(57)【要約】  半導体装置の製造方法は、第１半導体層と第２半導体層とを含む半導体基板を準備するステップと、半導体基板に第１半導体層側からレーザ光を照射することにより、半導体基板を半導体チップに個片化するステップとを含む。第１半導体層は、レーザ光に対して透明な半導体材料を含む。第２半導体層は、レーザ光に対して不透明な半導体材料を含む。レーザ光は、第１半導体層の半導体材料がレーザ光に対して不透明に変化する強度のレーザ光を照射する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体層と第２半導体層とを含む半導体基板を準備するステップと、
前記半導体基板に前記第１半導体層側からレーザ光を照射することにより、前記半導体基板を半導体チップに個片化するステップとを含み、
前記第１半導体層は、前記レーザ光に対して透明な半導体材料を含み、
前記第２半導体層は、前記レーザ光に対して不透明な半導体材料を含み、
前記レーザ光を照射するステップでは、前記第１半導体層の半導体材料が前記レーザ光に対して不透明に変化する強度のレーザ光を照射する、
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記レーザ光を照射するステップでは、楕円形ビームを照射する、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板の第１半導体層は、前記レーザ光に対して透明であり且つ前記半導体基板を保持する固定材に固定されている、
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板を準備するステップでは、前記第２半導体層に半導体素子を形成する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記レーザ光を照射するステップでは、前記第１半導体層と前記固定材との境界面、前記第１半導体層の内部、または前記固定材の内部に前記レーザ光を収束させる、
請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記固定材において前記半導体基板が固定された面と反対側の面には、前記レーザ光に対して透明であり且つ前記固定材よりも剛性の高い板部材が設けられている、
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記レーザ光を照射するステップの前に、前記半導体基板の表面に亀裂を形成するステップをさらに含む、
請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体基板の第２半導体層において前記第１半導体層と反対側の面には、反射層が設けられている、
請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記レーザ光を照射するステップでは、前記第１半導体層の半導体材料が気化するようにレーザ光を照射する、
請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いて半導体基板を分割して半導体チップに個片化するステップを含む、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を用いて、半導体基板を分割して半導体チップに個片化する方法が存在する。例えば特許文献１には、用いるレーザ光に対して透明な半導体基板を分割する方法が記載されている。この方法では、レーザ光のパワー密度を大きくして、半導体基板で多光子吸収を生じさせている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１５３９６５（段落［０００９］から［００１１］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般に、レーザ光のパワー密度には空間分布が存在する。特許文献１に記載された方法によれば、パワー密度の大きいレーザ光は半導体基板に多光子吸収されるが、パワー密度の小さいレーザ光は半導体基板に吸収されずに透過する。したがって、特許文献１の方法は、エネルギー効率の観点で改善の余地がある。【０００５】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、従来技術と比べてエネルギー効率の高い半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、
第１半導体層と第２半導体層とを含む半導体基板を準備するステップと、
前記半導体基板に前記第１半導体層側からレーザ光を照射することにより、前記半導体基板を半導体チップに個片化するステップとを含み、
前記第１半導体層は、前記レーザ光に対して透明な半導体材料を含み、
前記第２半導体層は、前記レーザ光に対して不透明な半導体材料を含み、
前記レーザ光を照射するステップでは、前記第１半導体層の半導体材料が前記レーザ光に対して不透明に変化する強度のレーザ光を照射する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、レーザ光に対して不透明な第２半導体層を設けることにより、従来技術と比べてエネルギー効率が高くなり、従来技術と比べて半導体基板の個片化を迅速、確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体基板の分割装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法に含まれるレーザ照射ステップを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法に含まれるレーザ照射ステップを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法に含まれるレーザ照射ステップを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法に含まれるレーザ照射ステップを示す図である。
【図６】レーザ光のパワー密度の空間分布を示すグラフである。
【図７】レーザ光のパワー密度の時間分布を示すグラフである。
【図８Ａ】実施例に係る半導体基板にレーザ光を照射した結果を示す光学顕微鏡写真（上面側から撮影）である。
【図８Ｂ】比較例に係る半導体基板にレーザ光を照射した結果を示す光学顕微鏡写真（上面側から撮影）である。
【図９】実施例に係る半導体基板にレーザ光を照射した結果を示す光学顕微鏡写真（レーザ照射方向に沿った断面を撮影）である。
【図１０Ａ】実施例に係る半導体基板にレーザ光を照射した結果を示す光学顕微鏡写真（下面側から撮影）である。
【図１０Ｂ】比較例に係る半導体基板にレーザ光を照射した結果を示す光学顕微鏡写真（下面側から撮影）である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照して具体的に説明する。以下の説明では、必要に応じて特定の方向を示す用語（上、下など）を用いるが、これらの用語は本発明の理解を容易にするために用いているのであって、これらの用語により本発明の範囲が限定されると理解するべきではない。以下の説明では、符号「Ｘ」を付した方向を幅方向、符号「Ｙ」を付した方向を長さ方向、符号「Ｚ」を付した方向を高さ方向と称す。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交している。
【００１０】
一般に、半導体材料では、バンドギャップエネルギーより高い光子エネルギーを有する光が到来すると、その光を吸収して価電子帯から伝導帯へ電子の遷移が起きる。これにより、半導体材料には、ある大きさ以下の波長を有する光を吸収して通さなくする性質がある。本明細書では、当該波長を吸収端波長と称す。
【００１１】
以下の説明で、材料が「レーザ光に対して透明である」とは、入射するレーザ光が材料に吸収されずに透過することを指す。例えば、半導体材料であれば、その吸収端波長が、当該半導体材料に照射するレーザ光のピーク波長よりも短い場合、基本的にレーザ光は（表面で反射されない限り）材料に吸収されずに透過する。また、材料が「レーザ光に対して不透明である」とは、入射するレーザ光の少なくとも一部が材料に吸収されることを指す。例えば、半導体材料であれば、その吸収端波長がレーザ光のピーク波長よりも長いときには、レーザ光の少なくとも一部は半導体材料に吸収される。
【００１２】
実施の形態１．
以下、半導体基板１とレーザ光照射ユニット１０の構成を説明した後、半導体装置の製造方法について説明する。
【００１３】
（半導体基板１）
図１に示すように、半導体基板１は、上面１ａ（または第１面）と下面１ｂ（または第２面）とを有する。半導体基板１の上面１ａには、半導体素子が複数個形成されている（図示せず）。半導体基板１は、上面１ａ側に設けられた第１半導体層２と下面１ｂ側に設けられた第２半導体層３とを含む。第１半導体層２は、レーザ光１００に対して透明な半導体材料を含む。当該半導体材料は、約８７０ｎｍ以上約１１００ｎｍ以下の吸収端波長を有していてもよい。当該半導体材料の例は、Ｓｉ（ケイ素）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、ＩｎＰ（リン化インジウム）などである。
【００１４】
第２半導体層３は、レーザ光１００に対して不透明な半導体材料を含む。当該半導体材料の吸収端波長は、約１１００ｎｍ以上約１６００ｎｍ以下の吸収端波長であってもよい。第２半導体層３を構成する材料の例は、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウムヒ素リン）、および、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）とＩｎＧａＡｓＰとで構成される積層体である。第２半導体層３は、第１半導体層２の上に、例えばエピタキシャル成長を用いて形成されてもよい。
【００１５】
半導体基板１の分割面は符号２０を付して図２に示している。図２では、分割面２０は、長さ方向Ｘに延びる１箇所設けられている。ここで、半導体素子は半導体基板１の上に２次元的に複数個配置されるのが一般的である。したがって、分割面２０は、例えば互いに直交する２方向（例えば長さ方向Ｘと幅方向Ｙ）に、それぞれ複数箇所設けられてよい。
【００１６】
半導体基板１の下面１ｂには、固定材４が設けられている。固定材４は、粘着性を有しており、半導体基板１の下面１ｂに張り付けられて固定されている。したがって、本実施形態１では、半導体基板１の下面１ｂは、半導体基板１（または第１半導体層２）と固定材４との境界面に一致する。固定材４は、半導体基板１を分割面２０で分割して個片化する際に、半導体基板１を保持する機能を有する。固定材４は、図示しない枠部材に固定され、この枠部材が図示しない分割装置に固定されている。分割装置はレーザ光照射ユニット１０を含む。このようにして、半導体基板１のレーザ光照射ユニット１０に対する相対位置が維持される。
【００１７】
固定材４は、レーザ光１００に対して透明なシート材であってもよい。固定材４の例示的な材料は、ＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）またはＰＯ（ポリオレフィン樹脂）などの絶縁体である。
【００１８】
（レーザ光照射ユニット１０）
レーザ光照射ユニット１０は、レーザ光源１１と、反射ミラー１２と、シリンドリカルレンズ１３と、対物レンズ１４とを有する。図１では、レーザ光源１１から出射したレーザ光のビーム径を拡大およびコリメートするビームエキスパンダの図示を省略している。
【００１９】
レーザ光源１１から出射するレーザ光１００の例示的な波長は、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザの基本波の波長である１０６４ｎｍである。レーザ光源１１に用いられるレーザ発振用の例示的な結晶は、Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオジウム：ＹＡＧ）結晶、Ｎｄ：ＹＶＯ４（ネオジウム：イットリウム・四酸化バナジウム）結晶などである。例示した結晶は、温度の影響を受けにくい例えばＮｄ：ＹＬＦ（ネオジウム：イットリウム・リチウム・フロライド）結晶に比べて、熱レンズ効果が生じやすいという特徴がある。
【００２０】
レーザ光１００の波長は、好ましくは、半導体基板１の吸収端波長より少し長く、好ましくは、常温で大気にほぼ吸収されない大気の窓（例えば０．２μｍ〜１．２μｍ）の範囲内である。
【００２１】
ここで、第１半導体層２の半導体材料はレーザ光１００に対して透明であるが、レーザパワー密度Ｐがある閾値Ｐｔｈを超えると、多光子吸収が発生する。レーザ光１００のレーザパワー密度Ｐは、閾値Ｐｔｈより大きい値に設定される。多光子吸収によるエネルギー吸収量は、照射されるレーザ光１００のエネルギー密度のｎ乗に比例し（ｎは光子の数）する。例えば、２光子吸収の場合、エネルギー吸収量は、レーザ光１００のエネルギー密度の２乗に比例する。
【００２２】
レーザ光１００のレーザパワー密度Ｐを大きくするため、本実施形態１では、レーザ光源１１に、光共振器のＱ値を高速に変化させて高出力のパルス発振を達成する機能を有するＱスイッチ素子（図示せず）が設けられており、これにより尖頭値の高いＱスイッチレーザ光が出射する。Ｑスイッチレーザ光のパルス幅は、１パルスあたりのエネルギーが十分大きくなるように、１μｓ以下であることが好ましい。
【００２３】
レーザ光１００のレーザパラメータ（レーザ光１００がパルスレーザであれば、パルス幅、繰返し周波数、パルスエネルギー、ピーク出力など）は、第１半導体層２を気化（または熱分解）させることができる値に設定される。
【００２４】
シリンドリカルレンズ１３は、入射する円形ビームを扁平な楕円形ビームに変換して出射させる機能を有する。シリンドリカルレンズ１３の代わりに、アナモルフィックプリズムなど他の光学系を用いて、円形ビームを楕円形ビームに変換してもよい。対物レンズ１４は、凸レンズであってもよいし、凸レンズと凹レンズの組合せレンズなどであってもよい。対物レンズ１４の例示的なＮＡ（開口数）は、約０．４である。
【００２５】
（半導体装置の製造方法）
本実施形態１に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板１を準備するステップと、レーザ光照射ユニット１０を用いて半導体基板１に第１半導体層２側（下面１ｂ側）からレーザ光１００を照射するステップとを含む。レーザ光１１００の光軸を符号１０１で示している。
【００２６】
半導体基板１を準備するステップでは、例えばＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）、ＬＰＥ（液相エピタキシャル成長法）により、第１半導体層２の上に第２半導体層３をエピタキシャル成長させる。第１半導体層２は、単結晶であることが好ましい。次に、例えばリソグラフィ技術など公知の方法により、第２半導体層３に所望の半導体素子を形成する。次に、半導体基板１を固定材４に貼り付ける。
【００２７】
レーザ光１００を照射するステップでは、半導体基板１の下面１ｂ（本実施形態１では、半導体基板１と固定材４との境界面、第１半導体層２の下面に一致する）にレーザ光１００の第１収束点２１が形成されるように、シリンドリカルレンズ１３と対物レンズ１４とを配置する（図２を参照）。第１収束点２１は、半導体基板１の下面１ｂよりも上側、すなわち第１半導体層２の内部に位置していてもよい。
【００２８】
シリンドリカルレンズ１３を用いているので、第１収束点２１でのビーム形状は、楕円形になる。このとき、楕円の長軸が分割面２０を画定する切断線に沿うように、シリンドリカルレンズ１３と対物レンズ１４とを配置する。
【００２９】
なお、本明細書で「収束点」とは、対物レンズ１４から出射したレーザ光の光線が光軸１０１上に集まる領域を指しており、対物レンズ１４により決定される近軸での焦点に限定されることなく、焦点から光軸１０１に沿って少しの距離ずれた点を指してもよい。特に、本実施形態１では楕円形ビームを用いているので、レーザ光１００のスポット径が最小となる点は、近軸での焦点とは異なることに留意すべきである。
【００３０】
本実施形態１では、レーザ光１００としてＱスイッチレーザ光を用いているので、第１収束点２１でのパワー密度（単位面積［ｃｍ２］あたりの光強度［Ｗ］）は数ＭＷ／ｃｍ２以上とすることができる。これにより、半導体基板１の第２半導体層３で多光子吸収が生じ、多光子吸収が生じなければ半導体基板１を透過したであろうレーザ光１００の一部が吸収される。これにより、第１収束点２１でレーザ光１００が吸収され、半導体基板１が加熱される。
【００３１】
なお、レーザ光１００が第１収束点２１に収束されている状態であっても、焦点深度が存在する関係で、半導体基板１の下面１ｂに位置する第１収束点２１だけでなく、半導体基板１の内部にも加熱範囲が及ぶ。
【００３２】
半導体基板１が加熱されてその温度が上昇すると、半導体基板１の半導体材料のバンドギャップが小さくなる。これにより、半導体基板１において加熱された部分およびその周囲部分で、吸収端波長の長波長側へのシフト（以下、レッドシフトという）が生じ、レーザ光１００の吸収率が大きくなる。
【００３３】
レーザ光１００は、半導体基板１を上面１ａ側に進む。下面１ｂ側の固定材４から上面１ａ側の第２半導体層３へ向かうレーザ光１００の光路に沿って、レーザ光１００の照射が終了するまで、以下の過程（１）から（４）が連続的に進行する。
（１）レーザ光１００により、半導体基板１のある部分が加熱される。
（２）当該部分の温度が上昇し、半導体材料の吸収端波長のレッドシフトが生じる。
（３）当該部分でレーザ光の吸収率が高くなり、当該部分がさらに加熱される。
（４）当該部分から周囲への熱伝導が生じ、周囲部分が加熱される。
【００３４】
上記過程（１）から（４）が連続的に進行する結果として、レーザ光１００の光軸１０１に沿って、半導体基板１の厚さ方向（高さ方向Ｚ）に、加熱される領域が広がる。例えばレーザ光１００のパルス幅が数１００ｎｓである場合、加熱される領域は、高さ方向Ｚの距離で十数μｍに達する。
【００３５】
光軸１０１に沿った加熱領域では、第１半導体層２の熱膨張により周辺を押し広げる力が発生する。本実施形態１では、レーザ光１００の第１収束点２１が楕円状であるので、第１収束点２１に、楕円の長軸に沿って亀裂を発生させる力が発生する。このようにして、半導体基板１の下面１ｂに亀裂が形成される（図３を参照）。
【００３６】
半導体基板１に吸収されるエネルギー量が十分に大きい場合、レーザ光１００の照射を開始して数ナノ秒後に、エネルギーを吸収した部分で第１半導体層２の半導体材料が気化（または熱分解）して、固定材４と半導体基板１との境界面に当該半導体材料のガスが噴出する。上述の第１半導体層２の熱膨張とガスの噴出とにより、半導体基板１の下面１ｂに生じた亀裂を押し広げる亀裂開口力４１ａ，４１ｂが長さ方向Ｙに加わり、亀裂がさらに進展する。
【００３７】
また、ガスの噴出により、固定材４と半導体基板１との間に空隙が形成される。空隙の形成により、半導体基板１に突き上げ力５０が生じ、半導体基板１は押し上げられて、半導体基板１の上面１ａに引張応力が生じる。
【００３８】
ここで、図６に示すように、レーザ光１００のパワー密度Ｐには、シリンドリカルレンズ１３と対物レンズ１４の光軸（レーザ光１００の光軸１０１に一致する）を中心とした空間分布が存在する。光軸１０１からの距離が大きいほど、レーザ光１００のパワー密度Ｐは低下する。また、図７に示すように、レーザ光１００のパワー密度Ｐには、レーザ光１００の立上がりから立下りまでの時間分布が存在することがある。典型的には、レーザ光１００の立上がり時、立下り時は、レーザ光１００のパワー密度Ｐが低くなる。なお、図６、図７に示したパワー密度Ｐはガウス分布（正規分布）またはそれに近い形状をしているが、本発明はこれに限定されることなく、例えば複数のピークが存在するような分布であってもよい。
【００３９】
パワー密度Ｐが第１しきい値Ｐｔｈ１以上の領域（図６の符号３０１、図７の符号４０１）のレーザ光は、第１半導体層２に多光子吸収される。パワー密度Ｐが第１しきい値Ｐｔｈ１より小さく第２しきい値Ｐｔｈ２以上の領域（図６の符号３０２、図７の符号４０２）は、第１半導体層２の半導体材料の吸収端波長のレッドシフトにより、第１半導体層２により吸収される。パワー密度Ｐが第２しきい値Ｐｔｈ１より小さい領域（図６の符号３０３、図７の符号４０３）は、第１半導体層２により吸収されずに第１半導体層２を透過する。
【００４０】
レーザ光１００により、半導体基板１の下面１ｂが加熱されると、熱伝導によりその周囲部分も加熱される。上述のとおり、レーザ光１００のピーク波長は第１半導体層２の半導体材料の吸収端波長に近いので、この周囲部分の加熱により、当該周囲部分の半導体材料のレーザ光１００に対する屈折率が上昇する。これにより、上記周囲部分を通過するレーザ光１００は、熱レンズ効果による収束作用を受ける。その結果、第１半導体層２と第２半導体層３との境界面、第２半導体層３の内部、または第２半導体層３の上面（半導体基板１の上面１ａ）に、レーザ光１００がある程度収束した第２収束点２２を形成できる。第２収束点２２も第１収束点２１と同様に楕円状となる。
【００４１】
第２半導体層３の吸収端波長が１１００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下であるので、第１半導体層２を透過したレーザ光１００は、第２収束点２２にほぼすべて吸収される。
【００４２】
第２半導体層３では、半導体基板１の下面１ｂと同様に、第２半導体層３の熱膨張により周辺を押し広げる力が発生する。また、上述のとおり、固定材４と半導体基板１との間での空隙の形成により、半導体基板１に突き上げ力５０が生じ、半導体基板１の上面１ａに引張応力が作用する。このようにして、第２収束点２２の楕円の長軸に沿って亀裂を発生および成長させる亀裂開口力４１ａ，４１ｂが、半導体基板１の上面１ａにおいて長さ方向Ｙに加わる。そして、第２半導体層３またはその周辺部に亀裂が形成され、亀裂が進展する（図４を参照）。レーザ光１００をある時間以上照射することにより、半導体基板１は分離する（図５を参照）。
【００４３】
このように、本実施形態１では、レーザ光１００に対して透明な半導体材料を含む第１半導体層２の半導体材料の多光子吸収を利用して、半導体基板１の切断を行っている。第１半導体層２で多光子吸収されず（レッドシフトによる吸収もなく）第１半導体層２を透過したパワー密度の小さいレーザ光は、半導体基板１の外に散逸することなく、レーザ光１００に対して不透明な半導体材料を含む第２半導体層３により吸収される。これにより、エネルギー効率の高い半導体装置の製造方法が得られる。
【００４４】
また、第１半導体層２と第２半導体層３の両方にレーザ光が吸収されることにより、上述のとおり、半導体基板１の上面１ａ、下面１ｂの両方で亀裂３１，３２が形成される。このとき、半導体基板１の下面１ｂで作用する亀裂開口力４１ａ，４１ｂと、第２半導体層３側で作用する亀裂開口力４２ａ，４２ｂとは、どちらもレーザ光１００の同一パルス幅内で発生し、ほぼ同時に作用し、これにより半導体基板１が分割される。このように、第２半導体層３を設けることにより、半導体基板１の上面１ａ側からも下面１ｂ側からも基板の切断が行われ、半導体基板１の分離を迅速、確実に行うことができる上に、レーザ光１００の照射時間が短くなってさらにエネルギー効率が向上する。
【００４５】
特に、本実施形態１では、楕円形のレーザ光１００を照射し、第１収束点２１で、楕円の長軸が分割面２０を画定する切断線に沿うようにしているので、亀裂開口力が当該線に沿って幅方向Ｙに作用するように誘導できる。これにより、さらにエネルギー効率が向上する。
【００４６】
また、本実施形態１では、半導体基板１を保持する固定材４が好適に利用される。具体的には、半導体基板１の半導体材料が気化（または熱分解）したとき、固定材４が設けられていることにより、半導体基板１と固定材４との間の空隙にガスが溜まり、半導体基板１に突き上げ力５０が生じる。これにより、半導体基板１の分離をさらに迅速、確実に行うことができる。
【００４７】
実施の形態２．
本実施形態２の説明では、実施形態１と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。実施形態２では、第２半導体層３に半導体素子が形成され、さらに第２半導体層３の上に、レーザ光１００に対して透明な透明層が設けられている。透明層は、ＳｉＯｘ（酸化ケイ素）膜、ＳｉＮ（窒化ケイ素）膜などからなり、半導体基板１の上面１ａを電気的、機械的に保護するために設けられるパッシベーション膜であってもよい。
【００４８】
本実施形態２によれば、別工程を実施することなく、半導体素子を形成する工程の中で第２半導体層３を併せて形成できるので、半導体装置の製造効率が向上する。
【００４９】
実施の形態３．
本実施形態３の説明では、実施形態１，２と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。実施形態１，２では、レーザ光１００の第１収束点２１が半導体基板１の下面１ｂ（または第１半導体層２の内部）に位置するように、対物レンズ１４などを配置した。本実施形態３では、レーザ光１００の収束点２１が固定材４の内部に位置するように、対物レンズ１４などを配置する。
【００５０】
また、本実施形態３では、絶縁体である固定材４に材料欠陥が導入される。材料欠陥は、固定材４を構成する材料に生じている分子配列の特異点、異物、傷などを指す。例えば固定材４を構成する材料が樹脂であれば、異物は、樹脂に混合されたフィラーであってもよい。材料欠陥は、当該材料欠陥が存在しなければ固定材４を透過する光が当該材料欠陥により吸収されるように導入される。なお、材料欠陥は、固定材４を構成する材料に元来存在している格子欠陥（点欠陥、線欠陥または面欠陥）であってもよい。本実施形態３では、材料欠陥によるエネルギー吸収を利用できるように、十分に大きいパワー密度のレーザ光１００を照射する。
【００５１】
本実施形態３によれば、収束点２１が固定材４の内部に移動することにより、実施形態１，２と同等の効果が得られる。特に、本実施形態３では、第１収束点２１が固定材４の内部に位置するので、第１半導体層２が気化（または熱分解）した後、冷却されて固化してできた生成物が半導体基板１に付着しなくなる。これにより、半導体基板１を洗浄する工程を省略でき、製造コストを下げることができるといった効果が得られる。
【００５２】
実施の形態４．
本実施形態４の説明では、実施形態１から３と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。本実施形態４では、レーザ光１００の収束点が半導体基板１の内部、例えば、半導体基板１の厚さ方向の中心付近に位置するように、対物レンズ１４などを配置する。
【００５３】
本実施形態４によれば、実施形態３で説明した効果と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
実施の形態５．
本実施形態５の説明では、実施形態１から４と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。本実施形態５では、固定材４の下面に、レーザ光１００に対して透明な剛性の高い板部材を貼り付ける。剛性の高い板部材の例は、溶融シリカガラス板である。
【００５５】
本実施形態５によれば、第１半導体層２の半導体材料が気化（または熱分解）して発生するガスから力を受けて半導体基板１と反対側に膨張することを抑制でき、突き上げ力５０を確実に半導体基板１側へ作用させることができる。これにより、半導体基板１の分離をより迅速、確実に行うことができる。
【００５６】
実施の形態６．
本実施形態６の説明では、実施形態１から５と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。本実施形態６では、半導体基板１の分割面２０を画定する切断線に沿って、例えばダイアモンドポイントによりスクライブすることにより、予め亀裂を形成する。
【００５７】
本実施形態６によれば、予め形成されている亀裂が起点となり、加工部に向かって亀裂が進展しやすくなるので、半導体基板１の分離をより迅速、確実に行うことができる。
【００５８】
実施形態７．
本実施形態７の説明では、実施形態１から６と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。本実施形態７では、実施形態６と同様に、半導体基板１の分割面２０を画定する切断線に予め亀裂を形成する。また、本実施形態７では、実施形態１から７と異なり、レーザ光を楕円形に変換するシリンドリカルレンズ（またはアナモルフィックレンズ）を設けず、円形のレーザ光を照射する。
【００５９】
実施形態８．
本実施形態８の説明では、実施形態１から７と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。
【００６０】
本実施形態８では、第２半導体層３の上面側に、レーザ光１００に対して透明であり、かつ反射率の高い反射膜（反射層）を設ける。反射膜は、好ましくは、半導体基板１からの熱を受けて溶融する。反射膜を構成する材料の例は、Ａｕ（金）、Ａｌ（アルミニウム）などの金属、またはゲルマニウムなど反射率の高い半導体である。
【００６１】
本実施形態８によれば、第２半導体層３で吸収されずに透過したレーザ光は第２半導体層３側へ反射され、第２半導体層３で吸収されるので、エネルギー効率をより向上させることができる。
【００６２】
実施の形態９．
本実施形態９の説明では、実施形態１から８と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。図７を用いて説明したように、レーザ光１００のパワー密度には、立ち上がりから立下りまでの時間分布が存在する。実施形態１から８では、レーザ光１００の経過時間Ｔに対するレーザ光１００のパワー密度Ｐの時間分布を、ある経過時間に関して対称な形とした。本実施形態９では、同分布を照射開始側または照射終了側にシフトさせる。
【００６３】
本実施形態９で、パワー密度Ｐの時間分布を照射開始側にシフトさせた場合、レーザ光１００の照射開始後の早い段階で第１半導体層２での多光子吸収が生じ、かつ、熱レンズ効果を早い段階で発生させることにより、第２収束点２２の幅（長さ方向Ｘの距離）をより小さくすることができ、エネルギー効率をより向上させることができる。
【００６４】
本実施形態９で、パワー密度Ｐの時間分布を照射終了側にシフトさせた場合、第２半導体層３の加工を先行させた後、第１収束点２１の多光子吸収を開始させることにより、第２半導体層３に形成された亀裂３２に対して加わる亀裂開口力４２ａ，４２ｂのうち突き上げ力５０に起因する部分を効率的に利用でき、半導体基板１の分離をより迅速、確実に行うことができる。
【００６５】
本実施形態９の変形例として、パワー密度Ｐの時間分布に複数のピークを設けてもよい。例えば、１回目のピークで、多光子吸収は起こすが第１半導体層２の気化（または熱分解）が生じない程度の加熱とし、熱レンズ効果を生じさせることにより、第２半導体層３に形成される第２収束点２２をより収束させる。これにより、第２半導体層３側の亀裂開口力３１ａ，３１ｂを生じさせ、第２半導体層３側に初期亀裂を生じさせることができる。次に、２回目のピークで、第１半導体層２を気化（または熱分解させ）、突き上げ力５０を発生させる。このようにして、半導体基板１の分離をより迅速、確実に行うことができる。
【００６６】
（実施例）
次に、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について、実施例と比較例を挙げて具体的に説明する。本発明の範囲は、以下の実施例の内容には限定されない。
【００６７】
実施例では、半導体基板１を構成する第１半導体層２の材料として、ＩｎＰを用いた。また、第２半導体層３として、ＩｎＧａＡｓとＩｎＧａＡｓＰとがそれぞれ複数積層された積層体を用いた。固定材４として、ＰＶＣシートを用いた。さらに、実施例では、固定材４の下面に板部材（溶融ガラスシリカ板）を貼り付けた。レーザ光源１１から出射するレーザ光１００には、ＹＡＧ励起ファイバレーザを用いた。レーザ光１００の照射条件は、パルスエネルギーを０．１ｍＪとし、パルス幅を１６０ｎｓとし、ビームの楕円比（長軸の短軸に対する比）を２５とし、ビーム集束点を半導体基板１と固定材４の界面である半導体基板１の下面１ｂに設定した。比較例として、第２半導体層３を有しないもの（第１半導体層２、第２半導体層３、固定材４および前記板部材を有している）を準備した。比較例における他の条件は、実施例と同じである。
【００６８】
実施例に係る半導体基板１と比較例に係る半導体基板とに、上述の照射条件の下でレーザ光１００を照射した結果を説明する。図８Ａ、図９、図１０Ａは、実施例についての結果を示す光学顕微鏡写真であり、それぞれ、上面１ａ側（つまり、レーザ光が照射される側）から撮影したもの、レーザ照射方向に沿った断面を撮影したもの、下面１ｂ側（つまり、レーザ光が照射される側と反対側）から撮影したものである。図８Ｂ、図１０Ｂは、比較例についての結果を示す光学顕微鏡写真であり、それぞれ、上面側から撮影したもの、下面側から撮影したものである。なお、実施例を説明する各図には、図１から図７で用いた、方向を示す符号を付している。
【００６９】
図９を参照すると、実施例に係る半導体基板１において、レーザ光の軌跡９０１が上面から下面まで及んでいることがわかる。また、図１０Ａを参照すると、実施例に係る（第２半導体層３を備えた）半導体基板１の下面で亀裂１００１が生じていることがわかる。一方、図１０Ｂを参照すると、比較例に係る（第２半導体層３を備えていない）半導体基板の下面では亀裂は確認できなかった。したがって、実施例に係る半導体基板１の下面に亀裂１００１が生じたのは、第１半導体層２だけでなく第２半導体層３においてもレーザ光の吸収が好適に行われたからであると考えられる。
【００７０】
なお、図面には示していないが、実施例において、固定材４の下面に板部材（溶融ガラスシリカ板）を設けない場合であっても、半導体基板の下面に亀裂が生じた。
【００７１】
以上、複数の実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例の内容には限定されないと理解すべきである。また、各実施形態に記載された特徴は、自由に組み合わせられてよい。また、前記実施形態には、種々の改良、設計上の変更および削除が加えられてよい。
【符号の説明】
【００７２】
１  半導体基板、  １ａ  上面、  １ｂ  下面、  ２  第１半導体層、  ３  第２半導体層、  ４  固定材、  １１  レーザ光源、  １２  反射ミラー、  １３  コリメートレンズ、  １４  対物レンズ、  ２０  分割面、  ２１  第１収束点、  ２２  第２収束点、  ３１，３２  亀裂、  ４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ  亀裂開口力、  ５０  突き上げ力  １００  レーザ光、  １０１  光軸
【図１】
2017217335.tif 000003
【図２】
2017217335.tif 000004
【図３】
2017217335.tif 000005
【図４】
2017217335.tif 000006
【図５】
2017217335.tif 000007
【図６】
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【図７】
2017217335.tif 000009
【図８Ａ】
2017217335.tif 000010
【図８Ｂ】
2017217335.tif 000011
【図９】
2017217335.tif 000012
【図１０Ａ】
2017217335.tif 000013
【図１０Ｂ】
2017217335.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月12日(2018.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体層と第２半導体層とを含む半導体基板を準備するステップと、
前記半導体基板に前記第１半導体層側からレーザ光を照射することにより、前記半導体基板を半導体チップに個片化するステップとを含み、
前記第１半導体層は、前記レーザ光に対して透明な半導体材料を含み、
前記第２半導体層は、前記レーザ光に対して不透明な半導体材料を含み、
前記レーザ光を照射するステップでは、前記第１半導体層の半導体材料が多光子吸収により前記レーザ光に対して不透明に変化する強度のレーザ光を照射し、
前記第１半導体層を気化させると同時に、前記レーザ光を前記第２半導体層に照射することにより前記第２半導体層を気化させる、
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記レーザ光を照射するステップでは、楕円形ビームを照射する、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板の第１半導体層は、前記レーザ光に対して透明であり且つ前記半導体基板を保持する固定材に固定されている、
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板を準備するステップでは、前記第２半導体層に半導体素子を形成する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記レーザ光を照射するステップでは、前記第１半導体層と前記固定材との境界面、前記第１半導体層の内部、または前記固定材の内部に前記レーザ光を収束させる、
請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記固定材において前記半導体基板が固定された面と反対側の面には、前記レーザ光に対して透明であり且つ前記固定材よりも剛性の高い板部材が設けられている、
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記レーザ光を照射するステップの前に、前記半導体基板の表面に亀裂を形成するステップをさらに含む、
請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体基板の第２半導体層において前記第１半導体層と反対側の面には、反射層が設けられている、
請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記レーザ光を照射するステップでは、前記第１半導体層の半導体材料が気化するようにレーザ光を照射する、
請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
（半導体基板１）
図１に示すように、半導体基板１は、上面１ａ（または第１面）と下面１ｂ（または第２面）とを有する。半導体基板１の上面１ａには、半導体素子が複数個形成されている（図示せず）。半導体基板１は、上面１ａ側に設けられた第２半導体層３と下面１ｂ側に設けられた第１半導体層２とを含む。第１半導体層２は、レーザ光１００に対して透明な半導体材料を含む。当該半導体材料は、約８７０ｎｍ以上約１１００ｎｍ以下の吸収端波長を有していてもよい。当該半導体材料の例は、Ｓｉ（ケイ素）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、ＩｎＰ（リン化インジウム）などである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2017217335.tif 000015
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2017217335.tif 000016
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2017217335.tif 000017
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2017217335.tif 000018
【国際調査報告】
2017217335.tif 000019
2017217335.tif 000020
2017217335.tif 000021
2017217335.tif 000022