基板的分割方法

專利名稱：基板的分割方法
技術領域：
本發明涉及在半導體裝置制造工序等中，用于分割半導體基板等的基板的基板分割方法。
背景技術：
隨著近年來半導體裝置的小型化，半導體裝置的制造工序中，有時半導體基板的厚度可薄型化至數十μm左右。用刀片切斷分割這樣薄型化的半導體基板時，與半導體基板較厚的情況相比，存在以下問題碎屑或破裂的發生增加、通過分割半導體基板而得到的半導體芯片的成品率減低。
作為解決這類問題的半導體基板的分割方法，已知有在特開昭64-38209號公報及特開昭62-4341號公報中記載的方法。
這些公報中記載的方法就是，對表面形成功能元件的半導體基板，從該表面側用刀片開槽，然后，在該表面貼附粘接片并保持半導體基板，通過研磨半導體基板的背面直至預先形成的槽，對半導體基板進行薄型化處理，同時，將半導體基板分割。

發明內容
但是，按照上述公報中記載的方法，用平面研削進行半導體基板的背面的研磨時，平面研削面在到達預先形成于半導體基板的槽時，在該槽的側面有發生碎屑或破裂的危險。
因此，本發明是針對這類問題提出的，目的在于提供能防止碎屑或破裂的發生、使基板薄型化并將基板分割的基板的分割方法。
為實現上述目的，與本發明相關的基板的分割方法，其特征在于，具有在基板內部使聚光點聚合并照射激光，在基板內部形成由多光子吸收生成的調質領域，利用該調質領域，在距基板的激光入射面規定距離內側，沿基板的切割預定線，形成切割起點領域的工序，以及形成切割起點領域工序后，研磨基板至規定的厚度的工序。
按照該基板的分割方法，在形成切割起點領域的工序中，在基板內部使聚光點聚合并照射激光，在基板內部使稱為多光子吸收的現象發生，形成調質領域，因此，可利用該調質領域，在基板內部沿應切割基板的期望的切割預定線，形成切割起點領域。在基板內部形成切割起點領域時，自然地或用較小的力、以切割起點領域作為起點、在基板的厚度方向發生裂口。
而且，在研磨基板的工序中，在基板內部形成切割起點領域后，研磨基板使基板厚度成為規定的厚度，此時，研磨面即使到達以切割起點領域作為起點發生的裂口，由于以該裂口切斷的基板的切斷面相互緊靠在一起，所以能防止研磨產生的基板的碎屑或破裂。
因此，能防止碎屑或破裂的發生、使基板薄型化并將基板分割。
這里，所謂聚光點，是激光聚光的部位。此外，所謂研磨，包含切削、研削及化學蝕刻等。另外，所謂切割起點領域，是指基板切斷時作為切割起點的領域。因此，切割起點領域是基板中預定切割的切割預定部。而且，切割起點領域，有時可通過連續地形成調質領域形成，有時可通過斷續地形成調質領域形成。
此外，作為基板，有硅基板及GaAs基板等的半導體基板，及藍寶石基板和AlN基板等的絕緣基板。而且，作為基板為半導體基板時的調質領域，有例如經過溶融處理的領域。
此外，優選在基板表面形成功能元件，在研磨基板的工序中，研磨基板背面。由于能在功能元件形成后研磨基板，例如就能對應于半導體裝置的小型化，獲得薄型化的芯片。這里，所謂功能元件，是指光電二極管等的受光元件及激光二極管等的發光元件，或作為電路形成的電路元件等。
此外，研磨基板的工序，優選包含在基板背面實施化學蝕刻的工序。在基板背面實施化學蝕刻時，當然能使基板背面更加平滑，但由于以切割起點領域作為起點發生的裂口引起的基板的切斷面相互緊靠在一起，所以，僅對該切斷面的背面側的邊緣部有選擇地進行蝕刻，取倒角狀態。因此，可使分割基板獲得的芯片的抗折強度提高，同時，可防止芯片中的碎屑或破裂的發生。


圖1是采用本實施方式的激光加工方法的激光加工中的加工對象物的平面圖。
圖2是圖1所示的加工對象物的沿II-II線的截面圖。
圖3是采用本實施方式的激光加工方法的激光加工后的加工對象物的平面圖。
圖4是圖3所示的加工對象物的沿IV-IV線的截面圖。
圖5是圖3所示的加工對象物的沿V-V線的截面圖。
圖6是采用本實施方式的激光加工方法切割的加工對象物的平面圖。
圖7是表示本實施方式的激光加工方法中的電場強度與裂口點的大小的關系的圖形。
圖8是本實施方式的激光加工方法的第1工序中的加工對象物的截面圖。
圖9是本實施方式的激光加工方法的第2工序中的加工對象物的截面圖。
圖10是本實施方式的激光加工方法的第3工序中的加工對象物的截面圖。
圖11是本實施方式的激光加工方法的第4工序中的加工對象物的截面圖。
圖12是展示采用本實施方式的激光加工方法切割的硅基板的一部分中的斷面照片的圖。
圖13是表示本實施方式的激光加工方法中的激光的波長與硅基板內部的透過率的關系的圖形。
圖14是與實施例1相關的激光加工裝置的概略構成圖。
圖15是說明與實施例1相關的激光加工方法用的流程圖。
圖16是展示形成與實施例1相關的切割起點領域的工序后的半導體基板的圖。
圖17是說明貼附與實施例1相關的保護膜的工序用的圖。
圖18是說明研磨與實施例1相關的半導體基板的工序用的圖。
圖19是說明貼附與實施例1相關的擴張膜的工序用的圖。
圖20是說明剝去與實施例1相關的保護膜的工序用的圖。
圖21是說明擴張與實施例1相關的擴張膜，分揀半導體芯片的工序用的圖。
圖22是展示研磨與實施例1相關的半導體基板的工序后在半導體芯片的切斷面背面側的邊緣部形成的倒角的圖。
圖23A用來說明研磨與實施例1相關的半導體基板的工序后在半導體芯片的切斷面內殘留溶融處理領域時，研磨半導體基板的工序前裂口到達表面的情況的圖。
圖23B用來說明研磨與實施例1相關的半導體基板的工序后在半導體芯片的切斷面內殘留溶融處理領域時，研磨半導體基板的工序前裂口未到達表面的情況的圖。
圖24A用來說明研磨與實施例1相關的半導體基板的工序后在半導體芯片的切斷面內未殘留溶融處理領域時，研磨半導體基板的工序前裂口到達表面的情況的圖。
圖24B用來說明研磨與實施例1相關的半導體基板的工序后在半導體芯片的切斷面內未殘留溶融處理領域時，研磨半導體基板的工序前裂口未到達表面的情況的圖。
圖25A用來說明研磨與實施例1相關的半導體基板的工序后在半導體芯片的切斷面的背面側的邊緣部殘留溶融處理領域時，研磨半導體基板的工序前裂口到達表面的情況的圖。
圖25B用來說明研磨與實施例1相關的半導體基板的工序后在半導體芯片的切斷面的背面側的邊緣部殘留溶融處理領域時，研磨半導體基板的工序前裂口未到達表面的情況的圖。
圖26A是研磨與實施例1相關的半導體基板的工序前的半導體基板的周邊部的截面圖。
圖26B是研磨與實施例1相關的半導體基板的工序后的半導體基板的周邊部的截面圖。
圖27是與實施例2相關的藍寶石基板的平面圖。
圖28是說明形成與實施例2相關的切割起點領域的工序用的截面圖。
圖29是說明形成與實施例2相關的功能元件的工序用的截面圖。
圖30是說明貼附與實施例2相關的保護膜的工序用的截面圖。
圖31是說明研磨與實施例2相關的藍寶石基板的工序用的截面圖。
圖32是說明貼附與實施例2相關的擴張膜的工序用的截面圖。
圖33是說明用紫外線照射與實施例2相關的保護膜的工序用的截面圖。
圖34是說明剝去與實施例2相關的保護膜的工序用的截面圖。
圖35是說明擴張與實施例2相關的擴張膜、分離半導體芯片的工序用的圖。
具體實施例方式
以下，結合附圖，對適用于本發明的實施方式，進行詳細說明。本實施方式的基板的分割方法具有在基板的內部使聚光點聚合并照射激光，利用在基板內部形成由多光子吸收生成的調質領域，形成切割起點領域的工序；以及在形成切割起點領域的工序后，將基板研磨至規定的厚度的工序。
首先，對形成切割起點領域的工序中所實施的基板的分割方法，特別是針對多光子吸收，進行說明。
光子的能量hν低于材料的吸收帶隙EG，光學上呈透明。因此，材料產生吸收的條件是hν＞EG。但是，即使光學上呈透明，在激光的強度非常大時，以nhν＞EG的條件(n＝2，3，4…)，材料中會產生吸收。這一現象被稱為多光子吸收。如果是脈沖波，激光的強度由激光在聚光點的最大功率密度(W/cm2)決定。例如，最大功率密度在1×108(W/cm2)以上時，產生多光子吸收。最大功率密度可通過(聚光點上的激光的每1脈沖的能量)÷(激光的束光點斷面積×脈沖寬度)求得。此外，如果是連續波，激光的強度由激光在聚光點的電場強度(W/cm2)決定。
參照圖1～圖6，對利用這樣的多光子吸收的、本實施方式的激光加工原理進行說明。圖1是激光加工中的基板1的平面圖，圖2是圖1所示的基板1的沿II-II線的截面圖，圖3是激光加工后的基板1的平面圖，圖4是圖3所示的基板1的沿IV-IV線的截面圖，圖5是圖3所示的基板1的沿V-V線的截面圖，圖6是被切割的基板1的平面圖。
如圖1及圖2所示，在基板1的表面3，有應切割基板1的所希望的切割預定線5。切割預定線5是沿直線狀延伸的假設線(也可以在基板1上實際引線來作為切割預定線5)。本實施方式的激光加工，按產生多光子吸收的條件，在基板1的內部使聚光點P聚合，對基板1照射激光L并形成調質領域7。此外，所謂聚光點，是激光L聚光的部位。
通過沿切割預定線5(即，沿箭頭A方向)使激光L作相對移動，使聚光點P沿切割預定線5移動。這樣，如圖3～圖5所示，只在基板1的內部沿切割預定線5形成調質領域7，在該調質領域7形成切割起點領域(切割預定部)8。實施方式的激光加工方法并不是，通過基板1吸收激光L，導致基板1發熱，而形成調質領域7。而是，在基板1上透過激光L，在基板1的內部發生多光子吸收，而形成調質領域7。因此，基板1的表面3幾乎不吸收激光L，所以基板1的表面3不會溶融。
對基板1的切割，如果切割的部位有起點，基板1就從該起點切割，所以，如圖6所示，可以用較小的力切割基板1。這樣，就可以切割基板1，而不會在基板1的表面3上發生不必要的破裂。
此外，在以切割起點領域作為起點的基板的切割方面，可考慮以下2種情況。其一是，切割起點領域形成后，通過在基板上施加人為的力，以切割起點領域作為起點使基板破裂、對基板進行切割的情況。這是例如進行大厚度基板的切割。所謂施加人為的力是指，例如沿基板的切割起點領域在基板上施加彎曲應力及剪切應力，或對基板施加溫差使熱應力發生。其二是，通過形成切割起點領域，以切割起點領域作為起點，向基板的斷面方向(厚度方向)自然破裂，最終對基板進行切割的情況。這是在例如進行小厚度基板的切割時，可利用1列的調質領域形成切割起點領域；在大厚度基板的情況下，可利用厚度方向上形成的多列調質領域，形成切割起點領域。此外，在該自然破裂的情況下，在切割部位，可在對應于沒有形成切割起點領域的部位的部分的表面上不先行破裂，僅切割對應于形成切割起點領域的部位的部分，因此，能有效地控制切割。近年，硅基板等的基板的厚度越來越薄，所以，這樣控制性好的切割方法非常見效。
本實施方式中，通過多光子吸收形成的調質領域，有以下的(1)～(3)種情況。
(1)調質領域為含有1個或多個裂口的裂口領域的情況在基板(例如由玻璃及LiTaO3構成的壓電材料)的內部使聚光點聚合，在聚光點的電場強度為1×108(W/cm2)以上，且脈沖寬度為1μs以下的條件下照射激光。該脈沖寬度的大小是，在使多光子吸收不斷發生的同時，在基板的表面不發生無謂的損傷，并能僅在基板內部形成裂口領域的條件。由此，在基板內部發生由多光子吸收引起的所謂光學損傷的現象。由于該光學損傷，在基板內部引起熱應變，而在基板的內部形成裂口領域。作為電場強度的上限值，例如為1×1012(W/cm2)。脈沖寬度優選例如為1ns～200ns。此外，由多光子吸收生成的裂口領域的形成，例如，記載于第45次激光器熱加工研究會論文集(1998年12月)第23頁～第28頁的“利用固體激光器高次諧波進行的玻璃基板的內部劃線(marking)”。
本發明者通過實驗求得電場強度與裂口的大小之間的關系。實驗條件如下。
(A)基板派熱克斯(pyrex)玻璃(厚度700μm)(B)激光器光源半導體激光器激勵Nd:YAG激光器波長1064nm激光點斷面積3.14×10-8cm2振蕩形態Q開關脈沖重復頻率100kHz脈沖寬度30ns輸出輸出＜1mJ/脈沖激光品質TEM00偏光特性直線偏光(C)聚光用透鏡對激光波長的透過率60％(D)載置基板的載置臺的移動速度100mm/秒此外，所謂激光品質TEM00，是表示聚光性高、可聚光至激光的波左右。
圖7是表示上述實驗的結果的圖。橫軸是最大功率密度，由于激光是脈沖激光，所以電場強度用最大功率密度表示。縱軸表示用1脈沖的激光在基板的內部形成的裂口部分(裂口點)的大小。破裂點聚集，就成為裂口領域。裂口點的大小，是裂口點的形狀中的最大長度部分的大小。圖中的黑點表示的數據，是聚光用透鏡(C)的倍率為100倍，開口數(NA)為0.80時的數據。另外，圖中的白點表示的數據，是聚光用透鏡(C)的倍率為50倍，開口數(NA)為0.55時的數據。可知，從最大功率密度1011(W/cm2)左右開始，在基板的內部發生裂口點，隨著最大功率密度變大、裂口點也變大。
下面，參照圖8～圖11，針對在本實施方式的激光加工中，通過形成裂口領域而切割基板的原理進行說明。如圖8所示，在多光子吸收產生的條件下，使聚光點P聚合于基板1的內部，用激光L照射基板1，沿切割預定線在內部形成裂口領域9。裂口領域9包含1個或多個裂口。在該裂口領域9形成切割起點領域。如圖9所示，以裂口領域9為起點(即，以切割起點領域為起點)，使裂口進一步成長，到達如圖10所示的基板1的表面3及背面21，然后如圖11所示，通過使基板1裂開來切割基板1。有時到達基板的表面及背面的裂口自然成長，有時則通過在基板上施加力而成長。
(2)調質領域為溶融處理領域的情況在基板(例如硅那樣的半導體材料)內部，使聚光點聚合，在聚光點的電場強度為1×108(W/cm2)以上，且脈沖寬度為1μs以下的條件下照射激光。由此，基板的內部通過多光子吸收，局部被加熱。通過該加熱，在基板內部形成溶融處理領域。所謂溶融處理領域，是一旦溶融后再固化的領域，或處于溶融狀態的領域，或從溶融狀態再固化的狀態的領域，也可以說是相變化的領域和結晶構造變化的領域。此外，溶融處理領域，也可以說是單結晶構造、非結晶構造、多結晶構造中、某種構造變化為其它構造的領域。即，例如、是指從單結晶構造變化為非結晶構造的領域、從單結晶構造變化為多結晶構造的領域、從單結晶構造變化為包含非結晶構造和多結晶構造的領域。基板為硅單結晶構造時，溶融處理領域為例如非晶質硅構造。作為電場強度的上限值，例如為1×1012(W/cm2)。脈沖寬度優選例如為1ns～200ns。
本案發明者，通過實驗，確認在硅基板的內部，溶融處理領域形成。實驗條件如下。
(A)基板硅基板(厚度350μm，外徑4英寸)(B)激光器光源半導體激光器激勵Nd:YAG激光器波長1064nm激光點斷面積3.14×10-8cm2振蕩形態Q開關脈沖重復頻率100kHz脈沖寬度30ns輸出20μJ/脈沖激光品質TEM00偏光特性直線偏光(C)聚光用透鏡倍率50倍N.A.0.55對激光波長的透過率60％(D)載置基板的載置臺的移動速度100mm/秒圖12表示以上述條件進行的激光加工切割的硅基板的一部分中的斷面照片。在硅基板11的內部形成溶融處理領域13。此外，按照上述條件形成的溶融處理領域13，在厚度方向上的大小為100μm左右。
對通過多光子吸收形成溶融處理領域13進行說明。圖13表示激光的波長與硅基板內部的透過率的關系。其中，表示了分別除去硅基板的表面側與背面側的反射成分，僅為內部的透過率。示出硅基板的厚度t分別為50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm時的上述關系。
可知，例如，Nd:YAG激光器波長為1064nm、硅基板的厚度為500μm以下時，在硅基板的內部，激光透過80％以上。由于圖12中的硅基板11的厚度為350μm，使多光子吸收生成的溶融處理領域13形成于硅基板的中心附近，即，距表面175μm的部分。此時的透過率，以厚度為200μm的硅基板作參考時為90％以上，所以、激光僅少量在硅基板11的內部被吸收，幾乎都透過。這意味著，并不是在硅基板11的內部吸收激光、在硅基板11的內部形成溶融處理領域13(即，通過用激光進行的通常的加熱形成溶融處理領域)，而是溶融處理領域13是通過多光子吸收形成的。通過多光子吸收形成溶融處理領域，可見于諸如熔接學會全國大會演講概要第66集(2000年4月)的第72頁～第73頁的“用微微秒脈沖激光進行的硅的加工特性的評價”。
此外，以溶融處理領域形成的切割起點領域作為起點、使裂口向著斷面方向發生，由于其裂口到達硅基板的表面及背面，最終使硅基板被切割。有時，到達硅基板的表面及背面的該裂口自然成長，有時則通過在硅基板上施加力成長。此外，裂口從切割起點領域開始，在硅基板的表面及背面自然成長的情況，無外乎是形成切割起點領域的溶融處理領域從溶融狀態使裂口成長的情況，或是形成切割起點領域的溶融處理領域從溶融狀態再固化時使裂口成長的情況。其中，無論哪一種情況，溶融處理領域都只在硅基板的內部形成，在切割后的切割面上，如圖12所示，只在內部形成溶融處理領域。在基板的內部，在溶融處理領域形成切割起點領域時，由于難以在切割時，在切割起點領域線外發生不必要的破裂，因此使切割控制變得容易。
(3)調質領域為折射率變化領域的情況在基板(例如玻璃)的內部，使聚光點聚合，在聚光點的電場強度為1×108(W/cm2)以上，且脈沖寬度為1μs以下的條件下，照射激光。當脈沖寬度極短，在基板的內部發生多光子吸收時，多光子吸收產生的能不轉化為熱能、在基板的內部引起離子價數變化、結晶化或分極配向等恒久的構造變化，形成折射率變化領域。作為電場強度的上限值，例如為1×1012(W/cm2)。脈沖寬度優選例如為1ns以下，1ps以下則更好。由多光子吸收使折射率變化領域形成，例如，記載于第42次激光熱加工研究會論文集(1997年.11月)第105頁～第111頁的“利用飛秒激光使玻璃內部形成光感應構造”。
以上，對作為利用多光子吸收形成的調質領域(1)～(3)的情況作了說明。但是，如考慮基板的結晶構造及其分裂性等，象下面那樣形成切割起點領域，則能以其切割起點領域作為起點、用更小的力，高精度地切割基板。
即，對于由硅等的金剛石構造的單結晶半導體構成的基板，優選在沿(111)面(第1劈開面)及(110)面(第2劈開面)的方向形成切割起點領域。此外，對于由GaAs等的閃鋅礦型構造的III-V族化合物半導體構成的基板，優選在沿(110)面的方向形成切割起點領域。另外，對于具有藍寶石(Al2O3)等的六方晶系的結晶構造的基板，優選以(0001)面(C面)為主面、在沿(1120)面(A面)或(1100)面(M面)的方向形成切割起點領域。
另外，如沿著應形成上述的切割起點領域的方向(例如、沿單結晶硅基板中的(111)面的方向)，或與應形成切割起點領域的方向垂直的方向，在基板上形成取向平面，可將該取向平面作為基準，在基板上容易且正確地形成沿著應形成切割起點領域的方向的切割起點領域。
以下，通過實施例，對本發明作更具體的說明。
對與本發明相關的基板的分割方法的實施例1進行說明。實施例1中，基板1取硅基板(厚度350μm，外徑4英寸)(以下，在實施例中，將基板1稱為半導體基板1)，在設備制作過程中，在半導體基板1的表面3，以矩陣狀形成多個功能元件的基板作為對象。
首先，對半導體基板1的內部形成切割起點領域的工序進行說明。在說明之前先參照圖14，對形成切割起點領域的工序中使用的激光加工裝置，進行說明。圖14是激光加工裝置100的概略構成圖。
激光加工裝置100，具有發生激光L的激光源101；為了調節激光L的輸出及脈沖寬度等，對激光源101進行控制的激光源控制部102；具有激光L的反射功能并配置得能使激光L的光軸方向改變90°的二向色反射鏡103；對二向色反射鏡103反射的激光L進行聚光的聚光用透鏡105；載置用聚光用透鏡105聚光的、激光L照射的半導體基板1的載置臺107；使載置臺107在X軸方向上移動用的X軸階臺109；使載置臺107在垂直于X軸方向的Y軸方向上移動用的Y軸階臺111；使載置臺107在垂直于X軸及Y軸方向的Z軸方向上移動用的Z軸階臺113；以及控制這3個階臺109、111、113的移動的階臺控制部115。
Z軸方向是與半導體基板1的表面3垂直的方向，所以，成為入射到半導體基板1的激光L的焦點深度的方向。這樣，通過使Z軸階臺113在Z軸方向移動，可使激光L的聚光點P在半導體基板1的內部聚合。此外，該聚光點P在X(Y)軸方向的移動，是通過利用X(Y)軸階臺109(111)使半導體基板1在X(Y)軸方向移動來進行的。
激光源101是發生脈沖激光的Nd:YAG激光器。作為可用作激光源101的激光器，另外還有Nd:YVO4激光器、Nd:YLF激光器及鈦藍寶石激光器。在形成溶融處理領域的場合，宜采用Nd:YAG激光器、Nd:YVO4激光器、Nd:YLF激光器。實施例1中，使用脈沖激光進行半導體基板1的加工，但如果能使多光子吸收發生，用連續波激光也行。
激光加工裝置100，還具有發生的可見光線用于對載置在載置臺107的半導體基板1進行照明的觀察用光源117；配置在與二向色反射鏡103和聚光用透鏡105同一光軸上的可見光用的光束分離器119。在光束分離器119與聚光用透鏡105間配置有二向色反射鏡103。光束分離器119，具有使可見光線的約一半反射、另一半透過的功能，而且配置得能使可見光線的光軸的方向改變90°。觀察用光源117發生的可見光線，被光束分離器119反射約一半，這被反射的可見光線透過二向色反射鏡103及聚光用透鏡105，對包含半導體基板1的切割預定線5等的表面3實施照明。
激光加工裝置100還具有光束分離器119、配置在與二向色反射鏡103和聚光用透鏡105同一光軸上的攝像元件121及結像透鏡123。作為攝像元件121，例如有CCD照相機。對包含切割預定線5等的表面3進行照明的可見光線的反射光，透過聚光用透鏡105、二向色反射鏡103、及光束分離器119，經結像透鏡123結像，被攝像元件121攝像，形成攝像數據。
激光加工裝置100還具有輸入從攝像元件121輸出的攝像數據的攝像數據處理部125、控制激光加工裝置100整體的整體控制部127、以及監視器129。攝像數據處理部125，根據攝像數據、演算使觀察用光源117發生的可見光的焦點聚合在表面3上用的焦點數據。根據該焦點數據，階臺控制部115通過對Z軸階臺113進行移動控制，使可見光的焦點聚合于表面3。這樣，攝像數據處理部125起自動聚焦單元的作用。此外，攝像數據處理部125，根據攝像數據演算表面3的擴大圖像等的圖像數據。該圖像數據被送往整體控制部127，由整體控制部進行各種處理，送往監視器129。這樣，使擴大圖像等在監視器129上顯示。
整體控制部127，將來自階臺控制部115的數據、來自攝像數據處理部125的圖像數據等進行輸入，再根據這些數據控制激光源控制部102、觀察用光源117及階臺控制部115，以控制激光加工裝置100整體。這樣，整體控制部127起計算機單元的作用。
下面，參照圖14及圖15、對形成使用上述激光加工裝置100時的切割起點領域的工序進行說明。圖15，是說明形成切割起點領域的工序用的流程圖。
利用未圖示的分光光度計等測量半導體基板1的光吸收特性。根據該測量結果、選定發生對半導體基板1透明的波長或吸收少的波長的激光L的激光源101(S101)。接著，測量半導體基板1的厚度。根據厚度的測量結果和半導體基板1的折射率，確定半導體基板1在Z軸方向的移動量(S103)。這是為使激光L的聚光點P處于半導體基板1的內部，以位于半導體基板1的表面3的激光L的聚光點P作為基準的半導體基板1在Z軸方向的移動量。該移動量被輸入到整體控制部127。
將半導體基板1載置于激光加工裝置100的載置臺107上。而且，從觀察用光源117發生可見光，對半導體基板1進行照明(S105)。利用攝像元件121對包含被照明的切割預定線5的半導體基板1的表面3進行攝像。切割預定線5，是應切割半導體基板1的期望的假設線。這里，針對形成于半導體基板1的表面3上的各功能元件，分割半導體基板1，獲得半導體芯片，所以，切割預定線5，被設定成能在相鄰的功能元件間通行的格子狀。由攝像元件121攝取的攝像數據被送往攝像數據處理部125。攝像數據處理部125，根據該攝像數據、對觀察用光源117的可見光的焦點位于表面3那樣的焦點數據進行演算(S107)。
該焦點數據被傳輸到階臺控制部115。階臺控制部115，根據該焦點數據，使Z軸階臺113在Z軸方向移動(S109)。這樣，觀察用光源117的可見光的焦點位于半導體基板1的表面3。此外，攝像數據處理部125，根據攝像數據，對包含切割預定線5的半導體基板1的表面3的擴大圖像數據進行演算。該擴大圖像數據，經整體控制部127被傳輸到監視器129，以此在監視器129上顯示切割預定線5附近的擴大圖像。
預先在步驟S103確定的移動量數據被輸入到整體控制部127，該移動量數據傳輸到階臺控制部115。階臺控制部115，根據該移動量數據，在激光L的聚光點P位于半導體基板1的內部，利用Z軸階臺113使半導體基板1在Z軸方向上移動(S111)。
接著，通過激光源101使激光L發生，使激光L照射到半導體基板1的表面3的切割預定線5上。由于激光L的聚光點P位于半導體基板1的內部，使溶融處理領域僅在半導體基板1的內部形成。而且，使X軸階臺109和Y軸階臺111能沿著切割預定線5移動，利用沿切割預定線5形成的溶融處理領域，在半導體基板1的內部形成沿切割預定線5的切割起點領域(S113)。
通過以上工序，使形成切割起點領域的過程終了，在半導體基板1內部形成切割起點領域。在半導體基板1的內部形成切割起點領域時，就能用自然或較小的力，以切割起點領域為起點，在半導體基板1的厚度方向發生裂口。
按照實施例1，形成上述切割起點領域的工序中，在靠近半導體基板1的內部的表面3側的位置形成切割起點領域，以該切割起點領域為起點，在半導體基板1的厚度方向發生裂口。圖16是展示形成切割起點領域后的半導體基板1的圖。如圖16所示，在半導體基板1以切割起點領域為起點發生的裂口15，能沿切割預定線形成為格子狀，僅到達半導體基板1的表面3，不到達背面21。即，在半導體基板1發生的裂口15，將以矩陣狀形成于半導體基板1表面的多個功能元件19各自分割。此外，利用該裂口15切割的半導體基板1的切斷面相互緊靠。
此外，所謂“在靠近半導體基板1內部的表面3側的位置形成切割起點領域”，指的是，構成切割起點領域的溶融處理領域等的調質領域，在離半導體基板1的厚度方向的中心位置(厚度的一半的位置)靠近表面3的一側形成。即，指的是，半導體基板1的厚度方向的調質領域的寬度的中心位置，位于離半導體基板1的厚度方向的中心位置靠近表面3側，而不是僅指調質領域的整個部分相對于半導體基板1的厚度方向的中心位置位于表面3側的情況。
下面，參照圖17～圖21，對研磨半導體基板1的工序進行說明。圖17～圖21，是說明含研磨半導體基板的工序的各工序用的圖。此外，實施例1中，半導體基板的厚度可從350μm薄型化至50μm。
如圖17所示，在上述切割起點領域形成后的半導體基板1的表面3上粘貼保護膜20。保持膜20，在保護形成于半導體基板1的表面3上的功能元件19的同時，還用于保持半導體基板1。之后，如圖18所示，平面研削半導體基板1的背面21，在該平面研削后，對背面21實施化學蝕刻，將半導體基板1薄型化為50μm。由此，即，通過研磨半導體基板1的背面21，背面21達到以切割起點領域為起點產生的裂口15，將半導體基板1分割成各具有功能元件19的半導體芯片25。另外，作為上述化學蝕刻，例如有濕蝕刻(HF·HNO3)或等離子體蝕刻(HBr·Cl2)等。
另外，如圖19所示，粘貼擴張膜23，以覆蓋全部半導體芯片25的背面，之后，如圖20所示，剝離粘貼成覆蓋全部半導體芯片25的功能元件19的保護膜20。接著，如圖21所示，擴張擴張膜23，使半導體芯片25相互分離，通過吸附彈簧筒夾(collet)27分揀半導體芯片25。
如上所述，根據實施例1的基板的分割方法，在器件制作工序中，當在半導體基板1的表面3中形成功能元件19后，可研磨半導體基板1的背面21。另外，通過形成切割起點領域的工序以及研磨半導體基板的工序分別實現的以下效果，可高合格率地得到薄型化以與半導體器件的小型化對應的半導體芯片25。
即，根據形成切割起點領域的工序，可防止在半導體基板1的表面3上，產生偏離應切斷半導體基板1的期望的切割預定線的、不必要的裂口或溶融，可防止在分離半導體基板1得到的半導體芯片25中產生不必要的裂口或溶融。
另外，根據形成切割起點領域的工序，由于沿切割預定線的半導體基板1的表面3不溶融，所以可使相鄰功能元件19的間隔變窄，可增加從1個半導體基板1分離的半導體芯片25的數量。
另一方面，在研磨半導體基板的工序中，當在半導體基板1的內部形成切割起點領域后，平面研削半導體基板1的背面21，以使半導體基板1變為規定厚度，但此時，即便背面21達到以切割起點領域為起點產生的裂口15，也因為由該裂口15切斷的半導體基板1的切斷面彼此緊貼，所以可防止平面研削引起的半導體基板1的碎屑或破裂。因此，可防止產生碎屑或破裂，可薄型化半導體基板1并且分割半導體基板1。
上述半導體基板1中的切斷面的緊貼還可實現如下效果，即，防止通過平面研削產生的研削屑進入裂口15內，并防止通過分割半導體基板1得到的半導體芯片25的研削屑污染。同樣，半導體基板1中的切斷面的緊貼，還可實現與各半導體芯片25彼此間隔的情況相比、使平面研削引起的半導體芯片25的芯片飛濺減少的效果。即，可使用抑制保持力的膜作為保護膜20。
另外，在研磨半導體基板的工序中，因為對半導體基板1的背面21實施化學蝕刻，所以可進一步平滑化通過分割半導體基板1得到的半導體芯片25的背面。并且，因為基于以切割起點領域為起點產生的裂口15的半導體基板1的切斷面彼此緊貼，所以如圖22所示，通過僅選擇地蝕刻該切斷面的背面側的邊緣部，而形成倒角29。因此，在可使通過分割半導體基板1得到的半導體芯片25的抗折強度提高的同時，可防止半導體芯片25中產生碎屑或破裂。
另外，圖23A～圖25B示出研磨半導體基板的工序后的半導體芯片25與溶融處理領域13的關系。各圖中所示的半導體芯片25中，由于存在后述的各個效果，所以可對應于各種目的來分別使用。這里，圖23A、圖24A和圖25A是在研磨半導體基板的工序之前、裂口15到達半導體基板1的背面3的情況，圖23B、圖24B和圖25B是在研磨半導體基板的工序之前、裂口15未到達半導體基板1的背面3的情況。在圖23B、圖24B和圖25B的情況下，在研磨半導體基板的工序之后，裂口15也到達半導體基板15的背面3。
如圖23A和圖23B所示，在切斷面內殘留溶融處理領域13的半導體芯片25，其切斷面被溶融處理領域13所保護，半導體芯片25的抗折強度提高。
如圖24A和圖24B所示，在切斷面內未殘留溶融處理領域13的半導體芯片25，在溶融處理領域13對半導體器件不造成好影響的情況下有效。
如圖25A和圖25B所示，在切斷面背面側的邊緣部中殘留溶融處理領域13的半導體芯片25中，該邊緣部被溶融處理領域13所保護，與倒角半導體芯片25的邊緣部的情況一樣，可防止邊緣部中產生碎屑或破裂。
另外，如圖23A、圖24A和圖25A，與在研磨半導體基板的工序之前、裂口15到達半導體基板1的背面3的情況相比，如圖23B、圖24B和圖25B所示，在研磨半導體基板的工序之前、裂口15未到達半導體基板1的背面3的情況下，研磨半導體基板的工序之后得到的半導體芯片25的切斷面的直行性進一步提高。
因此，不用說，在研磨半導體基板的工序之前、裂口15是否到達半導體基板1的表面3與溶融處理領域13至表面3的深度有關，但還與溶融處理領域13的大小有關。即，若減小溶融處理領域13的大小，則即便在溶融處理領域13至表面3的深度淺的情況下，裂口15也不到達半導體基板1的表面3。溶融處理領域13的大小例如可由形成切割起點領域的工序中的脈沖激光的輸出來控制，若提高脈沖激光的輸出，則變大，若降低脈沖激光的輸出，則變小。
另外，考慮研磨半導體基板的工序中薄型化的半導體基板1的規定厚度，優選事先(例如在形成切割起點領域的工序之前)在至少該規定厚度的半導體基板1的周緣部(外周部)，通過倒角加工形成圓。圖26A和圖26B是實施例1的研磨半導體基板工序前后的半導體基板1的周緣部的截面圖。研磨半導體基板工序之前的圖26A所示的半導體基板1的厚度為350μm，研磨半導體基板工序之后的圖26B所示的半導體基板1的厚度為50μm。如圖26A所示，在半導體基板1的周緣部，事先通過倒角來形成多個(這里為7個)每個厚度為50μm的圓，即，將半導體基板1的周緣部的截面形狀形成波形。由此，如圖26B所示，研磨半導體基板1的工序后的半導體基板1的周緣部，由于通過倒角而變為形成圓的狀態，所以可防止該周緣部產生碎屑或破裂，進而通過提高機械強度，可使處理變容易。
參照圖27～圖35來說明本發明的基板分割方法的實施例2。實施例2是設基板1為作為絕緣基板的藍寶石基板(厚度為450μm，外徑為2英寸)(下面，在實施例2中將“基板1”稱為“藍寶石基板1”)，得到構成發光二極管的半導體芯片的情況。另外，圖28～圖35是沿圖27所示的藍寶石基板1的XX-XX的截面圖。
首先，如圖28所示，使聚光點P聚光在藍寶石基板1的內部，照射激光L，在藍寶石基板1的內部形成調質領域7。在該藍寶石基板1的表面3上，在以后的工序中將多個功能元件19形成矩陣狀，對每個功能元件19進行藍寶石基板1的分割。因此，與各功能元件19的尺寸相一致，從表面3側看，呈格子狀地設定切割預定線，沿該切割預定線形成調質領域7，設該調質領域7為切割起點領域。
另外，若在聚光點P的最大功率密度為1×108(W/cm2)以上、脈沖寬度為1μs以下的條件下，向藍寶石基板1照射激光，則形成裂口領域作為調質領域7(有時也形成溶融處理領域)。另外，若將藍寶石基板1的(0001)面設為表面3，在沿(1120)面的方向和與該方向正交的方向上形成調質領域7，則在后面的工序中，可以將該調質領域7的切割起點領域為起點，通過更小的力，以高精度來切割基板。這與在沿(1100)面的方向和與該方向正交的方向上形成調質領域7一樣。
在基于調質領域7的切割起點領域形成后，如圖29所示，在藍寶石基板1的表面3上，使n型氮化鎵類化合物半導體層(下面稱為“n型層”)31結晶生長至厚度為6μm，并且，在n型層31上，使p型氮化鎵類化合物半導體層(下面稱為“p型層”)32結晶生長至厚度為1μm。而且，通過沿形成為格子狀的調質領域7將n型層31和p型層32蝕刻到n型層31的中途，將由n型層31和p型層32構成的多個功能元件19形成矩陣狀。
另外，也可在藍寶石基板1的表面3上形成n型層31和p型層32之后，將聚光點P聚光在藍寶石基板1的內部，照射激光L，并在藍寶石基板1的內部形成調質領域7。另外，照射激光L可從藍寶石基板1的表面3側進行，也可從背面21側進行。因為在形成n型層31和p型層32之后從表面3側照射激光L的情況下，激光L也對藍寶石基板1、n型層31和p型層32具有透光性，所以可防止n型層31和p型層32溶融。
在形成由n型層31和p型層32構成的功能元件19后，如圖30所示，在藍寶石基板1的表面3側粘貼保護膜20。保護膜20在保護形成于藍寶石基板1的表面3上的功能元件19的同時，還保持藍寶石基板1。接著，如圖31所示，平面研削藍寶石基板1的背面21，將藍寶石基板1薄型化為厚度為150μm。通過研磨藍寶石基板1的背面21，以調質領域7的切割起點領域為起點，產生裂口15，該裂口15到達藍寶石基板1的表面3和背面21，將藍寶石基板1分割成各具有由n型層31和p型層32構成的功能元件19的半導體芯片25。
另外，如圖32所示，粘貼可擴展的擴張膜23以覆蓋全部半導體芯片25的背面之后，如圖33所示，通過向保護膜20照射紫外線，使作為保護膜20的粘接層的UV固化樹脂固化，如圖34所示，剝離保護膜20。接著，如圖35所示，向外側擴張擴張膜23，相互分離各半導體芯片25，通過吸附彈簧筒夾等分揀半導體芯片25。之后，將電極裝配在半導體芯片25的n型層31和p型層32上，制作發光二極管。
如上所述，根據實施例2的基板的分割方法，在形成切割起點領域的工序中，因為使聚光點P聚光在藍寶石基板1的內部，照射激光L，并使藍寶石基板1的內部產生所謂多光子吸收的現象，形成調質領域7，所以可通過該調質領域7，沿應切斷藍寶石基板1的期望的切割預定線，在藍寶石基板1的內部形成切割起點領域。若在藍寶石基板1的內部形成切割起點領域，則自然地或通過較小的力，以切割起點領域為起點，沿藍寶石基板1的厚度方向產生裂口15。
另外，在研磨藍寶石基板1的工序中，當在藍寶石基板1的內部形成切割起點領域之后，研磨藍寶石基板1，使藍寶石基板1變為規定厚度，但此時，即便研磨面到達以切割起點領域為起點產生的裂口15，也由于由該裂口15切斷的藍寶石基板1的切斷面為彼此緊貼的狀態，所以可防止研磨引起的藍寶石基板1的碎屑或破裂。
因此，可防止產生碎屑或破裂、薄型化藍寶石基板1且分割藍寶石基板1，可高合格率地得到薄型化藍寶石基板1的半導體芯片25。
另外，即便是用AlN基板或GaAs基板代替藍寶石基板1的情況下的基板分割，也可實現上述一樣的效果。
產業上的可利用性如上所述，根據本發明，可防止產生碎屑或破裂，薄型化基板且分割基板。
權利要求
1.一種基板的分割方法，其特征在于，具有在基板內部使聚光點聚合并照射激光，在所述基板內部形成由多光子吸收生成的調質領域，利用該調質領域，在距所述基板的激光入射面規定距離內側，沿所述基板的切割預定線，形成切割起點領域的工序；以及形成所述切割起點領域工序后，研磨所述基板至規定的厚度的工序。
2.根據權利要求1所述的基板的分割方法，其特征在于，所述基板是半導體基板。
3.根據權利要求2所述的基板的分割方法，其特征在于，所述調質領域，是經過溶融處理的領域。
4.根據權利要求1所述的基板的分割方法，其特征在于，所述基板是絕緣基板。
5.根據權利要求第1項～第4項中的任一項所述的基板的分割方法，其特征在于，在所述基板表面形成功能元件，在研磨所述基板的工序中，研磨所述基板背面。
6.根據權利要求5所述的基板的分割方法，其特征在于，研磨所述基板的工序，包含對所述基板背面實施化學蝕刻的工序。
全文摘要
本發明提供一種能防止碎屑或破裂的發生、使基板薄型化并將基板分割的基板的分割方法。該基板的分割方法的特征在于，具有通過在表面(3)形成功能元件(19)的半導體基板(1)的內部，使聚光點聚合并照射激光，在半導體基板(1)的內部形成含由多光子吸收生成的溶融處理領域的調質領域，通過含該溶融處理領域的調質領域，形成切割起點領域的工序；以及在形成切割起點領域后，研磨半導體基板(1)的背面(21)使半導體基板(1)成為規定的厚度的工序。
文檔編號B23K26/40GK1643656SQ0380586
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月6日 優先權日2002年3月12日
發明者藤井義磨郎, 福世文嗣, 福滿憲志, 內山直己 申請人:浜松光子學株式會社