切断起点領域の形成方法
【課題】 チッピングやクラッキングの発生を防止して、基板を薄型化し且つ基板を分割することのできる切断起点領域の形成方法を提供する。
【解決手段】 基板3の内部に集光点を合わせて、集光点でのピークパワー密度が1×108W/cm2以上となるようにしてレーザ光を照射し、基板3の内部に切断予定ラインに沿った改質領域13を形成し、この改質領域13を切断起点領域として、基板3を分割するための当該切断起点領域の形成方法であって、切断予定ラインは格子状に設定されており、切断起点領域を、基板3の厚さ方向における中心位置から基板のレーザ光照射面側に偏倚して形成し、切断起点領域を起点として格子状の切断予定ラインに沿って発生する割れを基板3のレーザ光照射面には到達するが、基板3の反対側面には到達しないようにしたことを特徴とする。
【解決手段】 基板3の内部に集光点を合わせて、集光点でのピークパワー密度が1×108W/cm2以上となるようにしてレーザ光を照射し、基板3の内部に切断予定ラインに沿った改質領域13を形成し、この改質領域13を切断起点領域として、基板3を分割するための当該切断起点領域の形成方法であって、切断予定ラインは格子状に設定されており、切断起点領域を、基板3の厚さ方向における中心位置から基板のレーザ光照射面側に偏倚して形成し、切断起点領域を起点として格子状の切断予定ラインに沿って発生する割れを基板3のレーザ光照射面には到達するが、基板3の反対側面には到達しないようにしたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体デバイスの製造工程等において半導体基板等の基板を分割するために使用される切断起点領域の形成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年の半導体デバイスの小型化に伴い、半導体デバイスの製造工程において、半導体基板が数10μm程度の厚さにまで薄型化されることがある。このように薄型化された半導体基板をブレードにより切断し分割すると、半導体基板が厚い場合に比べてチッピングやクラッキングの発生が増加し、半導体基板を分割することで得られる半導体チップの歩留まりが低下するという問題がある。
【0003】
このような問題を解決し得る半導体基板の分割方法として、特許文献1や特許文献2に記載された方法が知られている。
【0004】
すなわち、これらの文献1及び文献2に記載された方法は、表面に機能素子が形成されている半導体基板に対して当該表面側からブレードにより溝を形成し、その後に、当該表面に粘着シートを貼り付けて半導体基板を保持し、予め形成された溝に達するまで半導体基板の裏面を研磨することで、半導体基板を薄型化する共に半導体基板を分割するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開昭64−38209号公報
【特許文献2】特開昭62−4341号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記文献1及び文献2に記載された方法にあっては、半導体基板の裏面の研磨を平面研削により行うと、平面研削面が、半導体基板に予め形成された溝に達した際に、当該溝の側面でチッピングやクラッキングが発生するおそれがある。
【0007】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、チッピングやクラッキングの発生を防止して、基板を薄型化し且つ基板を分割することのできる切断起点領域の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、本発明に係る切断起点領域の形成方法は、基板の内部に集光点を合わせて、集光点でのピークパワー密度が1×108W/cm2以上となるようにしてレーザ光を照射し、基板の内部に切断予定ラインに沿った改質領域を形成し、この改質領域を切断起点領域として、基板を分割するための当該切断起点領域の形成方法であって、 切断予定ラインは格子状に設定されており、切断起点領域を、基板の厚さ方向における中心位置から基板のレーザ光照射面側に偏倚して形成し、切断起点領域を起点として格子状の切断予定ラインに沿って発生する割れを基板のレーザ光照射面には到達するが、基板の反対側面には到達しないようにしたことを特徴とする。
【0009】
この切断起点領域の形成方法によれば、切断起点領域を形成する工程においては、基板の内部に集光点を合わせて、集光点でのピークパワー密度が1×108W/cm2以上となるようにしてレーザ光を照射レーザ光を照射し、基板の内部に改質領域を形成するため、この改質領域でもって、基板を切断すべき格子状の切断予定ラインに沿うよう基板の内部に切断起点領域を形成することができる。
【0010】
そして、切断起点領域を、基板の厚さ方向における中心位置から基板のレーザ光照射面側に偏倚して形成することで、切断起点領域を起点として格子状の切断予定ラインに沿って発生する割れを基板のレーザ光照射面には到達するが、基板の反対側面には到達しないようにしている。
【0011】
ここで、集光点とは、レーザ光が集光した箇所のことである。また、研磨とは、切削、研削及びケミカルエッチング等を含む意味である。さらに、切断起点領域とは、基板が切断される際に切断の起点となる領域を意味する。したがって、切断起点領域は、基板において切断が予定される切断予定部である。そして、切断起点領域は、改質領域が連続的に形成されることで形成される場合もあるし、改質領域が断続的に形成されることで形成される場合もある。
【0012】
なお、基板としては、シリコン基板やGaAs基板等の半導体基板や、サファイア基板やAlN基板等の絶縁基板がある。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、チッピングやクラッキングの発生を防止して、基板を分割することのできる切断起点領域の形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工中の加工対象物の平面図である。
【図2】図1に示す加工対象物のII−II線に沿った断面図である。
【図3】本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工後の加工対象物の平面図である。
【図4】図3に示す加工対象物のIV−IV線に沿った断面図である。
【図5】図3に示す加工対象物のV−V線に沿った断面図である。
【図6】本実施形態に係るレーザ加工方法により切断された加工対象物の平面図である。
【図7】本実施形態に係るレーザ加工方法における電界強度とクラックスポットの大きさとの関係を示すグラフである。
【図8】本実施形態に係るレーザ加工方法の第1工程における加工対象物の断面図である。
【図9】本実施形態に係るレーザ加工方法の第2工程における加工対象物の断面図である。
【図10】本実施形態に係るレーザ加工方法の第3工程における加工対象物の断面図である。
【図11】本実施形態に係るレーザ加工方法の第4工程における加工対象物の断面図である。
【図12】本実施形態に係るレーザ加工方法により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。
【図13】本実施形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。
【図14】実施例1に係るレーザ加工装置の概略構成図である。
【図15】実施例1に係るレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。
【図16】実施例1に係る切断起点領域を形成する工程後の半導体基板を示す図である。
【図17】実施例1に係る保護フィルムを貼り付ける工程を説明するための図である。
【図18】実施例1に係る半導体基板を研磨する工程を説明するための図である。
【図19】実施例1に係る拡張フィルムを貼り付ける工程を説明するための図である。
【図20】実施例1に係る保護フィルムを剥がす工程を説明するための図である。
【図21】実施例1に係る拡張フィルムをエキスパンドし半導体チップをピックアップする工程を説明するための図である。
【図22】実施例1に係る半導体基板を研磨する工程後の半導体チップの切断面の裏面側のエッジ部に形成された面取りを示す図である。
【図23】実施例1に係る半導体基板を研磨する工程後の半導体チップの切断面内に溶融処理領域が残存する場合を説明するための図である。
【図24】実施例1に係る半導体基板を研磨する工程後の半導体チップの切断面内に溶融処理領域が残存しない場合を説明するための図である。
【図25】実施例1に係る半導体基板を研磨する工程後の半導体チップの切断面の裏面側のエッジ部に溶融処理領域が残存する場合を説明するための図である。
【図26】実施例1に係る半導体基板を研磨する工程前の半導体基板の周縁部の断面図である。
【図27】実施例2に係るサファイア基板の平面図である。
【図28】実施例2に係る切断起点領域を形成する工程を説明するための断面図である。
【図29】実施例2に係る機能素子を形成する工程を説明するための断面図である。
【図30】実施例2に係る保護フィルムを貼り付ける工程を説明するための断面図である。
【図31】実施例2に係るサファイア基板を研磨する工程を説明するための断面図である。
【図32】実施例2に係る拡張フィルムを貼り付ける工程を説明するための断面図である。
【図33】実施例2に係る保護フィルムに紫外線を照射する工程を説明するための断面図である。
【図34】実施例2に係る保護フィルムを剥がす工程を説明するための断面図である。
【図35】実施例2に係る拡張フィルムをエキスパンドし半導体チップを分離する工程を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面と共に本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係る基板の分割方法は、基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、基板の内部に多光子吸収による改質領域を形成することで切断起点領域を形成する工程と、切断起点領域を形成する工程後、基板が所定の厚さとなるよう基板を研磨する工程とを備えている。
【0016】
まず、切断起点領域を形成する工程において実施されるレーザ加工方法、特に多光子吸収について説明する。
【0017】
材料の吸収のバンドギャップEGよりも光子のエネルギーhνが小さいと光学的に透明となる。よって、材料に吸収が生じる条件はhν>EGである。しかし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大きくするとnhν>EGの条件(n=2,3,4,・・・)で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度(W/cm2)で決まり、例えばピークパワー密度が1×108(W/cm2)以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、(集光点におけるレーザ光の1パルス当たりのエネルギー)÷(レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅)により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度(W/cm2)で決まる。
【0018】
このような多光子吸収を利用する本実施形態に係るレーザ加工の原理について、図1〜図6を参照して説明する。図1はレーザ加工中の基板1の平面図であり、図2は図1に示す基板1のII−II線に沿った断面図であり、図3はレーザ加工後の基板1の平面図であり、図4は図3に示す基板1のIV−IV線に沿った断面図であり、図5は図3に示す基板1のV−V線に沿った断面図であり、図6は切断された基板1の平面図である。
【0019】
図1及び図2に示すように、基板1の表面3には、基板1を切断すべき所望の切断予定ライン5がある。切断予定ライン5は直線状に延びた仮想線である(基板1に実際に線を引いて切断予定ライン5としてもよい)。本実施形態に係るレーザ加工は、多光子吸収が生じる条件で基板1の内部に集光点Pを合わせてレーザ光Lを基板1に照射して改質領域7を形成する。なお、集光点とはレーザ光Lが集光した箇所のことである。
【0020】
レーザ光Lを切断予定ライン5に沿って(すなわち矢印A方向に沿って)相対的に移動させることにより、集光点Pを切断予定ライン5に沿って移動させる。これにより、図3〜図5に示すように改質領域7が切断予定ライン5に沿って基板1の内部にのみ形成され、この改質領域7でもって切断起点領域(切断予定部)8が形成される。本実施形態に係るレーザ加工方法は、基板1がレーザ光Lを吸収することにより基板1を発熱させて改質領域7を形成するのではない。基板1にレーザ光Lを透過させ基板1の内部に多光子吸収を発生させて改質領域7を形成している。よって、基板1の表面3ではレーザ光Lがほとんど吸収されないので、基板1の表面3が溶融することはない。
【0021】
基板1の切断において、切断する箇所に起点があると基板1はその起点から割れるので、図6に示すように比較的小さな力で基板1を切断することができる。よって、基板1の表面3に不必要な割れを発生させることなく基板1の切断が可能となる。
【0022】
なお、切断起点領域を起点とした基板の切断には、次の2通りが考えられる。1つは、切断起点領域形成後、基板に人為的な力が印加されることにより、切断起点領域を起点として基板が割れ、基板が切断される場合である。これは、例えば基板の厚さが大きい場合の切断である。人為的な力が印加されるとは、例えば、基板の切断起点領域に沿って基板に曲げ応力やせん断応力を加えたり、基板に温度差を与えることにより熱応力を発生させたりすることである。他の1つは、切断起点領域を形成することにより、切断起点領域を起点として基板の断面方向(厚さ方向)に向かって自然に割れ、結果的に基板が切断される場合である。これは、例えば基板の厚さが小さい場合には、1列の改質領域により切断起点領域が形成されることで可能となり、基板の厚さが大きい場合には、厚さ方向に複数列形成された改質領域により切断起点領域が形成されることで可能となる。なお、この自然に割れる場合も、切断する箇所において、切断起点領域が形成されていない部位に対応する部分の表面上にまで割れが先走ることがなく、切断起点領域を形成した部位に対応する部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすることができる。近年、シリコンウェハ等の基板の厚さは薄くなる傾向にあるので、このような制御性のよい割断方法は大変有効である。
【0023】
さて、本実施形態において多光子吸収により形成される改質領域としては、次の(1)〜(3)がある。
【0024】
(1)改質領域が1つ又は複数のクラックを含むクラック領域の場合 基板(例えばガラスやLiTaO3からなる圧電材料)の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が1×108(W/cm2)以上で且つパルス幅が1μs以下の条件でレーザ光を照射する。このパルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつつ基板の表面に余計なダメージを与えずに、基板の内部にのみクラック領域を形成できる条件である。これにより、基板の内部には多光子吸収による光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により基板の内部に熱ひずみが誘起され、これにより基板の内部にクラック領域が形成される。
電界強度の上限値としては、例えば1×1012(W/cm2)である。パルス幅は例えば1ns〜200nsが好ましい。なお、多光子吸収によるクラック領域の形成は、例えば、第45回レーザ熱加工研究会論文集(1998年.12月)の第23頁〜第28頁の「固体レーザー高調波によるガラス基板の内部マーキング」に記載されている。
【0025】
本発明者は、電界強度とクラックの大きさとの関係を実験により求めた。実験条件は次ぎの通りである。
【0026】
(A)基板:パイレックス(登録商標)ガラス(厚さ700μm)
(B)レーザ
光源:半導体レーザ励起Nd:YAGレーザ
波長:1064nm
レーザ光スポット断面積:3.14×10−8cm2
発振形態:Qスイッチパルス
繰り返し周波数:100kHz
パルス幅:30ns
出力:出力<1mJ/パルス
レーザ光品質:TEM00
偏光特性:直線偏光
(C)集光用レンズ
レーザ光波長に対する透過率:60パーセント
(D)基板が載置される載置台の移動速度:100mm/秒
【0027】
なお、レーザ光品質がTEM00とは、集光性が高くレーザ光の波長程度まで集光可能を意味する。
【0028】
図7は上記実験の結果を示すグラフである。横軸はピークパワー密度であり、レーザ光がパルスレーザ光なので電界強度はピークパワー密度で表される。縦軸は1パルスのレーザ光により基板の内部に形成されたクラック部分(クラックスポット)の大きさを示している。クラックスポットが集まりクラック領域となる。クラックスポットの大きさは、クラックスポットの形状のうち最大の長さとなる部分の大きさである。グラフ中の黒丸で示すデータは集光用レンズ(C)の倍率が100倍、開口数(NA)が0.80の場合である。一方、グラフ中の白丸で示すデータは集光用レンズ(C)の倍率が50倍、開口数(NA)が0.55の場合である。ピークパワー密度が1011(W/cm2)程度から基板の内部にクラックスポットが発生し、ピークパワー密度が大きくなるに従いクラックスポットも大きくなることが分かる。
【0029】
次に、本実施形態に係るレーザ加工において、クラック領域形成による基板の切断のメカニズムについて図8〜図11を用いて説明する。図8に示すように、多光子吸収が生じる条件で基板1の内部に集光点Pを合わせてレーザ光Lを基板1に照射して切断予定ラインに沿って内部にクラック領域9を形成する。クラック領域9は1つ又は複数のクラックを含む領域である。このクラック領域9でもって切断起点領域が形成される。図9に示すようにクラック領域9を起点として(すなわち、切断起点領域を起点として)クラックがさらに成長し、図10に示すようにクラックが基板1の表面3と裏面21に到達し、図11に示すように基板1が割れることにより基板1が切断される。基板の表面と裏面に到達するクラックは自然に成長する場合もあるし、基板に力が印加されることにより成長する場合もある。
【0030】
(2)改質領域が溶融処理領域の場合
基板(例えばシリコンのような半導体材料)の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が1×108(W/cm2)以上で且つパルス幅が1μs以下の条件でレーザ光を照射する。これにより基板の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により基板の内部に溶融処理領域が形成される。溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。基板がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。電界強度の上限値としては、例えば1×1012(W/cm2)である。パルス幅は例えば1ns〜200nsが好ましい。
【0031】
本発明者は、シリコンウェハの内部で溶融処理領域が形成されることを実験により確認した。実験条件は次の通りである。
【0032】
(A)基板:シリコンウェハ(厚さ350μm、外径4インチ)
(B)レーザ
光源:半導体レーザ励起Nd:YAGレーザ
波長:1064nm
レーザ光スポット断面積:3.14×10−8cm2
発振形態:Qスイッチパルス
繰り返し周波数:100kHz
パルス幅:30ns
出力:20μJ/パルス
レーザ光品質:TEM00
偏光特性:直線偏光
(C)集光用レンズ
倍率:50倍
N.A.:0.55
レーザ光波長に対する透過率:60パーセント
(D)基板が載置される載置台の移動速度:100mm/秒
【0033】
図12は、上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。シリコンウェハ11の内部に溶融処理領域13が形成されている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域13の厚さ方向の大きさは100μm程度である。
【0034】
溶融処理領域13が多光子吸収により形成されたことを説明する。図13は、レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。シリコン基板の厚さtが50μm、100μm、200μm、500μm、1000μmの各々について上記関係を示した。
【0035】
例えば、Nd:YAGレーザの波長である1064nmにおいて、シリコン基板の厚さが500μm以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が80%以上透過することが分かる。図12に示すシリコンウェハ11の厚さは350μmであるので、多光子吸収による溶融処理領域13はシリコンウェハの中心付近、つまり表面から175μmの部分に形成される。この場合の透過率は、厚さ200μmのシリコンウェハを参考にすると、90%以上なので、レーザ光がシリコンウェハ11の内部で吸収されるのは僅かであり、ほとんどが透過する。このことは、シリコンウェハ11の内部でレーザ光が吸収されて、溶融処理領域13がシリコンウェハ11の内部に形成(つまりレーザ光による通常の加熱で溶融処理領域が形成)されたものではなく、溶融処理領域13が多光子吸収により形成されたことを意味する。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講演概要第66集(2000年4月)の第72頁〜第73頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。
【0036】
なお、シリコンウェハは、溶融処理領域でもって形成される切断起点領域を起点として断面方向に向かって割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面とに到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達するこの割れは自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより成長する場合もある。なお、切断起点領域からシリコンウェハの表面と裏面とに割れが自然に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から割れが成長する場合と、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から再固化する際に割れが成長する場合とのいずれもある。ただし、どちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部のみに形成され、切断後の切断面には、図12のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。基板の内部に溶融処理領域でもって切断起点領域を形成すると、割断時、切断起点領域ラインから外れた不必要な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。
【0037】
(3)改質領域が屈折率変化領域の場合
基板(例えばガラス)の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が1×108(W/cm2)以上で且つパルス幅が1ns以下の条件でレーザ光を照射する。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を基板の内部に起こさせると、多光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、基板の内部にはイオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば1×1012(W/cm2)である。パルス幅は例えば1ns以下が好ましく、1ps以下がさらに好ましい。多光子吸収による屈折率変化領域の形成は、例えば、第42回レーザ熱加工研究会論文集(1997年.11月)の第105頁〜第111頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部への光誘起構造形成」に記載されている。
【0038】
以上、多光子吸収により形成される改質領域として(1)〜(3)の場合を説明したが、基板の結晶構造やその劈開性などを考慮して切断起点領域を次のように形成すれば、その切断起点領域を起点として、より一層小さな力で、しかも精度良く基板を切断することが可能になる。
【0039】
すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構造の単結晶半導体からなる基板の場合は、(111)面(第1劈開面)や(110)面(第2劈開面)に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。また、GaAsなどの閃亜鉛鉱型構造のIII−V族化合物半導体からなる基板の場合は、(110)面に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。さらに、サファイア(Al2O3)などの六方晶系の結晶構造を有する基板の場合は、(0001)面(C面)を主面として(1120)面(A面)或いは(1100)面(M面)に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。
【0040】
なお、上述した切断起点領域を形成すべき方向(例えば、単結晶シリコン基板における(111)面に沿った方向)、或いは切断起点領域を形成すべき方向に直交する方向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーションフラットを基準とすることで、切断起点領域を形成すべき方向に沿った切断起点領域を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。
【0041】
以下、実施例により、本発明についてより具体的に説明する。
【0042】
[実施例1]
本発明に係る基板の分割方法の実施例1について説明する。実施例1では、基板1をシリコンウェハ(厚さ350μm、外径4インチ)とし(以下、実施例1では「基板1」を「半導体基板1」という)、デバイス製作プロセスにおいて半導体基板1の表面3に複数の機能素子がマトリックス状に形成されたものを対象とする。ここで、機能素子とは、フォトダイオード等の受光素子やレーザダイオード等の発光素子、或いは回路として形成された回路素子等を意味する。
【0043】
まず、半導体基板1の内部に切断起点領域を形成する工程について説明するが、その説明に先立って、切断起点領域を形成する工程において使用されるレーザ加工装置について、図14を参照して説明する。図14はレーザ加工装置100の概略構成図である。
【0044】
レーザ加工装置100は、レーザ光Lを発生するレーザ光源101と、レーザ光Lの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源101を制御するレーザ光源制御部102と、レーザ光Lの反射機能を有しかつレーザ光Lの光軸の向きを90°変えるように配置されたダイクロイックミラー103と、ダイクロイックミラー103で反射されたレーザ光Lを集光する集光用レンズ105と、集光用レンズ105で集光されたレーザ光Lが照射される半導体基板1が載置される載置台107と、載置台107をX軸方向に移動させるためのX軸ステージ109と、載置台107をX軸方向に直交するY軸方向に移動させるためのY軸ステージ111と、載置台107をX軸及びY軸方向に直交するZ軸方向に移動させるためのZ軸ステージ113と、これら3つのステージ109,111,113の移動を制御するステージ制御部115とを備える。
【0045】
Z軸方向は半導体基板1の表面3と直交する方向なので、半導体基板1に入射するレーザ光Lの焦点深度の方向となる。よって、Z軸ステージ113をZ軸方向に移動させることにより、半導体基板1の内部にレーザ光Lの集光点Pを合わせることができる。また、この集光点PのX(Y)軸方向の移動は、半導体基板1をX(Y)軸ステージ109(111)によりX(Y)軸方向に移動させることにより行う。
【0046】
レーザ光源101はパルスレーザ光を発生するNd:YAGレーザである。レーザ光源101に用いることができるレーザとして、この他、Nd:YVO4レーザ、Nd:YLFレーザやチタンサファイアレーザがある。溶融処理領域を形成する場合には、Nd:YAGレーザ、Nd:YVO4レーザ、Nd:YLFレーザを用いるのが好適である。実施例1では、半導体基板1の加工にパルスレーザ光を用いているが、多光子吸収を起こさせることができるなら連続波レーザ光でもよい。
【0047】
レーザ加工装置100はさらに、載置台107に載置された半導体基板1を可視光線により照明するために可視光線を発生する観察用光源117と、ダイクロイックミラー103及び集光用レンズ105と同じ光軸上に配置された可視光用のビームスプリッタ119とを備える。ビームスプリッタ119と集光用レンズ105との間にダイクロイックミラー103が配置されている。ビームスプリッタ119は、可視光線の約半分を反射し残りの半分を透過する機能を有しかつ可視光線の光軸の向きを90°変えるように配置されている。観察用光源117から発生した可視光線はビームスプリッタ119で約半分が反射され、この反射された可視光線がダイクロイックミラー103及び集光用レンズ105を透過し、半導体基板1の切断予定ライン5等を含む表面3を照明する。
【0048】
レーザ加工装置100はさらに、ビームスプリッタ119、ダイクロイックミラー103及び集光用レンズ105と同じ光軸上に配置された撮像素子121及び結像レンズ123を備える。撮像素子121としては例えばCCDカメラがある。切断予定ライン5等を含む表面3を照明した可視光線の反射光は、集光用レンズ105、ダイクロイックミラー103、ビームスプリッタ119を透過し、結像レンズ123で結像されて撮像素子121で撮像され、撮像データとなる。
【0049】
レーザ加工装置100はさらに、撮像素子121から出力された撮像データが入力される撮像データ処理部125と、レーザ加工装置100全体を制御する全体制御部127と、モニタ129とを備える。撮像データ処理部125は、撮像データを基にして観察用光源117で発生した可視光の焦点を表面3上に合わせるための焦点データを演算する。この焦点データを基にしてステージ制御部115がZ軸ステージ113を移動制御することにより、可視光の焦点が表面3に合うようにする。よって、撮像データ処理部125はオートフォーカスユニットとして機能する。また、撮像データ処理部125は、撮像データを基にして表面3の拡大画像等の画像データを演算する。この画像データは全体制御部127に送られ、全体制御部で各種処理がなされ、モニタ129に送られる。これにより、モニタ129に拡大画像等が表示される。
【0050】
全体制御部127には、ステージ制御部115からのデータ、撮像データ処理部125からの画像データ等が入力し、これらのデータも基にしてレーザ光源制御部102、観察用光源117及びステージ制御部115を制御することにより、レーザ加工装置100全体を制御する。よって、全体制御部127はコンピュータユニットとして機能する。
【0051】
続いて、上述したレーザ加工装置100を使用した場合の切断起点領域を形成する工程について、図14及び図15を参照して説明する。図15は、切断起点領域を形成する工程を説明するためのフローチャートである。
【0052】
半導体基板1の光吸収特性を図示しない分光光度計等により測定する。この測定結果に基づいて、半導体基板1に対して透明な波長又は吸収の少ない波長のレーザ光Lを発生するレーザ光源101を選定する(S101)。続いて、半導体基板1の厚さを測定する。厚さの測定結果及び半導体基板1の屈折率を基にして、半導体基板1のZ軸方向の移動量を決定する(S103)。これは、レーザ光Lの集光点Pを半導体基板1の内部に位置させるために、半導体基板1の表面3に位置するレーザ光Lの集光点Pを基準とした半導体基板1のZ軸方向の移動量である。この移動量は全体制御部127に入力される。
【0053】
半導体基板1をレーザ加工装置100の載置台107に載置する。そして、観察用光源117から可視光を発生させて半導体基板1を照明する(S105)。照明された切断予定ライン5を含む半導体基板1の表面3を撮像素子121により撮像する。切断予定ライン5は、半導体基板1を切断すべき所望の仮想線である。ここでは、半導体基板1をその表面3に形成された機能素子毎に分割して半導体チップを得るため、切断予定ライン5は、隣り合う機能素子間を走るよう格子状に設定される。撮像素子121により撮像された撮像データは撮像データ処理部125に送られる。この撮像データに基づいて撮像データ処理部125は観察用光源117の可視光の焦点が表面3に位置するような焦点データを演算する(S107)。
【0054】
この焦点データはステージ制御部115に送られる。ステージ制御部115は、この焦点データを基にしてZ軸ステージ113をZ軸方向の移動させる(S109)。これにより、観察用光源117の可視光の焦点が半導体基板1の表面3に位置する。なお、撮像データ処理部125は撮像データに基づいて、切断予定ライン5を含む半導体基板1の表面3の拡大画像データを演算する。この拡大画像データは全体制御部127を介してモニタ129に送られ、これによりモニタ129に切断予定ライン5付近の拡大画像が表示される。
【0055】
全体制御部127には予めステップS103で決定された移動量データが入力されており、この移動量データがステージ制御部115に送られる。ステージ制御部115はこの移動量データに基づいて、レーザ光Lの集光点Pが半導体基板1の内部となる位置に、Z軸ステージ113により半導体基板1をZ軸方向に移動させる(S111)。
【0056】
続いて、レーザ光源101からレーザ光Lを発生させて、レーザ光Lを半導体基板1の表面3の切断予定ライン5に照射する。レーザ光Lの集光点Pは半導体基板1の内部に位置しているので、溶融処理領域は半導体基板1の内部にのみ形成される。そして、切断予定ライン5に沿うようにX軸ステージ109やY軸ステージ111を移動させて、切断予定ライン5に沿うよう形成された溶融処理領域でもって切断予定ライン5に沿う切断起点領域を半導体基板1の内部に形成する(S113)。
【0057】
以上により切断起点領域を形成する工程が終了し、半導体基板1の内部に切断起点領域が形成される。半導体基板1の内部に切断起点領域が形成されると、自然に或いは比較的小さな力によって、切断起点領域を起点として半導体基板1の厚さ方向に割れが発生する。
【0058】
実施例1では、上述した切断起点領域を形成する工程において、半導体基板1の内部の表面3側に近い位置に切断起点領域が形成され、この切断起点領域を起点として半導体基板1の厚さ方向に割れが発生している。図16は切断起点領域形成後の半導体基板1を示す図である。図16に示すように、半導体基板1において切断起点領域を起点として発生した割れ15は、切断予定ラインに沿うよう格子状に形成され、半導体基板1の表面3にのみ到達し、裏面21には到達していない。すなわち、半導体基板1に発生した割れ15は、半導体基板1の表面にマトリックス状に形成された複数の機能素子19を個々に分割している。また、この割れ15により切断された半導体基板1の切断面は互いに密着している。
【0059】
なお、「半導体基板1の内部の表面3側に近い位置に切断起点領域が形成される」とは、切断起点領域を構成する溶融処理領域等の改質領域が、半導体基板1の厚さ方向における中心位置(厚さの半分の位置)から表面3側に偏倚して形成されることを意味する。つまり、半導体基板1の厚さ方向における改質領域の幅の中心位置が、半導体基板1の厚さ方向における中心位置から表面3側に偏倚して位置している場合を意味し、改質領域の全ての部分が半導体基板1の厚さ方向における中心位置に対して表面3側に位置している場合のみに限る意味ではない。
【0060】
次に、半導体基板1を研磨する工程について、図17〜図21を参照して説明する。図17〜21は、半導体基板を研磨する工程を含む各工程を説明するための図である。なお、実施例1では、半導体基板1が厚さ350μmから厚さ50μmに薄型化される。
【0061】
図17に示すように、上記切断起点領域形成後の半導体基板1の表面3に保護フィルム20が貼り付けられる。保護フィルム20は、半導体基板1の表面3に形成されている機能素子19を保護すると共に、半導体基板1を保持するためのものである。続いて、図18に示すように、半導体基板1の裏面21が平面研削され、この平面研削後に裏面21にケミカルエッチングが施されて、半導体基板1が50μmに薄型化される。これにより、すなわち半導体基板1の裏面21の研磨により、切断起点領域を起点として発生した割れ15に裏面21が達して、機能素子19それぞれを有する半導体チップ25に半導体基板1が分割される。なお、上記ケミカルエッチングとしては、ウェットエッチング(HF・HNO3)やプラズマエッチング(HBr・Cl2)等が挙げられる。
【0062】
そして、図19に示すように、すべての半導体チップ25の裏面を覆うよう拡張フィルム23が貼り付けられ、その後、図20に示すように、すべての半導体チップ25の機能素子19を覆うよう貼り付けられていた保護フィルム20が剥がされる。続いて、図21に示すように、拡張フィルム23がエキスパンドされて各半導体チップ25が互いに離間され、吸着コレット27により半導体チップ25がピックアップされる。
【0063】
以上説明したように、実施例1に係る基板の分割方法によれば、デバイス製作プロセスにおいて機能素子19を半導体基板1の表面3に形成した後に、半導体基板1の裏面21を研磨することができる。そして、切断起点領域を形成する工程及び半導体基板を研磨する工程のそれぞれが奏する以下の効果により、半導体デバイスの小型化に対応するよう薄型化された半導体チップ25を歩留まりよく得ることが可能となる。
【0064】
すなわち、切断起点領域を形成する工程によれば、半導体基板1を切断すべき所望の切断予定ラインから外れた不必要な割れや溶融が半導体基板1の表面3に生じるのを防止することができ、半導体基板1を分離して得られる半導体チップ25に不必要な割れや溶融が生じるのを防止することが可能となる。
【0065】
また、切断起点領域を形成する工程によれば、切断予定ラインに沿う半導体基板1の表面3は溶融しないため、隣り合う機能素子19の間隔を狭くすることができ、1枚の半導体基板1から分離される半導体チップ25の数を増加させることが可能となる。
【0066】
一方、半導体基板を研磨する工程においては、半導体基板1の内部に切断起点領域を形成した後に半導体基板1が所定の厚さとなるよう半導体基板1の裏面21を平面研削するが、このとき、裏面21が、切断起点領域を起点として発生した割れ15に達しても、この割れ15により切断された半導体基板1の切断面は互いに密着しているため、平面研削による半導体基板1のチッピングやクラッキングを防止することができる。したがって、チッピングやクラッキングの発生を防止して、半導体基板1を薄型化し且つ半導体基板1を分割することが可能となる。
【0067】
上述した半導体基板1における切断面の密着は、平面研削により生じる研削屑の割れ15内への入り込みを防止し、半導体基板1を分割することで得られる半導体チップ25の研削屑汚染を防止するという効果をも奏する。同じく半導体基板1における切断面の密着は、各半導体チップ25が互いに離間している場合に比べて平面研削による半導体チップ25のチップ飛びを減少させるという効果をも奏する。すなわち、保護フィルム20として保持力を抑えたものを使用することができる。
【0068】
また、半導体基板を研磨する工程においては、半導体基板1の裏面21にケミカルエッチングを施すため、半導体基板1を分割することで得られる半導体チップ25の裏面をより平滑化することができる。さらに、切断起点領域を起点として発生した割れ15による半導体基板1の切断面が互いに密着しているため、図22に示すように、当該切断面の裏面側のエッジ部のみが選択的にエッチングされ面取り29が形成される。したがって、半導体基板1を分割することで得られる半導体チップ25の抗折強度を向上させることができる共に、半導体チップ25におけるチッピングやクラッキングの発生を防止することが可能となる。
【0069】
なお、半導体基板を研磨する工程後の半導体チップ25と溶融処理領域13との関係としては、図23(a)〜図25(b)に示すものがある。各図に示す半導体チップ25には、後述するそれぞれの効果が存在するため、種々様々な目的に応じて使い分けることができる。ここで、図23(a)、図24(a)及び図25(a)は、半導体基板を研磨する工程前に割れ15が半導体基板1の表面3に達している場合であり、図23(b)、図24(b)及び図25(b)は、半導体基板を研磨する工程前に割れ15が半導体基板1の表面3に達していない場合である。図23(b)、図24(b)及び図25(b)の場合にも、半導体基板を研磨する工程後には、割れ15が半導体基板15の表面3に達する。
【0070】
図23(a)及び図23(b)に示すように、溶融処理領域13が切断面内に残存する半導体チップ25は、その切断面が溶融処理領域13により保護されることとなり、半導体チップ25の抗折強度が向上する。
【0071】
図24(a)及び図24(b)に示すように、溶融処理領域13が切断面内に残存しない半導体チップ25は、溶融処理領域13が半導体デバイスに好影響を与えないような場合に有効である。
【0072】
図25(a)及び図25(b)に示すように、溶融処理領域13が切断面の裏面側のエッジ部に残存する半導体チップ25は、当該エッジ部が溶融処理領域13により保護されることとなり、半導体チップ25のエッジ部を面取りした場合と同様に、エッジ部におけるチッピングやクラッキングの発生を防止することができる。
【0073】
また、図23(a)、図24(a)及び図25(a)に示すように、半導体基板を研磨する工程前に割れ15が半導体基板1の表面3に達している場合に比べ、図23(b)、図24(b)及び図25(b)に示すように半導体基板を研磨する工程前に割れ15が半導体基板1の表面3に達していない場合の方が、半導体基板を研磨する工程後に得られる半導体チップ25の切断面の直進性がより向上する。
【0074】
ところで、半導体基板を研磨する工程前に割れ15が半導体基板1の表面3に到達するか否かは、溶融処理領域13の表面3からの深さに関係するのは勿論であるが、溶融処理領域13の大きさにも関係する。すなわち、溶融処理領域13の大きさを小さくすれば、溶融処理領域13の表面3からの深さが浅い場合でも、割れ15は半導体基板1の表面3に到達しない。溶融処理領域13の大きさは、例えば切断起点領域を形成する工程におけるパルスレーザ光の出力により制御することができ、パルスレーザ光の出力を上げれば大きくなり、パルスレーザ光の出力を下げれば小さくなる。
【0075】
また、半導体基板を研磨する工程において薄型化される半導体基板1の所定の厚さを考慮して、予め(例えば切断起点領域を形成する工程前に)、少なくとも当該所定の厚さの分だけ半導体基板1の周縁部(外周部)に、面取り加工により丸みをつけておくことが好ましい。図26(a)及び図26(b)は、実施例1に係る半導体基板を研磨する工程の前後における半導体基板1の周縁部の断面図である。半導体基板を研磨する工程前における図26(a)に示す半導体基板1の厚さは350μmであり、半導体基板を研磨する工程後における図26(b)に示す半導体基板1の厚さは50μmである。図26(a)に示すように、半導体基板1の周縁部には、予め、厚さ50μm毎に面取りによる丸みが複数(ここでは7つ)形成され、すなわち、半導体基板1の周縁部の断面形状は波型に形成される。これにより、図26(b)に示すように、半導体基板1を研磨する工程後の半導体基板1の周縁部は、面取りにより丸みをつけた状態となるため、当該周縁部におけるチッピングやクラッキングの発生を防止することができ、ひいては、機械的な強度の向上によってハンドリングを容易とすることができる。
【0076】
[実施例2]
本発明に係る基板の分割方法の実施例2について、図27〜図35を参照して説明する。実施例2は、基板1を絶縁基板であるサファイア基板(厚さ450μm、外径2インチ)とし(以下、実施例2では「基板1」を「サファイア基板1」という)、発光ダイオードとなる半導体チップを得る場合である。なお、図28〜図35は、図27に示すサファイア基板1のXX−XXに沿った断面図である。
【0077】
まず、図28に示すように、サファイア基板1の内部に集光点Pを合わせてレーザ光Lを照射し、サファイア基板1の内部に改質領域7を形成する。このサファイア基板1の表面3上には、後の工程において複数の機能素子19をマトリックス状に形成し、この機能素子19毎にサファイア基板1の分割を行う。そのため、各機能素子19のサイズに合わせて表面3側から見て格子状に切断予定ラインを設定し、この切断予定ラインに沿って改質領域7を形成して、この改質領域7を切断起点領域とする。
【0078】
なお、集光点Pにおけるピークパワー密度が1×108(W/cm2)以上で且つパルス幅が1μs以下の条件でサファイア基板1にレーザ光を照射すると、改質領域7としてクッラク領域が形成される(溶融処理領域が形成される場合もある)。また、サファイア基板1の(0001)面を表面3として、(1120)面に沿った方向と当該方向に直交する方向とに改質領域7を形成すれば、後の工程において、この改質領域7による切断起点領域を起点として、より一層小さな力で、しかも精度良く基板を切断することが可能になる。このことは、(1100)面に沿った方向と当該方向に直交する方向とに改質領域7を形成しても同様である。
【0079】
改質領域7による切断起点領域の形成後、図29に示すように、サファイア基板1の表面3上に、n型窒化ガリウム系化合物半導体層(以下「n型層」という)31を厚さ6μmとなるまで結晶成長させ、さらに、n型層31上にp型窒化ガリウム系化合物半導体層(以下「p型層」という)32を厚さ1μmとなるまで結晶成長させる。そして、格子状に形成された改質領域7に沿ってn型層31及びp型層32をn型層31の途中までエッチングすることで、n型層31及びp型層32からなる複数の機能素子19をマトリックス状に形成する。
【0080】
なお、サファイア基板1の表面3上にn型層31及びp型層32を形成した後に、サファイア基板1の内部に集光点Pを合わせてレーザ光Lを照射し、サファイア基板1の内部に改質領域7を形成してもよい。また、レーザ光Lの照射は、サファイア基板1の表面3側から行ってもよいし、裏面21側から行ってもよい。n型層31及びp型層32の形成後に表面3側からレーザ光Lの照射を行う場合にも、レーザ光Lはサファイア基板1、n型層31及びp型層32に対して光透過性を有するため、n型層31及びp型層32が溶融するのを防止することができる。
【0081】
n型層31及びp型層32からなる機能素子19の形成後、図30に示すように、サファイア基板1の表面3側に保護フィルム20を貼り付ける。保護フィルム20は、サファイア基板1の表面3に形成された機能素子19を保護すると共に、サファイア基板1を保持するためのものである。続いて、図31に示すように、サファイア基板1の裏面21を平面研削して、サファイア基板1を厚さ150μmとなるまで薄型化する。このサファイア基板1の裏面21の研磨により、改質領域7による切断起点領域を起点として割れ15が発生し、この割れ15がサファイア基板1の表面3と裏面21とに達して、n型層31及びp型層32からなる機能素子19それぞれを有する半導体チップ25にサファイア基板1が分割される。
【0082】
そして、図32に示すように、すべての半導体チップ25の裏面を覆うよう、拡張可能な拡張フィルム23を貼り付けた後、図33に示すように、保護フィルム20に紫外線を照射することで、保護フィルム20の粘着層であるUV硬化樹脂を硬化させて、図34に示すように保護フィルム20を剥がす。続いて、図35に示すように、拡張フィルム23を外方側にエキスパンドして各半導体チップ25を互いに分離し、吸着コレット等により半導体チップ25をピックアップする。この後、半導体チップ25のn型層31及びp型層32に電極を取り付けて発光ダイオードを作製する。
【0083】
以上説明したように、実施例2に係る基板の分割方法によれば、切断起点領域を形成する工程においては、サファイア基板1の内部に集光点Pを合わせてレーザ光Lを照射し、サファイア基板1の内部に多光子吸収という現象を発生させて改質領域7を形成するため、この改質領域7でもって、サファイア基板1を切断すべき所望の切断予定ラインに沿うようサファイア基板1の内部に切断起点領域を形成することができる。サファイア基板1の内部に切断起点領域が形成されると、自然に或いは比較的小さな力によって、切断起点領域を起点としてサファイア基板1の厚さ方向に割れ15が発生する。
【0084】
そして、サファイア基板1を研磨する工程においては、サファイア基板1の内部に切断起点領域を形成した後に、サファイア基板1が所定の厚さとなるようサファイア基板1を研磨するが、このとき、研磨面が、切断起点領域を起点として発生した割れ15に達しても、この割れ15により切断されたサファイア基板1の切断面は互いに密着した状態であるため、研磨によるサファイア基板1のチッピングやクラッキングを防止することができる。
【0085】
したがって、チッピングやクラッキングの発生を防止して、サファイア基板1を薄型化し且つサファイア基板1を分割することができ、サファイア基板1が薄型化された半導体チップ25を歩留まりよく得ることが可能となる。
【0086】
なお、サファイア基板1に換えてAlN基板やGaAs基板を用いた場合の基板の分割においても、上記同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【0087】
1…基板、3…表面、5…切断予定ライン、7…改質領域、8…切断起点領域、20…保護フィルム、21…裏面、23…拡張フィルム、25…半導体チップ(チップ)、L…レーザ光、P…集光点。
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体デバイスの製造工程等において半導体基板等の基板を分割するために使用される切断起点領域の形成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年の半導体デバイスの小型化に伴い、半導体デバイスの製造工程において、半導体基板が数10μm程度の厚さにまで薄型化されることがある。このように薄型化された半導体基板をブレードにより切断し分割すると、半導体基板が厚い場合に比べてチッピングやクラッキングの発生が増加し、半導体基板を分割することで得られる半導体チップの歩留まりが低下するという問題がある。
【0003】
このような問題を解決し得る半導体基板の分割方法として、特許文献1や特許文献2に記載された方法が知られている。
【0004】
すなわち、これらの文献1及び文献2に記載された方法は、表面に機能素子が形成されている半導体基板に対して当該表面側からブレードにより溝を形成し、その後に、当該表面に粘着シートを貼り付けて半導体基板を保持し、予め形成された溝に達するまで半導体基板の裏面を研磨することで、半導体基板を薄型化する共に半導体基板を分割するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開昭64−38209号公報
【特許文献2】特開昭62−4341号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記文献1及び文献2に記載された方法にあっては、半導体基板の裏面の研磨を平面研削により行うと、平面研削面が、半導体基板に予め形成された溝に達した際に、当該溝の側面でチッピングやクラッキングが発生するおそれがある。
【0007】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、チッピングやクラッキングの発生を防止して、基板を薄型化し且つ基板を分割することのできる切断起点領域の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、本発明に係る切断起点領域の形成方法は、基板の内部に集光点を合わせて、集光点でのピークパワー密度が1×108W/cm2以上となるようにしてレーザ光を照射し、基板の内部に切断予定ラインに沿った改質領域を形成し、この改質領域を切断起点領域として、基板を分割するための当該切断起点領域の形成方法であって、 切断予定ラインは格子状に設定されており、切断起点領域を、基板の厚さ方向における中心位置から基板のレーザ光照射面側に偏倚して形成し、切断起点領域を起点として格子状の切断予定ラインに沿って発生する割れを基板のレーザ光照射面には到達するが、基板の反対側面には到達しないようにしたことを特徴とする。
【0009】
この切断起点領域の形成方法によれば、切断起点領域を形成する工程においては、基板の内部に集光点を合わせて、集光点でのピークパワー密度が1×108W/cm2以上となるようにしてレーザ光を照射レーザ光を照射し、基板の内部に改質領域を形成するため、この改質領域でもって、基板を切断すべき格子状の切断予定ラインに沿うよう基板の内部に切断起点領域を形成することができる。
【0010】
そして、切断起点領域を、基板の厚さ方向における中心位置から基板のレーザ光照射面側に偏倚して形成することで、切断起点領域を起点として格子状の切断予定ラインに沿って発生する割れを基板のレーザ光照射面には到達するが、基板の反対側面には到達しないようにしている。
【0011】
ここで、集光点とは、レーザ光が集光した箇所のことである。また、研磨とは、切削、研削及びケミカルエッチング等を含む意味である。さらに、切断起点領域とは、基板が切断される際に切断の起点となる領域を意味する。したがって、切断起点領域は、基板において切断が予定される切断予定部である。そして、切断起点領域は、改質領域が連続的に形成されることで形成される場合もあるし、改質領域が断続的に形成されることで形成される場合もある。
【0012】
なお、基板としては、シリコン基板やGaAs基板等の半導体基板や、サファイア基板やAlN基板等の絶縁基板がある。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、チッピングやクラッキングの発生を防止して、基板を分割することのできる切断起点領域の形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工中の加工対象物の平面図である。
【図2】図1に示す加工対象物のII−II線に沿った断面図である。
【図3】本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工後の加工対象物の平面図である。
【図4】図3に示す加工対象物のIV−IV線に沿った断面図である。
【図5】図3に示す加工対象物のV−V線に沿った断面図である。
【図6】本実施形態に係るレーザ加工方法により切断された加工対象物の平面図である。
【図7】本実施形態に係るレーザ加工方法における電界強度とクラックスポットの大きさとの関係を示すグラフである。
【図8】本実施形態に係るレーザ加工方法の第1工程における加工対象物の断面図である。
【図9】本実施形態に係るレーザ加工方法の第2工程における加工対象物の断面図である。
【図10】本実施形態に係るレーザ加工方法の第3工程における加工対象物の断面図である。
【図11】本実施形態に係るレーザ加工方法の第4工程における加工対象物の断面図である。
【図12】本実施形態に係るレーザ加工方法により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。
【図13】本実施形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。
【図14】実施例1に係るレーザ加工装置の概略構成図である。
【図15】実施例1に係るレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。
【図16】実施例1に係る切断起点領域を形成する工程後の半導体基板を示す図である。
【図17】実施例1に係る保護フィルムを貼り付ける工程を説明するための図である。
【図18】実施例1に係る半導体基板を研磨する工程を説明するための図である。
【図19】実施例1に係る拡張フィルムを貼り付ける工程を説明するための図である。
【図20】実施例1に係る保護フィルムを剥がす工程を説明するための図である。
【図21】実施例1に係る拡張フィルムをエキスパンドし半導体チップをピックアップする工程を説明するための図である。
【図22】実施例1に係る半導体基板を研磨する工程後の半導体チップの切断面の裏面側のエッジ部に形成された面取りを示す図である。
【図23】実施例1に係る半導体基板を研磨する工程後の半導体チップの切断面内に溶融処理領域が残存する場合を説明するための図である。
【図24】実施例1に係る半導体基板を研磨する工程後の半導体チップの切断面内に溶融処理領域が残存しない場合を説明するための図である。
【図25】実施例1に係る半導体基板を研磨する工程後の半導体チップの切断面の裏面側のエッジ部に溶融処理領域が残存する場合を説明するための図である。
【図26】実施例1に係る半導体基板を研磨する工程前の半導体基板の周縁部の断面図である。
【図27】実施例2に係るサファイア基板の平面図である。
【図28】実施例2に係る切断起点領域を形成する工程を説明するための断面図である。
【図29】実施例2に係る機能素子を形成する工程を説明するための断面図である。
【図30】実施例2に係る保護フィルムを貼り付ける工程を説明するための断面図である。
【図31】実施例2に係るサファイア基板を研磨する工程を説明するための断面図である。
【図32】実施例2に係る拡張フィルムを貼り付ける工程を説明するための断面図である。
【図33】実施例2に係る保護フィルムに紫外線を照射する工程を説明するための断面図である。
【図34】実施例2に係る保護フィルムを剥がす工程を説明するための断面図である。
【図35】実施例2に係る拡張フィルムをエキスパンドし半導体チップを分離する工程を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面と共に本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係る基板の分割方法は、基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、基板の内部に多光子吸収による改質領域を形成することで切断起点領域を形成する工程と、切断起点領域を形成する工程後、基板が所定の厚さとなるよう基板を研磨する工程とを備えている。
【0016】
まず、切断起点領域を形成する工程において実施されるレーザ加工方法、特に多光子吸収について説明する。
【0017】
材料の吸収のバンドギャップEGよりも光子のエネルギーhνが小さいと光学的に透明となる。よって、材料に吸収が生じる条件はhν>EGである。しかし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大きくするとnhν>EGの条件(n=2,3,4,・・・)で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度(W/cm2)で決まり、例えばピークパワー密度が1×108(W/cm2)以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、(集光点におけるレーザ光の1パルス当たりのエネルギー)÷(レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅)により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度(W/cm2)で決まる。
【0018】
このような多光子吸収を利用する本実施形態に係るレーザ加工の原理について、図1〜図6を参照して説明する。図1はレーザ加工中の基板1の平面図であり、図2は図1に示す基板1のII−II線に沿った断面図であり、図3はレーザ加工後の基板1の平面図であり、図4は図3に示す基板1のIV−IV線に沿った断面図であり、図5は図3に示す基板1のV−V線に沿った断面図であり、図6は切断された基板1の平面図である。
【0019】
図1及び図2に示すように、基板1の表面3には、基板1を切断すべき所望の切断予定ライン5がある。切断予定ライン5は直線状に延びた仮想線である(基板1に実際に線を引いて切断予定ライン5としてもよい)。本実施形態に係るレーザ加工は、多光子吸収が生じる条件で基板1の内部に集光点Pを合わせてレーザ光Lを基板1に照射して改質領域7を形成する。なお、集光点とはレーザ光Lが集光した箇所のことである。
【0020】
レーザ光Lを切断予定ライン5に沿って(すなわち矢印A方向に沿って)相対的に移動させることにより、集光点Pを切断予定ライン5に沿って移動させる。これにより、図3〜図5に示すように改質領域7が切断予定ライン5に沿って基板1の内部にのみ形成され、この改質領域7でもって切断起点領域(切断予定部)8が形成される。本実施形態に係るレーザ加工方法は、基板1がレーザ光Lを吸収することにより基板1を発熱させて改質領域7を形成するのではない。基板1にレーザ光Lを透過させ基板1の内部に多光子吸収を発生させて改質領域7を形成している。よって、基板1の表面3ではレーザ光Lがほとんど吸収されないので、基板1の表面3が溶融することはない。
【0021】
基板1の切断において、切断する箇所に起点があると基板1はその起点から割れるので、図6に示すように比較的小さな力で基板1を切断することができる。よって、基板1の表面3に不必要な割れを発生させることなく基板1の切断が可能となる。
【0022】
なお、切断起点領域を起点とした基板の切断には、次の2通りが考えられる。1つは、切断起点領域形成後、基板に人為的な力が印加されることにより、切断起点領域を起点として基板が割れ、基板が切断される場合である。これは、例えば基板の厚さが大きい場合の切断である。人為的な力が印加されるとは、例えば、基板の切断起点領域に沿って基板に曲げ応力やせん断応力を加えたり、基板に温度差を与えることにより熱応力を発生させたりすることである。他の1つは、切断起点領域を形成することにより、切断起点領域を起点として基板の断面方向(厚さ方向)に向かって自然に割れ、結果的に基板が切断される場合である。これは、例えば基板の厚さが小さい場合には、1列の改質領域により切断起点領域が形成されることで可能となり、基板の厚さが大きい場合には、厚さ方向に複数列形成された改質領域により切断起点領域が形成されることで可能となる。なお、この自然に割れる場合も、切断する箇所において、切断起点領域が形成されていない部位に対応する部分の表面上にまで割れが先走ることがなく、切断起点領域を形成した部位に対応する部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすることができる。近年、シリコンウェハ等の基板の厚さは薄くなる傾向にあるので、このような制御性のよい割断方法は大変有効である。
【0023】
さて、本実施形態において多光子吸収により形成される改質領域としては、次の(1)〜(3)がある。
【0024】
(1)改質領域が1つ又は複数のクラックを含むクラック領域の場合 基板(例えばガラスやLiTaO3からなる圧電材料)の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が1×108(W/cm2)以上で且つパルス幅が1μs以下の条件でレーザ光を照射する。このパルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつつ基板の表面に余計なダメージを与えずに、基板の内部にのみクラック領域を形成できる条件である。これにより、基板の内部には多光子吸収による光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により基板の内部に熱ひずみが誘起され、これにより基板の内部にクラック領域が形成される。
電界強度の上限値としては、例えば1×1012(W/cm2)である。パルス幅は例えば1ns〜200nsが好ましい。なお、多光子吸収によるクラック領域の形成は、例えば、第45回レーザ熱加工研究会論文集(1998年.12月)の第23頁〜第28頁の「固体レーザー高調波によるガラス基板の内部マーキング」に記載されている。
【0025】
本発明者は、電界強度とクラックの大きさとの関係を実験により求めた。実験条件は次ぎの通りである。
【0026】
(A)基板:パイレックス(登録商標)ガラス(厚さ700μm)
(B)レーザ
光源:半導体レーザ励起Nd:YAGレーザ
波長:1064nm
レーザ光スポット断面積:3.14×10−8cm2
発振形態:Qスイッチパルス
繰り返し周波数:100kHz
パルス幅:30ns
出力:出力<1mJ/パルス
レーザ光品質:TEM00
偏光特性:直線偏光
(C)集光用レンズ
レーザ光波長に対する透過率:60パーセント
(D)基板が載置される載置台の移動速度:100mm/秒
【0027】
なお、レーザ光品質がTEM00とは、集光性が高くレーザ光の波長程度まで集光可能を意味する。
【0028】
図7は上記実験の結果を示すグラフである。横軸はピークパワー密度であり、レーザ光がパルスレーザ光なので電界強度はピークパワー密度で表される。縦軸は1パルスのレーザ光により基板の内部に形成されたクラック部分(クラックスポット)の大きさを示している。クラックスポットが集まりクラック領域となる。クラックスポットの大きさは、クラックスポットの形状のうち最大の長さとなる部分の大きさである。グラフ中の黒丸で示すデータは集光用レンズ(C)の倍率が100倍、開口数(NA)が0.80の場合である。一方、グラフ中の白丸で示すデータは集光用レンズ(C)の倍率が50倍、開口数(NA)が0.55の場合である。ピークパワー密度が1011(W/cm2)程度から基板の内部にクラックスポットが発生し、ピークパワー密度が大きくなるに従いクラックスポットも大きくなることが分かる。
【0029】
次に、本実施形態に係るレーザ加工において、クラック領域形成による基板の切断のメカニズムについて図8〜図11を用いて説明する。図8に示すように、多光子吸収が生じる条件で基板1の内部に集光点Pを合わせてレーザ光Lを基板1に照射して切断予定ラインに沿って内部にクラック領域9を形成する。クラック領域9は1つ又は複数のクラックを含む領域である。このクラック領域9でもって切断起点領域が形成される。図9に示すようにクラック領域9を起点として(すなわち、切断起点領域を起点として)クラックがさらに成長し、図10に示すようにクラックが基板1の表面3と裏面21に到達し、図11に示すように基板1が割れることにより基板1が切断される。基板の表面と裏面に到達するクラックは自然に成長する場合もあるし、基板に力が印加されることにより成長する場合もある。
【0030】
(2)改質領域が溶融処理領域の場合
基板(例えばシリコンのような半導体材料)の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が1×108(W/cm2)以上で且つパルス幅が1μs以下の条件でレーザ光を照射する。これにより基板の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により基板の内部に溶融処理領域が形成される。溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。基板がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。電界強度の上限値としては、例えば1×1012(W/cm2)である。パルス幅は例えば1ns〜200nsが好ましい。
【0031】
本発明者は、シリコンウェハの内部で溶融処理領域が形成されることを実験により確認した。実験条件は次の通りである。
【0032】
(A)基板:シリコンウェハ(厚さ350μm、外径4インチ)
(B)レーザ
光源:半導体レーザ励起Nd:YAGレーザ
波長:1064nm
レーザ光スポット断面積:3.14×10−8cm2
発振形態:Qスイッチパルス
繰り返し周波数:100kHz
パルス幅:30ns
出力:20μJ/パルス
レーザ光品質:TEM00
偏光特性:直線偏光
(C)集光用レンズ
倍率:50倍
N.A.:0.55
レーザ光波長に対する透過率:60パーセント
(D)基板が載置される載置台の移動速度:100mm/秒
【0033】
図12は、上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。シリコンウェハ11の内部に溶融処理領域13が形成されている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域13の厚さ方向の大きさは100μm程度である。
【0034】
溶融処理領域13が多光子吸収により形成されたことを説明する。図13は、レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。シリコン基板の厚さtが50μm、100μm、200μm、500μm、1000μmの各々について上記関係を示した。
【0035】
例えば、Nd:YAGレーザの波長である1064nmにおいて、シリコン基板の厚さが500μm以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が80%以上透過することが分かる。図12に示すシリコンウェハ11の厚さは350μmであるので、多光子吸収による溶融処理領域13はシリコンウェハの中心付近、つまり表面から175μmの部分に形成される。この場合の透過率は、厚さ200μmのシリコンウェハを参考にすると、90%以上なので、レーザ光がシリコンウェハ11の内部で吸収されるのは僅かであり、ほとんどが透過する。このことは、シリコンウェハ11の内部でレーザ光が吸収されて、溶融処理領域13がシリコンウェハ11の内部に形成(つまりレーザ光による通常の加熱で溶融処理領域が形成)されたものではなく、溶融処理領域13が多光子吸収により形成されたことを意味する。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講演概要第66集(2000年4月)の第72頁〜第73頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。
【0036】
なお、シリコンウェハは、溶融処理領域でもって形成される切断起点領域を起点として断面方向に向かって割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面とに到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達するこの割れは自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより成長する場合もある。なお、切断起点領域からシリコンウェハの表面と裏面とに割れが自然に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から割れが成長する場合と、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から再固化する際に割れが成長する場合とのいずれもある。ただし、どちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部のみに形成され、切断後の切断面には、図12のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。基板の内部に溶融処理領域でもって切断起点領域を形成すると、割断時、切断起点領域ラインから外れた不必要な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。
【0037】
(3)改質領域が屈折率変化領域の場合
基板(例えばガラス)の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が1×108(W/cm2)以上で且つパルス幅が1ns以下の条件でレーザ光を照射する。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を基板の内部に起こさせると、多光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、基板の内部にはイオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば1×1012(W/cm2)である。パルス幅は例えば1ns以下が好ましく、1ps以下がさらに好ましい。多光子吸収による屈折率変化領域の形成は、例えば、第42回レーザ熱加工研究会論文集(1997年.11月)の第105頁〜第111頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部への光誘起構造形成」に記載されている。
【0038】
以上、多光子吸収により形成される改質領域として(1)〜(3)の場合を説明したが、基板の結晶構造やその劈開性などを考慮して切断起点領域を次のように形成すれば、その切断起点領域を起点として、より一層小さな力で、しかも精度良く基板を切断することが可能になる。
【0039】
すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構造の単結晶半導体からなる基板の場合は、(111)面(第1劈開面)や(110)面(第2劈開面)に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。また、GaAsなどの閃亜鉛鉱型構造のIII−V族化合物半導体からなる基板の場合は、(110)面に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。さらに、サファイア(Al2O3)などの六方晶系の結晶構造を有する基板の場合は、(0001)面(C面)を主面として(1120)面(A面)或いは(1100)面(M面)に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。
【0040】
なお、上述した切断起点領域を形成すべき方向(例えば、単結晶シリコン基板における(111)面に沿った方向)、或いは切断起点領域を形成すべき方向に直交する方向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーションフラットを基準とすることで、切断起点領域を形成すべき方向に沿った切断起点領域を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。
【0041】
以下、実施例により、本発明についてより具体的に説明する。
【0042】
[実施例1]
本発明に係る基板の分割方法の実施例1について説明する。実施例1では、基板1をシリコンウェハ(厚さ350μm、外径4インチ)とし(以下、実施例1では「基板1」を「半導体基板1」という)、デバイス製作プロセスにおいて半導体基板1の表面3に複数の機能素子がマトリックス状に形成されたものを対象とする。ここで、機能素子とは、フォトダイオード等の受光素子やレーザダイオード等の発光素子、或いは回路として形成された回路素子等を意味する。
【0043】
まず、半導体基板1の内部に切断起点領域を形成する工程について説明するが、その説明に先立って、切断起点領域を形成する工程において使用されるレーザ加工装置について、図14を参照して説明する。図14はレーザ加工装置100の概略構成図である。
【0044】
レーザ加工装置100は、レーザ光Lを発生するレーザ光源101と、レーザ光Lの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源101を制御するレーザ光源制御部102と、レーザ光Lの反射機能を有しかつレーザ光Lの光軸の向きを90°変えるように配置されたダイクロイックミラー103と、ダイクロイックミラー103で反射されたレーザ光Lを集光する集光用レンズ105と、集光用レンズ105で集光されたレーザ光Lが照射される半導体基板1が載置される載置台107と、載置台107をX軸方向に移動させるためのX軸ステージ109と、載置台107をX軸方向に直交するY軸方向に移動させるためのY軸ステージ111と、載置台107をX軸及びY軸方向に直交するZ軸方向に移動させるためのZ軸ステージ113と、これら3つのステージ109,111,113の移動を制御するステージ制御部115とを備える。
【0045】
Z軸方向は半導体基板1の表面3と直交する方向なので、半導体基板1に入射するレーザ光Lの焦点深度の方向となる。よって、Z軸ステージ113をZ軸方向に移動させることにより、半導体基板1の内部にレーザ光Lの集光点Pを合わせることができる。また、この集光点PのX(Y)軸方向の移動は、半導体基板1をX(Y)軸ステージ109(111)によりX(Y)軸方向に移動させることにより行う。
【0046】
レーザ光源101はパルスレーザ光を発生するNd:YAGレーザである。レーザ光源101に用いることができるレーザとして、この他、Nd:YVO4レーザ、Nd:YLFレーザやチタンサファイアレーザがある。溶融処理領域を形成する場合には、Nd:YAGレーザ、Nd:YVO4レーザ、Nd:YLFレーザを用いるのが好適である。実施例1では、半導体基板1の加工にパルスレーザ光を用いているが、多光子吸収を起こさせることができるなら連続波レーザ光でもよい。
【0047】
レーザ加工装置100はさらに、載置台107に載置された半導体基板1を可視光線により照明するために可視光線を発生する観察用光源117と、ダイクロイックミラー103及び集光用レンズ105と同じ光軸上に配置された可視光用のビームスプリッタ119とを備える。ビームスプリッタ119と集光用レンズ105との間にダイクロイックミラー103が配置されている。ビームスプリッタ119は、可視光線の約半分を反射し残りの半分を透過する機能を有しかつ可視光線の光軸の向きを90°変えるように配置されている。観察用光源117から発生した可視光線はビームスプリッタ119で約半分が反射され、この反射された可視光線がダイクロイックミラー103及び集光用レンズ105を透過し、半導体基板1の切断予定ライン5等を含む表面3を照明する。
【0048】
レーザ加工装置100はさらに、ビームスプリッタ119、ダイクロイックミラー103及び集光用レンズ105と同じ光軸上に配置された撮像素子121及び結像レンズ123を備える。撮像素子121としては例えばCCDカメラがある。切断予定ライン5等を含む表面3を照明した可視光線の反射光は、集光用レンズ105、ダイクロイックミラー103、ビームスプリッタ119を透過し、結像レンズ123で結像されて撮像素子121で撮像され、撮像データとなる。
【0049】
レーザ加工装置100はさらに、撮像素子121から出力された撮像データが入力される撮像データ処理部125と、レーザ加工装置100全体を制御する全体制御部127と、モニタ129とを備える。撮像データ処理部125は、撮像データを基にして観察用光源117で発生した可視光の焦点を表面3上に合わせるための焦点データを演算する。この焦点データを基にしてステージ制御部115がZ軸ステージ113を移動制御することにより、可視光の焦点が表面3に合うようにする。よって、撮像データ処理部125はオートフォーカスユニットとして機能する。また、撮像データ処理部125は、撮像データを基にして表面3の拡大画像等の画像データを演算する。この画像データは全体制御部127に送られ、全体制御部で各種処理がなされ、モニタ129に送られる。これにより、モニタ129に拡大画像等が表示される。
【0050】
全体制御部127には、ステージ制御部115からのデータ、撮像データ処理部125からの画像データ等が入力し、これらのデータも基にしてレーザ光源制御部102、観察用光源117及びステージ制御部115を制御することにより、レーザ加工装置100全体を制御する。よって、全体制御部127はコンピュータユニットとして機能する。
【0051】
続いて、上述したレーザ加工装置100を使用した場合の切断起点領域を形成する工程について、図14及び図15を参照して説明する。図15は、切断起点領域を形成する工程を説明するためのフローチャートである。
【0052】
半導体基板1の光吸収特性を図示しない分光光度計等により測定する。この測定結果に基づいて、半導体基板1に対して透明な波長又は吸収の少ない波長のレーザ光Lを発生するレーザ光源101を選定する(S101)。続いて、半導体基板1の厚さを測定する。厚さの測定結果及び半導体基板1の屈折率を基にして、半導体基板1のZ軸方向の移動量を決定する(S103)。これは、レーザ光Lの集光点Pを半導体基板1の内部に位置させるために、半導体基板1の表面3に位置するレーザ光Lの集光点Pを基準とした半導体基板1のZ軸方向の移動量である。この移動量は全体制御部127に入力される。
【0053】
半導体基板1をレーザ加工装置100の載置台107に載置する。そして、観察用光源117から可視光を発生させて半導体基板1を照明する(S105)。照明された切断予定ライン5を含む半導体基板1の表面3を撮像素子121により撮像する。切断予定ライン5は、半導体基板1を切断すべき所望の仮想線である。ここでは、半導体基板1をその表面3に形成された機能素子毎に分割して半導体チップを得るため、切断予定ライン5は、隣り合う機能素子間を走るよう格子状に設定される。撮像素子121により撮像された撮像データは撮像データ処理部125に送られる。この撮像データに基づいて撮像データ処理部125は観察用光源117の可視光の焦点が表面3に位置するような焦点データを演算する(S107)。
【0054】
この焦点データはステージ制御部115に送られる。ステージ制御部115は、この焦点データを基にしてZ軸ステージ113をZ軸方向の移動させる(S109)。これにより、観察用光源117の可視光の焦点が半導体基板1の表面3に位置する。なお、撮像データ処理部125は撮像データに基づいて、切断予定ライン5を含む半導体基板1の表面3の拡大画像データを演算する。この拡大画像データは全体制御部127を介してモニタ129に送られ、これによりモニタ129に切断予定ライン5付近の拡大画像が表示される。
【0055】
全体制御部127には予めステップS103で決定された移動量データが入力されており、この移動量データがステージ制御部115に送られる。ステージ制御部115はこの移動量データに基づいて、レーザ光Lの集光点Pが半導体基板1の内部となる位置に、Z軸ステージ113により半導体基板1をZ軸方向に移動させる(S111)。
【0056】
続いて、レーザ光源101からレーザ光Lを発生させて、レーザ光Lを半導体基板1の表面3の切断予定ライン5に照射する。レーザ光Lの集光点Pは半導体基板1の内部に位置しているので、溶融処理領域は半導体基板1の内部にのみ形成される。そして、切断予定ライン5に沿うようにX軸ステージ109やY軸ステージ111を移動させて、切断予定ライン5に沿うよう形成された溶融処理領域でもって切断予定ライン5に沿う切断起点領域を半導体基板1の内部に形成する(S113)。
【0057】
以上により切断起点領域を形成する工程が終了し、半導体基板1の内部に切断起点領域が形成される。半導体基板1の内部に切断起点領域が形成されると、自然に或いは比較的小さな力によって、切断起点領域を起点として半導体基板1の厚さ方向に割れが発生する。
【0058】
実施例1では、上述した切断起点領域を形成する工程において、半導体基板1の内部の表面3側に近い位置に切断起点領域が形成され、この切断起点領域を起点として半導体基板1の厚さ方向に割れが発生している。図16は切断起点領域形成後の半導体基板1を示す図である。図16に示すように、半導体基板1において切断起点領域を起点として発生した割れ15は、切断予定ラインに沿うよう格子状に形成され、半導体基板1の表面3にのみ到達し、裏面21には到達していない。すなわち、半導体基板1に発生した割れ15は、半導体基板1の表面にマトリックス状に形成された複数の機能素子19を個々に分割している。また、この割れ15により切断された半導体基板1の切断面は互いに密着している。
【0059】
なお、「半導体基板1の内部の表面3側に近い位置に切断起点領域が形成される」とは、切断起点領域を構成する溶融処理領域等の改質領域が、半導体基板1の厚さ方向における中心位置(厚さの半分の位置)から表面3側に偏倚して形成されることを意味する。つまり、半導体基板1の厚さ方向における改質領域の幅の中心位置が、半導体基板1の厚さ方向における中心位置から表面3側に偏倚して位置している場合を意味し、改質領域の全ての部分が半導体基板1の厚さ方向における中心位置に対して表面3側に位置している場合のみに限る意味ではない。
【0060】
次に、半導体基板1を研磨する工程について、図17〜図21を参照して説明する。図17〜21は、半導体基板を研磨する工程を含む各工程を説明するための図である。なお、実施例1では、半導体基板1が厚さ350μmから厚さ50μmに薄型化される。
【0061】
図17に示すように、上記切断起点領域形成後の半導体基板1の表面3に保護フィルム20が貼り付けられる。保護フィルム20は、半導体基板1の表面3に形成されている機能素子19を保護すると共に、半導体基板1を保持するためのものである。続いて、図18に示すように、半導体基板1の裏面21が平面研削され、この平面研削後に裏面21にケミカルエッチングが施されて、半導体基板1が50μmに薄型化される。これにより、すなわち半導体基板1の裏面21の研磨により、切断起点領域を起点として発生した割れ15に裏面21が達して、機能素子19それぞれを有する半導体チップ25に半導体基板1が分割される。なお、上記ケミカルエッチングとしては、ウェットエッチング(HF・HNO3)やプラズマエッチング(HBr・Cl2)等が挙げられる。
【0062】
そして、図19に示すように、すべての半導体チップ25の裏面を覆うよう拡張フィルム23が貼り付けられ、その後、図20に示すように、すべての半導体チップ25の機能素子19を覆うよう貼り付けられていた保護フィルム20が剥がされる。続いて、図21に示すように、拡張フィルム23がエキスパンドされて各半導体チップ25が互いに離間され、吸着コレット27により半導体チップ25がピックアップされる。
【0063】
以上説明したように、実施例1に係る基板の分割方法によれば、デバイス製作プロセスにおいて機能素子19を半導体基板1の表面3に形成した後に、半導体基板1の裏面21を研磨することができる。そして、切断起点領域を形成する工程及び半導体基板を研磨する工程のそれぞれが奏する以下の効果により、半導体デバイスの小型化に対応するよう薄型化された半導体チップ25を歩留まりよく得ることが可能となる。
【0064】
すなわち、切断起点領域を形成する工程によれば、半導体基板1を切断すべき所望の切断予定ラインから外れた不必要な割れや溶融が半導体基板1の表面3に生じるのを防止することができ、半導体基板1を分離して得られる半導体チップ25に不必要な割れや溶融が生じるのを防止することが可能となる。
【0065】
また、切断起点領域を形成する工程によれば、切断予定ラインに沿う半導体基板1の表面3は溶融しないため、隣り合う機能素子19の間隔を狭くすることができ、1枚の半導体基板1から分離される半導体チップ25の数を増加させることが可能となる。
【0066】
一方、半導体基板を研磨する工程においては、半導体基板1の内部に切断起点領域を形成した後に半導体基板1が所定の厚さとなるよう半導体基板1の裏面21を平面研削するが、このとき、裏面21が、切断起点領域を起点として発生した割れ15に達しても、この割れ15により切断された半導体基板1の切断面は互いに密着しているため、平面研削による半導体基板1のチッピングやクラッキングを防止することができる。したがって、チッピングやクラッキングの発生を防止して、半導体基板1を薄型化し且つ半導体基板1を分割することが可能となる。
【0067】
上述した半導体基板1における切断面の密着は、平面研削により生じる研削屑の割れ15内への入り込みを防止し、半導体基板1を分割することで得られる半導体チップ25の研削屑汚染を防止するという効果をも奏する。同じく半導体基板1における切断面の密着は、各半導体チップ25が互いに離間している場合に比べて平面研削による半導体チップ25のチップ飛びを減少させるという効果をも奏する。すなわち、保護フィルム20として保持力を抑えたものを使用することができる。
【0068】
また、半導体基板を研磨する工程においては、半導体基板1の裏面21にケミカルエッチングを施すため、半導体基板1を分割することで得られる半導体チップ25の裏面をより平滑化することができる。さらに、切断起点領域を起点として発生した割れ15による半導体基板1の切断面が互いに密着しているため、図22に示すように、当該切断面の裏面側のエッジ部のみが選択的にエッチングされ面取り29が形成される。したがって、半導体基板1を分割することで得られる半導体チップ25の抗折強度を向上させることができる共に、半導体チップ25におけるチッピングやクラッキングの発生を防止することが可能となる。
【0069】
なお、半導体基板を研磨する工程後の半導体チップ25と溶融処理領域13との関係としては、図23(a)〜図25(b)に示すものがある。各図に示す半導体チップ25には、後述するそれぞれの効果が存在するため、種々様々な目的に応じて使い分けることができる。ここで、図23(a)、図24(a)及び図25(a)は、半導体基板を研磨する工程前に割れ15が半導体基板1の表面3に達している場合であり、図23(b)、図24(b)及び図25(b)は、半導体基板を研磨する工程前に割れ15が半導体基板1の表面3に達していない場合である。図23(b)、図24(b)及び図25(b)の場合にも、半導体基板を研磨する工程後には、割れ15が半導体基板15の表面3に達する。
【0070】
図23(a)及び図23(b)に示すように、溶融処理領域13が切断面内に残存する半導体チップ25は、その切断面が溶融処理領域13により保護されることとなり、半導体チップ25の抗折強度が向上する。
【0071】
図24(a)及び図24(b)に示すように、溶融処理領域13が切断面内に残存しない半導体チップ25は、溶融処理領域13が半導体デバイスに好影響を与えないような場合に有効である。
【0072】
図25(a)及び図25(b)に示すように、溶融処理領域13が切断面の裏面側のエッジ部に残存する半導体チップ25は、当該エッジ部が溶融処理領域13により保護されることとなり、半導体チップ25のエッジ部を面取りした場合と同様に、エッジ部におけるチッピングやクラッキングの発生を防止することができる。
【0073】
また、図23(a)、図24(a)及び図25(a)に示すように、半導体基板を研磨する工程前に割れ15が半導体基板1の表面3に達している場合に比べ、図23(b)、図24(b)及び図25(b)に示すように半導体基板を研磨する工程前に割れ15が半導体基板1の表面3に達していない場合の方が、半導体基板を研磨する工程後に得られる半導体チップ25の切断面の直進性がより向上する。
【0074】
ところで、半導体基板を研磨する工程前に割れ15が半導体基板1の表面3に到達するか否かは、溶融処理領域13の表面3からの深さに関係するのは勿論であるが、溶融処理領域13の大きさにも関係する。すなわち、溶融処理領域13の大きさを小さくすれば、溶融処理領域13の表面3からの深さが浅い場合でも、割れ15は半導体基板1の表面3に到達しない。溶融処理領域13の大きさは、例えば切断起点領域を形成する工程におけるパルスレーザ光の出力により制御することができ、パルスレーザ光の出力を上げれば大きくなり、パルスレーザ光の出力を下げれば小さくなる。
【0075】
また、半導体基板を研磨する工程において薄型化される半導体基板1の所定の厚さを考慮して、予め(例えば切断起点領域を形成する工程前に)、少なくとも当該所定の厚さの分だけ半導体基板1の周縁部(外周部)に、面取り加工により丸みをつけておくことが好ましい。図26(a)及び図26(b)は、実施例1に係る半導体基板を研磨する工程の前後における半導体基板1の周縁部の断面図である。半導体基板を研磨する工程前における図26(a)に示す半導体基板1の厚さは350μmであり、半導体基板を研磨する工程後における図26(b)に示す半導体基板1の厚さは50μmである。図26(a)に示すように、半導体基板1の周縁部には、予め、厚さ50μm毎に面取りによる丸みが複数(ここでは7つ)形成され、すなわち、半導体基板1の周縁部の断面形状は波型に形成される。これにより、図26(b)に示すように、半導体基板1を研磨する工程後の半導体基板1の周縁部は、面取りにより丸みをつけた状態となるため、当該周縁部におけるチッピングやクラッキングの発生を防止することができ、ひいては、機械的な強度の向上によってハンドリングを容易とすることができる。
【0076】
[実施例2]
本発明に係る基板の分割方法の実施例2について、図27〜図35を参照して説明する。実施例2は、基板1を絶縁基板であるサファイア基板(厚さ450μm、外径2インチ)とし(以下、実施例2では「基板1」を「サファイア基板1」という)、発光ダイオードとなる半導体チップを得る場合である。なお、図28〜図35は、図27に示すサファイア基板1のXX−XXに沿った断面図である。
【0077】
まず、図28に示すように、サファイア基板1の内部に集光点Pを合わせてレーザ光Lを照射し、サファイア基板1の内部に改質領域7を形成する。このサファイア基板1の表面3上には、後の工程において複数の機能素子19をマトリックス状に形成し、この機能素子19毎にサファイア基板1の分割を行う。そのため、各機能素子19のサイズに合わせて表面3側から見て格子状に切断予定ラインを設定し、この切断予定ラインに沿って改質領域7を形成して、この改質領域7を切断起点領域とする。
【0078】
なお、集光点Pにおけるピークパワー密度が1×108(W/cm2)以上で且つパルス幅が1μs以下の条件でサファイア基板1にレーザ光を照射すると、改質領域7としてクッラク領域が形成される(溶融処理領域が形成される場合もある)。また、サファイア基板1の(0001)面を表面3として、(1120)面に沿った方向と当該方向に直交する方向とに改質領域7を形成すれば、後の工程において、この改質領域7による切断起点領域を起点として、より一層小さな力で、しかも精度良く基板を切断することが可能になる。このことは、(1100)面に沿った方向と当該方向に直交する方向とに改質領域7を形成しても同様である。
【0079】
改質領域7による切断起点領域の形成後、図29に示すように、サファイア基板1の表面3上に、n型窒化ガリウム系化合物半導体層(以下「n型層」という)31を厚さ6μmとなるまで結晶成長させ、さらに、n型層31上にp型窒化ガリウム系化合物半導体層(以下「p型層」という)32を厚さ1μmとなるまで結晶成長させる。そして、格子状に形成された改質領域7に沿ってn型層31及びp型層32をn型層31の途中までエッチングすることで、n型層31及びp型層32からなる複数の機能素子19をマトリックス状に形成する。
【0080】
なお、サファイア基板1の表面3上にn型層31及びp型層32を形成した後に、サファイア基板1の内部に集光点Pを合わせてレーザ光Lを照射し、サファイア基板1の内部に改質領域7を形成してもよい。また、レーザ光Lの照射は、サファイア基板1の表面3側から行ってもよいし、裏面21側から行ってもよい。n型層31及びp型層32の形成後に表面3側からレーザ光Lの照射を行う場合にも、レーザ光Lはサファイア基板1、n型層31及びp型層32に対して光透過性を有するため、n型層31及びp型層32が溶融するのを防止することができる。
【0081】
n型層31及びp型層32からなる機能素子19の形成後、図30に示すように、サファイア基板1の表面3側に保護フィルム20を貼り付ける。保護フィルム20は、サファイア基板1の表面3に形成された機能素子19を保護すると共に、サファイア基板1を保持するためのものである。続いて、図31に示すように、サファイア基板1の裏面21を平面研削して、サファイア基板1を厚さ150μmとなるまで薄型化する。このサファイア基板1の裏面21の研磨により、改質領域7による切断起点領域を起点として割れ15が発生し、この割れ15がサファイア基板1の表面3と裏面21とに達して、n型層31及びp型層32からなる機能素子19それぞれを有する半導体チップ25にサファイア基板1が分割される。
【0082】
そして、図32に示すように、すべての半導体チップ25の裏面を覆うよう、拡張可能な拡張フィルム23を貼り付けた後、図33に示すように、保護フィルム20に紫外線を照射することで、保護フィルム20の粘着層であるUV硬化樹脂を硬化させて、図34に示すように保護フィルム20を剥がす。続いて、図35に示すように、拡張フィルム23を外方側にエキスパンドして各半導体チップ25を互いに分離し、吸着コレット等により半導体チップ25をピックアップする。この後、半導体チップ25のn型層31及びp型層32に電極を取り付けて発光ダイオードを作製する。
【0083】
以上説明したように、実施例2に係る基板の分割方法によれば、切断起点領域を形成する工程においては、サファイア基板1の内部に集光点Pを合わせてレーザ光Lを照射し、サファイア基板1の内部に多光子吸収という現象を発生させて改質領域7を形成するため、この改質領域7でもって、サファイア基板1を切断すべき所望の切断予定ラインに沿うようサファイア基板1の内部に切断起点領域を形成することができる。サファイア基板1の内部に切断起点領域が形成されると、自然に或いは比較的小さな力によって、切断起点領域を起点としてサファイア基板1の厚さ方向に割れ15が発生する。
【0084】
そして、サファイア基板1を研磨する工程においては、サファイア基板1の内部に切断起点領域を形成した後に、サファイア基板1が所定の厚さとなるようサファイア基板1を研磨するが、このとき、研磨面が、切断起点領域を起点として発生した割れ15に達しても、この割れ15により切断されたサファイア基板1の切断面は互いに密着した状態であるため、研磨によるサファイア基板1のチッピングやクラッキングを防止することができる。
【0085】
したがって、チッピングやクラッキングの発生を防止して、サファイア基板1を薄型化し且つサファイア基板1を分割することができ、サファイア基板1が薄型化された半導体チップ25を歩留まりよく得ることが可能となる。
【0086】
なお、サファイア基板1に換えてAlN基板やGaAs基板を用いた場合の基板の分割においても、上記同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【0087】
1…基板、3…表面、5…切断予定ライン、7…改質領域、8…切断起点領域、20…保護フィルム、21…裏面、23…拡張フィルム、25…半導体チップ(チップ)、L…レーザ光、P…集光点。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の内部に集光点を合わせて、集光点でのピークパワー密度が1×108W/cm2以上となるようにしてレーザ光を照射し、前記基板の内部に切断予定ラインに沿った改質領域を形成し、この改質領域を切断起点領域として、基板を分割するための当該切断起点領域の形成方法であって、
前記切断予定ラインは格子状に設定されており、
前記切断起点領域を、前記基板の厚さ方向における中心位置から前記基板のレーザ光照射面側に偏倚して形成し、前記切断起点領域を起点として前記格子状の切断予定ラインに沿って発生する割れを前記基板のレーザ光照射面には到達するが、前記基板の反対側面には到達しないようにしたことを特徴とする基板の分割のための切断起点領域の形成方法。
【請求項2】
前記基板は、半導体基板であることを特徴とする請求項1に記載の基板の分割のための切断起点領域の形成方法。
【請求項3】
前記基板は、サファイア又はAlNの絶縁基板であることを特徴とする請求項1に記載の基板の分割のための切断起点領域の形成方法。
【請求項1】
基板の内部に集光点を合わせて、集光点でのピークパワー密度が1×108W/cm2以上となるようにしてレーザ光を照射し、前記基板の内部に切断予定ラインに沿った改質領域を形成し、この改質領域を切断起点領域として、基板を分割するための当該切断起点領域の形成方法であって、
前記切断予定ラインは格子状に設定されており、
前記切断起点領域を、前記基板の厚さ方向における中心位置から前記基板のレーザ光照射面側に偏倚して形成し、前記切断起点領域を起点として前記格子状の切断予定ラインに沿って発生する割れを前記基板のレーザ光照射面には到達するが、前記基板の反対側面には到達しないようにしたことを特徴とする基板の分割のための切断起点領域の形成方法。
【請求項2】
前記基板は、半導体基板であることを特徴とする請求項1に記載の基板の分割のための切断起点領域の形成方法。
【請求項3】
前記基板は、サファイア又はAlNの絶縁基板であることを特徴とする請求項1に記載の基板の分割のための切断起点領域の形成方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【公開番号】特開2011−216913(P2011−216913A)
【公開日】平成23年10月27日(2011.10.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−162402(P2011−162402)
【出願日】平成23年7月25日(2011.7.25)
【分割の表示】特願2009−146370(P2009−146370)の分割
【原出願日】平成15年3月6日(2003.3.6)
【出願人】(000236436)浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年10月27日(2011.10.27)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年7月25日(2011.7.25)
【分割の表示】特願2009−146370(P2009−146370)の分割
【原出願日】平成15年3月6日(2003.3.6)
【出願人】(000236436)浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Fターム(参考)】
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