基板加工方法
【課題】薄い半導体ウェハを比較的短時間で容易に製造することができ、かつ基板の割れを防止し、製品率を向上させる。
【解決手段】基板１０上に非接触にレーザ集光手段１６を配置する工程と、レーザ集光手段１６により、基板１０表面にレーザ光を照射し、基板内部にレーザ光を集光する工程と、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に２次元状内部改質層１２を形成する工程と、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、２次元状内部改質層１２のレーザ集光手段１６側およびまたはレーザ集光手段１６と反対側に少なくとも１層のパターン状改質層３６を形成する工程と、基板１０表面にパターン状改質層３６を露出させる工程と、パターン状改質層３６および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程とを有し、レーザ集光手段１６と基板１０の相対的な移動方向は、基板１０の劈開方向と一致していない基板加工方法。
【解決手段】基板１０上に非接触にレーザ集光手段１６を配置する工程と、レーザ集光手段１６により、基板１０表面にレーザ光を照射し、基板内部にレーザ光を集光する工程と、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に２次元状内部改質層１２を形成する工程と、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、２次元状内部改質層１２のレーザ集光手段１６側およびまたはレーザ集光手段１６と反対側に少なくとも１層のパターン状改質層３６を形成する工程と、基板１０表面にパターン状改質層３６を露出させる工程と、パターン状改質層３６および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程とを有し、レーザ集光手段１６と基板１０の相対的な移動方向は、基板１０の劈開方向と一致していない基板加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板加工方法に関し、特に、半導体ウェハを薄く切り出して製造する基板加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン（Ｓｉ）ウェハに代表される半導体ウェハを製造する場合には、図示しないが、石英るつぼ内に溶融されたシリコン融液から凝固した円柱形のインゴットを適切な長さのブロックに切断して、その周縁部を目標の直径になるよう研削し、その後、ブロック化されたインゴットをワイヤソーによりウェハ形にスライスして半導体ウェハを製造するようにしている（例えば、特許文献１および２参照。）。
【０００３】
このようにして製造された半導体ウェハは、前工程で回路パターンの形成等、各種の処理が順次施されて後工程に供され、この後工程で裏面がバックグラインド処理されて薄片化が図られることにより、厚さが約７５０μｍから１００μｍ以下、例えば７５μｍや５０μｍ程度に調整される。
【０００４】
従来における半導体ウェハは、以上のように製造され、インゴットがワイヤソーにより切断され、しかも、切断の際にワイヤソーの太さ以上の切り代が必要となるので、厚さ０．１ｍｍ以下の薄い半導体ウェハを製造することが非常に困難であり、製品率も向上しないという問題がある。
【０００５】
また近年、次世代の半導体として、硬度が大きく、熱伝導率も高いシリコンカーバイド（ＳｉＣ）が注目されているが、ＳｉＣの場合には、Ｓｉよりも硬度が大きい関係上、インゴットをワイヤソーにより容易にスライスすることができず、また、バックグラインドによる基板の薄層化も容易ではない。
【０００６】
一方、集光レンズでレーザ光の集光点をインゴットの内部に合わせ、そのレーザ光でインゴットを相対的に走査することにより、インゴットの内部に多光子吸収による面状の改質層を形成し、この改質層を剥離面としてインゴットの一部を基板として剥離する基板製造方法および基板製造装置が開示されている（例えば、特許文献３および４参照。）。特許文献３では、同心円状または螺旋状にレーザ光を走査しており、また、特許文献４では、ＸＹステージを利用して、ＸＹ方向にレーザ光を走査している。しかしながら、走査方向と基板の劈開方向が一致すると、特にウェハのように基板が薄い場合、ウェハが割れやすいという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８‐２００７７２号公報
【特許文献２】特開２００５‐２９７１５６号公報
【特許文献３】特開２００５‐２７７１３６号公報
【特許文献４】特開２００５‐２９４３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、薄い半導体ウェハを比較的短時間で容易に製造することができ、しかも、レーザ集光手段と基板の相対的な移動方向は、基板の劈開方向と一致していないため、基板の割れを防止し、製品率を向上させることのできる基板加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、前記レーザ集光手段により、前記基板表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に２次元状内部改質層を形成する工程とを有し、前記レーザ集光手段と前記基板の相対的な移動方向は、前記基板の劈開方向と一致していない基板加工方法が提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、前記レーザ集光手段により、前記基板表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に集光するレーザ光の集光点を前記レーザ集光手段と反対側の前記基板の最深部に設定した状態から、前記レーザ集光手段側に移動させることで、一層または複数層のパターン状改質層を形成する工程とを有し、前記レーザ集光手段と前記基板の相対的な移動方向は、前記基板の劈開方向と一致していない基板加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、薄い半導体ウェハを比較的短時間で容易に製造することができ、しかも、レーザ集光手段と基板の相対的な移動方向は、基板の劈開方向と一致していないため、基板の割れを防止し、製品率を向上させることのできる基板加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法に適用する半導体ウェハを説明する模式的平面図、（ｂ）レーザ光のＸ−Ｙ走査方向と、基板１０の劈開方向Ｃを説明する模式的平面図。
【図２】（ａ）本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法を説明する模式的断面構造図、（ｂ）レーザ光を一回の照射で、２次元状内部改質層を相対的に厚く形成する場合の本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法を説明する模式的断面構造図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法を説明する模式的鳥瞰図。
【図４】比較例に係る基板加工方法を説明する模式的鳥瞰図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法において、２次元状内部改質層を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板の模式的鳥瞰図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法において、一層目のパターン状改質層を形成する工程後の基板の模式的鳥瞰図。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法において、パターン状改質層を形成した側の基板表面上にｐ型半導体層を形成する工程後、保護層を形成した工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板の模式的鳥瞰図。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法において、二層目のパターン状改質層を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板の模式的鳥瞰図。
【図９】図５のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図。
【図１０】図６のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造図。
【図１１】図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造図。
【図１２】図８のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造図。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法において、三層目のパターン状改質層を形成する工程後の基板の模式的断面構造図。
【図１４】（ａ）本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法において、保護層およびｐ型半導体層をパターニング加工した工程後の基板の模式的断面構造図、（ｂ）パターン状改質層および２次元状内部改質層をエッチングする工程後、チップ化された基板の模式的鳥瞰図。
【図１５】本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法において、パターン状改質層および２次元状内部改質層をエッチングする工程の基板を説明する模式的断面構造図。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る基板加工方法において、一層目のパターン状改質層を形成する工程後の基板の模式的断面構造図。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る基板加工方法において、二層目および三層目のパターン状改質層を形成する工程後の基板の模式的断面構造図。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る基板加工方法において、２次元状内部改質層を形成する工程後の基板の模式的断面構造図。
【図１９】本発明の第２の実施の形態に係る基板加工方法において、パターン状改質層および２次元状内部改質層をエッチングする工程の基板を説明する模式的断面構造図。
【図２０】本発明の第２の実施の形態に係る基板加工方法において、口の字形状のパターン状改質層６０および円形形状のパターン状改質層６２を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板の模式的鳥瞰図。
【図２１】本発明の第２の実施の形態に係る基板加工方法において、パターン状改質層６０、６２および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程後、チップ化されたＸ−Ｙ走査方向に沿う半導体加工基板６６を説明する模式的鳥瞰図。
【図２２】（ａ）本発明の第２の実施の形態に係る基板加工方法において、複数のチップ化された半導体加工基板６６を説明する模式的平面図、（ｂ）本発明の第３の実施の形態に係る基板加工方法において、大面積の半導体加工基板６６を説明する模式的平面図、
【図２３】本発明の第３の実施の形態に係る基板加工方法において、４層目のパターン状改質層を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板の模式的鳥瞰図。
【図２４】劈開方向とＸ−Ｙ走査方向が一致する比較例に係る基板加工方法において、口の字形状のパターン状改質層８０および円形形状のパターン状改質層８２を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板の模式的鳥瞰図。
【図２５】劈開方向とＸ−Ｙ走査方向が一致する比較例に係る基板加工方法において、パターン状改質層８０、８２および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程後、チップ化されたＸ−Ｙ走査方向に沿う半導体加工基板８６を説明する模式的鳥瞰図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１４】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１５】
以下の実施の形態の説明において、劈開方向とは、２次元状内部改質層を形成した結晶性基板において、結晶性基板が２次元状内部改質層と平行でない劈開面を有し、この劈開面と２次元状内部改質層の交差する線の方向である。
【００１６】
[第１の実施の形態]
本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法に適用する半導体ウェハ構造は、図１（ａ）に示すように表され、Ｘ−Ｙ走査方向と、劈開方向Ｃは、図１（ｂ）に示すように表される。図１（ａ）に示すように、例えば、（１００）面のシリコンウェハにおいて、劈開方向Ｃは、オリエンテーションフラットの＜１１０＞方向および＜１１０＞方向に垂直な方向である。
【００１７】
第１の実施の形態に係る基板加工方法を説明する模式的断面構造は、図２（ａ）に示すように表され、また、レーザ光を一回の照射で、２次元状内部改質層を相対的に厚く形成する場合の基板加工方法を説明する模式的断面構造は、図２（ｂ）に示すように表される。また、第１の実施の形態に係る基板加工方法を説明する模式的鳥瞰構造は、図３に示すように表される。また、比較例に係る基板加工方法を説明する模式的鳥瞰構造は、図４に示すように表される。
【００１８】
図２および図３に示すように、集光レンズ１６と基板１０間には、レーザ光２０の収差増強材として、収差増強ガラス板１８を配置しても良い。集光レンズ１６と基板１０間にこのような収差増強ガラス板１８を配置することによって、基板１０の表面にレーザスポット２４を形成するレーザ光２２は、基板１０の表面で屈折されて、レーザ光２６として基板１０の内部に進入し、基板１０の内部に焦点Ｐを結ぶ際に、所定の深さおよび幅を有する像を結ぶことになる。このことによって、基板１０の内部に形成される２次元状内部改質層１２を所定の深さｔを有するように形成することができる。
【００１９】
第１の実施の形態に係る基板加工方法においては、図１および図３に示すように、基板１０に対して２次元状内部改質層１２を形成する際のレーザ光の走査方向であるＸ方向およびＹ方向は、劈開面１４ａ〜１４ｄの劈開方向Ｃに対して、所定の角度、例えば、約５度ずらしている。このようにレーザ光のＸ−Ｙ走査方向をずらすことによって、２次元状内部改質層１２の形成工程における基板１０の割れを防止することができる。
【００２０】
一方、比較例に係る基板加工方法においては、図４に示すように、基板１０に対して２次元状内部改質層１２を形成する際のレーザ光の走査方向であるＸ方向およびＹ方向は、劈開面１４ａ〜１４ｄの劈開方向Ｃに一致している。このように、劈開面１４ａ〜１４ｄの劈開方向Ｃにレーザ光のＸ−Ｙ走査方向を一致させると、２次元状内部改質層１２の形成工程における基板１０の割れが生じやすいという結果が得られている。したがって、劈開面１４ａ〜１４ｄの劈開方向Ｃに対して、所定の角度、レーザ光のＸ−Ｙ走査方向をずらすことが、基板１０の割れを防止する上で重要である。２次元状内部改質層１２を形成する場合には、集光点の移動方向（Ｘ方向およびＹ方向）と基板１０の劈開方向Ｃは、０．５度以上ずらすことが望ましく、２次元状内部改質層１２に加えてパターン状改質層を形成する場合には、５度以上ずらすことが望ましい。
【００２１】
第１の実施の形態に係る基板加工方法において、２次元状内部改質層１２を形成後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板１０の模式的鳥瞰構造は、図５に示すように表され、２次元状内部改質層１２上に一層目のパターン状改質層３６を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板１０の模式的鳥瞰構造は、図６に示すように表される。
【００２２】
第１の実施の形態に係る基板加工方法において、パターン状改質層を形成した側の基板表面上にｐ型半導体層３８を形成する工程後、保護層４０を形成した工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板１０の模式的鳥瞰構造は、図７に示すように表され、二層目のパターン状改質層４２を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板１０の模式的鳥瞰構造は、図８に示すように表される。
【００２３】
図５のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造は、図９に示すように表され、図６のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図１０に示すように表され、図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図１１に示すように表され、図８のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造は、図１２に示すように表される。
【００２４】
第１の実施の形態に係る基板加工方法において、三層目のパターン状改質層４３を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板１０の模式的断面構造は、図１３に示すように表される。
【００２５】
また、第１の実施の形態に係る基板加工方法において、保護層４０およびｐ型半導体層３８をパターニング加工した工程後の基板１０の模式的断面構造は、図１４（ａ）に示すように表され、パターン状改質層３６，４２，４３および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程後のチップ化された基板の模式的鳥瞰構造は、図１４（ｂ）に示すように表される。
【００２６】
また、第１の実施の形態に係る基板加工方法において、パターン状改質層３６，４２，４３および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程における基板１０を説明する模式的断面構造は、図１５に示すように表される。
【００２７】
第１の実施の形態に係る基板加工方法は、図２〜図３、および図５〜図１５に示すように、基板１０上に非接触にレーザ集光手段１６を配置する工程と、レーザ集光手段１６により、基板１０表面にレーザ光２０、２２を照射し、基板１０内部にレーザ光２６を集光する工程と、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に２次元状内部改質層１２を形成する工程とを有し、レーザ集光手段１６と基板１０の相対的な移動方向は、基板１０の劈開方向と一致していないことを特徴とする。
【００２８】
また、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、２次元状内部改質層１２のレーザ集光手段１６側に少なくとも一層のパターン状改質層３６を形成する工程と、基板１０表面にパターン状改質層４３を露出させる工程と、パターン状改質層３６，４２，４３および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程とを有していても良い。
【００２９】
また、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、２次元状内部改質層１２のレーザ集光手段１６側と反対側に少なくとも一層のパターン状改質層３６を形成する工程を有していても良い。
【００３０】
また、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、２次元状内部改質層１２のレーザ集光手段１６側およびまたはレーザ集光手段１６と反対側に少なくとも１層のパターン状改質層３６を形成する工程を有していても良い。
【００３１】
また、パターン状改質層３６を形成する工程は、基板１０内部に集光するレーザ光２６の集光点をレーザ集光手段１６側に移動させることで、２次元状内部改質層１２上にパターニングされたパターン状改質層３６，４２，４３を一層以上形成する工程を有していても良い。
【００３２】
また、基板１０表面にパターン状改質層４３を露出させる工程は、基板１０内部に集光するレーザ光２６の集光点をレーザ集光手段１６側に移動させることで、最後に基板１０表面にパターン状改質層４３を形成する工程を有していても良い。
【００３３】
また、基板１０は半導体基板であり、パターン状改質層３６を形成する工程後、基板１０表面にパターン状改質層４３を露出させる工程前に、基板１０表面に基板１０と反対導電型のｐ型半導体層３８を形成する工程を有していても良い。
【００３４】
基板１０としては、例えば、大きさ５０×５０ｍｍ、厚さ約０．６２５ｍｍのｎ型Ｓｉウェハを使用する。Ｓｉウェハの面方位は、例えば（１００）面を使用する。鏡面研磨したｎ型Ｓｉウェハを、ウェハの劈開方向Ｃから、Ｙ方向に約５度ずらした状態で、研磨面を上に、ＸＹステージ（図示省略）上に載置する。レーザ光のＸ−Ｙ走査方向、劈開方向Ｃおよび劈開面１４ａ〜１４ｄは、図３に示すように表される。
【００３５】
集光レンズ１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に２次元状内部改質層１２を形成する工程は、例えば、図３に示すように、Ｙ方向の移動速度１０ｍｍ／秒で、Ｘ方向に１０μｍステップで送りながら、レーザ光２０,２２,２６を基板１０の内部に集光させることによって行われる。集光レンズ１６の焦点距離は、例えば、約２ｍｍ、開口数は、０．８である。収差増強ガラス板１８は、例えば、厚さ０．１５ｍｍのガラスで形成される。このとき、焦点は、基板表面に焦点を合わせた状態でから、下方向に７０μ移動させた状態であった。結果として、基板１０の表面から約２５０μｍの深さに、深さ約８０μｍの幅を有する２次元状内部改質層１２が形成される。レーザ光２０の光源としては、例えば、波長１０６４μｍ、パルス幅約１５０ｎ秒のＹＡＧレーザ（１０ｋＨｚ、０．８Ｗ）を適用することができる。図３においては、例えば、レーザ光の照射領域は、１１ｍｍ×１１ｍｍである。
【００３６】
基板１０の模式的鳥瞰構造は、図５および図９に示すように、基板１０ｕおよび１０ｄによって２次元状内部改質層１２が挟まれた構造を備える。ここで、図５は、Ｘ−Ｙ方向に沿う基板１０の鳥瞰構造を表す。
【００３７】
次に、図６および図１０に示すように、集光レンズ１６を上方に２０μｍ移動させた後、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍの「田」の字パターンを描くことを１回以上繰り返し、内部に「田」の字型のパターン状改質層３６を形成する。このとき、縦横の各線は１０μｍピッチで１０本の線を描くことで、１００μ幅のパターン状改質層３６を形成している。
【００３８】
次に、図７および図１１に示すように、基板１０をアセトンで脱脂処理を行った後、ポリエチレンジオキシチオフェン-ポリスチレンスルホン酸水分散体系インクを滴下し、乾燥処理およびＵＶ照射処理することで硬化させ、導電性高分子層（ｐ型半導体層）３８を形成する。次いで、ｐ型半導体層３８をパラフィンワックス１５５（日本精蝋社製）で表面を被覆し、保護層４０を形成する。
【００３９】
次に、図８および図１２に示すように、基板１０をＸＹテーブル上に再度固定し、基板表面に焦点を合わせた状態で「田」の字形のパターン状改質層３６の上に同一のパターンを描くことで、パターン状改質層４２を形成する。
【００４０】
次に、図１３に示すように、基板表面に焦点を合わせた状態で「田」の字形のパターン状改質層４２の上に同一のパターンを描くことで、パターン状改質層４３を形成する。
【００４１】
次に、図１４（ａ）に示すように、保護層４０およびｐ型半導体層３８をパターニング加工し、保護層４０と、ｐ型半導体層３８を除去するとともに、基板１０表面にパターン状改質層４３を露出させる。
【００４２】
次に、図１５に示すように、エッチング液４４を満たしたエッチング槽４６内に基板１０を投入し、パターン状改質層３６，４２，４３および２次元状内部改質層１２をエッチングする。エッチング液４４として１０％の水酸化ナトリウム水溶液を適用し、６０℃、３時間エッチングしたところ、２次元状内部改質層１２を挟んで、基板１０を上下に分離することで、５×５ｍｍの薄層化された基板を４枚を得ることができる。チップ化された基板の模式的鳥瞰構造の例は、図１４（ｂ）に示すように表される。上記の例では、４枚の例を示したが、４枚に限定されるものではなく、パターン形状の拡張化、ウェハサイズの大型化によって、さらに多くの薄層化された基板を得ることも可能である。上記の例では、パターン状改質層３６，４２，４３および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程は、水酸化ナトリウム水溶液からなるエッチング液を使用したが、その他のエッチング液としては、水酸化カリウム水溶液などアルカリ系のエッチング液を適用することができる。
【００４３】
尚、チップ化された基板を８０℃の水で洗浄後、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で表面を拭き、上下面に市販の銀ペーストで電極をつけた後、蛍光灯表面から５ｃｍの距離で光を照射したところ、約０．５Ｖの起電力を確認している。
【００４４】
基板１０のサイズは、特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍの厚いシリコンウェハからなり、レーザ光２０の照射される表面が予め平坦化されていることが好ましい。また、基板１０はＳｉに限定されるものではなく、サファイア基板、サファイア基板上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させた基板、ＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、ＳｉＣ基板上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させた基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板などを適用可能である。
【００４５】
レーザ光２０は、基板１０の周面ではなく、表面に照射装置（図示省略）から集光レンズ１６を介して照射される。このレーザ光２０は、例えばパルス幅が１μｓ以下のパルスレーザ光からなり、９００ｎｍ以上の波長、好ましくは１０００ｎｍ以上の波長が選択され、ＹＡＧレーザ等が好適に使用される。
【００４６】
レーザ光２０は、厚み０．６２５ｍｍの基板に照射したときの光線透過率が１〜８０％の波長であることが望ましい。例えば、基板１０がＳｉの場合、波長が８００ｎｍ以下のレーザ光では吸収が大きいため、表面のみが加工され、２次元状内部改質層１２を形成することができないため、９００ｎｍ以上の波長、好ましくは、１０００ｎｍ以上の波長が選択される。また、波長１０．６４μｍのＣＯ2レーザでは、光線透過率が高すぎるため、基板１０の加工をすることが困難なため、ＹＡＧ基本波のレーザなどが好適に使用される。
【００４７】
レーザ光２０の波長が９００ｎｍ以上が好ましい理由は、波長が９００ｎｍ以上であれば、シリコンからなる基板１０に対するレーザ光２０の透過性を向上させ、基板１０の内部に２次元状内部改質層１２を確実に形成することができるからである。レーザ光２０は、基板１０の表面の周縁部に照射され、あるいは基板１０の表面の中心部から周縁部方向に照射される。
【００４８】
集光レンズ１６は、基板１０の内部にレーザ光２０のエネルギーを効率的に集中させるよう機能する。この集光レンズ１６の開口数（ＮＡ）は、基板１０の表面におけるアブレーション等による損失を防止する観点から、大きな数値、具体的には約０．５以上、約０．５〜約０．８が好ましい。
【００４９】
基板１０と焦点Ｐとは相対的に移動するが、この相対的な移動には、前述の如く、例えば、ＸＹステージが使用される。
【００５０】
第１の実施の形態に係る基板加工方法によれば、インゴットをワイヤソーにより切断するのではなく、接触加工の限界を超えることのできるレーザ光２０により、基板１０を薄く形成して剥離するので、厚さ０．１ｍｍ以下の薄い半導体ウェハなどの基板１０をも短時間で容易に製造することができ、しかも、薄い基板１０を得ることができるので、無駄が少なく、製品率を著しく向上させることができる。
【００５１】
また、前工程の段階から薄い基板１０を容易に製造することができるので、基板１０にバックグラインド処理を長時間施す必要がなく、微細な研削カスが基板上の回路パターンを汚染するおそれもない。
【００５２】
また、半導体ウェハやインゴットが硬度の大きいＳｉＣの場合にも、薄い半導体ウェハを容易に製造することが可能になる。
【００５３】
第１の実施の形態に係る基板加工方法においては、集光レンズ１６を使用するが、開口数が大きい集光レンズ１６を使用する場合には、レーザ光２０の焦点の集光スポットが小さくなるので、基板１０の内部に２次元状内部改質層１２を連続形成するためには、レーザ光２０の照射回数を増やす必要がある。
【００５４】
そこで、第１の実施の形態に係る基板加工方法においては、図２（ａ）に示すように、厚い基板１０の表面と集光レンズ１６との間に、レーザ光２０用の収差増強材である収差増強ガラス板１８を介在させ、この収差増強ガラス板１８を介在させた状態でレーザ光２０を照射することにより、レーザ光２０の照射回数を減少させるようにしている。
【００５５】
また、通常の大気中で焦点を結ぶように設計された集光レンズ１６を使用すると、図２（ｂ）に示すように、空気よりも屈折率の大きな基板１０では、集光レンズ１６の内周部の光２０ａは、基板１０の内部の表面側Ｐ１に、集光レンズ１６の外周部の光２０ｂは、基板１０の内部のそれよりも深いところＰ２に焦点を結ぶことで、一回の照射で形成される内部改質層１２，３６，４２，４３の厚みを厚くすることができる。
【００５６】
特に、２次元状内部改質層１２で、エッチング液の浸透を容易にし、エッチング速度を向上させることができる。
【００５７】
この効果は、収差増強材１８を集光レンズ１６と基板１０の表面の間に設けることで、収差を増強することができ、さらに、収差増強材１８の屈折率ならびに厚みで効果を調整することが可能になる。
【００５８】
収差増強ガラス板１８は、特に限定されるものではないが、例えば厚いカバーガラスやスライドガラス等が使用可能である。
【００５９】
このように第１の実施の形態に係る基板加工方法によれば、レーザ光２０を単に照射するのではなく、収差増強ガラス板１８を介在して集光スポットを拡大し、集光スポットの間隔を大きくすることができるので、上記効果の他、レーザ光２０の照射回数を削減することもできる。
【００６０】
ここで、基板１０には、少なくとも適当な長さにブロック化されたインゴットや厚い半導体ウェハが含まれる。また、レーザ集光手段には、少なくとも凹面鏡や各種レンズ等が含まれる。収差増強材として、必要数のガラス板を適宜使用することができる。
【００６１】
第１の実施の形態に係る基板加工方法によれば、基板１０の肉厚に拘わらず、対応可能なレーザ光２０を用いるので、薄い基板を比較的短時間で容易に製造することができ、しかも、製品率を向上させることができる。
【００６２】
また、基板１０の表面と集光レンズ１６との間に、レーザ光用の収差増強ガラス板１８を介在するので、集光スポットを拡大してレーザ光の照射回数を減少させることができる。
【００６３】
第１の実施の形態によれば、ダイシングとダイチップの薄層化を同時に解決する基板加工方法を提供することができる。
【００６４】
また、第１の実施の形態によれば、マルチチップパッケージ（ＭＣＰ：Multi Chip Package）のような３次元実装に必要な貫通ビア用のスルーホールを同時に形成可能な基板加工方法を提供することができる。
【００６５】
また、第１の実施の形態によれば、太陽電池のような大面積の基板においても容易に薄層基板を形成可能な基板加工方法を提供することができる。
【００６６】
第１の実施の形態によれば、薄い半導体ウェハを比較的短時間で容易に製造することができ、しかも、レーザ集光手段と基板の相対的な移動方向は、基板の劈開方向と一致していないため、基板の割れを防止し、製品率を向上させることのできる基板加工方法を提供することができる。
【００６７】
[第２の実施の形態]
第２の実施の形態に係る基板加工方法において、一層目のパターン状改質層５０を形成する工程の基板１０の模式的断面構造は、図１６に示すように表され、二層目のパターン状改質層５２および三層目のパターン状改質層５４を形成する工程の基板１０の模式的断面構造は、図１７に示すように表される。
【００６８】
さらに、２次元状内部改質層１２を形成する工程の基板１０の模式的断面構造は、図１８に示すように表され、パターン状改質層５０、５２、５４および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程の基板１０を説明する模式的断面構造は、図１９に示すように表される。
【００６９】
第２の実施の形態に係る基板加工方法は、図１６〜図１９に示すように、基板１０上に非接触にレーザ集光手段１６を配置する工程と、レーザ集光手段１６により、基板１０表面にレーザ光２０、２２を照射し、基板１０内部にレーザ光２６を集光する工程と、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に集光するレーザ光２６の集光点Ｐをレーザ集光手段１６と反対側の基板１０の最深部に設定した状態から、レーザ集光手段１６側に移動させることで、一層または複数層のパターン状改質層５０、５２、５４を形成する工程とを有し、レーザ集光手段１６と基板１０の相対的な移動方向は、基板１０の劈開方向と一致していないことを特徴とする。
【００７０】
また、パターン状改質層５０、５２、５４を形成する工程後、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に２次元状内部改質層１２を形成する工程と、基板１０表面にパターン状改質層５０を露出させる工程と、パターン状改質層５０、５２、５４および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程とを有していても良い。
【００７１】
また、パターン状改質層を形成する工程において、一層のパターン状改質層５０により、レーザ集光手段１６が配置される側と反対側の基板１０表面にパターン状改質層５０が露出するようになされていても良い。
【００７２】
また、基板１０は半導体基板であり、２次元状内部改質層１２を形成する工程後、基板１０表面にパターン状改質層５０を露出させる工程前に、基板１０表面に基板１０と反対導電型の半導体層３８を形成する工程を有していても良い。
【００７３】
第２の実施の形態に係る基板加工方法において、口の字形状のパターン状改質層６０および円形形状のパターン状改質層６２を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板１０の模式的鳥瞰構造は、図２０に示すように表わされる。すなわち、パターン状改質層６０を口の字状に形成すると共に、パターン状改質層６０の中心部に円形状のパターン状改質層６２を形成している。図２０の基板１０は、図１８に示す基板１０の表裏（図面上の上下）面を反対にした様子を示す。図２０において、パターン状改質層６０、６２は、基板表面１０ｂに露出されている。パターン状改質層６０および６２は、図１６〜図１８に示された工程において順次形成されたパターン状改質層５０、５２、５４の積層構造に相当する。なお、パターン状改質層６０および６２は、このような積層構造ではなく、一層のみの構造で形成することも可能である。
【００７４】
第２の実施の形態に係る基板加工方法において、図１９に示すエッチング工程によって、パターン状改質層６０、６２および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程後、チップ化されたＸ−Ｙ走査方向に沿う半導体加工基板６６を説明する模式的鳥瞰構造は、図２１に示すように表わされる。図２１に示すように、ｐ型半導体加工基板６６が得られ、かつｐ型半導体加工基板６６の中央部には、微細な円形の開孔部６４が形成されている。
【００７５】
第２の実施の形態に係る基板加工方法において、複数のチップ化された半導体加工基板６６を説明する模式的平面構造は、図２２（ａ）に示すように表わされ、大面積の半導体加工基板６６を説明する模式的平面構造は、図２２（ｂ）に示すように表わされる。
【００７６】
第２の実施の形態に係る基板加工方法において、中央部に円形形状のパターン状改質層６２を有する口の字形状のパターン状改質層６０を複数形成することによって、図２２（ａ）に示すように、複数のｐ型半導体加工基板６６を同時に形成することができる。また、円形形状のパターン状改質層６２を複数個有する、相対的に大面積の口の字形状のパターン状改質層６０を形成することによって、図２２（ｂ）に示すように、相対的に大面積のｐ型半導体加工基板６６を形成することができる。
【００７７】
第２の実施の形態に係る基板加工方法においては、パターン状改質層６０、６２（５０、５２、５４）を形成する工程後に、２次元状内部改質層１２を形成する工程を実施している。一方、第１の実施の形態に係る基板加工方法においては、２次元状内部改質層１２を形成する工程後に、パターン状改質層３６、４２、４３を形成する工程を実施しており、工程の順番が逆になっている点が異なる。また、第１の実施の形態に係る基板加工方法においては、パターン状改質層のパターンが田の字状であるのに対して、口の字状でかつ口の字の中心部に円形形状を有する点が異なる。その他の工程は、第１の実施の形態と同様であるため、各工程の重複説明は省略する。
【００７８】
基板１０としては、例えば、大きさ５０×５０ｍｍ、厚さ約０．６２５ｍｍのｐ型Ｓｉウェハを使用する。Ｓｉウェハの面方位は、例えば（１００）面を使用する。鏡面研磨したｐ型Ｓｉウェハを、ウェハの劈開方向Ｃから、Ｙ方向に約５度ずらした状態で、研磨面を上に、ＸＹステージ（図示省略）上に載置する。レーザ光のＸ−Ｙ走査方向、劈開方向Ｃおよび劈開面１４ａ〜１４ｄは、図３に示すように表される。
【００７９】
集光レンズ１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部にパターン状改質層６０および６２を形成する工程は、集光レンズ１６を下方に２１０μｍ移動させた後、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍの「口」の字パターンおよび円形パターンを描くことを１回以上繰り返し、パターン状改質層５０を形成する。このとき、縦横の各線は１０μｍピッチで１０本の線を描くことで、１００μ幅のパターン状改質層５０を形成している。「ロ」の字パターンの中央部の塗りつぶし円形パターンの直径は、約０．２ｍｍである。この状態で、基板表面１０ｂには、パターン状改質層５０が露出した。次いで集光レンズ１６を２０μｍステップで、上方向に移動させながら描画を行い、パターン状改質層５２および５４を形成した。
【００８０】
集光レンズ１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に２次元状内部改質層１２を形成する工程は、第１の実施の形態と同様であり、例えば、Ｙ方向の移動速度１０ｍｍ／秒で、Ｘ方向に１０μｍステップで送りながら、レーザ光２０,２２,２６を基板１０の内部に集光させることによって行われる。集光レンズ１６の焦点距離は、例えば、約２ｍｍ、開口数は、０．８である。収差増強ガラス板１８は、例えば、厚さ０．１５ｍｍのガラスで形成される。このとき、焦点は、基板表面に焦点を合わせた状態でから、下方向に７０μ移動させた状態であった。結果として、基板１０の表面から約２５０μｍの深さに、深さ約８０μｍの幅を有する２次元状内部改質層１２が形成される。レーザ光２０の光源としては、例えば、波長１０６４μｍ、パルス幅約１５０ｎ秒のＹＡＧレーザ（１０ｋＨｚ、０．８Ｗ）を適用することができる。図３においては、例えば、レーザ光の照射領域は、１１ｍｍ×１１ｍｍである。
【００８１】
次に、図１９に示すように、エッチング液４４を満たしたエッチング槽４６内に基板１０を投入し、パターン状改質層５０、５２、５４および２次元状内部改質層１２をエッチングする。エッチング液４４として１０％の水酸化ナトリウム水溶液を適用し、６０℃、２時間エッチングしたところ、２次元状内部改質層１２を挟んで、基板１０を上下に分離することで、１０ｍｍ×１０ｍｍの薄層化されたｐ型半導体加工基板６６を１枚を得ることができた。ｐ型半導体加工基板６６は、２次元状内部改質層１２上に基板１０ｄをくり貫く形で得られた。くり貫かれた基板１０ｄには、図２１に示すように、凹部６８が形成される。
【００８２】
第２の実施の形態によれば、ダイシングとダイチップの薄層化を同時に解決する基板加工方法を提供することができる。
【００８３】
また、第２の実施の形態によれば、ＭＣＰのような３次元実装に必要な貫通ビア用のスルーホールを同時に形成可能な基板加工方法を提供することができる。
【００８４】
また、第２の実施の形態によれば、太陽電池のような大面積の基板においても容易に薄層基板を形成可能な基板加工方法を提供することができる。
【００８５】
第２の実施の形態によれば、薄い半導体ウェハを比較的短時間で容易に製造することができ、しかも、レーザ集光手段と基板の相対的な移動方向は、基板の劈開方向と一致していないため、基板の割れを防止し、製品率を向上させることのできる基板加工方法を提供することができる。
【００８６】
[第３の実施の形態]
第３の実施の形態に係る基板加工方法において、４層目のパターン状改質層７６を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板１０の模式的鳥瞰構造は、図２３に示すように表される。
【００８７】
第３の実施の形態に係る加工方法においては、製品率を高めるために、第１の実施の形態に係る加工方法における図６に示された「田」の字のパターンをさらに拡張して、格子状パターンを用いて、パターン状改質層７０、７２、７４および７６を形成している。その他の工程は、第１の実施の形態と同様であるため、各工程の重複説明は省略する。
【００８８】
第３の実施の形態によれば、薄い半導体ウェハを比較的短時間で容易に製造することができ、しかも、製品率を向上させることのできる基板加工方法を提供することができる。
【００８９】
（比較実験例）
劈開方向とＸ−Ｙ走査方向が一致する比較例に係る基板加工方法において、口の字形状のパターン状改質層８０および円形形状のパターン状改質層８２を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板の模式的鳥瞰構造は、図２４に示すように表わされ、パターン状改質層８０、８２および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程後、チップ化されたＸ−Ｙ走査方向に沿う半導体加工基板８６を説明する模式的鳥瞰構造は、図２５に示すように表わされる。
【００９０】
基板１０としては、例えば、大きさ５０×５０ｍｍ、厚さ約０．６２５ｍｍのｐ型Ｓｉウェハを使用する。Ｓｉウェハの面方位は、例えば（１００）面を使用する。鏡面研磨したｐ型Ｓｉウェハを、ウェハの劈開方向Ｃから、Ｙ方向に約０．５度ずらした状態で、研磨面を上に、ＸＹステージ（図示省略）上に載置する。レーザ光のＸ−Ｙ走査方向、劈開方向Ｃおよび劈開面１４ａ〜１４ｄは、略一致するため、図４に示すように表されるものと考えて良い。
【００９１】
集光レンズ１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部にパターン状改質層８０および８２を形成する工程は、集光レンズ１６を下方に２１０μｍ移動させた後、レーザ光の出力１Ｗで、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍの「口」の字パターンおよび円形パターンを描くことを１回以上繰り返し、パターン状改質層８０および８２を形成する。このとき、縦横の各線は１０μｍピッチで１０本の線を描くことで、１００μ幅のパターン状改質層８０および８２を形成し、「ロ」の字パターンの中央部の塗りつぶし円形パターンの直径は、約０．２ｍｍである。
【００９２】
集光レンズ１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に２次元状内部改質層１２を形成する工程は、第１の実施の形態と同様である。
【００９３】
しかるに、２次元状内部改質層１２を形成しようとしたところ、レーザ光の照射による２次元状内部改質層１２の形成途中で、基板１０がＹ方向沿って割れた。割れた場所から、レーザ光の出力を０．７Ｗに落とし、さら照射を続け、１１ｍｍ×１１ｍｍの２次元状内部改質層１２を形成した基板１０を得た。
【００９４】
この基板１０の劈開面１４ａを開口部とする１０ｍｍ×１０ｍｍの「コ」の字パターンを出力０．７Ｗで第１の実施の形態と同様にパターン状改質層８０および８２を作成したが、開口部「コ」の字の開口部方向に再度、劈開が生じた。
【００９５】
最終的に、このウェハから１０ｍｍ×１０ｍｍの側壁部に２次元状内部改質層１２が露出した基板１０を切り出し、実施例1と同一条件で２時間のエッチングを行い、上下２枚に剥離することができた。
【００９６】
結果として、中央部に開孔部８４を有するチップ化された半導体加工基板８６が得られた。くり貫かれた基板１０ｄには、図２５に示すように、凹部８８が形成される。このように、劈開方向とＸ−Ｙ走査方向が一致する比較例に係る基板加工方法においては、レーザ光の出力を調整しても基板の割れが顕著に生じるため、製品率を向上させることは難しい。
【００９７】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００９８】
例えば、第１の実施の形態に係る基板加工方法においては、田の字形状のパターン状改質層を形成する例を開示したが、第２の実施の形態のように、一個もしくは複数の円形形状のパターン状改質層を有する口の字状のパターン状改質層を形成しても良い。
【００９９】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明の基板加工方法により基板を効率良く薄く形成することができることから、薄く切り出された半導体ウェハは、Ｓｉ基板であれば、太陽電池に応用可能であり、また、ＧａＮ系半導体デバイスなどのサファイア基板などであれば、発光ダイオード、レーザダイオードなどに応用可能であり、ＳｉＣなどであれば、ＳｉＣ系パワーデバイスなどに応用可能であり、透明エレクトロニクス分野、照明分野、ハイブリッド／電気自動車分野など幅広い分野において適用可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０、１０ｕ、１０ｄ…基板（半導体ウェハ）
１０ａ、１０ｂ…基板表面
１２…２次元状内部改質層
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ…劈開面
１６…集光レンズ（レーザ集光手段）
１８…収差増強ガラス板（収差増強材）
２０、２０ａ、２０ｂ、２２、２６…レーザ光
２４…レーザスポット
３６、４２、４３、５０、５２、５４、６０、６２、７０、７２、７４、７６、８０、８２…パターン状改質層
３８…導電性高分子層（半導体層）
４０…保護層
４４…エッチング液
４６…エッチング槽
６４、８４…開孔部
６６、８６…半導体加工基板
６８、８８…凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板加工方法に関し、特に、半導体ウェハを薄く切り出して製造する基板加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン（Ｓｉ）ウェハに代表される半導体ウェハを製造する場合には、図示しないが、石英るつぼ内に溶融されたシリコン融液から凝固した円柱形のインゴットを適切な長さのブロックに切断して、その周縁部を目標の直径になるよう研削し、その後、ブロック化されたインゴットをワイヤソーによりウェハ形にスライスして半導体ウェハを製造するようにしている（例えば、特許文献１および２参照。）。
【０００３】
このようにして製造された半導体ウェハは、前工程で回路パターンの形成等、各種の処理が順次施されて後工程に供され、この後工程で裏面がバックグラインド処理されて薄片化が図られることにより、厚さが約７５０μｍから１００μｍ以下、例えば７５μｍや５０μｍ程度に調整される。
【０００４】
従来における半導体ウェハは、以上のように製造され、インゴットがワイヤソーにより切断され、しかも、切断の際にワイヤソーの太さ以上の切り代が必要となるので、厚さ０．１ｍｍ以下の薄い半導体ウェハを製造することが非常に困難であり、製品率も向上しないという問題がある。
【０００５】
また近年、次世代の半導体として、硬度が大きく、熱伝導率も高いシリコンカーバイド（ＳｉＣ）が注目されているが、ＳｉＣの場合には、Ｓｉよりも硬度が大きい関係上、インゴットをワイヤソーにより容易にスライスすることができず、また、バックグラインドによる基板の薄層化も容易ではない。
【０００６】
一方、集光レンズでレーザ光の集光点をインゴットの内部に合わせ、そのレーザ光でインゴットを相対的に走査することにより、インゴットの内部に多光子吸収による面状の改質層を形成し、この改質層を剥離面としてインゴットの一部を基板として剥離する基板製造方法および基板製造装置が開示されている（例えば、特許文献３および４参照。）。特許文献３では、同心円状または螺旋状にレーザ光を走査しており、また、特許文献４では、ＸＹステージを利用して、ＸＹ方向にレーザ光を走査している。しかしながら、走査方向と基板の劈開方向が一致すると、特にウェハのように基板が薄い場合、ウェハが割れやすいという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８‐２００７７２号公報
【特許文献２】特開２００５‐２９７１５６号公報
【特許文献３】特開２００５‐２７７１３６号公報
【特許文献４】特開２００５‐２９４３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、薄い半導体ウェハを比較的短時間で容易に製造することができ、しかも、レーザ集光手段と基板の相対的な移動方向は、基板の劈開方向と一致していないため、基板の割れを防止し、製品率を向上させることのできる基板加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、前記レーザ集光手段により、前記基板表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に２次元状内部改質層を形成する工程とを有し、前記レーザ集光手段と前記基板の相対的な移動方向は、前記基板の劈開方向と一致していない基板加工方法が提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、前記レーザ集光手段により、前記基板表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に集光するレーザ光の集光点を前記レーザ集光手段と反対側の前記基板の最深部に設定した状態から、前記レーザ集光手段側に移動させることで、一層または複数層のパターン状改質層を形成する工程とを有し、前記レーザ集光手段と前記基板の相対的な移動方向は、前記基板の劈開方向と一致していない基板加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、薄い半導体ウェハを比較的短時間で容易に製造することができ、しかも、レーザ集光手段と基板の相対的な移動方向は、基板の劈開方向と一致していないため、基板の割れを防止し、製品率を向上させることのできる基板加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法に適用する半導体ウェハを説明する模式的平面図、（ｂ）レーザ光のＸ−Ｙ走査方向と、基板１０の劈開方向Ｃを説明する模式的平面図。
【図２】（ａ）本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法を説明する模式的断面構造図、（ｂ）レーザ光を一回の照射で、２次元状内部改質層を相対的に厚く形成する場合の本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法を説明する模式的断面構造図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法を説明する模式的鳥瞰図。
【図４】比較例に係る基板加工方法を説明する模式的鳥瞰図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法において、２次元状内部改質層を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板の模式的鳥瞰図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法において、一層目のパターン状改質層を形成する工程後の基板の模式的鳥瞰図。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法において、パターン状改質層を形成した側の基板表面上にｐ型半導体層を形成する工程後、保護層を形成した工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板の模式的鳥瞰図。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法において、二層目のパターン状改質層を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板の模式的鳥瞰図。
【図９】図５のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図。
【図１０】図６のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造図。
【図１１】図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造図。
【図１２】図８のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造図。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法において、三層目のパターン状改質層を形成する工程後の基板の模式的断面構造図。
【図１４】（ａ）本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法において、保護層およびｐ型半導体層をパターニング加工した工程後の基板の模式的断面構造図、（ｂ）パターン状改質層および２次元状内部改質層をエッチングする工程後、チップ化された基板の模式的鳥瞰図。
【図１５】本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法において、パターン状改質層および２次元状内部改質層をエッチングする工程の基板を説明する模式的断面構造図。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る基板加工方法において、一層目のパターン状改質層を形成する工程後の基板の模式的断面構造図。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る基板加工方法において、二層目および三層目のパターン状改質層を形成する工程後の基板の模式的断面構造図。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る基板加工方法において、２次元状内部改質層を形成する工程後の基板の模式的断面構造図。
【図１９】本発明の第２の実施の形態に係る基板加工方法において、パターン状改質層および２次元状内部改質層をエッチングする工程の基板を説明する模式的断面構造図。
【図２０】本発明の第２の実施の形態に係る基板加工方法において、口の字形状のパターン状改質層６０および円形形状のパターン状改質層６２を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板の模式的鳥瞰図。
【図２１】本発明の第２の実施の形態に係る基板加工方法において、パターン状改質層６０、６２および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程後、チップ化されたＸ−Ｙ走査方向に沿う半導体加工基板６６を説明する模式的鳥瞰図。
【図２２】（ａ）本発明の第２の実施の形態に係る基板加工方法において、複数のチップ化された半導体加工基板６６を説明する模式的平面図、（ｂ）本発明の第３の実施の形態に係る基板加工方法において、大面積の半導体加工基板６６を説明する模式的平面図、
【図２３】本発明の第３の実施の形態に係る基板加工方法において、４層目のパターン状改質層を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板の模式的鳥瞰図。
【図２４】劈開方向とＸ−Ｙ走査方向が一致する比較例に係る基板加工方法において、口の字形状のパターン状改質層８０および円形形状のパターン状改質層８２を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板の模式的鳥瞰図。
【図２５】劈開方向とＸ−Ｙ走査方向が一致する比較例に係る基板加工方法において、パターン状改質層８０、８２および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程後、チップ化されたＸ−Ｙ走査方向に沿う半導体加工基板８６を説明する模式的鳥瞰図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１４】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１５】
以下の実施の形態の説明において、劈開方向とは、２次元状内部改質層を形成した結晶性基板において、結晶性基板が２次元状内部改質層と平行でない劈開面を有し、この劈開面と２次元状内部改質層の交差する線の方向である。
【００１６】
[第１の実施の形態]
本発明の第１の実施の形態に係る基板加工方法に適用する半導体ウェハ構造は、図１（ａ）に示すように表され、Ｘ−Ｙ走査方向と、劈開方向Ｃは、図１（ｂ）に示すように表される。図１（ａ）に示すように、例えば、（１００）面のシリコンウェハにおいて、劈開方向Ｃは、オリエンテーションフラットの＜１１０＞方向および＜１１０＞方向に垂直な方向である。
【００１７】
第１の実施の形態に係る基板加工方法を説明する模式的断面構造は、図２（ａ）に示すように表され、また、レーザ光を一回の照射で、２次元状内部改質層を相対的に厚く形成する場合の基板加工方法を説明する模式的断面構造は、図２（ｂ）に示すように表される。また、第１の実施の形態に係る基板加工方法を説明する模式的鳥瞰構造は、図３に示すように表される。また、比較例に係る基板加工方法を説明する模式的鳥瞰構造は、図４に示すように表される。
【００１８】
図２および図３に示すように、集光レンズ１６と基板１０間には、レーザ光２０の収差増強材として、収差増強ガラス板１８を配置しても良い。集光レンズ１６と基板１０間にこのような収差増強ガラス板１８を配置することによって、基板１０の表面にレーザスポット２４を形成するレーザ光２２は、基板１０の表面で屈折されて、レーザ光２６として基板１０の内部に進入し、基板１０の内部に焦点Ｐを結ぶ際に、所定の深さおよび幅を有する像を結ぶことになる。このことによって、基板１０の内部に形成される２次元状内部改質層１２を所定の深さｔを有するように形成することができる。
【００１９】
第１の実施の形態に係る基板加工方法においては、図１および図３に示すように、基板１０に対して２次元状内部改質層１２を形成する際のレーザ光の走査方向であるＸ方向およびＹ方向は、劈開面１４ａ〜１４ｄの劈開方向Ｃに対して、所定の角度、例えば、約５度ずらしている。このようにレーザ光のＸ−Ｙ走査方向をずらすことによって、２次元状内部改質層１２の形成工程における基板１０の割れを防止することができる。
【００２０】
一方、比較例に係る基板加工方法においては、図４に示すように、基板１０に対して２次元状内部改質層１２を形成する際のレーザ光の走査方向であるＸ方向およびＹ方向は、劈開面１４ａ〜１４ｄの劈開方向Ｃに一致している。このように、劈開面１４ａ〜１４ｄの劈開方向Ｃにレーザ光のＸ−Ｙ走査方向を一致させると、２次元状内部改質層１２の形成工程における基板１０の割れが生じやすいという結果が得られている。したがって、劈開面１４ａ〜１４ｄの劈開方向Ｃに対して、所定の角度、レーザ光のＸ−Ｙ走査方向をずらすことが、基板１０の割れを防止する上で重要である。２次元状内部改質層１２を形成する場合には、集光点の移動方向（Ｘ方向およびＹ方向）と基板１０の劈開方向Ｃは、０．５度以上ずらすことが望ましく、２次元状内部改質層１２に加えてパターン状改質層を形成する場合には、５度以上ずらすことが望ましい。
【００２１】
第１の実施の形態に係る基板加工方法において、２次元状内部改質層１２を形成後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板１０の模式的鳥瞰構造は、図５に示すように表され、２次元状内部改質層１２上に一層目のパターン状改質層３６を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板１０の模式的鳥瞰構造は、図６に示すように表される。
【００２２】
第１の実施の形態に係る基板加工方法において、パターン状改質層を形成した側の基板表面上にｐ型半導体層３８を形成する工程後、保護層４０を形成した工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板１０の模式的鳥瞰構造は、図７に示すように表され、二層目のパターン状改質層４２を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板１０の模式的鳥瞰構造は、図８に示すように表される。
【００２３】
図５のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造は、図９に示すように表され、図６のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図１０に示すように表され、図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図１１に示すように表され、図８のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造は、図１２に示すように表される。
【００２４】
第１の実施の形態に係る基板加工方法において、三層目のパターン状改質層４３を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板１０の模式的断面構造は、図１３に示すように表される。
【００２５】
また、第１の実施の形態に係る基板加工方法において、保護層４０およびｐ型半導体層３８をパターニング加工した工程後の基板１０の模式的断面構造は、図１４（ａ）に示すように表され、パターン状改質層３６，４２，４３および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程後のチップ化された基板の模式的鳥瞰構造は、図１４（ｂ）に示すように表される。
【００２６】
また、第１の実施の形態に係る基板加工方法において、パターン状改質層３６，４２，４３および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程における基板１０を説明する模式的断面構造は、図１５に示すように表される。
【００２７】
第１の実施の形態に係る基板加工方法は、図２〜図３、および図５〜図１５に示すように、基板１０上に非接触にレーザ集光手段１６を配置する工程と、レーザ集光手段１６により、基板１０表面にレーザ光２０、２２を照射し、基板１０内部にレーザ光２６を集光する工程と、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に２次元状内部改質層１２を形成する工程とを有し、レーザ集光手段１６と基板１０の相対的な移動方向は、基板１０の劈開方向と一致していないことを特徴とする。
【００２８】
また、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、２次元状内部改質層１２のレーザ集光手段１６側に少なくとも一層のパターン状改質層３６を形成する工程と、基板１０表面にパターン状改質層４３を露出させる工程と、パターン状改質層３６，４２，４３および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程とを有していても良い。
【００２９】
また、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、２次元状内部改質層１２のレーザ集光手段１６側と反対側に少なくとも一層のパターン状改質層３６を形成する工程を有していても良い。
【００３０】
また、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、２次元状内部改質層１２のレーザ集光手段１６側およびまたはレーザ集光手段１６と反対側に少なくとも１層のパターン状改質層３６を形成する工程を有していても良い。
【００３１】
また、パターン状改質層３６を形成する工程は、基板１０内部に集光するレーザ光２６の集光点をレーザ集光手段１６側に移動させることで、２次元状内部改質層１２上にパターニングされたパターン状改質層３６，４２，４３を一層以上形成する工程を有していても良い。
【００３２】
また、基板１０表面にパターン状改質層４３を露出させる工程は、基板１０内部に集光するレーザ光２６の集光点をレーザ集光手段１６側に移動させることで、最後に基板１０表面にパターン状改質層４３を形成する工程を有していても良い。
【００３３】
また、基板１０は半導体基板であり、パターン状改質層３６を形成する工程後、基板１０表面にパターン状改質層４３を露出させる工程前に、基板１０表面に基板１０と反対導電型のｐ型半導体層３８を形成する工程を有していても良い。
【００３４】
基板１０としては、例えば、大きさ５０×５０ｍｍ、厚さ約０．６２５ｍｍのｎ型Ｓｉウェハを使用する。Ｓｉウェハの面方位は、例えば（１００）面を使用する。鏡面研磨したｎ型Ｓｉウェハを、ウェハの劈開方向Ｃから、Ｙ方向に約５度ずらした状態で、研磨面を上に、ＸＹステージ（図示省略）上に載置する。レーザ光のＸ−Ｙ走査方向、劈開方向Ｃおよび劈開面１４ａ〜１４ｄは、図３に示すように表される。
【００３５】
集光レンズ１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に２次元状内部改質層１２を形成する工程は、例えば、図３に示すように、Ｙ方向の移動速度１０ｍｍ／秒で、Ｘ方向に１０μｍステップで送りながら、レーザ光２０,２２,２６を基板１０の内部に集光させることによって行われる。集光レンズ１６の焦点距離は、例えば、約２ｍｍ、開口数は、０．８である。収差増強ガラス板１８は、例えば、厚さ０．１５ｍｍのガラスで形成される。このとき、焦点は、基板表面に焦点を合わせた状態でから、下方向に７０μ移動させた状態であった。結果として、基板１０の表面から約２５０μｍの深さに、深さ約８０μｍの幅を有する２次元状内部改質層１２が形成される。レーザ光２０の光源としては、例えば、波長１０６４μｍ、パルス幅約１５０ｎ秒のＹＡＧレーザ（１０ｋＨｚ、０．８Ｗ）を適用することができる。図３においては、例えば、レーザ光の照射領域は、１１ｍｍ×１１ｍｍである。
【００３６】
基板１０の模式的鳥瞰構造は、図５および図９に示すように、基板１０ｕおよび１０ｄによって２次元状内部改質層１２が挟まれた構造を備える。ここで、図５は、Ｘ−Ｙ方向に沿う基板１０の鳥瞰構造を表す。
【００３７】
次に、図６および図１０に示すように、集光レンズ１６を上方に２０μｍ移動させた後、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍの「田」の字パターンを描くことを１回以上繰り返し、内部に「田」の字型のパターン状改質層３６を形成する。このとき、縦横の各線は１０μｍピッチで１０本の線を描くことで、１００μ幅のパターン状改質層３６を形成している。
【００３８】
次に、図７および図１１に示すように、基板１０をアセトンで脱脂処理を行った後、ポリエチレンジオキシチオフェン-ポリスチレンスルホン酸水分散体系インクを滴下し、乾燥処理およびＵＶ照射処理することで硬化させ、導電性高分子層（ｐ型半導体層）３８を形成する。次いで、ｐ型半導体層３８をパラフィンワックス１５５（日本精蝋社製）で表面を被覆し、保護層４０を形成する。
【００３９】
次に、図８および図１２に示すように、基板１０をＸＹテーブル上に再度固定し、基板表面に焦点を合わせた状態で「田」の字形のパターン状改質層３６の上に同一のパターンを描くことで、パターン状改質層４２を形成する。
【００４０】
次に、図１３に示すように、基板表面に焦点を合わせた状態で「田」の字形のパターン状改質層４２の上に同一のパターンを描くことで、パターン状改質層４３を形成する。
【００４１】
次に、図１４（ａ）に示すように、保護層４０およびｐ型半導体層３８をパターニング加工し、保護層４０と、ｐ型半導体層３８を除去するとともに、基板１０表面にパターン状改質層４３を露出させる。
【００４２】
次に、図１５に示すように、エッチング液４４を満たしたエッチング槽４６内に基板１０を投入し、パターン状改質層３６，４２，４３および２次元状内部改質層１２をエッチングする。エッチング液４４として１０％の水酸化ナトリウム水溶液を適用し、６０℃、３時間エッチングしたところ、２次元状内部改質層１２を挟んで、基板１０を上下に分離することで、５×５ｍｍの薄層化された基板を４枚を得ることができる。チップ化された基板の模式的鳥瞰構造の例は、図１４（ｂ）に示すように表される。上記の例では、４枚の例を示したが、４枚に限定されるものではなく、パターン形状の拡張化、ウェハサイズの大型化によって、さらに多くの薄層化された基板を得ることも可能である。上記の例では、パターン状改質層３６，４２，４３および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程は、水酸化ナトリウム水溶液からなるエッチング液を使用したが、その他のエッチング液としては、水酸化カリウム水溶液などアルカリ系のエッチング液を適用することができる。
【００４３】
尚、チップ化された基板を８０℃の水で洗浄後、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で表面を拭き、上下面に市販の銀ペーストで電極をつけた後、蛍光灯表面から５ｃｍの距離で光を照射したところ、約０．５Ｖの起電力を確認している。
【００４４】
基板１０のサイズは、特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍの厚いシリコンウェハからなり、レーザ光２０の照射される表面が予め平坦化されていることが好ましい。また、基板１０はＳｉに限定されるものではなく、サファイア基板、サファイア基板上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させた基板、ＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、ＳｉＣ基板上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させた基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板などを適用可能である。
【００４５】
レーザ光２０は、基板１０の周面ではなく、表面に照射装置（図示省略）から集光レンズ１６を介して照射される。このレーザ光２０は、例えばパルス幅が１μｓ以下のパルスレーザ光からなり、９００ｎｍ以上の波長、好ましくは１０００ｎｍ以上の波長が選択され、ＹＡＧレーザ等が好適に使用される。
【００４６】
レーザ光２０は、厚み０．６２５ｍｍの基板に照射したときの光線透過率が１〜８０％の波長であることが望ましい。例えば、基板１０がＳｉの場合、波長が８００ｎｍ以下のレーザ光では吸収が大きいため、表面のみが加工され、２次元状内部改質層１２を形成することができないため、９００ｎｍ以上の波長、好ましくは、１０００ｎｍ以上の波長が選択される。また、波長１０．６４μｍのＣＯ2レーザでは、光線透過率が高すぎるため、基板１０の加工をすることが困難なため、ＹＡＧ基本波のレーザなどが好適に使用される。
【００４７】
レーザ光２０の波長が９００ｎｍ以上が好ましい理由は、波長が９００ｎｍ以上であれば、シリコンからなる基板１０に対するレーザ光２０の透過性を向上させ、基板１０の内部に２次元状内部改質層１２を確実に形成することができるからである。レーザ光２０は、基板１０の表面の周縁部に照射され、あるいは基板１０の表面の中心部から周縁部方向に照射される。
【００４８】
集光レンズ１６は、基板１０の内部にレーザ光２０のエネルギーを効率的に集中させるよう機能する。この集光レンズ１６の開口数（ＮＡ）は、基板１０の表面におけるアブレーション等による損失を防止する観点から、大きな数値、具体的には約０．５以上、約０．５〜約０．８が好ましい。
【００４９】
基板１０と焦点Ｐとは相対的に移動するが、この相対的な移動には、前述の如く、例えば、ＸＹステージが使用される。
【００５０】
第１の実施の形態に係る基板加工方法によれば、インゴットをワイヤソーにより切断するのではなく、接触加工の限界を超えることのできるレーザ光２０により、基板１０を薄く形成して剥離するので、厚さ０．１ｍｍ以下の薄い半導体ウェハなどの基板１０をも短時間で容易に製造することができ、しかも、薄い基板１０を得ることができるので、無駄が少なく、製品率を著しく向上させることができる。
【００５１】
また、前工程の段階から薄い基板１０を容易に製造することができるので、基板１０にバックグラインド処理を長時間施す必要がなく、微細な研削カスが基板上の回路パターンを汚染するおそれもない。
【００５２】
また、半導体ウェハやインゴットが硬度の大きいＳｉＣの場合にも、薄い半導体ウェハを容易に製造することが可能になる。
【００５３】
第１の実施の形態に係る基板加工方法においては、集光レンズ１６を使用するが、開口数が大きい集光レンズ１６を使用する場合には、レーザ光２０の焦点の集光スポットが小さくなるので、基板１０の内部に２次元状内部改質層１２を連続形成するためには、レーザ光２０の照射回数を増やす必要がある。
【００５４】
そこで、第１の実施の形態に係る基板加工方法においては、図２（ａ）に示すように、厚い基板１０の表面と集光レンズ１６との間に、レーザ光２０用の収差増強材である収差増強ガラス板１８を介在させ、この収差増強ガラス板１８を介在させた状態でレーザ光２０を照射することにより、レーザ光２０の照射回数を減少させるようにしている。
【００５５】
また、通常の大気中で焦点を結ぶように設計された集光レンズ１６を使用すると、図２（ｂ）に示すように、空気よりも屈折率の大きな基板１０では、集光レンズ１６の内周部の光２０ａは、基板１０の内部の表面側Ｐ１に、集光レンズ１６の外周部の光２０ｂは、基板１０の内部のそれよりも深いところＰ２に焦点を結ぶことで、一回の照射で形成される内部改質層１２，３６，４２，４３の厚みを厚くすることができる。
【００５６】
特に、２次元状内部改質層１２で、エッチング液の浸透を容易にし、エッチング速度を向上させることができる。
【００５７】
この効果は、収差増強材１８を集光レンズ１６と基板１０の表面の間に設けることで、収差を増強することができ、さらに、収差増強材１８の屈折率ならびに厚みで効果を調整することが可能になる。
【００５８】
収差増強ガラス板１８は、特に限定されるものではないが、例えば厚いカバーガラスやスライドガラス等が使用可能である。
【００５９】
このように第１の実施の形態に係る基板加工方法によれば、レーザ光２０を単に照射するのではなく、収差増強ガラス板１８を介在して集光スポットを拡大し、集光スポットの間隔を大きくすることができるので、上記効果の他、レーザ光２０の照射回数を削減することもできる。
【００６０】
ここで、基板１０には、少なくとも適当な長さにブロック化されたインゴットや厚い半導体ウェハが含まれる。また、レーザ集光手段には、少なくとも凹面鏡や各種レンズ等が含まれる。収差増強材として、必要数のガラス板を適宜使用することができる。
【００６１】
第１の実施の形態に係る基板加工方法によれば、基板１０の肉厚に拘わらず、対応可能なレーザ光２０を用いるので、薄い基板を比較的短時間で容易に製造することができ、しかも、製品率を向上させることができる。
【００６２】
また、基板１０の表面と集光レンズ１６との間に、レーザ光用の収差増強ガラス板１８を介在するので、集光スポットを拡大してレーザ光の照射回数を減少させることができる。
【００６３】
第１の実施の形態によれば、ダイシングとダイチップの薄層化を同時に解決する基板加工方法を提供することができる。
【００６４】
また、第１の実施の形態によれば、マルチチップパッケージ（ＭＣＰ：Multi Chip Package）のような３次元実装に必要な貫通ビア用のスルーホールを同時に形成可能な基板加工方法を提供することができる。
【００６５】
また、第１の実施の形態によれば、太陽電池のような大面積の基板においても容易に薄層基板を形成可能な基板加工方法を提供することができる。
【００６６】
第１の実施の形態によれば、薄い半導体ウェハを比較的短時間で容易に製造することができ、しかも、レーザ集光手段と基板の相対的な移動方向は、基板の劈開方向と一致していないため、基板の割れを防止し、製品率を向上させることのできる基板加工方法を提供することができる。
【００６７】
[第２の実施の形態]
第２の実施の形態に係る基板加工方法において、一層目のパターン状改質層５０を形成する工程の基板１０の模式的断面構造は、図１６に示すように表され、二層目のパターン状改質層５２および三層目のパターン状改質層５４を形成する工程の基板１０の模式的断面構造は、図１７に示すように表される。
【００６８】
さらに、２次元状内部改質層１２を形成する工程の基板１０の模式的断面構造は、図１８に示すように表され、パターン状改質層５０、５２、５４および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程の基板１０を説明する模式的断面構造は、図１９に示すように表される。
【００６９】
第２の実施の形態に係る基板加工方法は、図１６〜図１９に示すように、基板１０上に非接触にレーザ集光手段１６を配置する工程と、レーザ集光手段１６により、基板１０表面にレーザ光２０、２２を照射し、基板１０内部にレーザ光２６を集光する工程と、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に集光するレーザ光２６の集光点Ｐをレーザ集光手段１６と反対側の基板１０の最深部に設定した状態から、レーザ集光手段１６側に移動させることで、一層または複数層のパターン状改質層５０、５２、５４を形成する工程とを有し、レーザ集光手段１６と基板１０の相対的な移動方向は、基板１０の劈開方向と一致していないことを特徴とする。
【００７０】
また、パターン状改質層５０、５２、５４を形成する工程後、レーザ集光手段１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に２次元状内部改質層１２を形成する工程と、基板１０表面にパターン状改質層５０を露出させる工程と、パターン状改質層５０、５２、５４および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程とを有していても良い。
【００７１】
また、パターン状改質層を形成する工程において、一層のパターン状改質層５０により、レーザ集光手段１６が配置される側と反対側の基板１０表面にパターン状改質層５０が露出するようになされていても良い。
【００７２】
また、基板１０は半導体基板であり、２次元状内部改質層１２を形成する工程後、基板１０表面にパターン状改質層５０を露出させる工程前に、基板１０表面に基板１０と反対導電型の半導体層３８を形成する工程を有していても良い。
【００７３】
第２の実施の形態に係る基板加工方法において、口の字形状のパターン状改質層６０および円形形状のパターン状改質層６２を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板１０の模式的鳥瞰構造は、図２０に示すように表わされる。すなわち、パターン状改質層６０を口の字状に形成すると共に、パターン状改質層６０の中心部に円形状のパターン状改質層６２を形成している。図２０の基板１０は、図１８に示す基板１０の表裏（図面上の上下）面を反対にした様子を示す。図２０において、パターン状改質層６０、６２は、基板表面１０ｂに露出されている。パターン状改質層６０および６２は、図１６〜図１８に示された工程において順次形成されたパターン状改質層５０、５２、５４の積層構造に相当する。なお、パターン状改質層６０および６２は、このような積層構造ではなく、一層のみの構造で形成することも可能である。
【００７４】
第２の実施の形態に係る基板加工方法において、図１９に示すエッチング工程によって、パターン状改質層６０、６２および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程後、チップ化されたＸ−Ｙ走査方向に沿う半導体加工基板６６を説明する模式的鳥瞰構造は、図２１に示すように表わされる。図２１に示すように、ｐ型半導体加工基板６６が得られ、かつｐ型半導体加工基板６６の中央部には、微細な円形の開孔部６４が形成されている。
【００７５】
第２の実施の形態に係る基板加工方法において、複数のチップ化された半導体加工基板６６を説明する模式的平面構造は、図２２（ａ）に示すように表わされ、大面積の半導体加工基板６６を説明する模式的平面構造は、図２２（ｂ）に示すように表わされる。
【００７６】
第２の実施の形態に係る基板加工方法において、中央部に円形形状のパターン状改質層６２を有する口の字形状のパターン状改質層６０を複数形成することによって、図２２（ａ）に示すように、複数のｐ型半導体加工基板６６を同時に形成することができる。また、円形形状のパターン状改質層６２を複数個有する、相対的に大面積の口の字形状のパターン状改質層６０を形成することによって、図２２（ｂ）に示すように、相対的に大面積のｐ型半導体加工基板６６を形成することができる。
【００７７】
第２の実施の形態に係る基板加工方法においては、パターン状改質層６０、６２（５０、５２、５４）を形成する工程後に、２次元状内部改質層１２を形成する工程を実施している。一方、第１の実施の形態に係る基板加工方法においては、２次元状内部改質層１２を形成する工程後に、パターン状改質層３６、４２、４３を形成する工程を実施しており、工程の順番が逆になっている点が異なる。また、第１の実施の形態に係る基板加工方法においては、パターン状改質層のパターンが田の字状であるのに対して、口の字状でかつ口の字の中心部に円形形状を有する点が異なる。その他の工程は、第１の実施の形態と同様であるため、各工程の重複説明は省略する。
【００７８】
基板１０としては、例えば、大きさ５０×５０ｍｍ、厚さ約０．６２５ｍｍのｐ型Ｓｉウェハを使用する。Ｓｉウェハの面方位は、例えば（１００）面を使用する。鏡面研磨したｐ型Ｓｉウェハを、ウェハの劈開方向Ｃから、Ｙ方向に約５度ずらした状態で、研磨面を上に、ＸＹステージ（図示省略）上に載置する。レーザ光のＸ−Ｙ走査方向、劈開方向Ｃおよび劈開面１４ａ〜１４ｄは、図３に示すように表される。
【００７９】
集光レンズ１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部にパターン状改質層６０および６２を形成する工程は、集光レンズ１６を下方に２１０μｍ移動させた後、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍの「口」の字パターンおよび円形パターンを描くことを１回以上繰り返し、パターン状改質層５０を形成する。このとき、縦横の各線は１０μｍピッチで１０本の線を描くことで、１００μ幅のパターン状改質層５０を形成している。「ロ」の字パターンの中央部の塗りつぶし円形パターンの直径は、約０．２ｍｍである。この状態で、基板表面１０ｂには、パターン状改質層５０が露出した。次いで集光レンズ１６を２０μｍステップで、上方向に移動させながら描画を行い、パターン状改質層５２および５４を形成した。
【００８０】
集光レンズ１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に２次元状内部改質層１２を形成する工程は、第１の実施の形態と同様であり、例えば、Ｙ方向の移動速度１０ｍｍ／秒で、Ｘ方向に１０μｍステップで送りながら、レーザ光２０,２２,２６を基板１０の内部に集光させることによって行われる。集光レンズ１６の焦点距離は、例えば、約２ｍｍ、開口数は、０．８である。収差増強ガラス板１８は、例えば、厚さ０．１５ｍｍのガラスで形成される。このとき、焦点は、基板表面に焦点を合わせた状態でから、下方向に７０μ移動させた状態であった。結果として、基板１０の表面から約２５０μｍの深さに、深さ約８０μｍの幅を有する２次元状内部改質層１２が形成される。レーザ光２０の光源としては、例えば、波長１０６４μｍ、パルス幅約１５０ｎ秒のＹＡＧレーザ（１０ｋＨｚ、０．８Ｗ）を適用することができる。図３においては、例えば、レーザ光の照射領域は、１１ｍｍ×１１ｍｍである。
【００８１】
次に、図１９に示すように、エッチング液４４を満たしたエッチング槽４６内に基板１０を投入し、パターン状改質層５０、５２、５４および２次元状内部改質層１２をエッチングする。エッチング液４４として１０％の水酸化ナトリウム水溶液を適用し、６０℃、２時間エッチングしたところ、２次元状内部改質層１２を挟んで、基板１０を上下に分離することで、１０ｍｍ×１０ｍｍの薄層化されたｐ型半導体加工基板６６を１枚を得ることができた。ｐ型半導体加工基板６６は、２次元状内部改質層１２上に基板１０ｄをくり貫く形で得られた。くり貫かれた基板１０ｄには、図２１に示すように、凹部６８が形成される。
【００８２】
第２の実施の形態によれば、ダイシングとダイチップの薄層化を同時に解決する基板加工方法を提供することができる。
【００８３】
また、第２の実施の形態によれば、ＭＣＰのような３次元実装に必要な貫通ビア用のスルーホールを同時に形成可能な基板加工方法を提供することができる。
【００８４】
また、第２の実施の形態によれば、太陽電池のような大面積の基板においても容易に薄層基板を形成可能な基板加工方法を提供することができる。
【００８５】
第２の実施の形態によれば、薄い半導体ウェハを比較的短時間で容易に製造することができ、しかも、レーザ集光手段と基板の相対的な移動方向は、基板の劈開方向と一致していないため、基板の割れを防止し、製品率を向上させることのできる基板加工方法を提供することができる。
【００８６】
[第３の実施の形態]
第３の実施の形態に係る基板加工方法において、４層目のパターン状改質層７６を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板１０の模式的鳥瞰構造は、図２３に示すように表される。
【００８７】
第３の実施の形態に係る加工方法においては、製品率を高めるために、第１の実施の形態に係る加工方法における図６に示された「田」の字のパターンをさらに拡張して、格子状パターンを用いて、パターン状改質層７０、７２、７４および７６を形成している。その他の工程は、第１の実施の形態と同様であるため、各工程の重複説明は省略する。
【００８８】
第３の実施の形態によれば、薄い半導体ウェハを比較的短時間で容易に製造することができ、しかも、製品率を向上させることのできる基板加工方法を提供することができる。
【００８９】
（比較実験例）
劈開方向とＸ−Ｙ走査方向が一致する比較例に係る基板加工方法において、口の字形状のパターン状改質層８０および円形形状のパターン状改質層８２を形成する工程後のＸ−Ｙ走査方向に沿う基板の模式的鳥瞰構造は、図２４に示すように表わされ、パターン状改質層８０、８２および２次元状内部改質層１２をエッチングする工程後、チップ化されたＸ−Ｙ走査方向に沿う半導体加工基板８６を説明する模式的鳥瞰構造は、図２５に示すように表わされる。
【００９０】
基板１０としては、例えば、大きさ５０×５０ｍｍ、厚さ約０．６２５ｍｍのｐ型Ｓｉウェハを使用する。Ｓｉウェハの面方位は、例えば（１００）面を使用する。鏡面研磨したｐ型Ｓｉウェハを、ウェハの劈開方向Ｃから、Ｙ方向に約０．５度ずらした状態で、研磨面を上に、ＸＹステージ（図示省略）上に載置する。レーザ光のＸ−Ｙ走査方向、劈開方向Ｃおよび劈開面１４ａ〜１４ｄは、略一致するため、図４に示すように表されるものと考えて良い。
【００９１】
集光レンズ１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部にパターン状改質層８０および８２を形成する工程は、集光レンズ１６を下方に２１０μｍ移動させた後、レーザ光の出力１Ｗで、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍの「口」の字パターンおよび円形パターンを描くことを１回以上繰り返し、パターン状改質層８０および８２を形成する。このとき、縦横の各線は１０μｍピッチで１０本の線を描くことで、１００μ幅のパターン状改質層８０および８２を形成し、「ロ」の字パターンの中央部の塗りつぶし円形パターンの直径は、約０．２ｍｍである。
【００９２】
集光レンズ１６と基板１０を相対的に移動させて、基板１０内部に２次元状内部改質層１２を形成する工程は、第１の実施の形態と同様である。
【００９３】
しかるに、２次元状内部改質層１２を形成しようとしたところ、レーザ光の照射による２次元状内部改質層１２の形成途中で、基板１０がＹ方向沿って割れた。割れた場所から、レーザ光の出力を０．７Ｗに落とし、さら照射を続け、１１ｍｍ×１１ｍｍの２次元状内部改質層１２を形成した基板１０を得た。
【００９４】
この基板１０の劈開面１４ａを開口部とする１０ｍｍ×１０ｍｍの「コ」の字パターンを出力０．７Ｗで第１の実施の形態と同様にパターン状改質層８０および８２を作成したが、開口部「コ」の字の開口部方向に再度、劈開が生じた。
【００９５】
最終的に、このウェハから１０ｍｍ×１０ｍｍの側壁部に２次元状内部改質層１２が露出した基板１０を切り出し、実施例1と同一条件で２時間のエッチングを行い、上下２枚に剥離することができた。
【００９６】
結果として、中央部に開孔部８４を有するチップ化された半導体加工基板８６が得られた。くり貫かれた基板１０ｄには、図２５に示すように、凹部８８が形成される。このように、劈開方向とＸ−Ｙ走査方向が一致する比較例に係る基板加工方法においては、レーザ光の出力を調整しても基板の割れが顕著に生じるため、製品率を向上させることは難しい。
【００９７】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００９８】
例えば、第１の実施の形態に係る基板加工方法においては、田の字形状のパターン状改質層を形成する例を開示したが、第２の実施の形態のように、一個もしくは複数の円形形状のパターン状改質層を有する口の字状のパターン状改質層を形成しても良い。
【００９９】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明の基板加工方法により基板を効率良く薄く形成することができることから、薄く切り出された半導体ウェハは、Ｓｉ基板であれば、太陽電池に応用可能であり、また、ＧａＮ系半導体デバイスなどのサファイア基板などであれば、発光ダイオード、レーザダイオードなどに応用可能であり、ＳｉＣなどであれば、ＳｉＣ系パワーデバイスなどに応用可能であり、透明エレクトロニクス分野、照明分野、ハイブリッド／電気自動車分野など幅広い分野において適用可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０、１０ｕ、１０ｄ…基板（半導体ウェハ）
１０ａ、１０ｂ…基板表面
１２…２次元状内部改質層
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ…劈開面
１６…集光レンズ（レーザ集光手段）
１８…収差増強ガラス板（収差増強材）
２０、２０ａ、２０ｂ、２２、２６…レーザ光
２４…レーザスポット
３６、４２、４３、５０、５２、５４、６０、６２、７０、７２、７４、７６、８０、８２…パターン状改質層
３８…導電性高分子層（半導体層）
４０…保護層
４４…エッチング液
４６…エッチング槽
６４、８４…開孔部
６６、８６…半導体加工基板
６８、８８…凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、
前記レーザ集光手段により、前記基板表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、
前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に２次元状内部改質層を形成する工程と
を有し、前記レーザ集光手段と前記基板の相対的な移動方向は、前記基板の劈開方向と一致していないことを特徴とする基板加工方法。
【請求項２】
前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記２次元状内部改質層の前記レーザ集光手段側およびまたは前記レーザ集光手段と反対側に少なくとも１層のパターン状改質層を形成する工程と、
前記基板表面に前記パターン状改質層を露出させる工程と、
前記パターン状改質層および前記２次元状内部改質層をエッチングする工程と
を有することを特徴とする請求項１に記載の基板加工方法。
【請求項３】
前記パターン状改質層を形成する工程は、前記基板内部に集光するレーザ光の集光点を前記レーザ集光手段側に移動させることで、前記２次元状内部改質層上にパターニングされた前記パターン状改質層を一層以上形成する工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載の基板加工方法。
【請求項４】
前記基板表面に前記パターン状改質層を露出させる工程は、前記基板内部に集光するレーザ光の集光点を前記レーザ集光手段側に移動させることで、最後に前記基板表面に前記パターン状改質層を形成する工程を有することを特徴とする請求項２または３に記載の基板加工方法。
【請求項５】
前記基板は半導体基板であり、前記パターン状改質層を形成する工程後、前記基板表面に前記パターン状改質層を露出させる工程前に、前記基板表面に前記基板と反対導電型の半導体層を形成する工程を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の基板加工方法。
【請求項６】
基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、
前記レーザ集光手段により、前記基板表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、
前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に集光するレーザ光の集光点を前記レーザ集光手段と反対側の前記基板の最深部に設定した状態から、前記レーザ集光手段側に移動させることで、一層または複数層のパターン状改質層を形成する工程と
を有し、前記レーザ集光手段と前記基板の相対的な移動方向は、前記基板の劈開方向と一致していないことを特徴とする基板加工方法。
【請求項７】
前記パターン状改質層を形成する工程後、前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に２次元状内部改質層を形成する工程と、
前記基板表面に前記パターン状改質層を露出させる工程と、
前記パターン状改質層および前記２次元状内部改質層をエッチングする工程と
を有することを特徴とする請求項６に記載の基板加工方法。
【請求項８】
前記一層の前記パターン状改質層により、前記レーザ集光手段が配置される側と反対側の前記基板表面に前記パターン状改質層が露出することを特徴とする請求項６または７に記載の基板加工方法。
【請求項９】
前記基板は半導体基板であり、前記２次元状内部改質層を形成する工程後、前記基板表面に前記パターン状改質層を露出させる工程前に、前記基板表面に前記基板と反対導電型の半導体層を形成する工程を有することを特徴とする請求項７または８に記載の基板加工方法。
【請求項１】
基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、
前記レーザ集光手段により、前記基板表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、
前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に２次元状内部改質層を形成する工程と
を有し、前記レーザ集光手段と前記基板の相対的な移動方向は、前記基板の劈開方向と一致していないことを特徴とする基板加工方法。
【請求項２】
前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記２次元状内部改質層の前記レーザ集光手段側およびまたは前記レーザ集光手段と反対側に少なくとも１層のパターン状改質層を形成する工程と、
前記基板表面に前記パターン状改質層を露出させる工程と、
前記パターン状改質層および前記２次元状内部改質層をエッチングする工程と
を有することを特徴とする請求項１に記載の基板加工方法。
【請求項３】
前記パターン状改質層を形成する工程は、前記基板内部に集光するレーザ光の集光点を前記レーザ集光手段側に移動させることで、前記２次元状内部改質層上にパターニングされた前記パターン状改質層を一層以上形成する工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載の基板加工方法。
【請求項４】
前記基板表面に前記パターン状改質層を露出させる工程は、前記基板内部に集光するレーザ光の集光点を前記レーザ集光手段側に移動させることで、最後に前記基板表面に前記パターン状改質層を形成する工程を有することを特徴とする請求項２または３に記載の基板加工方法。
【請求項５】
前記基板は半導体基板であり、前記パターン状改質層を形成する工程後、前記基板表面に前記パターン状改質層を露出させる工程前に、前記基板表面に前記基板と反対導電型の半導体層を形成する工程を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の基板加工方法。
【請求項６】
基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、
前記レーザ集光手段により、前記基板表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、
前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に集光するレーザ光の集光点を前記レーザ集光手段と反対側の前記基板の最深部に設定した状態から、前記レーザ集光手段側に移動させることで、一層または複数層のパターン状改質層を形成する工程と
を有し、前記レーザ集光手段と前記基板の相対的な移動方向は、前記基板の劈開方向と一致していないことを特徴とする基板加工方法。
【請求項７】
前記パターン状改質層を形成する工程後、前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に２次元状内部改質層を形成する工程と、
前記基板表面に前記パターン状改質層を露出させる工程と、
前記パターン状改質層および前記２次元状内部改質層をエッチングする工程と
を有することを特徴とする請求項６に記載の基板加工方法。
【請求項８】
前記一層の前記パターン状改質層により、前記レーザ集光手段が配置される側と反対側の前記基板表面に前記パターン状改質層が露出することを特徴とする請求項６または７に記載の基板加工方法。
【請求項９】
前記基板は半導体基板であり、前記２次元状内部改質層を形成する工程後、前記基板表面に前記パターン状改質層を露出させる工程前に、前記基板表面に前記基板と反対導電型の半導体層を形成する工程を有することを特徴とする請求項７または８に記載の基板加工方法。
【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】
【公開番号】特開２０１１−１５５０７０（Ｐ２０１１−１５５０７０Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４５２９（Ｐ２０１０−１４５２９）
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（５０４１９０５４８）国立大学法人埼玉大学 (292)
【出願人】（０００１９０１１６）信越ポリマー株式会社 (1,394)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（５０４１９０５４８）国立大学法人埼玉大学 (292)
【出願人】（０００１９０１１６）信越ポリマー株式会社 (1,394)
【Ｆターム（参考）】
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