(57)【要約】【課題】意図した方向に安定的に亀裂を形成して半導体基板を分割し、かつレーザ光の照射によって異物がレーザ照射部分の周囲の半導体素子上に飛散することを防止することができる半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】半導体素子が形成された半導体基板を分割して半導体素子を製造する方法を提供する。この方法は、表面と裏面を有し、半導体素子が表面上に形成された半導体基板を準備する工程と、片面に粘着材を有するシートを準備する工程と、表面に、粘着材を用いてシートを接着する工程と、表面を押圧し、半導体基板に機械的曲げを与える工程と、表面にレーザ光を照射して半導体基板の材料を蒸発させ、シートと半導体基板との間において材料の体積の増加により発生した蒸発圧により表面を加圧する工程であって、機械的曲げと蒸発圧により半導体基板を分割する工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が形成された半導体基板を分割して半導体素子を製造する方法であって、
表面と裏面を有し、半導体素子が前記表面上に形成された半導体基板を準備する工程と、
片面に粘着材を有するシートを準備する工程と、
前記表面に、前記粘着材を用いて前記シートを接着する工程と、
前記表面を押圧し、前記半導体基板に機械的曲げを与える工程と、
前記表面にレーザ光を照射して前記半導体基板の材料を蒸発させ、前記シートと前記半導体基板との間において前記材料の体積の増加により発生した蒸発圧により前記表面を加圧する工程であって、前記機械的曲げと前記蒸発圧により前記半導体基板を分割する工程と、を含む半導体素子の製造方法。
【請求項２】
半導体素子が形成された半導体基板を分割して半導体素子を製造する方法であって、
表面と裏面を有し、半導体素子が前記表面上に形成された半導体基板を準備する工程と、
片面に粘着材を有するシートを準備する工程と、
前記表面に、前記粘着材を用いて前記シートを接着する工程と、
前記表面にレーザ光を照射して前記半導体基板の材料を蒸発させ、前記シートと前記半導体基板との間において前記材料の体積の増加により発生した蒸発圧により前記表面を加圧する工程であって、前記レーザ光の照射、前記蒸発圧またはこれらの両方により、前記半導体基板の前記裏面に亀裂を生じさせる工程と、
前記表面を押圧し、前記半導体基板に機械的曲げを与えて前記亀裂を進展させて前記半導体基板を分割する工程と、を含む半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記機械的曲げは、前記シートが接着した前記半導体基板の前記表面側が谷となるように与えられ、
前記レーザ光は、前記表面側から照射され、
前記シートは、前記レーザ光を透過する材料から成ることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記機械的曲げは、前記シートを介して前記半導体基板の前記表面を押さえる１つの押さえ刃を荷重点とし、前記半導体基板の前記裏面を受ける２つの受け刃を支持点とする３点曲げの手段により与えられ、
前記押さえ刃は、前記レーザ光を透過する材料から成り、または前記レーザ光の光路に開口を有する構造であり、
前記レーザ光は、前記押さえ刃または前記開口および前記シートを透過して前記半導体基板に照射されることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記機械的曲げは、前記シートを介して前記半導体基板の前記表面を押さえる２つの押さえ刃を荷重点、前記半導体基板の前記裏面を受ける２つの受け刃を支持点とする４点曲げの手段により与えられ、
前記レーザ光は、前記２つの押さえ刃の間を通して前記半導体基板に照射されることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項６】
前記レーザ光は、前記半導体素子を有さない前記半導体基板の周縁部に照射されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
前記シートの前記粘着材は、前記半導体基板の前記周縁部に接触する領域のみに存在することを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記レーザ光の波長は、前記半導体基板の吸収端に対応する波長より長いことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
前記半導体基板は、基板層と、前記基板層の上に形成された前記基板層の材料と異なる半導体材料から成る半導体層と、を有し、
前記レーザ光の波長は、前記基板層の吸収端に対応する波長より長く、かつ前記半導体層の吸収端に対応する波長より短く、
前記レーザ光は、前記半導体基板の前記基板層側から照射されることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
レーザ光を供給するレーザ光源と、
半導体素子が表面上に形成された半導体基板の前記表面を押さえる１つの押さえ刃と、前記半導体基板の裏面を受ける２つの受け刃と、を有し、前記押さえ刃を荷重点とし、前記受け刃を支持点とする３点曲げの手段により前記半導体基板を機械的に湾曲させる曲げ付与手段と、
前記レーザ光を前記半導体基板上に集光させて照射するレーザ照射手段と、を含み、
前記半導体素子が表面上に形成された前記半導体基板を分割して半導体素子を製造する装置であって、
前記押さえ刃は、前記レーザ光を透過する材料から成り、または前記レーザ光の光路に開口を有する構造であることを特徴とする半導体素子の製造装置。
【請求項１１】
レーザ光を供給するレーザ光源と、
半導体素子が表面上に形成された半導体基板の前記表面を押さえる２つの押さえ刃と、前記半導体基板の裏面を受ける２つの受け刃と、を有し、前記押さえ刃を荷重点とし、前記受け刃を支持点とする４点曲げの手段により前記半導体基板を機械的に湾曲させる曲げ付与手段と、
前記レーザ光を前記半導体基板上に集光させて照射するレーザ照射手段と、を含み、
前記半導体素子が表面上に形成された前記半導体基板を分割して半導体素子を製造する装置であって、
前記レーザ照射手段と前記２つの押さえ刃は、前記レーザ光が前記２つの押さえ刃の間を通して前記半導体基板に照射されるように配置されていることを特徴とする半導体素子の製造装置。
【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および製造装置に関し、特に、半導体基板を個々の半導体素子に分割するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の半導体素子が形成されている半導体基板を個々の半導体素子に分割する方法として、罫書きにより分割の起点となる溝を形成し、次に溝を広げる方向に応力がかかるよう３点曲げを行う方法が実施されていた。しかし、このような機械的な加工方法では、罫書きと３点曲げという２段階の工程が必要であり、加工コストが嵩むという問題があった。このため、機械的な分割方法の代わりに、レーザ照射による分割方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２４８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、半導体基板に対して３点曲げを行いながら、短パルスレーザ光を分割予定線に沿って一定間隔で照射することによって、半導体基板を分割する（亀裂を形成する）方法が開示されている。しかし、短パルスレーザ光の照射による衝撃は、意図した分割方向のみに作用するものではなく、それ以外の方向にも作用する。したがって、意図しない方向に亀裂が生じることがある。このため、特許文献１の方法では、亀裂は、意図した方向に安定して形成されない。さらに、レーザ光を半導体基板に照射する方法は、異物を照射部分の周囲の半導体素子上に飛散させ、半導体素子を汚損するため、不良を発生させるという問題を有する。したがって、これらの原因により半導体素子の製造歩留りが低下するという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決する目的でなされたものであり、意図した方向に安定的に亀裂を形成して半導体基板を分割し、かつレーザ光の照射によって異物がレーザ照射部分の周囲の半導体素子上に飛散することを防止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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明は、半導体素子が形成された半導体基板を分割して半導体素子を製造する方法を提供する。この方法は、
表面と裏面を有し、半導体素子が表面上に形成された半導体基板を準備する工程と、
片面に粘着材を有するシートを準備する工程と、
表面に、粘着材を用いてシートを接着する工程と、
表面を押圧し、半導体基板に機械的曲げを与える工程と、
表面にレーザ光を照射して半導体基板の材料を蒸発させ、シートと半導体基板との間において材料の体積の増加により発生した蒸発圧により表面を加圧する工程であって、機械的曲げと蒸発圧により半導体基板を分割する工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、レーザ照射により効率的に引張応力を生じさせ、安定的に亀裂を形成し、半導体基板を分割することができる。さらに、半導体基板をシートで覆う本発明は、レーザ光の照射によって異物がレーザ照射部分の周囲の半導体素子上に飛散することを防止することができる。したがって、本発明により、半導体素子の高い製造歩留りを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体素子を製造するための装置の一例を示す斜視図である。
【図２ａ】シートを用いた蒸発圧閉じ込めによる半導体基板の分割原理を説明する断面図である。
【図２ｂ】シートを用いた蒸発圧閉じ込めによる半導体基板の分割原理を説明する断面図である。
【図２ｃ】シートを用いた蒸発圧閉じ込めによる半導体基板の分割原理を説明する断面図である。
【図３ａ】シートを用いた蒸発圧閉じ込めと機械的曲げ付与との組合せによる半導体基板の分割原理を説明する断面図である。
【図３ｂ】シートを用いた蒸発圧閉じ込めと機械的曲げ付与との組合せによる半導体基板の分割原理を説明する断面図である。
【図３ｃ】シートを用いた蒸発圧閉じ込めと機械的曲げ付与との組合せによる半導体基板の分割原理を説明する断面図である。
【図４ａ】蒸発圧閉じ込めと、機械的曲げ付与と、更にエピタキシャル層における吸光と、の組合せによる半導体基板の分割原理を説明する断面図である。
【図４ｂ】蒸発圧閉じ込めと、機械的曲げ付与と、更にエピタキシャル層における吸光と、の組合せによる半導体基板の分割原理を説明する断面図である。
【図４ｃ】蒸発圧閉じ込めと、機械的曲げ付与と、更にエピタキシャル層における吸光と、の組合せによる半導体基板の分割原理を説明する断面図である。
【図５】押さえ刃が円柱形状であり、１度に複数の破断を生じさせる具体例を示す断面図である。
【図６】複数の押さえ刃と３つ以上の受け刃により、１度に複数の破断を生じさせる具体例を示す断面図である。
【図７】４点曲げによって機械的曲げを生じさせる具体例を示す断面図である。
【図８ａ】半導体基板とシートとの接触界面が接着されていない場合の蒸発圧の作用を説明する断面図である。
【図８ｂ】半導体基板とシートとの接触界面が接着されている場合の蒸発圧の作用を説明する断面図である。
【図９】図１の製造装置の詳細斜視図である。
【図１０】押さえ刃が開口を有する製造装置の詳細斜視図である。
【図１１ａ】本発明の実施の形態２に係る半導体素子の製造方法の分割原理を示す断面図である。
【図１１ｂ】本発明の実施の形態２に係る半導体素子の製造方法の分割原理を示す断面図である。
【図１１ｃ】本発明の実施の形態２に係る半導体素子の製造方法の分割原理を示す断面図である。
【図１１ｄ】本発明の実施の形態２に係る半導体素子の製造方法の分割原理を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書の各図において、同一の符号は、同一または実質的に同一の要素を指す。また本明細書において、「亀裂」とは、半導体基板の原子間の結合が断ち切られ、分離した部分の面と定義する。混同のおそれがない場合、亀裂と半導体基板表面の交線のことも亀裂と表記する場合がある。
【００１０】
実施の形態１．
＜製造装置＞
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態１に係る半導体素子を製造するための装置の一例を示す斜視図である。図１には、製造装置１００に載置された、第１主面（表面）および第２主面（裏面）を有する分割されるべき半導体基板２０と、半導体基板２０の表面上に貼り付けられたシート２５と、が図示されている。半導体基板２０の表面上には、１つ以上の半導体素子が形成されている。半導体基板２０は、典型的には半導体素子間に存在する分割予定線３０に沿って、製造装置１００を用いて分割される。
【００１１】
図１に示す例では、製造装置１００は、ベース１と、ベース１の上に取り付けられた２本の受け刃２と、を含む。代わりに、製造装置１００は、ベース１の上に取り付けられた受け刃ステージ（図示せず）を含み、受け刃２は、受け刃ステージの上に取り付けられてもよい。ここで理解を容易にするため、ベース１の上面に対して鉛直な方向をＺ軸（鉛直方向下向きを正とする）とし、ベース１の上面内の互いに直交する２軸をＸ軸およびＹ軸とする。受け刃２は、長手方向がＸ軸に平行な角柱形状である。２つの受け刃２は、同一の形状であり、Ｘ方向には同一の位置に、Ｙ方向には互いに離れて配置される。
【００１２】
さらに、製造装置１００は、受け刃２の上方（Ｚ軸方向の負側）に、受け刃２と共に半導体基板２０に機械的曲げ力を加える押さえ刃４を含む。押さえ刃４は、長手方向がＸ軸に平行であり、下側に刃として機能する辺または面を有するほぼ三角柱の形状である。押さえ刃４は、Ｙ方向位置が２つの受け刃２のＹ方向位置の間となるように配置される。このようにして、２つの受け刃２と押さえ刃４との間に半導体基板２０を載置し、押さえ刃４を下向きに押さえる。その結果、半導体基板に押さえ刃を荷重点、受け刃を支持点とする３点曲げを付与し、半導体基板２０に上側が谷となる機械的曲げを与えることができる。
【００１３】
本明細書において、受け刃２および押さえ刃４を「機械的曲げ付与手段」または単に「曲げ付与手段」と呼ぶ場合がある。
【００１４】
本実施の形態１では、半導体基板２０には、機械的曲げに加えて、曲がった半導体基板２０の谷側にレーザ光Ｌが照射される。レーザ光Ｌは、半導体基板２０からみてシート２５の側から、半導体基板２０の上にある押さえ刃４とシート２５とを通して半導体基板２０に照射される。したがって、押さえ刃４とシート２５は、レーザ光Ｌを透過する材料から成る必要がある。押さえ刃４の材料は、ガラスまたはアクリルであることが好ましい。押さえ刃４の材料としてガラスを用いた場合、耐久性に優れ、例えば曲げ荷重に対して変形しにくく、傷付きにくいという利点がある。アクリルを用いた場合、容易に加工することができるという利点がある。
【００１５】
押さえ刃４は、レーザ光Ｌを透過する材料である代わりに、レーザ光Ｌの光路となるべき部分に開口４Ｈを有する構造であってもよい（図１０参照）。この場合、押さえ刃４の材質を金属とすることができる。これは、金属が容易に加工することができ、かつ耐久性も高いため有利である。
【００１６】
再び図１を参照すると、製造装置１００は、レーザ光Ｌを半導体基板２０に照射するためのレーザ照射手段１０を含む。レーザ照射手段１０は、レーザ光Ｌを発するレーザ光源１１とミラー１２を含む。レーザ光源１１は、例えばＹＡＧパルスレーザである。レーザ光源１１から出射されたレーザ光Ｌは、ミラー１２によって反射され、分割されるべき半導体基板２０の方向に向かう。さらに、レーザ照射手段１０は、シリンドリカルレンズ１４、１６と対物レンズ１８を含む。ミラー１２によって反射されたレーザ光Ｌは、シリンドリカルレンズ１４に入射され、続いてシリンドリカルレンズ１６を通過して、分割されるべき半導体基板２０の方向にある対物レンズ１８へ向かう。
【００１７】
レーザ光源１１から出射され、シリンドリカルレンズ１４に入射される前のレーザ光Ｌの進行方向に垂直な断面の形状は、真円である。シリンドリカルレンズ１４の焦点距離はｆC1であり、シリンドリカルレンズ１６の焦点距離はｆC2である（｜ｆC1｜＞｜ｆC2｜）。ここでは、レンズが凹レンズである場合に焦点距離が負であると定義する。そしてシリンドリカルレンズ１４、１６を、レンズ間距離がＤC＝ｆC1＋ｆC2となるように配置すると、レーザ光Ｌは、平行光束となり、その進行方向に垂直な断面は、短径が長径の１／ｅ倍（ここでｅ＝｜ｆC1｜）である楕円形状となる。本実施の形態１では、この短径がＸ軸に平行になり、かつ長径がＹ軸に平行になるようにシリンドリカルレンズ１４、１６を配置する。本明細書では、ｅを楕円比と呼ぶ場合がある。なお、シリンドリカルレンズ１４、１６がない場合、レーザ光Ｌの進行方向に垂直な断面の形状は真円のままであり、この場合を楕円比ｅ＝１と解することができる。
【００１８】
シリンドリカルレンズ１６を通過した光は、次に対物レンズ１８に入射され、集光スポットＬ２に集光される。集光スポットＬ２は、上記のようにシリンドリカルレンズ１４、１６を設置した場合、長径がＸ軸に平行であり、かつ長径が短径のｅ倍である楕円形状となる。集光スポットＬ２を楕円形状とすることにより、楕円の長軸方向に沿った亀裂が形成されやすくなる。
【００１９】
製造装置１００は、シリンドリカルレンズ１４、１６と対物レンズ１８を一体的に保持する鏡筒（図示せず）を有することが好ましい。ミラー１２は、ミラーホルダ（図示せず）によって保持されることが好ましい。レーザ光Ｌの位置とレーザ光線方向の両方を調整するため、製造装置１００は、ミラー１２とミラーホルダの組を複数有することが尚好ましい。以上では、製造装置１００がミラー１２を含む構成を説明したが、ミラー１２がなく、レーザ光源１１からのレーザ光が直接シリンドリカルレンズ１４に入射される構成であってもよい。
【００２０】
さらに、製造装置１００は、レーザ光を所望の位置に照射し、半導体基板２０を所望の位置で分割するための位置決め手段（図示せず）を含む。
【００２１】
例えば、位置決め手段は、受け刃２を支持する受け刃ステージを含む。受け刃ステージは、受け刃２間の間隔を調整する機構を有していることが好ましい。さらに、位置決め手段は、例えば押さえ刃４をＺ方向に移動させる押さえ刃ステージを含む。半導体基板２０の材料・サイズなどの諸々の制約・条件に応じて製造条件を変化させるため、押さえ刃ステージは更に、押さえ刃４のＹ軸周りの回転（押さえ刃の傾斜）を調整する機構を有していることが好ましい。さらに、位置決め手段は、例えば半導体基板２０のＸＹ移動およびＺ軸周りの回転を行うためのワークステージを含む。具体的には、半導体基板２０にシート２５が貼り付けられた後、更にシート２５（および半導体基板２０）がリングに貼り付けられる。次にワークステージにリングが取り付けられ、ワークステージはリングのＸＹ移動およびＺ軸周りの回転を行う。受け刃ステージ、押さえ刃ステージおよびワークステージは、生産効率を向上させるために、電動ステージであることが更に好ましい。
【００２２】
製造装置１００は、レーザ照射手段１０および押さえ刃ステージを支持する上部ユニット支持材（図示せず）を含んでもよい。受け刃ステージ、ワークステージおよび上部ユニット支持材は、ベース１の上に固定される。
【００２３】
以上の説明では、半導体基板２０と集光点Ｌ１の相対的な位置を移動させる手段として、半導体基板２０を移動させるワークステージを挙げたが、本実施の形態１はこれに限定されず、ガルバノスキャンミラーなど、集光点Ｌ１の位置を調整できる公知の光学系を用いてもよい。
【００２４】
一般的に、半導体基板２０は、半導体素子として使用しない周縁部の捨て領域である耳部２０ａと、半導体素子が設けられる素子部２０ｂとから成る。製造装置１００の位置決め手段によって、レーザ光Ｌの位置は、耳部２０ａのみに照射されるように調整される。このように調整することにより、レーザ光Ｌの照射による素子部２０ｂへの熱ダメージ、またはレーザ光Ｌの照射により飛散した半導体材料などの異物が素子部２０ｂ上に飛散することによる不良などの悪影響を防止することができる。
【００２５】
さらに、製造装置１００は、レーザ照射手段１０と、受け刃２および押さえ刃４と、位置決め手段と、を協調制御する制御手段を含む。
【００２６】
＜製造工程＞
本発明の実施の形態１に係る半導体素子の製造方法は、以下の工程１〜８によって行われる。
【００２７】
工程１：受け刃２の刃渡り方向と、押さえ刃４の刃渡り方向と、集光スポットＬ２の長軸方向と、がＸ軸に平行になるように調整する。
工程２：半導体基板２０にシート２５を貼り付け、このシート２５をリングに貼り付ける。
工程３：リングをワークステージに載置し、半導体基板２０のエッジまたは電極パターンを検出することにより、半導体基板２０、受け刃２および押さえ刃４のアライメント調整を行う。
工程４：半導体基板２０上の分割予定線３０の真上に押さえ刃４が当たるようにワークステージを移動させる。
工程５：押さえ刃４をＺ正方向に移動（下降）させて半導体基板２０に所定の荷重を加え、半導体基板２０に機械的曲げを与えて、引張応力を生じさせる。
工程６：レーザ光源１１からレーザ光Ｌを出射し、半導体基板２０の分割予定線３０上に照射して半導体基板２０を分割する。
工程７：押さえ刃４をＺ負方向に移動（上昇）させる。
工程８：半導体基板２０上の全ての分割予定線３０の分割を終えるまで、工程４〜７を繰り返す。
【００２８】
好ましくは、半導体基板２０の劈開方位を、分割予定線３０と一致させる。これにより、より確実に亀裂を形成、進展させることができる。また、分割されて形成された半導体素子の端面が平坦な劈開面となるため、端面をレーザダイオードの共振器ミラーとして用いることも可能となる。
【００２９】
＜分割原理＞
図２ａ〜７を参照しながら、上記の製造装置１００を使用して半導体基板２０を分割する原理について説明する。図２ａ〜２ｃは、シート２５を用いた蒸発圧閉じ込めによる半導体基板２０の分割原理を説明する断面図である。半導体基板２０は、シート２５の下に貼り付けられている。シート２５は、レーザ光Ｌを透過する材料から成る。
【００３０】
図２ａに示すように、前述のレンズにより半導体基板２０とシート２５との間の界面にレーザ光Ｌを集光させると、集光点Ｌ１付近の半導体材料がレーザ光Ｌを吸光し、加熱されて蒸発する。一般的に、蒸発した半導体材料の体積は、蒸発前の（固体の）半導体材料の体積より増加するため、蒸発した部分の周囲を外側に押す力を発生させる。本明細書では、この力を「蒸発圧」と呼ぶ。半導体基板２０上の集光点Ｌ１の周辺はシート２５によって密閉されているため、蒸発した半導体材料は、半導体基板２０とシート２５との間の集光点Ｌ１周辺に閉じ込められる。したがって、図２ｂに示すように、蒸発圧は、半導体基板２０の集光点Ｌ１の周辺を下方向に押す（図２ｂの矢印Ａ）。これにより半導体基板２０に曲げ歪みが生じ、半導体基板２０の集光点Ｌ１側の表面とは反対側の裏面に引張応力（図２ｂの矢印Ｂ）が生じる。この引張応力が半導体基板２０の破断強度を上回ると、図２ｃに示すように、半導体基板２０に亀裂が生じる。
【００３１】
シート２５を用いて蒸発した半導体材料を半導体基板２０とシート２５との間の集光点Ｌ１周辺に閉じ込めた場合（「蒸発圧閉じ込め」を行った場合）、蒸発圧が半導体基板２０を押す力は、蒸発圧閉じ込めを行わない場合に蒸発圧が半導体基板２０を押す力に比べて著しく大きい。なぜなら、蒸発圧閉じ込めを行わない場合、蒸発した半導体材料は上方に拡散し、下側の半導体基板２０を押す力を十分に発生しないからである。
【００３２】
図３ａ〜３ｃは、上記のシート２５を用いた蒸発圧閉じ込めと、機械的曲げ付与との組合せによる半導体基板２０の分割原理を説明する断面図である。図３ａに示すように、押さえ刃４と２つの受け刃２とにより、半導体基板２０に、シート２５側が谷となる機械的曲げを与える。機械的曲げを与えた状態で、レーザ光Ｌをシート２５側から照射する。蒸発圧による曲げ歪みだけではなく、機械的曲げも加わることにより、引張応力が助長される。これにより、レーザ光Ｌによる分割を、より確実に所望の位置に生じさせることができる。
【００３３】
さらに、押さえ刃４を用いることには利点がある。押さえ刃４がなければ、蒸発圧は、集光点Ｌ１の下の半導体基板２０のみならず、上のシート２５をも変形させる。したがって、蒸発圧は上下に分散し、蒸発圧のうち下の半導体基板２０に加わる圧力は小さい。これに対して、押さえ刃４があり、半導体基板２０の上面に押さえ刃４が接触していれば、蒸発圧は、集光点Ｌ１の上のシート２５を変形させることができない。したがって、蒸発圧は上方に分散することがなく、半導体基板２０に加わる圧力は大きくなり、より確実に所望の位置に亀裂を形成することができる。このため、押さえ刃４を用いることが有利である。
【００３４】
起点となる亀裂が一旦形成されると、受け刃２と押さえ刃４によって与えられる曲げ応力が亀裂の先端に集中するため、亀裂が押さえ刃４の刃渡り方向（Ｘ方向）に進展する。したがって、半導体基板２０の周縁部の１点のみにレーザ光Ｌを照射することにより、所望の分割予定線に沿って亀裂を進展させ、半導体基板２０を分割することも可能である。
【００３５】
図４ａ〜４ｃは、上記の蒸発圧閉じ込めと、機械的曲げ付与と、更にエピタキシャル層における吸光と、の組合せによる半導体基板２０の分割原理を説明する断面図である。図４ａ〜４ｃでは、半導体基板２０は、基板層２１と、基板層２１の一方の主面側に形成された半導体層であるエピタキシャル層２２とを有する。エピタキシャル層２２の材料は、基板層２１の材料と異なる。半導体基板２０は、エピタキシャル層２２をＺ軸正方向側（図では下側）にして製造装置１００に載置される。
【００３６】
レーザ光Ｌの波長λは、基板層２１の材料の吸収端に対応する波長λSより長く、かつエピタキシャル層２２の材料の吸収端に対応する波長λEより短くなるように選択される。図４ａに示すように、レーザ光Ｌは、基板層２１の側から照射される。レーザ光Ｌの波長λがλSより長いため基板層２１において１光子吸収は生じないが、多光子吸収（２光子吸収など）は生じ得る。波長λに対する基板層２１の吸収係数を考慮してレーザ光Ｌのパワーまたはレンズなどの集光光学系を適切に設定することにより、レーザ光Ｌのエネルギーの一部は集光点Ｌ１付近で吸収され、残りは基板層２１を透過してエピタキシャル層２２により吸収されるように構成することができる。このように構成することにより、図４ｂに示すように、集光点Ｌ１付近の蒸発圧による曲げ歪みと機械的曲げだけではなく、エピタキシャル層２２自体が吸光して蒸発することにより破断の起点（図４ｂのＣ）が生じる。これにより、レーザ光Ｌによる分割を、より確実に生じさせることができる。
【００３７】
なお、一般に半導体基板におけるエピタキシャル層は、レーザ発振などの機能を持たせるため、量子井戸層やコンタクト層など、材質の異なる複数の層で構成される。本明細書においてエピタキシャル層の吸収端に対応する波長とは、エピタキシャル層を構成する複数の材質の吸収端に対応する波長のうち、最も長い波長を指すものとする。
【００３８】
一例として、半導体基板２０の基板層２１の材料は、ＩｎＰ（リン化インジウム）である。ＩｎＰの吸収端に対応する波長（バンドギャップ波長）λSは９１９ｎｍである。エピタキシャル層２２は、例えばＩｎＧａＡｓＰ系混晶の複数の層で構成される。このうち吸収端に対応する波長が最も長い、コンタクト層ＩｎＧａＡｓの１６７０ｎｍを、エピタキシャル層２２の吸収端に対応する波長λEと考えることができる。レーザ光源１１は、例えばＹＡＧパルスレーザである。ＹＡＧレーザの発振波長λ＝１０６４ｎｍは、基板層２１のＩｎＰのλS＝９１９ｎｍより長く、エピタキシャル層２２のλE＝１６７０ｎｍより短い。λS＜λ＜２λSであるので、レーザ光Ｌは、ほぼ２光子吸収のみによりＩｎＰに吸収される。ＩｎＰの１０６４ｎｍに対する２光子吸収係数は０．３５ｃｍ／ＭＷであるので、例えば、集光点Ｌ１におけるレーザ光Ｌのパワー密度を１００ＭＷ／ｃｍ２とすると、基板層２１の厚み方向に１０μｍでレーザ光Ｌのエネルギーの３．５％が吸収されることになる。
【００３９】
以上では、機械的曲げ付与手段が、２つの角柱形状の受け刃２と、１つの三角柱形状の押さえ刃４から成り、１度に１つのみの破断を生じさせる構成について説明したが、本実施の形態１はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、押さえ刃４は、中心軸がＸ軸に平行な円柱形状であり、１度に複数の破断を生じさせることができる構成であってもよい。別の例では、図６に示すように、複数の押さえ刃４と３つ以上の受け刃２は、１度に複数の破断を生じさせることができるように構成されてもよい。また、受け刃２と半導体基板２０が直接接触して半導体基板２０に傷が付くことを防ぐため、半導体基板２０と受け刃２との間に樹脂フィルム（セパレータ）（図示せず）を設けてもよい。
【００４０】
さらに、機械的曲げ付与手段は、以上のような３点曲げによるものに限られない。例えば、図７に示すように、４点曲げによる加工方法が採用されてもよい。具体的には、押さえ刃４を荷重点、受け刃２を支持点とする４点曲げにより、半導体基板２０に機械的曲げを与える。機械的曲げを与えた状態で、レーザ光Ｌをシート２５の側から照射する。４点曲げ構成では、レーザ光Ｌが押さえ刃４の中を透過する必要がないため、押さえ刃４の材質を加工が容易な金属などの材質とすることができる。押さえ刃４の材質を金属とすることには、金属が耐久性に優れ、加工も容易であるという利点がある。
【００４１】
＜シート＞
次に、シート２５について更に詳細に説明する。前述の通り、半導体基板２０とシート２５は接触する。この接触界面が接着されていない場合、図８ａに示すように、レーザ光Ｌの照射による半導体基板２０の蒸発により発生した蒸発圧によって半導体基板２０からシート２５が剥離し、蒸発圧が横方向に逃げるため、蒸発圧のうち下方向に作用する圧力は小さくなる。したがって、引張応力も小さくなる。そこで、シート２５を、シート基材２６と粘着材２７から構成する。図８ｂに示すように、半導体基板２０とシート２５との間の界面に粘着材２７があると、半導体基板２０からのシート２５の剥離が抑えられ、蒸発圧のうち下方向に作用する圧力、したがって引張応力は増加する。このようにして、粘着材２７を使用することにより、より確実に亀裂を形成することができる。
【００４２】
さらに、粘着材２７を使用することは、半導体基板２０の材料が蒸発により飛散する範囲を狭く抑えることができるため、半導体基板２０の素子部２０ｂ（図１）上に異物が飛散することによる不良を低減できるという利点を有する。
【００４３】
図９は、本実施の形態１に係る製造装置１００の受け刃２と押さえ刃４付近の詳細を示す斜視図である。図１０は、図９の押さえ刃４がレーザ光Ｌの光路となるべき部分に開口４Ｈを有する場合を示している。この場合、押さえ刃４の材質を加工が容易な金属などの材質とすることができる。押さえ刃４の材質を金属とすることには、金属が耐久性に優れ、加工も容易であるという利点がある。
【００４４】
図９、１０では、シート２５に貼り付けられた半導体基板２０が、押さえ刃４と２つの受け刃２との間に載置されている。発明者は、鋭意研究の結果、素子部２０ｂが粘着材２７によりシート２５に粘着していると、半導体基板２０がシート２５から、界面と平行方向（面内方向）の応力を受け、耳部２０ａから進展してきた亀裂が曲がってしまい易いことを見出した。また、粘着材２７による亀裂形成作用の増大効果を得るには、粘着材２７は、シート２５のうち半導体基板２０の耳部２０ａに接する領域にあれば十分である。したがって、シート２５は、半導体基板２０の耳部２０ａに接する領域のみに粘着材２７を有することが好ましい。
【００４５】
シート２５のシート基材２６の材料は、例えばポリ塩化ビニルである。ポリ塩化ビニルは、１０６４ｎｍの波長の光を透過し、かつ分割後にシート基材２６から半導体基板２０を剥離して回収する際に変形または伸長させることが容易なため、シート基材２６の材料として好ましい。
【００４６】
以上で述べたように、本実施の形態１によると、半導体基板２０にシート２５を貼り付けることによって、蒸発圧が半導体基板２０を下向きに押す力を増加させることができ、したがって効率的に引張応力を生じさせることができる。さらに、機械的曲げを与えた状態でレーザ光Ｌを照射する本実施の形態１では、半導体基板２０には蒸発圧による曲げ歪みだけではなく、機械的曲げも加わっているため、より確実に亀裂を生じさせて半導体基板２０を分割することができる。レーザ光Ｌが照射された部分に亀裂が生じやすいため、照射位置を調整することにより所望の位置で半導体基板２０を分割することができる。さらに、シート２５を用いる本実施の形態１は、レーザ光Ｌの照射によって異物が周囲の半導体素子上に飛散することを防止することができる。したがって、半導体素子の高い製造歩留りを得ることができる。
【００４７】
実施の形態２．
図１１ａ〜１１ｄは、本発明の実施の形態２に係る半導体素子の製造方法の分割原理を示す断面図である。以下の記載では、実施の形態１と異なる点を中心に説明し、その他の部分については原則として重複説明を省略する。
【００４８】
本実施の形態２では、半導体素子が製造装置１００を用いて製造されることは実施の形態１と同じであるが、その製造工程が実施の形態１と異なる。すなわち、本実施の形態２に係る製造方法は、以下の工程１〜９によって行われる。
【００４９】
工程１：受け刃２の刃渡り方向と、押さえ刃４の刃渡り方向と、集光スポットＬ２の長軸方向と、がＸ軸に平行になるように調整する。
工程２：半導体基板２０にシート２５を貼り付け、このシート２５をリングに貼り付ける。
工程３：リングをワークステージに載置し、半導体基板２０のエッジまたは電極パターンを検出することにより、半導体基板２０、受け刃２および押さえ刃４のアライメント調整を行う。
工程４：半導体基板２０上の分割予定線３０の真上に押さえ刃４が当たるようにワークステージを移動させる。
工程５：押さえ刃４をＺ正方向に移動（下降）させて半導体基板２０にわずかに荷重を加える。
工程６：レーザ光源１１からレーザ光Ｌを出射し、半導体基板２０の分割予定線３０上に照射する。
工程７：押さえ刃４を更に下降させ、半導体基板２０を分割する。
工程８：押さえ刃４をＺ負方向に移動（上昇）させる。
工程９：半導体基板２０上の全ての分割予定線３０の分割を終えるまで、工程４〜８を繰り返す。
【００５０】
なお、上記の本実施の形態２に係る工程１〜４は、実施の形態１に係る工程１〜４と同一であり、工程５以降のみが異なる。
【００５１】
図１１ａ〜１１ｄを参照しながら、本実施の形態１に係る半導体素子の製造方法の分割原理について説明する。図１１ａに示すように、レーザ光Ｌを、半導体基板２０とシート２５との界面に集光させて照射する（工程６）。すると、図１１ｂに示すように、半導体基板２０の半導体材料が蒸発して、体積の増加により蒸発圧（図１１ｂの矢印Ａ）が発生し、集光点Ｌ１側の面とは反対側の面に引張応力（図１１ｂの矢印Ｂ）が生じる。この引張応力が半導体基板２０の破断強度を上回ると、図１１ｃに示すように、半導体基板２０に亀裂が生じる。レーザ照射時に機械的曲げがないかまたは十分小さい場合、この亀裂は長くは進展せず、集光点Ｌ１付近の局所的なものとなる。次に、図１１ｄに示すように、受け刃２と押さえ刃４により、半導体基板２０に、シート２５側が谷となる機械的曲げを与えることにより、亀裂を進展させる。このようにして、半導体基板２０を分割予定線３０（図１１ｄには図示せず）に沿って分割することができる。
【００５２】
工程５において半導体基板２０にわずかに荷重を加える理由は、次の通りである。すなわち、半導体基板２０にレーザ光Ｌを照射すると、半導体基板２０の半導体材料の蒸発により体積が増加し、蒸発圧が発生する。工程５のようにわずかに荷重を加える工程がない場合は、この蒸発圧は、集光点Ｌ１の下の半導体基板２０のみならず、上のシート２５をも変形させる。したがって、蒸発圧は上下に分散し、蒸発圧のうち下の半導体基板２０に加わる圧力は小さい。これに対して、工程５において半導体基板２０にわずかに荷重を加えると、次の工程６のレーザ光Ｌの照射により発生した蒸発圧は、集光点Ｌ１の上のシート２５を変形させることができない。したがって、蒸発圧は上方に分散することがなく、半導体基板２０に加わる圧力は大きくなり、より効率的に亀裂を形成することができる。このため、工程５において半導体基板２０にわずかに荷重を加えることが有利である。
【００５３】
半導体基板２０の材料などの諸々の条件によっては、わずかに荷重を加える工程がなくても十分に亀裂を形成することができる場合がある。例えば、半導体基板２０がエピタキシャル層２２を有する場合、わずかに荷重を加える工程がなくても亀裂を形成し易くなる。十分に亀裂を形成することができる場合は、工程５を省略してもよい。工程５を省略すると、押さえ刃４を通して半導体基板２０にレーザ光Ｌを照射する必要がないため、押さえ刃４は、レーザ光Ｌを透過する必要がない。したがって、金属などの容易に加工できる材料で押さえ刃４を形成することができる。
【００５４】
実施の形態１では、機械的曲げを与えた状態でレーザ照射することにより、亀裂の起点形成と進展を同時に生じさせるのに対し、本実施の形態２では、レーザ光Ｌを照射して亀裂を生じさせた後に、機械的曲げを与えて亀裂を進展させる。実施の形態１では、予備的な機械的曲げの時点で、半導体基板２０上の傷、欠けまたは異物などを起点として、望ましくない箇所で分割されないように注意しなければならないが、本実施の形態２では、レーザ光Ｌの照射箇所が分割の起点となるため、望ましくない箇所で分割されるおそれがない。
【００５５】
また、実施の形態１では、機械的曲げのみでは分割されないようにする必要があるため、機械的曲げの荷重、押し込み量または押し込み速度などのパラメータの許容範囲が狭いが、本実施の形態２では、そのような制約が無く、パラメータの許容範囲が広い。例えば、本実施の形態２では、レーザ光Ｌを半導体基板２０に照射した後に、押さえ刃４の大きな押し込み速度によって、いわば押さえ刃４の勢いを付けて、押さえ刃４を半導体基板２０に接触させることができる。このようにすることにより半導体基板２０を所望の位置で分割し、またはより平滑な分割面を形成することができる場合がある。したがって、本実施の形態２では、半導体基板２０の材料または厚みなどに応じてパラメータを広範囲で調節することができるため、分割のプロセスを最適化する余地が広がる。
【符号の説明】
【００５６】
１  ベース、２  受け刃、４  押さえ刃、４Ｈ  開口、１０  レーザ照射手段、１１  レーザ光源、１２  ミラー、１４  シリンドリカルレンズ、１６  シリンドリカルレンズ、１８  対物レンズ、２０  半導体基板、２０ａ  耳部、２０ｂ  素子部、２１  基板層、２２  エピタキシャル層、２５  シート、２６  シート基材、２７  粘着材、３０  分割予定線、１００  製造装置。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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