041] 切割線50被順次卷取架設于輥51a、51b、51c的多個槽。圖I (b)示意性地表示在 輥51b和51c之間被多次架設的切割線50。通過在輥51b和51c之間架設1次，形成1個 切削部分50p，以與多個槽的間隔一致的一定間隔p配置多個切削部分50p。多個切削部分 50p作為整體形成切削網51n(cutting web)。
[0042] 切割線50的兩端，例如被卷繞于回收繞線管54a、54b。為了容易理解，在圖1(a) 中，在輥51a的附近配置著回收繞線管54a、54b，但回收繞線管54a、54b也可以遠離輥51a、 51b、51c而配置。另外，為了使切割線50的行進穩(wěn)定或者使切割線50配置在所希望的位 置，多線鋸56還可以還具備其它導輥、滑輪。
[0043] 在切削時，回收繞線管54a、54b和輥51a、51b、51c旋轉，將切割線50卷取在回收 繞線管54a或回收繞線管54b中的一個上?；厥绽@線管54a、54b和棍51a、51b、51c的旋轉 方向依賴于它們的配置和切割線50的架設方式。在圖1(a)所示的多線鋸56中，輥51a、 51b、51c在同一方向旋轉，回收繞線管54