(57)【要約】【課題】得られる半導体素子の形状や寸法を高精度で制御することができる半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】サファイア基板の上に半導体積層体が形成されたウェハを準備し、前記サファイア基板内にレーザ光を照射することにより前記サファイア基板内に亀裂を生じさせ、前記亀裂を起点として前記ウェハを分割することを含む半導体素子の製造方法であって、前記レーザ光を照射する際に、第１走査として、第１の深さ及び第１のパルスエネルギーでレーザ光を走査し、前記第１走査の後に、第２走査として、前記第１走査によって生じる改質領域の範囲内である第２の深さ及び前記第１のパルスエネルギーよりも大きな第２のパルスエネルギーでレーザ光を走査する半導体素子の製造方法。【選択図】図４Ｂ
2018142702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板の上に半導体積層体が形成されたウェハを準備し、
前記サファイア基板内にレーザ光を照射することにより前記サファイア基板内に亀裂を生じさせ、
前記亀裂を起点として前記ウェハを分割することを含む半導体素子の製造方法であって、
前記レーザ光を照射する際に、
第１走査として、第１の深さ及び第１のパルスエネルギーでレーザ光を走査し、
前記第１走査の後に、第２走査として、前記第１走査によって生じる改質領域に沿って、前記第１走査によって生じる改質領域の範囲内である第２の深さ及び前記第１のパルスエネルギーよりも大きな第２のパルスエネルギーでレーザ光を走査する半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２のパルスエネルギーを、前記第１のパルスエネルギーの１１０〜３００％とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１走査及び前記第２走査は、前記サファイア基板を構成するサファイアのａ軸方向又はｍ軸方向に沿って行う走査である請求項１又は２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１走査は、前記ａ軸方向に沿って第１のスポット間隔で行う第１ａ軸方向走査であり、
前記第２走査は、前記ａ軸方向に沿って前記第１のスポット間隔よりも小さな第２のスポット間隔で行う第２ａ軸方向走査である請求項３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記第２のスポット間隔を、前記第１のスポット間隔の２０〜８０％とする請求項４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記レーザ光を照射する際に、さらに、
第１ｍ軸方向走査として、前記ｍ軸方向に沿って、第３の深さ、第３のスポット間隔及び第３のパルスエネルギーでレーザ光を走査し、
前記第１ｍ軸方向走査の後に、第２ｍ軸方向走査として、前記ｍ軸方向に沿って、前記第１ｍ軸方向走査によって生じる改質領域の範囲内である第４の深さ、第４のスポット間隔及び前記第３のパルスエネルギーよりも大きな第４のパルスエネルギーでレーザ光を走査する請求項４又は５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記第４のスポット間隔は、前記第３のスポット間隔よりも大きい請求項６に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記第３のスポット間隔は、前記第１のスポット間隔よりも小さい請求項６又は７に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１ａ軸方向走査を、前記ウェハの一端から他端まで行った後、連続して、前記他端から前記一端まで前記第２ａ軸方向走査を行い、且つ、
前記第１ｍ軸方向走査を、前記ウェハの一端から他端まで行った後、連続して、前記他端から前記一端まで前記第２ｍ軸方向走査を行う請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第２ａ軸方向走査を、前記第１ａ軸方向走査を行ってから１０秒以内に行い、且つ、
前記第２ｍ軸方向走査を、前記第１ｍ軸方向走査を行ってから１０秒以内に行う請求項６〜９のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１ａ軸方向走査、第２ａ軸方向走査、第１ｍ軸方向走査及び第２ｍ軸方向走査の走査速度を、それぞれ、前記ウェハの直径を１０秒以内で往復可能な速度とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第４のスポット間隔を、前記第３のスポット間隔の１１０〜３００％とする請求項６〜１１のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第４のパルスエネルギーを、前記第３のパルスエネルギーの１１０〜３００％とする請求項６〜１２のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第２のパルスエネルギーは、前記第４のパルスエネルギーよりも小さく、
前記第２のスポット間隔は、前記第４のスポット間隔よりも小さい請求項６〜１３のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１のパルスエネルギー、第２のパルスエネルギー、第３のパルスエネルギー及び第４のパルスエネルギーを、それぞれ、０．６〜１０μＪとする請求項６〜１４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第１ａ軸方向走査、第２ａ軸方向走査、第１ｍ軸方向走査及び第２ｍ軸方向走査における前記レーザ光のパルス幅を、１００ｆｓｅｃ〜１０ｐｓｅｃとする請求項６〜１５のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイア基板の上に半導体層をエピタキシャル成長させたウェハを個片化することによって作製される半導体素子が知られている。近年、ウェハを個片化する手段としては、基板内部にレーザ光を集光させて、改質領域を形成し、これから伸展する亀裂を起点としてウェハを分割するレーザスクライブが主流となっている。
サファイア基板の膜厚が厚いなどの場合には、改質領域を形成するためのレーザの走査回数が１回のみでは十分に割断できない場合がある。この場合は、レーザ光の集光の深さを変えてレーザの走査を複数回行い、改質領域を複数列設ける方法が提案されている（特許文献１及び２等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９８４６５号公報
【特許文献２】特開２００２−２０５１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの方法では、改質領域での内部応力の発生により伸展する亀裂によってウェハを分割している。例えば、サファイア基板で、発生する内部応力が過剰であると、亀裂は伸展する途中で蛇行や枝分かれをすることがある。この場合、分割して得られる半導体素子に割れ、欠け等が発生する。例えば、このような割れや欠けが電極にまで届いた半導体素子は不良品であると判断される。
また、亀裂が蛇行や枝分かれをすると、分割して得られる半導体素子の側面が粗面となる。これにより、半導体素子は、平面視において、改質領域が形成された位置を基準としたとき、その外縁の一部が突出している又は凹んだ形状となる。例えば、ディスプレイのバックライト等に用いられるサイドビュー型パッケージは、半導体素子を収納するパッケージの側壁間の距離を半導体素子の幅よりもわずかに大きい程度とすることで小型化を図っている。この場合、半導体素子の側面の一部が突出していると、その突出部がパッケージの側壁に当たり、半導体素子のパッケージへの実装が困難となることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、以下の発明を含む。
サファイア基板の上に半導体積層体が形成されたウェハを準備し、
前記サファイア基板内にレーザ光を照射することにより前記サファイア基板内に亀裂を生じさせ、
前記亀裂を起点として前記ウェハを分割することを含む半導体素子の製造方法であって、
前記レーザ光を照射する際に、
第１走査として、第１の深さ及び第１のパルスエネルギーでレーザ光を走査し、
前記第１走査の後に、第２走査として、前記第１走査によって生じる改質領域に沿って、前記第１走査によって生じる改質領域の範囲内である第２の深さ及び前記第１のパルスエネルギーよりも大きな第２のパルスエネルギーでレーザ光を走査する半導体素子の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、得られる半導体素子の形状や寸法を高精度で制御することができる半導体素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態の半導体素子の製造方法に使用するウェハの平面模式図である。
【図２】図１のウェハの分割線を示す平面模式図である。
【図３】図１のウェハの一部となる一半導体素子の概略断面図である。
【図４Ａ】第１走査を説明するためのサファイア基板の断面模式図である。
【図４Ｂ】第２走査を説明するためのサファイア基板の断面模式図である。
【図５Ａ】第３走査を説明するためのサファイア基板の断面模式図である。
【図５Ｂ】第４走査を説明するためのサファイア基板の断面模式図である。
【図６】分割後のサファイア基板の側面の一部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための方法を例示するものであって、本発明を以下の実施形態に特定するものではない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
【０００９】
〔半導体素子の製造方法〕
一実施形態の半導体素子の製造方法は、
サファイア基板の上に半導体積層体が形成されたウェハを準備し、
サファイア基板内にレーザ光を照射することにより前記サファイア基板内に亀裂を生じさせ、
亀裂を起点として前記ウェハを個片化することを含む。
この製造方法において、レーザ光を照射する際に、第１走査として、第１の深さ及び第１のパルスエネルギーでレーザ光を走査し、第１走査の後の第２走査として、第１走査によって生じる改質領域に沿って、その改質領域の範囲内である第２の深さ及び第１のパルスエネルギーよりも大きな第２のパルスエネルギーでレーザ光を走査する。
【００１０】
パルスエネルギーが大きいほど亀裂を伸展させ易いが、一方で、パルスエネルギーが大きくなるほど亀裂の蛇行や枝分かれが発生しやすい。これは、レーザ光照射の１ショットで生じる亀裂は完全に左右対称ではなく偏りがあり、その偏りは、パルスエネルギーが大きくなるほど顕著になるためである。このように亀裂に偏りが生じるのは、光学部品の形状や光軸等が理想値から若干ずれ、これによりレーザスポットに偏りが生じることが一因であると考えられる。また、その偏り方にはレーザスクライブ装置間で個体差がある。パルスエネルギーを小さくするほど１ショット当たりの亀裂が小さくなるので、亀裂の偏りの影響は小さくなる。したがって、亀裂の蛇行や枝分かれが生じ難い。しかし一方で、パルスエネルギーが小さいほど亀裂の伸展力は弱くなる。亀裂が十分に伸展しなければ、サファイア基板のような厚膜の部材を分割することは困難である。
【００１１】
そこでこれらを組み合わせる、つまり、まずパルスエネルギーの小さな第１走査を行い、そして、第１走査によって生じる改質領域の範囲内を焦点位置としてパルスエネルギーの大きな第２走査を行う。複数回の走査を重ねる場合、先の走査による亀裂の伸展方向が、後の走査による亀裂の伸展方向に影響を与える。第１走査の後に第２走査を行えば、第２走査による亀裂の伸展方向を第１走査による亀裂の伸展方向に沿うものとすることができる。したがって、第１走査及び第２走査を行うことにより、第１走査による亀裂とほぼ同等の、蛇行や枝分かれが生じ難い亀裂を、第１走査のみの場合よりも広範囲に伸展させることができる。これにより、得られる半導体素子の形状や寸法を高精度で制御することが可能となる。このため、歩留まりよく半導体素子を製造することができる。
【００１２】
（ウェハの準備）
まず、図１〜３に示すように、サファイア基板５の上に半導体積層体６が設けられたウェハ１００を準備する。
サファイア基板５は、例えば、厚みが５０μｍ〜２ｍｍが挙げられ、５０μｍ〜１ｍｍ程度が好ましく、５０μｍ〜３００μｍがより好ましい。サファイア基板５は、Ｃ面を主面とする基板であることが好ましい。この場合、オリフラ面ＯＦは、Ａ面（１１−２０）とすることができる。
サファイア基板５は、その表面に複数の凸又は凹を有するものであってもよい。このような基板は、例えば、特許第５２６７４６２号に記載された基板が挙げられる。
サファイア基板５は、その表面にオフ角を有するものであってもよい。オフ角としては、例えば、１°以内であるものが好ましい。
【００１３】
半導体積層体６は、例えば、サファイア基板５側から順に、ｎ側半導体層６１、発光層６２及びｐ側半導体層６３を有する。ｎ側半導体層６１及びｐ側半導体層６３は、それぞれ、通常、複数のｎ型半導体層及びｐ型半導体層からなるが、一部にアンドープの層を有していてもよい。発光層６２は、例えば、多重量子井戸構造または単一量子井戸構造を有する。半導体積層体６は、サファイア基板５上にエピタキシャル成長により形成することができる。半導体積層体を構成する材料としては、窒化物半導体、例えば、一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が挙げられる。発光層６２が発する光の中心波長は、例えば、３６０ｎｍ〜６５０ｎｍとすることができる。
【００１４】
半導体積層体６の一面側には、ｎ電極３及びｐ電極４を形成することができる。ｎ電極３はｎ側半導体層６１と接続されており、ｐ電極４はｐ側半導体層６３と接続されている。ｐ電極４は、例えば、ｐ側半導体層６３と接触する透光性導電層４Ａと、その上に設けられたパッド電極４Ｂとを有する。ｎ電極３も同様に、透光性導電層３Ａとパッド電極３Ｂとを有してよい。ｎ電極３は、サファイア基板５上にｎ側半導体層６１、発光層６２及びｐ側半導体層６３を形成した後、発光層６２およびｐ側半導体層６３を部分的に除去し、これによって露出したｎ側半導体層６１の表面に形成する。半導体積層体６には、さらに、パッド電極３Ｂ、４Ｂの所定の領域を開口した絶縁性の保護膜７を形成することが好ましい。
【００１５】
（レーザ光の照射：第１走査及び第２走査）
サファイア基板５内にレーザ光を照射する際、第１走査及び第２走査の２回の走査を、この順に行う。第２走査は、第１走査によって生じる改質領域に沿って行う。なお、「改質領域に沿って」とは、上面視で、第１走査による改質領域に重ねることを指す。すなわち、上面視で、第１走査の軌跡と第２走査の軌跡は実質的に重なっている。
【００１６】
第１走査及び第２走査は、例えば、サファイア基板５を構成するサファイアのａ軸方向に沿った方向に行う。この場合、後述する第３走査及び第４走査をｍ軸方向走査とする。オリフラ面ＯＦがＡ面である場合は、ａ軸方向とは、図２に示すように、オリフラ面ＯＦに対して垂直な方向であり、図２におけるＸ方向を指す。なお、第１走査及び第２走査をｍ軸方向走査とし、第３走査及び第４走査をａ軸方向走査としてもよい。
【００１７】
まず、図４Ａに示すように、サファイア基板５の半導体積層体６が形成されていない裏面５２側からサファイア基板５に向かってレーザ光ＬＢ１を照射し、例えば、Ｘ方向に、第１走査を行う。第１走査は、レーザ光ＬＢ１の焦点位置を、サファイア基板５の内部、つまり、サファイア基板５の表面５１又は裏面５２側から第１の深さＤ１に設定して、第１のパルスエネルギーで行う。
図４Ａにおいて、焦点位置にレーザ光ＬＢ１を集光したレーザスポット２１を示す。図４Ａにおいて、レーザ光ＬＢ１が集光されている箇所以外のレーザスポット２１はすでに照射が完了している。図４Ｂ、５Ａ、５Ｂにおいても同様である。このように、本明細書中では照射中のレーザスポット２１と照射完了したレーザスポット２１とを区別せずに使う場合がある。
【００１８】
照射されたレーザ光ＬＢ１のエネルギーにより電子が複数の光子を吸収する多光子吸収が生じ、励起された電子から格子にエネルギーが伝導される事で熱エネルギーとなり(すなわち格子振動により熱が発生し)、集光部周辺で熱影響が生じることで内部応力が発生する。これにより、まず、レーザスポット２１に対応する位置に空隙（ボイド）が生じる。そして、空隙の周囲に初期亀裂が生じる。隣接する空隙の周囲の初期亀裂は互いに繋がり、その結果、レーザ光ＬＢ１の走査方向に沿って帯状に伸びる改質領域が形成される。改質領域を起点として、亀裂はさらに伸展していく。
レーザ光ＬＢ１の走査は、裏面５２とほぼ平行な方向に行う。すなわち、レーザ光ＬＢ１のすべてのレーザスポット２１が裏面５２と実質的に平行な直線状に並ぶように行う。
【００１９】
第１深さＤ１及び第１のパルスエネルギーは、ウェハ１００におけるサファイア基板５の厚みによって適宜調整することができる。第１走査の焦点位置は、レーザ光ＬＢ１を入射する側の面寄りとすることが好ましい。これにより、亀裂が裏面５２に到達した時点ではまだ亀裂は表面５１に到達していないので、その後も亀裂は表面５１に向かって伸展を続ける。この伸展を第２走査によって促進することができる。例えば、第１深さＤ１は、サファイア基板５の厚みの半分以下とし、具体的にはサファイア基板５の裏面から１５０μｍまでの間が挙げられ、１０μｍ〜３０μｍの間が好ましい。第１のパルスエネルギーは、０．６μＪ〜１０μＪが挙げられ、０．６μＪ〜５μＪが好ましく、０．６μＪ〜２μＪがより好ましい。これにより、ガイドとして利用可能な程度に伸展し且つ蛇行や枝分かれの生じ難い亀裂を生じさせることができる。
【００２０】
レーザ光ＬＢ１としては、フェムト秒レーザ、ピコ秒レーザなどのパルスレーザ光を用いることが好ましい。パルスレーザ光のパルス幅としては、１００ｆｓｅｃ〜１０ｐｓｅｃが挙げられる。また、レーザ光ＬＢ１の波長としてはサファイア基板５を透過可能な波長が選択される。例えば、９００ｎｍ〜１１００ｎｍが挙げられる。サファイア基板５を透過可能な波長のレーザとしては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、チタンサファイアレーザ、ＫＧＷレーザ等が挙げられる。第１走査を行う場合のレーザ光ＬＢ１のレーザスポット２１のＸ方向の長さであるスポット径は、１〜１０μｍが挙げられる。例えば、スポット径１．５μｍ、波長１０４５ｎｍ、パルス幅１ｐｓｅｃのレーザを用いる。
このような第１走査によって、サファイア基板５の面方向に比較的真っ直ぐな亀裂を生じさせることができる。
【００２１】
次いで、図４Ｂに示すように、第１走査の後に、第１走査によって生じる改質領域に沿って、例えばＸ方向に第２走査を行う。第２走査では、第１走査と同じ部分を走査するようにレーザ光ＬＢ２をサファイア基板５の内部に照射する。同じ部分とは、ウェハ１００の平面視において同じであることを指す。図４Ｂに示すレーザスポット２１とレーザスポット２２は図中で区別するためにサイズを異ならせているが、これらのサイズはパルスエネルギーの大小を表すものではない。
第２走査は、第１走査によって生じる改質領域の範囲内である第２の深さＤ２及び第１のパルスエネルギーよりも大きな第２のパルスエネルギーでレーザ光を走査する。
【００２２】
第２の深さＤ２は、サファイア基板５の厚みの半分以下とし、具体的には裏面５２から１５０μｍまでの間が挙げられ、１０μｍ〜３０μｍの間が好ましい。第２走査で照射するレーザ光ＬＢ２のレーザスポット２２を、第１走査によって生じる改質領域の範囲内とすることにより、第２走査による亀裂が第１走査による亀裂から分離し、枝分かれした亀裂となる可能性を低減することができる。これにより、改質領域を半導体素子の１つの側面に１つのみとすることができる。
【００２３】
第１走査及び第２走査のそれぞれにおいて改質領域が形成され得る領域をほぼ重ねることにより、改質領域が生じる範囲を一方の走査のみの場合とほぼ同等とすることができる。これにより、分割により得られる半導体素子がＬＥＤである場合に、改質領域に起因する光出力の低下を軽減することができる。例えば、改質領域の面積が大きいほど、サファイア基板５の側面から光が出やすくなり、相対的に半導体素子の主面から光がでにくくなる。改質領域の面積の増大を軽減することで、相対的に半導体素子の主面から光を出やすくすることができるので、半導体素子の側面から出る光が外部に取り出されにくい実装形態において特に有利である。このような実装形態としては、サイドビュー型のパッケージに実装する場合、半導体素子の側面を遮光部材で覆う場合等が挙げられる。
【００２４】
第２の深さＤ２は、第１の深さＤ１と同じとすることが好ましい。これにより、第２走査による亀裂が第１走査による亀裂から分離し、枝分かれした亀裂となる可能性をより低減することができる。
第２のパルスエネルギーは、第１のパルスエネルギーの１１０％〜３００％とすることが好ましい。第２のパルスエネルギーを例えば第１のパルスエネルギーの４倍程度とすると、第２のパルスエネルギーが第１のパルスエネルギーの２倍弱である場合よりも大きくなった。第１のパルスエネルギーを大きくして第２パルスエネルギーとの差を小さくすれば、面粗さを小さくすることができた。このため、第２のパルスエネルギーは第１のパルスエネルギーの３００％以下とすることが好ましい。これにより、第１のパルスエネルギーを亀裂の蛇行等が生じ難い程度に小さく、且つ、第２のパルスエネルギーを亀裂の伸展促進が可能である程度に大きくすることができる。第２のパルスエネルギーは、具体的には、０．６６μＪ〜３０μＪが挙げられ、０．６６μＪ〜１５μＪが好ましく、０．６６μＪ〜６μＪがより好ましい。パルスエネルギーが大きいほど半導体積層体６の損傷の可能性が上昇するため、第２のパルスエネルギーは６μＪ以下が好ましい。
【００２５】
サファイア基板５が厚いほど亀裂の伸展範囲を広くする必要があるため第２のパルスエネルギーを大きくすることが好ましいが、一方でパルスエネルギーを大きくすると亀裂に蛇行等が生じやすい。したがって、サファイア基板５が厚い場合は、第１走査及び第２走査を行った後、第１のパルスエネルギーよりも大きなパルスエネルギーで追加走査を行うことが好ましい。このような追加走査により、亀裂の伸展範囲を拡大することができる。追加走査の深さは、第１走査及び第２走査によって生じる改質領域の範囲内とすることが好ましい。これにより、追加走査による亀裂が第１及び第２走査による亀裂から分離し、枝分かれした亀裂となる可能性を低減することができる。このような追加走査は複数回行ってもよい。
【００２６】
サファイア基板５が厚膜であるほど亀裂が伸展し難くなる傾向がある。このため、追加走査を必要とする程度に厚膜である場合は、追加走査のパルスエネルギーも第２のパルスエネルギーも、第１走査及び第２走査のみで足りる場合の第２のパルスエネルギーよりも大きくすることが好ましい。上述のとおり、第２のパルスエネルギーは第１のパルスエネルギーの３００％以下とすることが好ましい。追加走査のパルスエネルギーについても、第２のパルスエネルギーと同様の範囲から選択することが好ましい。これにより、厚膜のサファイア基板５を有するウェハであっても割断することができ、且つ、得られる半導体素子の側面の面粗さを小さくすることができる。例えば、厚み２５０μｍのサファイア基板５を有するウェハ１００は、１．４μＪの第１走査と、４．２μＪの第２走査と、４回の４．２μＪの追加走査とを、すべて同じ深さで、この順で行うことで割断することができた。同様のウェハ１００は、０．８μＪの第１走査と、１．４μＪの第２走査と、２．１μＪの追加走査と、２．８μＪの追加走査と、３．５μＪの追加走査と、４．２μＪの追加走査とを、すべて同じ深さで、この順で行うことによっても割断可能であった。このように、後で行う走査ほどパルスエネルギーを増大させてもよい。
用いるレーザ光のパルス幅や波長が変わると亀裂の伸展の程度も変化するため、第２走査のレーザ光ＬＢ２は、第１走査と同じパルス幅、同じ波長等を用いることが好ましい。
【００２７】
これらの第１走査及び第２走査は、連続して行うことが好ましい。つまり、第１走査をウェハ１００の一端から他端まで行った後、連続して、第２走査を、その他端から一端まで行うことが好ましい。また、第２走査を、第１走査を行ってから１０秒以内に行うことが好ましい。そのために、第１走査及び第２走査を、それぞれ、ウェハ１００の直径を１０秒以内で往復可能な走査速度に設定することが好ましい。走査速度は、レーザ光出射部とウェハ１００の相対速度を指す速度である。したがって、ここでの走査速度は、レーザ光出射部が固定でウェハ１００を移動すること、レーザ光出射部が移動でウェハ１００を固定すること、レーザ光出射部もウェハ１００も移動することのいずれも包含される。
【００２８】
図２に示すように、ウェハ１００を分割するためのレーザスクライブは第１の方向Ｘと第２の方向Ｙにそれぞれ複数回行う。
例えば、第１走査を複数の分割基準線８Ｘすべてを形成するように行い、その後に第２走査を開始すると、第１走査と同じ部分に第２走査が重なるまでの経過時間が非常に長くなる。そこで、１つの第１走査と１つの第２走査とを連続して行う。例えば、第１走査を１つの分割基準線８Ｘを形成するように行い、折り返して、第２走査を同じ分割基準線８Ｘ上に行う。このような往復走査によって、第１走査から第２走査までの経過時間を短縮することができる。また、同様の理由から、例えば、第２走査は、第１走査を行ってから１０秒以内に行うことが好ましい。
【００２９】
一方で、第１走査による亀裂が十分に広がる前に第２走査を行うと、第１走査の亀裂によるガイド効果が得られ難いと考えられる。したがって、より十分な割断性を得るためには、第１走査と第２走査を同時に行うよりも、上述の往復走査のような第１走査と第２走査の間に時間経過がある走査手法が好ましい。このようなことから、第２走査は、第１走査を行ってから０．１秒以上経過後に行うことが好ましい。
【００３０】
第１走査は、サファイアのａ軸方向に沿って第１のスポット間隔Ｗ１で行う第１ａ軸方向走査とし、第２走査は、サファイアのａ軸方向に沿って前記第１のスポット間隔Ｗ１よりも小さな第２のスポット間隔Ｗ２で行う第２ａ軸方向走査とすることが好ましい。上述のとおり、レーザスポット２１に対応する位置を最初の起点として初期亀裂を含む亀裂が伸展するが、このとき、亀裂はａ軸方向に伸展し易い。ただし、ａ軸方向はＣ面側から視て６０°ずつ異なる三方向が存在するため、第１のスポット間隔Ｗ１を小さくしすぎると、３種のａ軸方向のうち走査方向ではなくそれ以外の方向に伸びた亀裂同士が繋がることがある。このため、第１のスポット間隔Ｗ１は、走査方向に伸びた亀裂同士が繋がる程度に大きくすることが好ましい。一方、第２ａ軸方向走査は亀裂の延伸促進が目的であり、この目的のためには第２のスポット間隔Ｗ２は大きすぎないことが好ましい。したがって、第１のスポット間隔Ｗ１よりも第２のスポット間隔Ｗ２を小さくすることが好ましい。これにより、ａ軸方向において精度よくウェハ１００を分割することができる。具体的には、第２のスポット間隔Ｗ２は、第１のスポット間隔Ｗ１の２０％〜８０％とすることが好ましい。第１のスポット間隔Ｗ１は、例えば、５μｍ〜１５μｍが挙げられ、６μｍ〜１０μｍが好ましい。第２のスポット間隔Ｗ２は、例えば、１μｍ〜１０μｍが挙げられ、２μｍ〜６μｍが好ましい。なお、スポット間隔とは、隣接するレーザスポットの中心同士を結ぶ最短距離を指す。スポット間隔は、照射するレーザ光のパルス間隔やウェハ１００の送り速度などによって調整することができる。
【００３１】
（レーザ光の照射：第３走査及び第４走査）
サファイア基板５内にレーザ光を照射する際、さらに、第３走査及び第４走査の２回の操作を、互いに同じ方向に又は逆方向に、かつ、第１走査及び第２走査とは異なる方向に、この順に行う。第３お走査及び第４走査を互いに同じ方向に又は逆方向に行うとは、つまり、第４走査を第３走査によって生じる改質領域に沿って行うことを指す。
第３走査及び第４走査は、例えば、サファイア基板５を構成するサファイアのｍ軸方向に沿った方向に行う。オリフラ面ＯＦがＡ面である場合は、ｍ軸方向とは、図２に示すようにオリフラ面ＯＦに対して平行な方向であり、つまり図２におけるＹ方向を指す。
【００３２】
まず、図５Ａに示すように、サファイア基板５の半導体積層体６が形成されていない裏面５２側からサファイア基板５に向かってレーザ光ＬＢ３を照射し、例えば、Ｙ方向に、第３走査Ｄ３を行う。第３走査は、レーザ光ＬＢ３を、サファイア基板５の表面５１又は裏面５２側から第３の深さＤ３に設定して、第３のパルスエネルギーで行う。この走査によってサファイア基板５内に改質領域が生じる。
レーザ光ＬＢ３の走査は、裏面５２とほぼ平行な方向に行う。すなわち、レーザ光ＬＢ３のすべてのレーザスポット２３が裏面５２と平行な直線状に配置されるように行う。
第３の深さＤ３、第３のパルスエネルギー、レーザ光ＬＢ３などの第３走査における諸条件は、第１走査と同様のものを採用することができる。
このような第３走査によって、第１走査と同様に、サファイア基板５の面方向に比較的真っ直ぐな亀裂を生じさせることができる。
【００３３】
次いで、図５Ｂに示すように、第３走査の後に、Ｙ方向に第４走査を行う。第４走査では、第３走査と同じ部分を走査するようにレーザ光ＬＢ４をサファイア基板５の内部に照射する。
第４走査は、第３走査によって生じる改質領域の範囲内である第４の深さ及び第３のパルスエネルギーよりも大きな第４のパルスエネルギーでレーザ光を走査する。
第３走査の諸条件に対する第４走査の諸条件の関係は、第１走査の諸条件に対する第２走査の諸条件の関係と同様のものを採用することができる。また、第４の深さＤ４、第４のパルスエネルギー、レーザ光ＬＢ４などの第４走査における諸条件は、第２走査と同様のものを採用することができる。また、第１走査及び第２走査と同様に、追加走査を行ってもよい。
【００３４】
第３走査及び第４走査の第３の深さＤ３及び第４の深さＤ４は、第１の深さＤ１及び第２の深さＤ２と異なっていてもよいが、例えば実質的に同じとする。
【００３５】
第４走査において、第３走査での改質領域内に達する深さで、第３走査よりも大きなパルスエネルギーでレーザ光を照射することにより、生じた亀裂の伸展を促進させることができる。つまり、第３走査のみの場合の亀裂と同様の直進性で、第３走査のみの場合よりも広範囲に亀裂を伸展させることができる。
【００３６】
また、上述したように、第３走査及び第４走査はほぼ同等の深さでレーザ光を照射すれば、各走査のレーザスポット２３、２４の半導体積層体６からの距離は実質的に等しい。これにより、改質領域のサファイア基板５の厚み方向における幅を第３走査のみの場合とほぼ同等とすることができる。これにより、分割により得られる半導体素子がＬＥＤである場合に、改質領域に起因する光出力の低下を軽減することができる。
【００３７】
これらの第３走査及び第４走査は、連続して行うことが好ましい。つまり、第３走査をウェハ１００の一端から他端まで行った後、連続して、第４走査を、その他端から一端まで行うことが好ましい。また、第４走査を、第３走査を行ってから１０秒以内に行うことが好ましい。そのために、第３走査及び第４走査を、それぞれ、ウェハ１００の直径を１０秒以内で往復可能な走査速度に設定することが好ましい。これにより、第１走査及び第２走査について述べたように、それぞれの改質領域をより一体化させやすいと考えられる。また、第４走査は、第３走査を行ってから０．１秒以上経過後に行うことが好ましい。これにより、第１走査及び第２走査について述べたように、亀裂の伸展をより促進することができる。
【００３８】
第１走査が第１ａ軸方向走査であり、第２走査が第２ａ軸方向走査である場合に、第３走査は、サファイアのｍ軸方向に沿って第３のスポット間隔Ｗ３で行う第３ｍ軸方向走査とし、第４走査は、サファイアのｍ軸方向に沿って第４のスポット間隔Ｗ４で行う第４ｍ軸方向走査とすることが好ましい。亀裂はｍ軸方向よりも該方向に対して３０°で交わるａ軸方向に伸展し易い。このため、レーザスポット２３間は、走査方向に伸展した亀裂ではなく、レーザスポット２３からそれぞれａ軸方向に伸展した亀裂によって繋がれる傾向がある。このような第３ｍ軸方向走査では第３のスポット間隔Ｗ３を大きくするほど平面視における亀裂の蛇行が大きくなるため、第３のスポット間隔Ｗ３は小さいことが好ましい。一方、第４ｍ軸方向走査は亀裂の伸展促進が目的であるので、第４のスポット間隔Ｗ４は第３のスポット間隔Ｗ３ほど小さくなくてよい。したがって、第３のスポット間隔Ｗ３よりも第４のスポット間隔Ｗ４を大きくすることが好ましい。これにより、ｍ軸方向において精度よくウェハ１００を分割することができる。具体的には、第４のスポット間隔Ｗ４は、第３のスポット間隔Ｗ３の１１０％〜３００％とすることが好ましい。第４のスポット間隔は、例えば、２μｍ〜６μｍが挙げられ、３μｍ〜５μｍが好ましい。第３のスポット間隔は、例えば、０．４μｍ〜４．８μｍが挙げられ、０．６μｍ〜４μｍが好ましい。
【００３９】
平面視において亀裂を直進させ易いパルスエネルギーは、ａ軸方向及びｍ軸方向でほぼ同じであるため、第３のスポット間隔Ｗ３を第１のスポット間隔Ｗ１よりも小さくすることが好ましい。これにより、第３のパルスエネルギーと第１のパルスエネルギーは同程度とすることができ、ａ軸方向及びｍ軸方向でそれぞれの走査方向とほぼ平行に走る亀裂を形成することができる。
また、ａ軸方向走査による亀裂の方が、ｍ軸方向走査による亀裂よりも、裏面５２に対して斜めに伸展する傾向が強い。このような斜め割れを考慮して、ａ軸方向走査を行う位置は割断したい位置とは異なる位置とすることが好ましい。この場合、隣接する半導体素子本体部、例えばＬＥＤであれば発光層がある部分からの最短距離は、ａ軸方向走査の焦点位置の方がｍ軸方向走査の焦点位置よりも小さくなる。このため、第２のパルスエネルギーは第４のパルスエネルギーよりも小さくすることが好ましい。そして、単にパルスエネルギーを小さくするだけでは亀裂の伸展促進の効果が弱まるため、第２のスポット間隔Ｗ２を第４のスポット間隔Ｗ４よりも小さくすることが好ましい。これにより、半導体素子本体部の損傷の可能性を低減することができ、且つ、亀裂の伸展促進の効果をａ軸方向走査とｍ軸方向走査とで同程度とすることができる。例えば、第２のパルスエネルギーを１．４μＪとし、第４のパルスエネルギーを１．５μＪとし、第２のスポット間隔Ｗ２を３μｍとし、第４のスポット間隔Ｗ４を４μｍとすることができる。
【００４０】
ａ軸方向走査を行った後で、それと交差するｍ軸方向走査を行うことにより、逆の順序で行う場合よりも、各走査による亀裂が交差する箇所が意図どおりの形状で分割され易い。この傾向は、サファイア基板５のレーザ光入射側とは反対側の面（例えば表面５１）から焦点位置が遠ざかるほど顕著になる。したがって、サファイア基板５が例えば厚み２００μｍ以上などの厚膜である場合に特に、ａ軸方向走査を行った後でｍ軸方向走査を行うことが好ましい。なお、このようにｍ軸方向走査を後で行う場合、逆の順序で行う場合よりもｍ軸方向走査による亀裂が伸展し難いため、逆の順序の場合よりもｍ軸方向走査のパルスエネルギーを大きくすることが好ましい。
【００４１】
（ウェハの分割）
第１走査及び第２走査によりウェハ１００にレーザ光を照射した後、ウェハ１００を、例えば、ａ軸方向に沿って分割する。
第１走査〜第４走査を行う場合は、第１走査〜第４走査によりウェハ１００にレーザ光を照射した後、ウェハ１００を、例えば、ａ軸方向及びｍ軸方向に沿って分割する。
分割は、例えば、押圧部材を押し当ててブレイクすることにより行うことができる。一度のブレイク工程により、ａ軸方向の分割とｍ軸方向の分割の両方を行うことができる。ブレイク工程では、各走査による亀裂がウェハ１００を完全に分断するほどには伸展していない場合に、押圧部材を押し当てることで亀裂をさらに伸展させることによりウェハ１００を完全に分断し、個片化する。例えば、後述する実施例１では、各走査による亀裂がサファイア基板５をほぼ完全に分断する程度に広がった状態でブレイク工程を行った。この場合、押圧部材による押圧は主に半導体積層体６を分断するために行われる。半導体積層体６の膜厚は例えば数μｍ程度であってサファイア基板５よりも薄いため、小さな圧力で個片化することができる。なお、亀裂が完全にウェハ１００を分断するまで伸展した場合は、押圧部材を押し当てるブレイク工程は行わなくてよい。
例えば、図２に示す分割基準線８Ｘ、８Ｙを用いて個片化される半導体素子は、平面視形状が矩形形状又は略矩形形状の半導体素子を製造することができる。
【００４２】
このように製造された半導体素子の側面は、例えば、図６に示したように、改質領域２５がサファイア基板５の裏面５２と実質的に平行に伸びる帯状に形成されている。上述のとおり改質領域２５は第１走査等のレーザスポットに対応する位置及びその近傍を繋ぐ帯状に形成される。例えば、焦点位置の裏面５２からの深さが１４μｍであれば、改質領域２５は、サファイア基板５の裏面５２から１５μｍの深さから３５μｍの深さに亘って形成されている。改質領域２５は微細な凹凸から構成されている。サファイア基板５の側面において、改質領域２５以外の領域は、改質領域２５よりも平坦であるか、または改質領域２５の微細な凹凸よりも１つずつの面積が大きな凹凸が形成されている。なお、図６における改質領域２５は、ウェハを分割する前の改質領域を約半分に割ったものであるので、正確に言えばウェハを分割する前の改質領域と同じものではないが、説明を容易にするため、本明細書では両者について改質領域という同じ用語を用いる。
上述のとおり、第１走査に第２走査を重ねること、また、第３走査に第４走査を重ねることにより、ウェハ１００の分割の精度を向上させることができる。これにより、得られる半導体素子の側面の、改質領域２５以外の領域の面粗さを低減することができる。また、半導体素子の側面を、裏面５２に対して垂直な面に近づけることができる。
【００４３】
半導体素子としてＬＥＤ等の半導体発光素子を用いる場合には、上述のとおり改質領域２５の幅の増大を抑制することで光出力の低下を軽減することができる。半導体素子の側面において、改質領域２５の幅は５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以下であることがより好ましい。改質領域２５の幅は、１０μｍ以上が挙げられ、１５μｍ以上でもよい。改質領域の幅とは、サファイア基板５の厚み方向における幅である。レーザスポット径は、レーザ光のパルスエネルギー及びパルス幅、レーザ光を集光するレンズの開口数（ＮＡ）及び焦点深度等によって調整することができる。
【００４４】
第１走査及び第２走査、任意に第３走査及び第４走査において、レーザ光はウェハ１００の半導体積層体６が配置された側とは反対の側（裏面５２側）から照射されることが好ましい。このようにレーザ光の出射部から集光位置までの経路上に半導体積層体６が存在しないことで、レーザ光による半導体積層体６の損傷発生の可能性を低減することができる。加えて、レーザ光の焦点位置は、サファイア基板５の表面５１よりも裏面５２に近い位置に設けることが好ましい。言い換えると、レーザ光の焦点位置から表面５１までの距離が裏面５２までの距離よりも大きいことが好ましい。このようにレーザ光の焦点位置を半導体積層体６から遠ざけることにより、レーザ光による半導体積層体６の損傷発生の可能性をより低減することができる。具体的には、裏面５２からサファイア基板５の厚みの１／５〜２／５程度の範囲内に改質領域２５が収まるように、レーザ光の焦点位置の深さを設定することが好ましい。
【００４５】
（実施例１）
実施例１に係る半導体素子として、ＬＥＤを形成した。まず、サファイア基板５の上面となるＣ面に、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等の窒化物半導体からなる半導体積層体６を積層したウェハ１００を準備した。サファイア基板５の膜厚は１５０μｍであった。
次いで、レーザスクライブを行った。
具体的には、サファイア基板５の裏面５２側、つまり半導体積層体６を設けた側とは反対の側から、サファイア基板５を構成するサファイアのｍ軸方向に沿って第１ｍ軸方向走査及びｍ軸方向に沿って第２ｍ軸方向走査のレーザ光の照射を連続して行った。用いたレーザ光は、パルス幅が１ｐｓｅｃ、波長が１０４５ｎｍである。このレーザ光を、ＮＡが０．８のレンズを使用してサファイア基板５の内部に集光した。
まず、ｍ軸方向走査を行い、次にａ軸方向走査を行った。実施例１では、ａ軸方向走査として、第１走査と、第１走査よりもパルスエネルギー大であり且つスポット間隔小である第２走査とを行った。以下にその条件を示す。なお、深さとはレーザスポットのサファイア基板５の裏面５２からの距離を指し、速度とはウェハの送り速度を指す。
2018142702.tif 000003
【００４６】
このようなａ軸方向の第１走査及び第２走査を行った後、ブレイク工程を行い、ｍ軸方向及びａ軸方向に沿って分割して、半導体素子を得た。
得られた半導体素子のａ軸に沿った分割面について、レーザ顕微鏡を用いて改質領域２５から裏面５２までの間の領域の凹凸測定を行い、これを元に表面粗さを算出したところ、算術平均粗さＲａが０．１８μｍ、十点平均高さＲｚが１．６３μｍであった。
【００４７】
（比較例１〜３）
比較例１及び２として、実施例１と同様のウェハを２枚用いて、ｍ軸方向走査とａ軸方向走査とを行った。ａ軸方向の第１走査及び第２走査は、それぞれ以下に示すとおり実施例１とは異なる条件で行った。下記条件から理解できるように、比較例１及び２は、第１走査及び第２走査のパルスエネルギー及びスポット間隔が同じである点で実施例１と異なる。比較例１はさらに、第１走査の焦点位置よりも第２走査の焦点位置の方が浅い点でも実施例１と異なる。そしてブレイク工程後、実施例１と同様にａ軸に沿った分割面の凹凸測定を行った。
2018142702.tif 000004
【００４８】
比較例１のａ軸に沿った分割面は、算術平均粗さＲａが１．０９μｍ、十点平均高さＲｚが４．９６μｍであった。
比較例２のａ軸に沿った分割面は、算術平均粗さＲａが０．８０μｍ、十点平均高さＲｚが４．１０μｍであった。
【００４９】
さらに、比較例３として、実施例１と同様のウェハを用いて、ｍ軸方向走査とａ軸方向走査とを行った。ａ軸方向の第１走査及び第２走査は以下に示すとおり実施例１とは異なる条件で行い、実施例１と同様にａ軸に沿った分割面を観察し、凹凸測定を行った。下記条件から理解できるように、比較例３では、実施例１の第１ａ軸方向走査と第２ａ軸方向走査とを逆の順序で行った。
2018142702.tif 000005
比較例３のａ軸に沿った分割面は、算術平均粗さＲａが０．８７μｍ、十点平均高さＲｚが４．０１μｍであった。
【００５０】
（実施例２）
実施例２として、サファイア基板５の膜厚が１２０μｍであること以外は実施例１と同様のウェハを用いて、ｍ軸方向の第１走査及び第２走査とａ軸方向の第１走査及び第２走査とを、それぞれ以下の条件で行った。ｍ軸方向走査とａ軸方向走査はそれぞれ、まず第１走査を行い、その後、折り返して同じ箇所に第２走査を行うという往復走査とした。各分割予定線における第１走査の始点から第２走査の終点までの経過時間は１秒以下とした。
2018142702.tif 000006
【００５１】
各走査を行った後、ブレイク工程を行う前に、サファイア基板５の裏面側から、第１ｍ軸方向走査及び第２ｍ軸方向走査を行った部分と第１ａ軸方向走査及び第２ａ軸方向走査を行った部分とをそれぞれ光学顕微鏡で観察した。
【００５２】
（比較例４、５）
比較例４及び５として、実施例２と同様のウェハを２枚用いて、第１ｍ軸方向走査及び第２ｍ軸方向走査と第１ａ軸方向走査及び第２ａ軸方向走査とを、それぞれ以下の条件で、それぞれのウェハに対して行った。下記条件から理解できるように、比較例４及び５は、ａ軸方向とｍ軸方向のそれぞれにおいて、第１走査及び第２走査のパルスエネルギー及びスポット間隔が同じである点で実施例２と異なる。比較例４はさらに、第１走査の焦点位置よりも第２走査の焦点位置の方が浅い点でも実施例２と異なる。
2018142702.tif 000007
【００５３】
比較例４及び５では、それぞれ、実施例２と同様に、ブレイク工程前のサファイア基板の裏面からの光学顕微鏡による観察を行った。その結果、比較例４及び５のｍ軸方向走査による亀裂とa軸方向走査による亀裂はそれぞれ、実施例２の各走査による亀裂よりも蛇行や枝分かれが多数発生していた。
【００５４】
これらの結果から、実施例１及び２の製造方法によれば、凹凸の小さい、平滑な分割面を有する半導体素子を得ることができることが確認された。
【符号の説明】
【００５５】
３    ｎ電極
３Ａ    透光性導電層
３Ｂ    パッド電極
４    ｐ電極
４Ａ    透光性導電層
４Ｂ    パッド電極
５    サファイア基板
６    半導体積層体
７    保護膜
８Ｘ、８Ｙ    分割基準線
２１、２２、２３、２４    レーザスポット
２５    改質領域
５１    表面
５２    裏面
６２    発光層
６１    ｎ側半導体層
６３    ｐ側半導体層
１００    ウェハ
Ｄ３    第３走査
ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３、ＬＢ４    レーザ光
ＯＦ    オリフラ面
Ｗ１    第１のスポット間隔
Ｗ２    第２のスポット間隔
Ｗ３    第３のスポット間隔
Ｗ４    第４のスポット間隔
Ｘ    第１の方向
Ｙ    第２の方向
【図１】
2018142702.tif 000008
【図２】
2018142702.tif 000009
【図３】
2018142702.tif 000010
【図４Ａ】
2018142702.tif 000011
【図４Ｂ】
2018142702.tif 000012
【図５Ａ】
2018142702.tif 000013
【図５Ｂ】
2018142702.tif 000014
【図６】
2018142702.tif 000015