(57)【要約】【課題】  半導体基板を切断予定ラインに沿って精度良く切断することを可能にするレーザ加工装置を提供する。【解決手段】  レーザ加工装置１００は、半導体基板１の内部に、切断の起点となる改質領域を形成するものであって、半導体基板１が載置される載置台１０７と、レーザ光Ｌを出射するレーザ光源１０１と、載置台１０７に載置された半導体基板１の内部に、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌを集光し、そのレーザ光Ｌの集光点Ｐの位置で改質領域を形成させる集光用レンズ１０５と、半導体基板１の切断予定ライン５に沿ってレーザ光Ｌの集光点Ｐを移動させるステージ制御部１１５及び全体制御部１２７と、載置台１０７に載置された半導体基板１を赤外線で照明する赤外透過照明１１６と、赤外透過照明１１６により赤外線で照明された半導体基板１の内部の改質領域を撮像する撮像素子１２１と、を備える。【選択図】  図９
2006212708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の内部に、切断の起点となる改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
前記半導体基板が載置される載置台と、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記載置台に載置された前記半導体基板の内部に、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を集光し、そのレーザ光の集光点の位置で前記改質領域を形成させる集光用レンズと、
前記改質領域を前記半導体基板の内部に形成するために、レーザ光の集光点を前記半導体基板の内部に位置させた状態で、前記半導体基板の切断予定ラインに沿ってレーザ光の集光点を移動させる制御部と、
前記載置台に載置された前記半導体基板を赤外線で照明する赤外透過照明と、
前記赤外透過照明により赤外線で照明された前記半導体基板を撮像する撮像素子と、を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記撮像素子は、前記赤外透過照明により赤外線で照明された前記半導体基板の内部の前記改質領域を撮像することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記載置台及び前記集光用レンズの少なくとも１つの移動を制御することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、切断の起点となる改質領域を前記半導体基板の切断予定ラインに沿って前記半導体基板の内部に形成する工程と、
前記半導体基板を赤外線で照明することにより前記半導体基板を撮像する工程と、を備えることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項５】
前記半導体基板を撮像する工程では、前記半導体基板を赤外線で照明することにより前記半導体基板の内部の前記改質領域を撮像することを特徴とする請求項４記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記改質領域を切断の起点として前記半導体基板を前記切断予定ラインに沿って切断することを特徴とする請求項４又は５記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記改質領域は溶融処理領域であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板を切断予定ラインに沿って切断するためのレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、シリコンウェハ等の半導体基板上に複数の機能素子を形成した後に、ダイヤモンドブレードにより半導体基板を機能素子毎に切断し（切削加工）、半導体チップを得るのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、上記ダイヤモンドブレードによる切断に代えて、半導体基板に対して吸収性を有するレーザ光を半導体基板に照射し、加熱溶融により半導体基板を切断することもある（加熱溶融加工）（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−７０５４号公報
【特許文献２】特開平１０−１６３７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した切削加工や加熱溶融加工による半導体基板の切断は、半導体基板上に機能素子を形成した後に行われるため、例えば切断時に発生する熱を原因として機能素子が破壊されるおそれがある。
【０００５】
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、例えば半導体基板上に複数の機能素子が形成されていたとしても、機能素子が破壊されるのを防止して、半導体基板を切断予定ラインに沿って精度良く切断することを可能にするレーザ加工装置及びレーザ加工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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工装置は、半導体基板の内部に、切断の起点となる改質領域を形成するレーザ加工装置であって、半導体基板が載置される載置台と、レーザ光を出射するレーザ光源と、載置台に載置された半導体基板の内部に、レーザ光源から出射されたレーザ光を集光し、そのレーザ光の集光点の位置で改質領域を形成させる集光用レンズと、改質領域を半導体基板の内部に形成するために、レーザ光の集光点を半導体基板の内部に位置させた状態で、半導体基板の切断予定ラインに沿ってレーザ光の集光点を移動させる制御部と、載置台に載置された半導体基板を赤外線で照明する赤外透過照明と、赤外透過照明により赤外線で照明された半導体基板を撮像する撮像素子と、を備えることを特徴とする。また、本発明に係るレーザ加工方法は、半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、切断の起点となる改質領域を半導体基板の切断予定ラインに沿って半導体基板の内部に形成する工程と、半導体基板を赤外線で照明することにより半導体基板を撮像する工程と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
これらのレーザ加工装置及びレーザ加工方法よれば、レーザ光の照射により改質領域が半導体基板の内部に形成されるが、このようなレーザ光の照射においては、半導体基板の表面ではレーザ光がほとんど吸収されないため、半導体基板の表面が溶融することはない。したがって、例えば半導体基板上に複数の機能素子が形成されていたとしても、機能素子が破壊されるのを防止することが可能となる。さらに、これらのレーザ加工装置及びレーザ加工方法よれば、改質領域が半導体基板の内部に形成される。半導体基板の内部に改質領域が形成されると、改質領域を起点として比較的小さな力で半導体基板に割れが発生するため、切断予定ラインに沿って高い精度で半導体基板を割って切断することができる。したがって、半導体基板を切断予定ラインに沿って精度良く切断することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法は、例えば半導体基板上に複数の機能素子が形成されていたとしても、機能素子が破壊されるのを防止して、半導体基板を切断予定ラインに沿って精度良く切断することを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。本実施形態に係る半導体基板及び半導体チップを構成するに際しては、半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、半導体基板の内部に多光子吸収による改質領域を形成する、というレーザ加工方法を使用する。そこで、このレーザ加工方法、特に多光子吸収について最初に説明する。
【００１０】
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。
【００１１】
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はレーザ加工中の半導体基板１の平面図であり、図２は図１に示す半導体基板１のII−II線に沿った断面図であり、図３はレーザ加工後の半導体基板１の平面図であり、図４は図３に示す半導体基板１のIV−IV線に沿った断面図であり、図５は図３に示す半導体基板１のV−V線に沿った断面図であり、図６は切断された半導体基板１の平面図である。
【００１２】
図１及び図２に示すように、半導体基板１の表面３には、半導体基板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（半導体基板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半導体基板１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを半導体基板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。
【００１３】
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に沿って半導体基板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）９が形成される。本実施形態に係るレーザ加工方法は、半導体基板１がレーザ光Ｌを吸収することにより半導体基板１を発熱させて改質領域７を形成するのではない。半導体基板１にレーザ光Ｌを透過させ半導体基板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、半導体基板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、半導体基板１の表面３が溶融することはない。
【００１４】
半導体基板１の切断において、切断する箇所に起点があると半導体基板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半導体基板１を切断することができる。よって、半導体基板１の表面３に不必要な割れを発生させることなく半導体基板１の切断が可能となる。
【００１５】
なお、切断起点領域を起点とした半導体基板の切断には、次の２通りが考えられる。１つは、切断起点領域形成後、半導体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半導体基板が割れ、半導体基板が切断される場合である。これは、例えば半導体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、半導体基板の切断起点領域に沿って半導体基板に曲げ応力やせん断応力を加えたり、半導体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半導体基板の断面方向（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結果的に半導体基板が切断される場合である。これは、例えば半導体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、半導体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半導体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。
【００１６】
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、次に説明する溶融処理領域がある。
【００１７】
半導体基板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。これにより半導体基板の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により半導体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。半導体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。
【００１８】
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。
【００１９】
（Ａ）半導体基板：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）半導体基板が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒
【００２０】
図７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。
【００２１】
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８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。
【００２２】
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７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。
【００２３】
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７のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。半導体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。
【００２４】
以上、多光子吸収により形成される改質領域として溶融処理領域の場合を説明したが、半導体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、しかも精度良く半導体基板を切断することが可能になる。
【００２５】
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。
【００２６】
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半導体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半導体基板に形成することが可能になる。
【００２７】
上述したレーザ加工方法に使用されるレーザ加工装置について、図９を参照して説明する。図９はレーザ加工装置１００の概略構成図である。
【００２８】
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を回転させるためのθステージ１０８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４つのステージ１０８，１０９，１１１，１１３の移動を制御するステージ制御部１１５とを備える。
【００２９】
載置台１０７は、半導体基板１を赤外線で照明するために赤外線を発生する赤外透過照明１１６と、半導体基板１が赤外透過照明１１６による赤外線で照明されるよう、半導体基板１を赤外透過照明１１６上に支持する支持部１０７ａとを有している。
【００３０】
なお、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の表面３や内部にレーザ光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。
【００３１】
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。本実施形態では、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。なお、半導体基板１を赤外透過照明１１６による赤外線で照明すると共に、後述する撮像データ処理部１２５により結像レンズ１２３及び撮像素子１２１の観察面を半導体基板１の内部に合わせれば、半導体基板１の内部を撮像して半導体基板１の内部の撮像データを取得することもできる。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
［半導体基板の実施例１］
本発明に係る半導体基板の実施例１について、図１０〜図１３を参照して説明する。図１０は実施例１に係る半導体基板１の斜視図であり、図１１は図１０に示す半導体基板１のXI−XI線に沿った断面図であり、図１２は図１０に示す半導体基板１のXII−XII線に沿った断面図であり、図１３は図１０に示す半導体基板１の表面に設けられたレーザマークの写真を表した図である。
【００３８】
実施例１に係る半導体基板１は、厚さ３５０μｍ、外径４インチの円板状のシリコンウェハであり、図１０に示すように、半導体基板１の周縁部の一部が直線となるよう切り欠かれてオリエンテーションフラット（以下「ＯＦ」という）１５が形成されている。
【００３９】
図１１に示すように、半導体基板１の内部には、ＯＦ１５に平行な方向に延びる切断起点領域９ａが、半導体基板１の内部における外径の中心（以下「基準原点」という）から所定の間隔毎に複数形成されている。また、半導体基板１の内部には、ＯＦ１５に垂直な方向に延びる切断起点領域９ｂが基準原点から所定の間隔毎に複数形成されている。切断起点領域９ａは、図１２に示すように、半導体基板１の内部にのみ形成され、半導体基板１の表面３及び裏面１７には達していない。このことは、切断起点領域９ｂについても同様である。切断起点領域９ａ及び切断起点領域９ｂのそれぞれは、半導体基板１の内部に１列となるよう形成された溶融処理領域でもって形成されている。
【００４０】
図１０に示すように、半導体基板１の表面３における基準原点直上の位置には、レーザマーク１９が設けられている。このレーザマーク１９とＯＦ１５との両者により、半導体基板１の内部に形成された切断起点領域９ａ及び切断起点領域９ｂの位置を把握することができる。すなわち、レーザマーク１９とＯＦ１５との両者は、半導体基板１の内部に形成された切断起点領域９ａ及び切断起点領域９ｂの位置を識別するための識別マークとして機能する。なお、レーザマーク１９の形成場所は、切断起点領域上に設ける他に、半導体基板に形成される回路等の機能部位以外の場所や、半導体基板の周縁部の半導体デバイスとして利用しない部位に形成してもよい。そして、レーザマーク１９は、ソフトマーキングと呼ばれる発塵や熱影響のないクリーンなレーザマーキング方式によって半導体基板１の表面３を溶かし込むことで形成され、図１３に示すように、レーザマーク１９は直径１μｍの凹状のものである。
【００４１】
次に、上述したレーザ加工装置１００による半導体基板１の製造方法について、図９及び図１４を参照して説明する。図１４は半導体基板１の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００４２】
まず、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の表面３にレーザマーク１９を形成するためのレーザ光と、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とを発生するレーザ光源１０１をそれぞれ選定する（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、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。
【００４３】
半導体基板１をレーザ加工装置１００の載置台１０７の支持部材１０７ａ上に載置する。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）。照明された半導体基板１の表面３を撮像素子１２１により撮像する。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）。
【００４４】
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に半導体基板１の表面３の拡大画像が表示される。
【００４５】
続いて、半導体基板１のＯＦ１５の方向がＹステージ１１１のストローク方向に一致するよう、θステージ１０８により半導体基板１を回転させる（Ｓ１１１）。さらに、半導体基板１の表面３にレーザマーク１９を形成するためのレーザ光の集光点が、半導体基板１の表面３における基準原点直上の位置となるよう、Ｘ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１及びＺ軸ステージ１１３により半導体基板１を移動させる（Ｓ１１３）。この状態でレーザ光を照射し、半導体基板１の表面３における基準原点直上の位置にレーザマーク１９を形成する（Ｓ１１５）。
【００４６】
その後、ステップＳ１０３で決定され全体制御部１２７に予め入力された移動量データが、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（Ｓ１１７）。
【００４７】
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、Ｘ軸ステージ１０９やＹ軸ステージ１１１により半導体基板１を移動させて、半導体基板１の内部に、ＯＦ１５に平行な方向に延びる切断起点領域９ａ及びＯＦ１５に垂直な方向に延びる切断起点領域９ｂのそれぞれを、基準原点から所定の間隔毎に複数形成し（Ｓ１１９）、実施例１に係る半導体基板１が製造される。
【００４８】
なお、半導体基板１を赤外透過照明１１６による赤外線で照明すると共に、撮像データ処理部１２５により結像レンズ１２３及び撮像素子１２１の観察面を半導体基板１の内部に合わせれば、半導体基板１の内部に形成された切断起点領域９ａ及び切断起点領域９ｂを撮像して撮像データを取得し、モニタ１２９に表示させることもできる。
【００４９】
以上説明したように、実施例１に係る半導体基板１は、半導体基板１の内部に集光点Ｐが合わされ、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以下の条件でレーザ光Ｌが照射されることで、半導体基板1の内部に多光子吸収による溶融処理領域が形成されている。この多光子吸収を発生し得るレーザ光Ｌの照射においては、半導体基板１の表面３ではレーザ光Ｌがほとんど吸収されないため、半導体基板１の表面３が溶融することはない。したがって、半導体デバイスの製造工程においては、従来通りの工程によって、半導体基板１の表面３に機能素子を形成することができる。なお、半導体基板１の裏面１７も溶融されることはないので、半導体基板１の裏面１７を半導体基板１の表面３と同様に扱うことができるのは勿論である。
【００５０】
また、実施例１に係る半導体基板１は、溶融処理領域でもって切断起点領域９ａ及び切断起点領域９ｂが半導体基板１の内部に形成されている。半導体基板１の内部に溶融処理領域が形成されていると、溶融処理領域を起点として比較的小さな力で半導体基板１に割れが発生するため、切断起点領域９ａ及び切断起点領域９ｂに沿って高い精度で半導体基板１を割って切断することができる。よって、半導体デバイスの製造工程においては、従来のような機能素子形成後の切削加工や加熱溶融加工が不要となり、例えば、切断起点領域９ａ及び切断起点領域９ｂに沿うよう半導体基板１の裏面１７にナイフエッジを当てるだけで半導体基板１を切断することができる。したがって、機能素子形成後の半導体基板１の切断による機能素子の破壊を防止することができる。
【００５１】
さらに、実施例１に係る半導体基板１においては、レーザマーク１９とＯＦ１５との両者が、半導体基板１の内部に形成された切断起点領域９ａ及び切断起点領域９ｂの位置の基準となっている。したがって、半導体デバイスの製造工程においては、レーザマーク１９とＯＦ１５とに基づいて、半導体基板１の内部に形成された切断起点領域９ａ及び切断起点領域９ｂの位置を把握し、機能素子のパターンニングや半導体基板１の切断等を行うことができる。
【００５２】
なお、半導体基板１の内部に溶融処理領域が形成されると、意識的に外力を印加しなくても、溶融処理領域を起点として（すなわち、切断起点領域９ａ及び切断起点領域９ｂに沿って）、半導体基板１の内部に割れが発生する場合がある。この割れが半導体基板１の表面３及び裏面１７に到達するか否かは、半導体基板１の厚さ方向における溶融処理領域の位置や、半導体基板１の厚さに対する溶融処理領域の大きさ等に関係する。したがって、半導体基板１の内部に形成する溶融処理領域の位置や大きさ等を調節することによって、半導体デバイスの製造工程において半導体基板１がハンドリングされたりヒートサイクルを経たりすることで、半導体基板１の表面３及び裏面１７に割れが到達しないよう、或いは切断直前に半導体基板１の表面３及び裏面１７に割れが到達するよう、種々の制御を行うことができる。
【００５３】
［半導体基板の実施例２］
本発明に係る半導体基板の実施例２について、図１５〜図１８を参照して説明する。実施例２に係る半導体基板１は、厚さ３５０μｍ、外径４インチの円板状のＧａＡｓウェハであり、図１５に示すように、半導体基板１の周縁部の一部が直線となるよう切り欠かれてＯＦ１５が形成されている。
【００５４】
この半導体基板１は、外縁に沿った外縁部３１（図１５の２点鎖線の外側部分）を有し、この外縁部３１の内側部分３２（図１５の２点鎖線の内側部分）の内部には、実施例１に係る半導体基板１と同様に、ＯＦ１５と平行な方向に延びる複数本の切断起点領域９ａと、ＯＦ１５に垂直な方向に延びる複数本の切断起点領域９ｂとが形成されている。このように、内側部分３２の内部に切断起点領域９ａ，９ｂが格子状に形成されることで、内側部分３２は多数の矩形状の区画部３３に仕切られる。
【００５５】
半導体デバイスの製造工程においては、この区画部３３毎に機能素子が形成され、その後、切断起点領域９ａ，９ｂに沿って半導体基板１が切断されて、各区画部３３が個々の半導体チップに対応することとなる。
【００５６】
そして、図１６に示すように、多数の区画部３３のうち、外縁部３１側に位置する区画部３３の外縁部３１側の角部分３３ａにおいては、切断起点領域９ａと切断起点領域９ｂが交差して形成されている。すなわち、角部分３３ａにおいて、切断起点領域９ａは切断起点領域９ｂを超えて終端しており、切断起点領域９ｂは切断起点領域９ａを超えて終端している。なお、「多数の区画部３３のうち、外縁部３１側に位置する区画部３３」とは、換言すれば「多数の区画部３３のうち、外縁部３１に隣接して形成された区画部３３」ということもできる。
【００５７】
次に、実施例２に係る半導体基板１の製造方法について説明する。図１７に示すように、半導体基板１の内側部分３２と同等の形状を有する開口部３５が形成されたマスク３６を用意する。そして、内側部分３２が開口部３５から露出するように半導体基板１にマスク３６を重ねる。これにより、半導体基板１の外縁部３１がマスク３６で覆われることになる。
【００５８】
この状態で、例えば上述のレーザ加工装置１００を用いて、半導体基板１の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、半導体基板１の内部に多光子吸収による溶融処理領域を形成することで、半導体基板１のレーザ光入射面（すなわち、マスク３６の開口部３５から露出する半導体基板１の表面）から所定距離内側に切断起点領域９ａ，９ｂを形成する。
【００５９】
このとき、レーザ光の走査ラインとなる切断予定ライン５を、ＯＦ１５を基準として格子状に設定するが、各切断予定ライン５の始点５ａ及び終点５ｂをマスク３６上に位置させれば、半導体基板１の内側部分３２に対して確実に且つ同等の条件でレーザ光が照射されることになる。これにより、内側部分３２の内部に形成される溶融処理領域をいずれの場所でもほぼ同等の形成状態とすることができ、精密な切断起点領域９ａ，９ｂを形成することが可能になる。
【００６０】
なお、マスク３６を用いずに、半導体基板１の内側部分３２と外縁部３１との境界付近に各切断予定ライン５の始点５ａ及び終点５ｂを位置させて、各切断予定ライン５に沿ってレーザ光の照射を行うことにより、内側部分３２の内部に切断起点領域９ａ，９ｂを形成することも可能である。
【００６１】
以上説明したように、実施例２に係る半導体基板１によれば、実施例１に係る半導体基板１と同様の理由により、半導体デバイスの製造工程において、半導体基板１の表面に機能素子を形成することができ、且つ機能素子形成後における半導体基板１の切断による機能素子の破壊を防止することができる。
【００６２】
しかも、半導体基板１の内側部分３２の内部に切断起点領域９ａ，９ｂが形成され、外縁部３１には切断起点領域９ａ，９ｂが形成されていないことから、半導体基板１全体としての機械的強度が向上することになる。したがって、半導体基板１の搬送工程や機能素子形成のための加熱工程等において、半導体基板１が不測の下に切断されてしまうという事態を防止することができる。
【００６３】
また、外縁部３１側に位置する区画部３３の角部分３３ａにおいては、切断起点領域９ａ，９ｂが交差して形成されているため、角部分３３ａにおいても、当該区画部３３の他の部分と同様に切断起点領域９ａ，９ｂの形成が確実且つ良好なものとなる。したがって、半導体基板１を切断した際に当該区画部３３に対応する半導体チップにチッピングやクラッキングが発生するのを防止することができる。
【００６４】
また、図１８に示すように、切断起点領域９ａ，９ｂは半導体基板１の内部に収まり、外部には露出しないため、切断起点領域９ａ，９ｂを構成する溶融処理領域を形成する際にガスが発生するようなことも防止される。
【００６５】
さらに、切断起点領域９ａ，９ｂを構成する溶融処理領域が半導体基板１の内部に形成されていることで、不純物を捕獲するゲッタリング効果が期待され、半導体デバイスの製造工程において、重金属等の不純物をデバイス活性領域から取り除くことが可能になる。このことは、実施例１に係る半導体基板１についても同様である。
【００６６】
［半導体チップ、及び半導体デバイスの製造方法の実施例］
本発明に係る半導体チップ、及び半導体デバイスの製造方法の実施例について、図１９を参照して説明する。図１９は、実施例に係る半導体チップ２１の斜視図である。
【００６７】
実施例１に係る半導体チップ２１は、次に示すようにして形成されたものである。すなわち、上述した実施例１又は実施例２に係る半導体基板１を用い、半導体デバイスの製造工程において、半導体基板１の内部に形成された切断起点領域９ａ及び切断起点領域９ｂの位置をレーザマーク１９とＯＦ１５とに基づいて把握し、パターンニングにより半導体基板１の表面３に複数の機能素子２３を形成する。そして、プローブテスト等の検査工程を経た後に、レーザマーク１９とＯＦ１５とに基づいて切断起点領域９ａ及び切断起点領域９ｂに沿うよう半導体基板１の裏面１７にナイフエッジを当てて半導体基板１を切断し、半導体チップ２１を得る。
【００６８】
このように形成された半導体チップ２１は、図１９に示すように、その周縁部が切断面２５により囲まれており、半導体チップ２１の端面のうち切断面２５に切断起点領域９ａ又は切断起点領域９ｂを有している。切断起点領域９ａ及び切断起点領域９ｂは共に、溶融処理領域でもって形成されているため、半導体チップ２１は、切断面２５に溶融処理領域を有していることになる。
【００６９】
以上説明したように、実施例に係る半導体チップ２１によれば、溶融処理領域により切断面２５が保護されるため、切断面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できる。また、半導体チップ２１の周縁部が切断面２５により囲まれているため、半導体チップ２１の周縁部が溶融処理領域により囲まれることとなり、これにより、半導体チップ２１の抗折強度を向上させることができる。
【００７０】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【００７１】
上記実施形態では、半導体基板の内部に形成された切断起点領域の位置を識別するための識別マークとして、半導体基板の表面にレーザマーク及びＯＦを設けたが、例えば、レーザマークを複数設けたり、或いはラインを引いたり等、種々の方法で半導体基板の表面に識別マークを設けることができる。
【００７２】
また、上記実施形態は、切断起点領域が半導体基板の内部に格子状に形成された場合であったが、切断起点領域はレーザ加工により形成されるため、任意の形状のラインに沿って切断起点領域を形成することができる。
【００７３】
さらに、上記実施形態の半導体チップは、周縁部が切断面で囲まれたものであったが、周縁部の一部のみが切断面であっても、溶融処理領域により切断面におけるチッピングやクラッキングの発生が防止され、半導体チップの抗折強度が向上することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【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半導体基板の平面図である。
【図２】図１に示す半導体基板の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半導体基板の平面図である。
【図４】図３に示す半導体基板のIV−IV線に沿った断面図である。
【図５】図３に示す半導体基板の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半導体基板の平面図である。
【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８】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９】本実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。
【図１０】実施例１に係る半導体基板の斜視図である。
【図１１】図１０に示す半導体基板のXI−XI線に沿った断面図である。
【図１２】図１０に示す半導体基板のXII−XII線に沿った断面図である。
【図１３】図１０に示す半導体基板の表面に設けられたレーザマークの写真を表した図である。
【図１４】実施例１に係る半導体基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１５】実施例２に係る半導体基板の平面図である。
【図１６】図１５に示す半導体基板の要部拡大図である。
【図１７】図１５に示す半導体基板の製造方法を説明するための平面図である。
【図１８】図１５に示す半導体基板のXVIII−XVIII線に沿った断面図である。
【図１９】実施例に係る半導体チップの斜視図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…半導体基板、５…切断予定ライン、７…改質領域、１３…溶融処理領域、１００…レーザ加工装置、１０１…レーザ光源、１０５…集光用レンズ、１０７…載置台、１１５…ステージ制御部（制御部）、１１６…赤外透過照明、１２１…撮像素子、１２７…全体制御部（制御部）、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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