JP2013000748A - 半導体ウエーハのレーザ加工方法、半導体発光チップの製造方法およびレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の厚み方向に異なる距離に複数段にわたって脆弱領域を形成しても、半導体素子の特性の劣化を抑制できる半導体ウエーハのレーザ加工方法等を提供する。
【解決手段】第１のレーザ照射工程では、レーザ光４５−１が基板１１０の裏面１１０ｂから入射され、開口数ＮＡ１の集光レンズ４４−１により裏面１１０ｂから距離ｄ１の位置に集光される。そして、吸着ステージ５２の−Ｘ方向への移動とともに、複数の脆弱領域２３が繰り返して形成される（図７（ａ１））。第２のレーザ照射工程では、レーザ光４５−２が基板１１０の裏面１１０ｂから入射され、開口数ＮＡ２が開口数ＮＡ１より大きい集光レンズ４４−２により裏面１１０ｂから距離ｄ２の位置に集光される。そして、吸着ステージ５２の−Ｘ方向への移動とともに、複数の脆弱領域２４が繰り返して形成される（図７（ｂ１））。
【選択図】図７

Description

本発明は、半導体素子が複数形成された半導体ウエーハ等の基板を薄片化（チップ化）する半導体ウエーハのレーザ加工方法、半導体発光チップの製造方法およびレーザ加工方法に関する。

電子回路、発光素子、受光素子などの半導体素子の製造では、まず、基板上の格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定線によって区画された複数の領域にそれぞれ半導体素子が形成された半導体ウエーハが製造される。そして、半導体ウエーハを分割予定線に沿って切断することにより半導体素子が形成された領域が分割され、個々の半導体チップとなる。これらの半導体チップは、回路基板またはパッケージに実装され、半導体部品等として使用される。
半導体ウエーハを半導体チップに分割する方法として、基板に対して透光性のレーザ光を対物レンズ光学系で集光して基板内部に照射し、照射前に比べて強度が低い脆弱領域（変質領域）を、基板に想定された分割予定線に沿って形成するステルスダイシング法と呼ばれるレーザ加工方法がある。この方法では、この脆弱領域を起点として、基板を分割する。

特許文献１には、０．６（μＪ）〜１０（μＪ）という小さいパルスエネルギーでフェムト秒領域の極めて短いパルス幅のパルスレーザ光線をサファイア基板の分割予定ラインに対応する内部に集光点を位置付けて照射して変質領域を形成することで、４×１０^１３（Ｗ／ｃｍ^２）〜５×１０^１５（Ｗ／ｃｍ^２）という高いピークパワー密度でもレーザ光線の照射が可能となり、サファイア基板内部の所望の集光点のみに変質領域を形成でき、窒化物半導体やサファイア基板に対するダメージを最小にして必要な加工を施すことができるようにしたサファイア基板の加工方法が記載されている。
特許文献２には、波長が１０６４ｎｍのレーザ光線をウエーハの裏面側からウエーハの表面近傍に集光点を位置付けてストリートに沿って照射し、ウエーハの表面近傍にストリートに沿って第１の変質層を形成する第１の変質層形成工程と、波長が１３４２ｎｍのレーザ光線をウエーハの裏面側から該第１の変質層よりウエーハの裏面側に集光点を位置付けてストリートに沿って照射し、該第１の変質層よりウエーハの裏面側にストリートに沿って第２の変質層を形成する第２の変質層形成工程とを含むウエーハのレーザ加工方法およびレーザ加工装置が記載されている。

特開２００８−６４９２号公報 特開２００８−１３１００８号公報

ところで、レーザ光をサファイア等の基板の内部に照射して脆弱領域（変質領域（変質層））を形成するステルスダイシング法では、脆弱領域の形成に寄与しないレーザ光が、半導体素子に照射されることで、半導体素子の特性を劣化させるという現象が見られる。
特に、基板の厚み方向に異なる距離に複数段にわたって脆弱領域を形成する場合、第２段目以降の脆弱領域の形成において、例えば発光素子（ＬＥＤ）の逆方向電流ＩＲが増加するなど、半導体素子の特性が顕著に劣化する現象が見られることが分かった。

本発明は、基板の厚み方向に異なる距離に複数段にわたって脆弱領域を形成しても、半導体素子の特性の劣化を抑制できる半導体ウエーハのレーザ加工方法、半導体発光チップの製造方法およびレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明が適用される半導体ウエーハのレーザ加工方法は、板状の基板の表面に半導体素子を備える半導体ウエーハのレーザ加工方法であって、半導体ウエーハに想定された分割予定線に沿って、半導体ウエーハの基板の裏面から集光したレーザ光を照射し、基板の内部に１段目の脆弱領域を形成する第１のレーザ照射工程と、基板内において、１段目の脆弱領域より基板の裏面に近い位置に、第１のレーザ照射工程における集光レンズに比べ開口数の大きい集光レンズを用いてレーザ光を照射し、基板の内部に２段目の脆弱領域を形成する第２のレーザ照射工程とを含んでいる。
このような半導体ウエーハの基板は、サファイアであることを特徴とすることができる。
また、レーザ光は、波長３５５ｎｍ、５３２ｎｍおよび１０６４ｎｍからなる群から選ばれた１種の波長を有することを特徴とすることができる。
さらに、第１のレーザ照射工程における集光レンズの開口数は、０．５以上且つ０．７未満であって、第２のレーザ照射工程における集光レンズの開口数は、０．７以上且つ０．８５以下であることを特徴とすることができる。
さらにまた、第１のレーザ照射工程における１段目の脆弱領域は、基板の裏面から６５μｍ以上離れた位置に設けられることを特徴とすることができる。
また、本発明が適用される半導体チップの製造方法は、基板上にｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層がこの順に積層された積層半導体層をエピタキシャル成長する工程と、基板上の積層半導体層により複数の発光素子を形成し半導体ウエーハとする工程と、半導体ウエーハを、上記の半導体ウエーハのレーザ加工方法によりレーザ加工する工程とを含んでいる。
また、他の観点から捉えると、本発明が適用されるレーザ加工装置は、開口数の異なる少なくとも２つの集光レンズを備えたレーザ加工装置であって、板状の基板の表面に半導体素子を備える半導体ウエーハに想定された分割予定線に沿って、半導体ウエーハの基板の裏面から、少なくとも２つの集光レンズのうち、開口数が小さい第１の集光レンズにより集光したレーザ光を照射し、基板の内部に１段目の脆弱領域を形成する第１のレーザ照射部と、基板内において、１段目の脆弱領域より基板の裏面に近い位置に、少なくとも２つの集光レンズのうち、第１の集光レンズに比べ開口数の大きい第２の集光レンズを用いてレーザ光を照射し、基板の内部に２段目の脆弱領域を形成する第２のレーザ照射部とを備えている。

本発明の半導体ウエーハのレーザ加工方法等によれば、基板の厚み方向に異なる距離に複数段にわたって脆弱領域を形成しても、半導体素子の特性の劣化を抑制できる。

本実施の形態が適用される半導体チップ（発光チップ）の一例を説明する断面図である。 図１のＩＩ方向からみた、半導体チップ（発光チップ）の上面図である。 複数の半導体素子が形成された半導体ウエーハの平面構成の一例を説明する図である。 半導体ウエーハユニットを説明する図である。 レーザ加工に用いられるレーザ加工装置の一例を説明する図である。 レーザ加工装置による半導体ウエーハの基板の内部への脆弱領域を形成するレーザ加工工程を説明する図である。 （ａ１）および（ａ２）は、基板の裏面から遠い距離の位置に脆弱領域を形成する第１のレーザ照射工程を示す。（ｂ１）および（ｂ２）は、基板の裏面に近い距離に脆弱領域を形成する第２のレーザ照射工程を説明する図である。 集光レンズとレーザ光との関係を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、添付図面では、半導体ウエーハ、半導体チップなどを模式的に表しており、縮尺は正確ではない。
なお、本明細書では、基板上に複数の半導体素子を備えるものを半導体ウエーハと呼び、それぞれが半導体素子を備えるように半導体ウエーハを分割したものを半導体チップと呼ぶ。
半導体素子には、発光素子、受光素子、集積回路、機構系を電子回路とともに組み込んだＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）などが含まれる。ここでは、半導体素子の一例として発光素子（ＬＥＤ）で説明する。すなわち、半導体チップは発光チップ（半導体発光チップ）として説明する。

［半導体チップ１（発光チップ）］
図１は本実施の形態が適用される半導体チップ１（発光チップ）の一例を説明する断面図である。なお、本実施の形態では、半導体チップ１の一例として発光チップで説明する。以下、半導体チップ１（発光チップ）と表記する。図２は、図１のＩＩ方向からみた、半導体チップ１（発光チップ）の上面図である。なお、図１は図２のＩ−Ｉ線での断面図である。
半導体チップ１（発光チップ）は化合物半導体にて構成されている。なお、半導体チップ１（発光チップ）を構成する化合物半導体としては、特に限定されるものではなく、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＶ−ＩＶ族化合物半導体等が挙げられる。本実施の形態では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が好ましく、中でも、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体が好ましい。そして、以下では、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体を有する半導体チップ１（発光チップ）を例として説明する。なお、例として図１に示す半導体チップ１（発光チップ）は青色光を出力する。

基板１１０は、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体とは異なる材料から構成され、基板１１０上にＩＩＩ族窒化物化合物半導体結晶がエピタキシャル成長される。基板１１０を構成する材料としては、例えば、サファイア、炭化珪素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、シリコン、ゲルマニウム、溶融石英（石英）などのガラス等が挙げられる。ここでは、基板１１０は、一例として、透明で、良好な結晶が得られるサファイアであるとして説明する。なお、基板にエピタキシャル成長後、他の材質の基板に貼り付け、エピタキシャル成長させた基板を除去することで、他の材質の基板である貼り付けた基板を基板１１０とすることもできる。

この半導体チップ１（発光チップ）は、サファイアの基板１１０と、基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０上に積層される下地層１３０と、下地層１３０上に積層されるｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０と、発光層１５０上に積層されるｐ型半導体層１６０とを備えている。
ここで、ｎ型半導体層１４０は、下地層１３０側に設けられるｎ型コンタクト層１４０ａと発光層１５０側に設けられるｎ型クラッド層１４０ｂとを有している。また、発光層１５０は、障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとが交互に積層され、２つの障壁層１５０ａによって１つの井戸層１５０ｂを挟み込んだ構造を有している。さらに、ｐ型半導体層１６０は、発光層１５０側に設けられるｐ型クラッド層１６０ａと最上層に設けられるｐ型コンタクト層１６０ｂとを有する。なお、以下の説明においては、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と表記する。

半導体チップ１（発光チップ）においては、ｐ型半導体層１６０のｐ型コンタクト層１６０ｂの上面１６０ｃに透明正極１７０が積層され、さらにその上にｐ電極１９０ａが形成されている。さらに、ｎ型半導体層１４０のｎ型コンタクト層１４０ａに形成された半導体層露出面１４０ｃにｎ電極１９０ｂが積層されている。
さらにまた、半導体チップ１（発光チップ）は、ｐ電極１９０ａおよびｎ電極１９０ｂのそれぞれの表面の一部を除いて、透明正極１７０の表面、積層半導体層１００の表面および側面、半導体層露出面１４０ｃを覆う保護層１８０を備える。
なお、基板１１０上の中間層１２０、下地層１３０、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０、ｐ型半導体層１６０、透明正極１７０、ｐ電極１９０ａ、ｎ電極１９０ｂおよび保護層１８０をまとめて半導体素子２００と表記する。発光層１５０は、発光効率の高いＧａＩｎＮからなることが望ましい。

この半導体チップ１（発光チップ）においては、図１に示したｐ電極１９０ａとｎ電極１９０ｂとを介して積層半導体層１００（より具体的にはｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０）に電流を流すことで、発光層１５０が青色光を出射するようになっている。なお、発光層１５０は、透明正極１７０側に加えて、基板１１０側および側方（発光層１５０の層方向）にも青色光を発する。

次に、半導体チップ１（発光チップ）の平面形状を説明する。
図２に示すように、半導体チップ１（発光チップ）の平面形状は、例えば３５０μｍ×３５０μｍの正方形である。なお、半導体チップ１（発光チップ）の平面形状は、正方形に限らず、長方形など、他の形状であってもよい。
半導体層露出面１４０ｃは、図２に示すように、半導体チップ１（発光チップ）の周縁を巡るように形成されている。なお、半導体層露出面１４０ｃは、正方形の１辺において、周縁から内側に向かって広がって設けられている。そして、ｎ電極１９０ｂは、この広がって設けられた半導体層露出面１４０ｃ上に設けられている。
一方、ｐ電極１９０ａは、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃ上に設けられた透明正極１７０上に設けられている。半導体チップ１（発光チップ）は、発光層１５０から発光するため、透明正極１７０は面積が広いほど光量が大きくなる。よって、ｐ電極１９０ａは、透明正極１７０の一部に設けられている。
なお、ｐ電極１９０ａおよびｎ電極１９０ｂの形状および配置は、図２に示したものに限らず、他の形状および配置であってもよい。

［半導体ウエーハ３０］
半導体チップ１（発光チップ）は、例えば円形の基板１１０上に複数の半導体素子２００が形成された半導体ウエーハ３０が分割されて構成される。なお、基板１１０、中間層１２０、下地層１３０、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０、ｐ型半導体層１６０等の表記は、半導体チップ１（発光チップ）（図１、２参照）においても、分割される前の半導体ウエーハ３０においても用いる。
図３は、複数の半導体素子２００が形成された半導体ウエーハ３０の平面構成の一例を説明する図である。
半導体ウエーハ３０には、結晶方位を示すとともに、自動制御により半導体ウエーハ３０の位置を定めるために用いられるオリエンテーションフラット（ＯＦ）が設けられている。なお、ＯＦの代わりに切り込み（ノッチ）などが設けられていてもよい。

ここで、半導体チップ１が例えば図１に示す発光チップであるとし、図１を参照しつつ、半導体ウエーハ３０の製造法を説明する。
まず、予め定められた直径と厚さとを有するサファイアの基板１１０上に、スパッタリング装置にて、中間層１２０および下地層１３０を形成する。
続いて、下地層１３０が形成された基板１１０上に、ＭＯＣＶＤ装置により、ｎ型コンタクト層１４０ａを形成し、ｎ型コンタクト層１４０ａの上にｎ型クラッド層１４０ｂを形成する。さらに、ｎ型クラッド層１４０ｂの上に発光層１５０すなわち障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとを交互に形成し、発光層１５０の上にｐ型クラッド層１６０ａを形成し、ｐ型クラッド層１６０ａの上にｐ型コンタクト層１６０ｂを形成する。ｎ型半導体層１４０、発光層１５０、ｐ型半導体層１６０の積層半導体層１００はエピタキシャル成長される（エピタキシャル成長する工程）。
さらに、ｐ型コンタクト層１６０ｂの上面１６０ｃ上に透明正極１７０を積層する。また、エッチング等を用いてｎ型コンタクト層１４０ａに半導体層露出面１４０ｃを形成する。そして、透明正極１７０上にｐ電極１９０ａを、半導体層露出面１４０ｃ上にｎ電極１９０ｂを設ける。
その後、基板１１０の下地層１３０の形成面とは反対の面を、予め定められた厚さ、例えば１５０μｍまで研削および研磨する。これにより半導体ウエーハ３０が完成する（半導体素子を形成し半導体ウエーハとする工程）。

以上説明したように、半導体ウエーハ３０は、分割予定線Ｈ１〜Ｈ９、Ｖ１〜Ｖ９で区切られたそれぞれの領域（半導体チップ１（発光チップ）となる領域）に、半導体素子２００（本実施の形態では発光素子）が形成される。半導体ウエーハ３０は、分割予定線Ｈ１〜Ｈ９、Ｖ１〜Ｖ９で、半導体チップ１（発光チップ）に分割される。すなわち、分割予定線Ｈ１〜Ｈ９、Ｖ１〜Ｖ９は線として示しているが、半導体ウエーハ３０の表面３０ａから裏面（基板１１０の裏面１１０ｂ）（後述する図７参照）に延びた面（分割予定面）で切断されることになる。
ここで、分割予定線Ｖ１〜Ｖ９は間隔ｐｘ、分割予定線Ｈ１〜Ｈ９は間隔ｐｙで設けられている。半導体チップ１（発光チップ）の平面形状が３５０μｍ角の正方形である場合、間隔ｐｘおよび間隔ｐｙはそれぞれ３５０μｍである。
なお、図３では、半導体ウエーハ３０上に半導体チップ１（発光チップ）を一例として８×８（ただし、角の４個は設けていない。）に配列している。しかし、半導体ウエーハ３０上の半導体チップ１（発光チップ）の個数は、半導体ウエーハ３０の直径と、半導体チップ１（発光チップ）の間隔ｐｘおよび間隔ｐｙとによって決められる。
また、図３では間隔ｐｘおよび間隔ｐｙをそれぞれ分割予定線Ｖ１〜Ｖ９、Ｈ１〜Ｈ９の線間において等間隔として表記しているが、等間隔でなくともよい。

［半導体ウエーハユニット４０］
次に、半導体ウエーハ３０の基板１１０内に、分割予定線Ｖ１〜Ｖ９、Ｈ１〜Ｈ９に沿って、脆弱領域２３、２４（変質領域）（後述する図７参照）が形成（レーザ加工）される。
レーザ加工にあたって、半導体素子２００が形成された半導体ウエーハ３０は、周囲にウエーハリング１６を備えるダイシングテープ１５に、半導体素子２００が形成された半導体ウエーハ３０の表面３０ａ側が貼り付けられる。以下では、ダイシングテープ１５、ウエーハリング１６および半導体ウエーハ３０をまとめて半導体ウエーハユニット４０と呼ぶ。
図４は、半導体ウエーハユニット４０を説明する図である。図４は、半導体ウエーハ３０を半導体素子２００が形成された表面３０ａ側から見た図を示している。よって、図４は、半導体ウエーハ３０をダイシングテープ１５を通して見た図となっている。

ダイシングテープ１５は、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポレオレフィン（ＰＯ）などの樹脂による、柔軟性を有するとともに常温または加熱状態において延伸（引き伸ばすことが）できるシート状の基材と、基材の一方の面上に設けられ、半導体ウエーハ３０およびウエーハリング１６を固定することができる接着剤（糊）とから構成されている。
ダイシングテープ１５は、例えば、厚さ５０〜１５０μｍのポリ塩化ビニルテープが好適である。
接着剤（糊）は、紫外線（ＵＶ）照射によって、粘着力が照射前に比べ低下する性質を有するものが、作業効率が高いことおよび転写不良が発生しにくいことから望ましい。接着剤（糊）は、温度によって粘着力を制御できるものも望ましい。

ウエーハリング１６は、半導体ウエーハ３０の直径より大きい内径を有する、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）から構成された板状である。なお、ウエーハリング１６は、プラスチック材料で構成されていてもよい。
ウエーハリング１６は、ウエーハリング１６により半導体ウエーハ３０の取り扱いを自動的に行えるよう、外周の一部が直線状に加工されているとともに、外周の一部にくぼみが設けられている。なお、直線状の加工およびくぼみはなくてもよい。

ウエーハリング１６の一方の面は、ダイシングテープ１５の糊が設けられた面１５ａ（後述する図７（ａ１）参照）と貼りあわされている。
そして、半導体ウエーハ３０の半導体素子２００が形成された表面３０ａが、ダイシングテープ１５の糊が設けられた面１５ａに貼りあわされている。
よって、ダイシングテープ１５に対して、半導体ウエーハ３０およびウエーハリング１６は同じ側、すなわち糊が設けられた面１５ａ上に貼り付けられている（後述する図７（ａ１）参照）。

なお、基板１１０の内部に脆弱領域２３、２４を形成するレーザ加工工程（レーザ加工する工程）の後、想定された分割予定線Ｖ１〜Ｖ９、Ｈ１〜Ｈ９に対してブレードを押し当てるなどにより、半導体ウエーハ３０を半導体チップ１（発光チップ）に分割（切断）するブレーキング（ブレーキング工程）が行われる。ブレーキング工程において、半導体ウエーハ３０は、脆弱領域２３、２４を起点として基板１１０にクラックが入ることにより、複数の半導体チップ１（発光チップ）に切断される。
その後、ダイシングテープ１５を延伸する工程（延伸工程）により、それぞれの半導体チップ１（発光チップ）の隙間が広げられ、パッケージへのマウント作業を容易にする。
以上説明したように、ウエーハリング１６およびダイシングテープ１５は、レーザ加工工程、ブレーキング工程、延伸工程において、半導体ウエーハ３０の固定治具として働くとともに、切断された半導体チップ１（発光チップ）の飛散を抑制する。

［レーザ加工装置５０］
図５は、レーザ加工に用いられるレーザ加工装置５０の一例を説明する図である。
レーザ加工装置５０は、台等の上に設置されるための基体５１、基体５１上に設けられ、基体５１上を左右方向（Ｘ方向と呼ぶ。）、前後方向（Ｙ方向と呼ぶ。）、上下方向（Ｚ方向と呼ぶ。）に移動可能で、さらに回転可能（回転方向をθ軸方向と呼ぶ。）な吸着ステージ５２を備える。基体５１は、吸着ステージ５２をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に移動させるモータ、そしてθ軸方向に回転させるモータおよびこれらのモータを制御する電子回路を備える。
吸着ステージ５２は、半導体ウエーハユニット４０を真空吸着により固定する。ここでは、半導体ウエーハユニット４０は、半導体ウエーハ３０（図３、４参照）のｘ方向を基体５１の−Ｘ方向に、半導体ウエーハ３０のｙ方向を基体５１のＹ方向に合致するように設置されている。すなわち、半導体ウエーハ３０は、表面３０ａが吸着ステージ５２に面するように配置されるとともに、ＯＦが手前になるように吸着ステージ５２に設置されている。

また、レーザ加工装置５０は、基体５１上に設けられた支持体５５を備える。この支持体５５は、レーザ光発生部４１を支持する。図５では、レーザ光発生部４１は、内部構造が分かるように一部を破線として示している。レーザ光発生部４１は、例えばＹＡＧレーザの第３高調波である波長３５５ｎｍのパルスのレーザ光４５を発生する。なお、レーザ光発生部４１からのレーザ光４５の波長として、第３高調波の波長３５５ｎｍ以外に、５３２ｎｍ（第２高調波）、１０６４ｎｍを任意に選択することができる。レーザ光発生部４１は、レーザ光４５を９０°折り曲げるためのダイクロイックミラー４２を備える。さらに、レーザ光発生部４１は、ダイクロイックミラー４２で反射されたレーザ光４５を集光し、基板１１０の内部に集光点を結ばせるための集光レンズ４４−１、４４−２を備える。すなわち、レーザ加工装置５０は、第１の集光レンズの一例としての開口数ＮＡ１の集光レンズ４４−１と、開口数ＮＡ１より大きい第２の集光レンズの一例としての開口数ＮＡ２の集光レンズ４４−２とを交換することができるようになっている。集光レンズ４４−１と集光レンズ４４−２との交換は、図５に示すように矢印方向にスライドさせて行う方式であってもよく、顕微鏡に用いられている公知のレボルバにより行う方式であってもよい。
ここでは、集光レンズ４４−１と集光レンズ４４−２とを区別しないときは、集光レンズ４４と表記する。そして、ここでの集光レンズ４４は、複数のレンズが組み合わされて構成されたレンズ（対物レンズ）であってもよい。
なお、集光レンズ４４−１を用いて集光したレーザ光４５をレーザ光４５−１と、集光レンズ４４−２を用いて集光したレーザ光４５をレーザ光４５−２と表記し、レーザ光４５−１とレーザ光４５−２とを区別しないときはレーザ光４５と表記する。
そして、レーザ加工装置５０において、一例であるが、開口数ＮＡ１の集光レンズ４４−１と、集光レンズ４４−１を保持してレーザ光４５−１を出射する部分とで第１のレーザ照射部を構成し、開口数ＮＡ２の集光レンズ４４−２と、集光レンズ４４−２を保持してレーザ光４５−２を出射する部分とで第２のレーザ照射部を構成する。

そして、支持体５５は、アーム５６を支持する。そして、アーム５６は、ダイクロイックミラー４２を通して半導体ウエーハ３０を観察するための撮像部６２を備える。

さらに、レーザ加工装置５０は、ロードカセットエレベータ５７とアンロードカセットエレベータ５８とを備える。ロードカセットエレベータ５７は、レーザ加工を施す前の複数の半導体ウエーハユニット４０を収容するロードカセット５７ａを収容する。そして、ロードカセット５７ａに収納された半導体ウエーハユニット４０は、ロボットアーム（図示せず。）により移送され、吸着ステージ５２上にセットされる。アンロードカセットエレベータ５８は、レーザ加工が施された後の半導体ウエーハユニット４０を収納するアンロードカセット５８ａを収容する。レーザ加工が施された後の半導体ウエーハユニット４０は、ロボットアームにより吸着ステージ５２から移送され、アンロードカセット５８ａに収納される。

さらに、レーザ加工装置５０は、吸着ステージ５２、レーザ光発生部４１、ロードカセットエレベータ５７およびアンロードカセットエレベータ５８などの制御を行う制御部６１を備える。そして、レーザ加工装置５０は、撮像部６２により撮像された半導体ウエーハ３０の画像や、制御部６１からの制御情報を表示するための表示部６３を備える。

［レーザ加工工程］
図６は、レーザ加工装置５０による半導体ウエーハ３０の基板１１０の内部への脆弱領域２３、２４（後述する図７参照）を形成するレーザ加工工程を説明する図である。
ここでは、半導体ウエーハユニット４０が、吸着ステージ５２に設置されてからのレーザ加工について説明する。

本実施の形態のレーザ加工工程は、半導体ウエーハ３０の裏面（基板１１０の裏面１１０ｂ）を“０”（基準面）として、基板１１０の厚さ方向に裏面１１０ｂから遠い距離の位置（距離ｄ１）にレーザ光４５−１を照射する第１のレーザ照射工程と、それに比べて浅い距離の位置（距離ｄ２）に集光したレーザ光４５−２を照射する第２のレーザ照射工程とを含んでいる（ｄ１＞ｄ２）。すなわち、第１のレーザ照射工程では、基板１１０の裏面１１０ｂから遠い距離ｄ１の位置に脆弱領域２３を形成し（後述する図７（ａ１）、（ａ２）参照）、第２のレーザ照射工程では、裏面１１０ｂに近い距離ｄ２に脆弱領域２４を形成する（後述する図７（ｂ１）、（ｂ２）参照）。すなわち、基板１１０の厚さ方向に２段にわたって、脆弱領域２３、２４が形成される。なお、前記距離ｄ１および距離ｄ２は、それぞれ脆弱領域２３、２４のほぼ中心に相当する。

図６は、レーザ光４５が半導体ウエーハ３０の基板１１０の裏面１１０ｂを走査する軌跡の一例を説明する図である。図６（ａ）、（ｂ）は基板１１０の裏面１１０ｂから距離ｄ１の位置に脆弱領域２３（後述する図７参照）を形成する第１のレーザ照射工程のレーザ光４５−１の走査の軌跡を示している。図６（ｃ）、（ｄ）は基板１１０の裏面１１０ｂから距離ｄ２の位置に脆弱領域２４（後述する図７参照）を形成する第２のレーザ照射工程のレーザ光４５−２の走査の軌跡を示している。
本実施の形態におけるレーザ加工装置５０では、レーザ光４５の位置が固定されている。吸着ステージ５２がＸ方向およびＹ方向に移動することにより、レーザ光４５が基板１１０の裏面１１０ｂを走査する。
なお、図６では、レーザ光４５の軌跡を明らかにするために、半導体ウエーハ３０のみを示している。

図５、図６を参照しつつ、レーザ加工装置５０の動作を説明する。
レーザ加工装置５０は、ロボットアームにより、１枚目の半導体ウエーハユニット４０をロードカセット５７ａから吸着ステージ５２に移送し、設置する。次に、吸着ステージ５２が半導体ウエーハユニット４０を真空吸着する。このとき、レーザ加工装置５０の制御部６１は、吸着ステージ５２をＸ方向、Ｙ方向に移動し、かつθ軸方向に回転して、半導体ウエーハ３０のｘ方向が吸着ステージ５２の−Ｘ方向に向くように位置合わせする。

次に、制御部６１は、半導体ウエーハ３０とダイシングテープ１５との合計の厚さを測定し、基板１１０の裏面１１０ｂを基準面（“０”）として設定する。
なお、半導体ウエーハ３０とダイシングテープ１５との合計の厚さは、半導体ウエーハユニット４０の有無における、集光レンズ４４−１または集光レンズ４４−２により測定した集光点までの距離の差などにより求めることができる。

レーザ光４５の照射位置と半導体ウエーハ３０との精密な位置合わせ（アライメント）が行なわれる。ここでは、分割予定線Ｖ１〜Ｖ９、Ｈ１〜Ｈ９のいずれか１つとレーザ光４５の照射位置とを一致させ、レーザ光４５が、半導体ウエーハ３０に想定された分割予定線Ｖ１〜Ｖ９、Ｈ１〜Ｈ９に沿って走査されるように、吸着ステージ５２の位置がＸ方向、Ｙ方向およびθ軸方向にわたって設定される。この設定は、レーザ加工装置５０の運転者が目視で行ってもよく、制御部６１が、撮像部６２の撮像した半導体ウエーハ３０の画像に基づいて、自動的に行ってもよい。
レーザ光４５の照射位置と半導体ウエーハ３０とが精密に位置合わせされていれば、制御部６１が、半導体チップ１（発光チップ）のサイズ（図３に示す間隔ｐｘおよび間隔ｐｙ）に基づいて、吸着ステージ５２を自動的にＸ方向およびＹ方向に移動させることで、レーザ光４５を半導体ウエーハ３０の分割予定線Ｖ１〜Ｖ９、Ｈ１〜Ｈ９に沿って照射することができる。

基板１１０の裏面１１０ｂから遠い距離ｄ１の位置に脆弱領域２３を形成する第１のレーザ照射工程を説明する（後述する図７（ａ１）、（ａ２）参照）。
まず、分割予定線Ｈ１〜Ｈ９に沿って、脆弱領域２３を形成する場合を説明する。
制御部６１は、レーザ光４５−１の集光点の位置を、基板１１０の裏面１１０ｂを“０”として、距離ｄ１に設定する。距離ｄ１は、一例として７０μｍとすることができる。また、レーザ光４５−１の出力は、一例として６５ｍＷとすることができる。そして、開口数ＮＡ１の集光レンズ４４−１がセットされている。開口数ＮＡ１は、例えば０．６とすることができる。
図６（ａ）に示すように、半導体ウエーハ３０を基板１１０の裏面１１０ｂから見たときに、左上の半導体ウエーハ３０から外れたＳｔａｒｔ位置（半導体ウエーハ３０の直径より外の位置）にレーザ光４５−１が照射されるように、吸着ステージ５２の位置を設定する。
そして、レーザ光４５−１を照射しつつ、吸着ステージ５２を−Ｘ方向に移動させて、分割予定線Ｈ１に沿って、脆弱領域２３を形成する。
次に、レーザ光４５−１の照射位置が半導体ウエーハ３０から外れた位置（半導体ウエーハ３０の直径より外の位置）で、吸着ステージ５２をＹ方向に間隔ｐｙずらす。そして、吸着ステージ５２をＸ方向に移動させて、分割予定線Ｈ２に沿って、脆弱領域２３を形成する。
同様に折り返しながら、分割予定線Ｈ３〜Ｈ９に沿って、半導体ウエーハ３０から右下に外れたＥｎｄ位置まで脆弱領域２３を形成する。

次に、分割予定線Ｖ１〜Ｖ９に沿って、脆弱領域２３を形成する場合を説明する。
図６（ｂ）に示すように、半導体ウエーハ３０を基板１１０の裏面１１０ｂから見たときに、半導体ウエーハ３０から左上に外れたＳｔａｒｔ位置（半導体ウエーハ３０の直径より外の位置）にレーザ光４５−１が照射されるように、吸着ステージ５２の位置を設定する。
そして、レーザ光４５−１を照射しつつ、吸着ステージ５２をＹ方向に移動させて、分割予定線Ｖ１に沿って、脆弱領域２４を形成する。
次に、レーザ光４５−１の照射位置が半導体ウエーハ３０から外れた位置（半導体ウエーハ３０の直径より外の位置）で、吸着ステージ５２を−Ｘ方向に間隔ｐｘずらす。そして、吸着ステージ５２を−Ｙ方向に移動させて、分割予定線Ｖ２に沿って、脆弱領域２３を形成する。
同様に折り返しながら、分割予定線Ｖ３〜Ｖ９に沿って、半導体ウエーハ３０から右下に外れたＥｎｄ位置まで脆弱領域２３を形成する。

基板１１０の裏面１１０ｂから近い距離ｄ２の位置に脆弱領域２４を形成する第２のレーザ照射工程を説明する（後述する図７（ｂ１）、（ｂ２）参照）。
まず、分割予定線Ｈ１〜Ｈ９に沿って、脆弱領域２４を形成する場合を説明する。
制御部６１は、レーザ光４５−２の集光点の位置を、基板１１０の裏面１１０ｂを“０”として、距離ｄ２に設定する。距離ｄ２は、一例として３８μｍとする。また、レーザ光４５の出力は、一例として６５ｍＷである。そして、開口数ＮＡ１より大きい開口数ＮＡ２の集光レンズ４４−２がセットされている。開口数ＮＡ２は、例えば０．８５とすることができる。
レーザ光４５は、基板１１０の裏面１１０ｂを図６（ｃ）に示すように走査して、基板１１０の裏面１１０ｂから近い距離ｄ２の位置に脆弱領域２４を形成する。走査の手順は、図６（ａ）と同様である。すなわち、基板１１０の裏面１１０ｂから遠い距離ｄ１の位置に脆弱領域２３が形成された分割予定線Ｈ１〜Ｈ９に沿って、脆弱領域２４が形成される。よって、脆弱領域２３、２４が２段にわたって形成されることになる。
次いで、分割予定線Ｖ１〜Ｖ９に沿って、脆弱領域２４を形成する第２のレーザ照射工程を説明する。
レーザ光４５−２は、基板１１０の裏面１１０ｂを図６（ｄ）に示すように走査して、基板１１０の裏面１１０ｂから近い距離ｄ２の位置に脆弱領域２４を形成する。走査の手順は、図６（ｂ）と同様である。すなわち、基板１１０の裏面１１０ｂから遠い距離ｄ１の位置に脆弱領域２３が形成された分割予定線Ｖ１〜Ｖ９に沿って、脆弱領域２４が形成される。よって、脆弱領域２３、２４が２段にわたって形成されることになる。

これで、１枚目の半導体ウエーハユニット４０について、基板１１０の裏面１１０ｂから遠い距離ｄ１の位置と浅い距離ｄ２の位置とに、脆弱領域２３、２４を形成する第１のレーザ照射工程と第２のレーザ照射工程とが終了する。
すると、制御部６１は、ロボットアームにより、半導体ウエーハユニット４０を吸着ステージ５２からアンロードカセット５８ａに移送する。
そして、制御部６１は、ロードカセット５７ａに半導体ウエーハユニット４０が残っているか否かを判別し、半導体ウエーハユニット４０は残っていない（空）と判断した場合には、レーザ加工を終了する。制御部６１は、ロードカセット５７ａに半導体ウエーハユニット４０が残っていると判断した場合には、次の半導体ウエーハユニット４０についてレーザ加工を行う。以下同様に、制御部６１は、ロードカセット５７ａに収納されたすべての半導体ウエーハユニット４０に対してレーザ加工を行なう。

以上説明した第１のレーザ照射工程および第２のレーザ照射工程では、レーザ光４５は、半導体ウエーハ３０の外部で折り返して、一筆書きの要領で走査されている。しかし、レーザ光４５は、半導体ウエーハ３０の一端部から他端部へ操作された後、レーザ光４５を照射しないで一端部に戻ってから、再びレーザ光４５を照射しながら他端部へと走査してもよい。
なお、Ｘ（−Ｘ）方向、Ｙ（−Ｙ）方向への吸着ステージ５２の移動距離は、半導体ウエーハ３０のサイズによって定められる。
そして、Ｓｔａｒｔ位置とＥｎｄ位置とは、例であって、レーザ加工装置５０および半導体ウエーハ３０のサイズ、半導体チップ１（発光チップ）のサイズによって変更しうる。
また、図６では、吸着ステージ５２（後述する図７参照）を、分割予定線Ｈ１〜Ｈ９に沿って脆弱領域２３、２４を形成する場合は、Ｘ（−Ｘ）方向に移動させ、分割予定線Ｖ１〜Ｖ９に沿って脆弱領域２３、２４を形成する場合はＹ（−Ｙ）方向に移動させた。分割予定線Ｖ１〜Ｖ９に沿って脆弱領域２３、２４を形成する場合は吸着ステージ５２をθ方向に９０°回転させた後、Ｘ（−Ｘ）方向に移動させて行ってもよい。

ここで、脆弱領域２３、２４を形成する第１のレーザ照射工程および第２のレーザ照射工程を断面図により詳細に説明する。
図７（ａ１）および（ａ２）は、基板１１０の裏面１１０ｂから遠い距離ｄ１の位置に脆弱領域２３を形成する第１のレーザ照射工程を説明する図である。図７（ｂ１）および（ｂ２）は、基板１１０の裏面１１０ｂに近い距離ｄ２に脆弱領域２４を形成する第２のレーザ照射工程を説明する図である。
そして、図７（ａ１）、（ｂ１）は、図４に示す半導体ウエーハユニット４０のＡ−Ａ´線での断面図、すなわち分割予定線Ｈ５に沿った断面図を示している。一方、図７（ａ２）、（ｂ２）は、図４に示す半導体ウエーハユニット４０のＢ−Ｂ´線での断面図を示している。ただし、分割予定線Ｈ５、Ｈ４の部分のみを取り出して示している。
また、図７（ａ１）、（ａ２）では、分割予定線Ｈ５に沿って脆弱領域２３を形成する第１のレーザ照射工程を示し、図７（ｂ１）、（ｂ２）では、分割予定線Ｈ５に沿って脆弱領域２４を形成する第２のレーザ照射工程を示している。

以下、図７（ａ１）、（ａ２）を参照しつつ、第１のレーザ照射工程について説明する。
図７（ａ１）に示すように、レーザ光４５−１は、基板１１０の裏面１１０ｂから入射され、開口数ＮＡ１の集光レンズ４４−１により、基板１１０の裏面１１０ｂから距離ｄ１の位置に集光される。そして、レーザ光４５−１は、吸着ステージ５２の−Ｘ方向への予め定められた速度での移動とともに、パルス発振に伴って、複数の脆弱領域２３を繰り返して形成する。レーザ光４５のパルス周波数は、例えば１５，０００〜３０，０００Ｈｚ、吸着ステージ５２の移動速度は１００〜５００ｍｍ／ｓｅｃに設定することができる。
このようにして、分割予定線Ｈ５に沿って、半導体ウエーハ３０の一端部から他端部まで、基板１１０の内部に脆弱領域２３が形成される。

次に、図７（ｂ１）、（ｂ２）を参照しつつ、第２のレーザ照射工程について説明する。
図７（ｂ１）に示すように、レーザ光４５−２は、基板１１０の裏面１１０ｂから入射され、開口数ＮＡ２が開口数ＮＡ１より大きい集光レンズ４４−２により、基板１１０の裏面１１０ｂから距離ｄ２の位置に集光される。そして、レーザ光４５は、吸着ステージ５２の−Ｘ方向への予め定められた速度での移動とともに、パルス発振に伴って、複数の脆弱領域２４を繰り返して形成する。レーザ光４５のパルス周波数および吸着ステージ５２の移動速度は上記の脆弱領域２３の形成と同様であってもよく、異なってもよい。
なお、図７（ｂ１）、（ｂ２）に示された半導体ウエーハ３０の基板１１０には、裏面１１０ｂから距離ｄ１の位置にすでに脆弱領域２３が形成されている。

以上説明したように、第１のレーザ照射工程および第２のレーザ照射工程により、半導体ウエーハ３０に想定された分割予定線Ｖ１〜Ｖ９、Ｈ１〜Ｈ９に沿って、基板１１０の厚さ方向に裏面１１０ｂから距離の異なる２つの位置に、レーザ光４５の集光点を結ぶようにして、脆弱領域２３、２４を形成している。すなわち、基板１１０内には脆弱領域２３と脆弱領域２４とが２段にわたって形成される。

脆弱領域２３、２４は、集光された強いレーザ光４５により形成された変質領域であって、レーザ光４５を照射しない領域に比べて、強度が低くなっている。よって、ブレーキング工程において、半導体ウエーハ３０の分割予定線Ｖ１〜Ｖ９、Ｈ１〜Ｈ９に沿って、ブレードなどが押し当てられると、脆弱領域２３、２４は半導体ウエーハ３０の切断が開始される起点となる。
また、本実施の形態では、基板１１０内に２段に脆弱領域２３、２４を形成することで、半導体ウエーハ３０が半導体チップ１（発光チップ）に容易に切断されるようにしている。

次に、基板１１０の裏面１１０ｂから遠い距離ｄ１の位置に脆弱領域２３を形成する第１のレーザ照射工程には開口数ＮＡ１の集光レンズ４４−１を用い、近い距離ｄ２の位置に脆弱領域２４を形成する第２のレーザ照射工程には、開口数ＮＡ１より大きい開口数ＮＡ２の集光レンズ４４−２を用いる理由について説明する。
図８は、集光レンズ４４とレーザ光４５との関係を説明する図である。なお、図８および以下の説明では、第１のレーザ照射工程において、開口数ＮＡ１の集光レンズ４４−１を用いた場合のレーザ光４５−１をレーザ光４５−１（ＮＡ１）と表記し、第２のレーザ照射工程において、開口数ＮＡ２の集光レンズ４４−２を用いた場合のレーザ光４５−２をレーザ光４５−２（ＮＡ２）と表記する。なお、比較のため、第２のレーザ照射工程において、開口数ＮＡ１の集光レンズ４４−１を用いた場合のレーザ光４５−２をレーザ光４５−２（ＮＡ１）と表記する。

第１のレーザ照射工程では、レーザ光４５−１（ＮＡ１）は、集光レンズ４４−１により集光され、基板１１０の裏面１１０ｂからの距離ｄ１に集光される。そして、第２のレーザ照射工程では、レーザ光４５−２（ＮＡ２）は、集光レンズ４４−２により集光され、基板１１０の裏面１１０ｂからの距離ｄ２に集光される。

レーザ光４５−１およびレーザ光４５−２は、それぞれ距離ｄ１および距離ｄ２の位置において、基板１１０の材料を溶解等により変質させ、それぞれ脆弱領域２３および脆弱領域２４を形成する。しかし、脆弱領域２３および脆弱領域２４の形成に寄与しなかったレーザ光４５−１およびレーザ光４５−２は、基板１１０を透過して、半導体素子２００に照射されることになる。
半導体素子２００に強いレーザ光４５−１（ＮＡ１）またはレーザ光４５−２（ＮＡ２）が照射されると、半導体素子２００が劣化し、例えば発光素子（ＬＥＤ）である場合には、逆方向電流ＩＲを増加させる。逆方向電流ＩＲが増加すると、発光素子（ＬＥＤ）の寿命を短くしてしまう。

一般に、光をレンズで集光した場合、光は集光点までは逆円錐状に絞られるが、集光点より遠くなると、円錐状に広がっていく。さらに、レーザ光の断面を見ると、光の強度分布は、中央部が強く、周辺部にいくにしたがい弱くなるガウス分布等をなしている。

まず、脆弱領域２３、２４が形成されることを除外して、図８（ａ１）、（ａ２）により、本実施の形態におけるレーザ光４５を説明する。
図８（ａ１）に示すように、集光レンズ４４−１でレーザ光４５−１（ＮＡ１）が逆円錐状に広がり角θ１で絞られていくとし、集光レンズ４４−２でレーザ光４５−２（ＮＡ２）が逆円錐状に広がり角θ２で絞られていくとする。広がり角θ１、θ２は、円錐の中心軸と円錐の側面とのなす角度である。
開口数ＮＡ１の値をＮＡ１、開口数ＮＡ２の値をＮＡ２とすると、ＮＡ１＝ｎ・ｓｉｎ（θ１）、ＮＡ２＝ｎ・ｓｉｎ（θ２）で表される。ここで、ｎは媒質の屈折率であって、本実施の形態における媒質はサファイアである。
開口数ＮＡ２は開口数ＮＡ１より大きいので、広がり角θ２が広がり角θ１より大きくなる（θ２＞θ１）。
そして、図８（ａ２）に示すように、レーザ光４５−１（ＮＡ１）は、集光点より遠くなるにしたがい円錐状に広がり、半導体素子２００が設けられる基板１１０の表面１１０ａでは照射面積Ｓ１となる。一方、レーザ光４５−２（ＮＡ２）は、半導体素子２００が設けられる基板１１０の表面１１０ａでは照射面積Ｓ２となる。
レーザ光４５−２（ＮＡ２）の広がり角θ２はレーザ光４５−１（ＮＡ１）の広がり角θ１より大きい。しかも、レーザ光４５−２（ＮＡ２）の集光点（基板１１０の裏面１１０ｂから距離ｄ２）は、レーザ光４５−１（ＮＡ１）の集光点（基板１１０の裏面１１０ｂからの距離ｄ１）より、基板１１０の裏面１１０ｂに近く設けられている。よって、照射面積Ｓ２は、照射面積Ｓ１より大きくなる。
すなわち、基板１１０の表面１１０ａでは、レーザ光４５−２（ＮＡ２）がレーザ光４５−１（ＮＡ１）より光のエネルギ密度が小さい。

次に、脆弱領域２３、２４が形成されることを除外して、図８（ｂ１）、（ｂ２）により、第１のレーザ照射工程と第２のレーザ照射工程とで、開口数ＮＡ１の集光レンズ４４−１を使用した場合のレーザ光４５を説明する。なお、レーザ光４５は、レーザ光４５−１（ＮＡ１）およびレーザ光４５−２（ＮＡ１）である。そして、ともに広がり角θ１となる。
レーザ光４５−１（ＮＡ１）は、半導体素子２００が設けられる基板１１０の表面１１０ａで照射面積Ｓ１となる。これは、図８（ａ１）の場合と同様である。一方、レーザ光４５−２（ＮＡ１）は、半導体素子２００が設けられる基板１１０の表面１１０ａで照射面積Ｓ３となる。
照射面積Ｓ３は、集光点の距離ｄ１とｄ２との差によって、照射面積Ｓ１より大きくなる。しかし、照射面積Ｓ３は、照射面積Ｓ２より小さい。すなわち、基板１１０の表面１１０ａでは、レーザ光４５−２（ＮＡ２）（照射面積Ｓ２）がレーザ光４５−２（ＮＡ１）（照射面積Ｓ３）の場合より光のエネルギ密度が小さくなる。

さて次に、脆弱領域２３、２４が形成されることを考慮して、半導体素子２００に対する影響を説明する。
まず、基板１１０の裏面１１０ｂから遠い距離ｄ１の位置に脆弱領域２３を形成する工程、すなわち１段目の脆弱領域２３を形成する第１のレーザ照射工程を説明する。脆弱領域２３の形成に寄与しなかったレーザ光４５−１（ＮＡ１）は円錐状に広がって、半導体素子２００に照射される。しかし、１段目の脆弱領域２３を形成する第１のレーザ照射工程では、脆弱領域２３が形成される前に、レーザ光４５−１（ＮＡ１）の照射が終了すると考えられる。
よって、半導体素子２００が設けられる基板１１０の表面１１０ａでの照射面積Ｓ１内の光の強度分布は、中央部が強く、周辺部にいくにしたがい弱くなっていると考えられる。
中央部は、分割予定線Ｖ１〜Ｖ９、Ｈ１〜Ｈ９に対応する部分であって、半導体素子２００の主要部（例えば発光層１５０）から離れている。よって、レーザ光４５−１（ＮＡ１）が半導体素子２００に照射されても、半導体素子２００の特性の劣化が生じ難いと考えられる。

次に、基板１１０の裏面１１０ｂから近い距離ｄ２に脆弱領域２４を形成する工程、すなわち２段目の脆弱領域２４を形成する第２のレーザ照射工程においても、開口数ＮＡ１の集光レンズ４４−１を使用した場合を考える（図８（ｂ１）、（ｂ２）の場合）。この場合も、脆弱領域２４の形成に寄与しなかったレーザ光４５−２（ＮＡ１）が半導体素子２００に照射される。
このとき、すでに脆弱領域２３が形成されているので、脆弱領域２４の形成に寄与しなかったレーザ光４５−２（ＮＡ１）の進路上に脆弱領域２３が存在する。前述したように、脆弱領域２３は、溶融等による変質領域である。よって、脆弱領域２３やその周囲には、空洞や屈折率のゆがみが存在する。
すると、脆弱領域２４の形成に寄与しなかったレーザ光４５−２（ＮＡ１）は、脆弱領域２３やその周囲の空洞や屈折率のゆがみの影響を受けて、進路が曲げられ、強度の強い部分が半導体素子２００の主要部（例えば発光層１５０）に照射されることが考えられる。
また、脆弱領域２４の形成に寄与しなかったレーザ光４５−２（ＮＡ１）が、空洞や屈折率のゆがみの影響を受けて強め合って、半導体素子２００に照射されることがあると考えられる。
前述したように、開口数ＮＡ１の集光レンズ４４−１を使用するので、レーザ光４５−２（ＮＡ１）のエネルギ密度が高い。よって、２段目の脆弱領域２４を形成する第２のレーザ照射工程において、半導体素子２００の特性の劣化が生じやすく、好ましくない。

一方、図８（ａ１）、（ａ２）に示す本実施の形態では、２段目の脆弱領域２４を形成する第２のレーザ照射工程に、第１のレーザ照射工程の開口数ＮＡ１に比べ大きい開口数ＮＡ２の集光レンズ４４−２を用いる。このため、脆弱領域２４の形成に寄与しなかったレーザ光４５−２（ＮＡ２）がより広がりやすくなることで、エネルギ密度が小さくなり、半導体素子２００の主要部に照射される光の強度を低減することができる。また、脆弱領域２４の形成に寄与しなかったレーザ光４５−２（ＮＡ２）のエネルギ密度が小さくなることで、強め合った場合でも、半導体素子２００の主要部に照射される光の強度は低減している。これにより、半導体素子２００の劣化を大きく抑制することができる。

なお、本実施の形態では、１段目の脆弱領域２３を形成する第１のレーザ照射工程の集光レンズ４４−１の開口数ＮＡ１を０．６とし、２段目の脆弱領域２４を形成する第２のレーザ照射工程の集光レンズ４４−２の開口数ＮＡ２を０．８５とした。これにより、半導体素子２００が発光素子である場合、逆方向電流ＩＲが予め定められた値以上となって不良となる半導体チップ１（発光チップ）は見られなかった。
これに対し、２段目の脆弱領域２４を形成する第２のレーザ照射工程の集光レンズを、１段目の脆弱領域２３を形成する第１のレーザ照射工程の集光レンズと同じ４４−１（開口数ＮＡ１は０．６）とした場合では、逆方向電流ＩＲが不良となる半導体チップ１（発光チップ）が見られた。

一般に、レンズは開口数が大きくなると、焦点深度（ピントが合う焦点の範囲）が小さくなる。例えば、開口数が０．６のレンズの焦点深度は約１．４μｍであるが、開口数が０．８５のレンズの焦点深度は約０．５μｍとなる。さらに、開口数を０．９とするとレンズの焦点深度は０．４４μｍとなる。また、開口数が大きくなると、レンズのワーキングディスタンス（ＷＤ）が極端に小さくなる。このため、レンズと被加工物（本実施の形態では基板１１０）との距離を小さく設定しなければならなくなる。

前述したように、２段目の脆弱領域２４を形成する第２のレーザ照射工程の集光レンズ４４−２の開口数ＮＡ２を大きくすることが好ましい。開口数ＮＡ２を大きくすると、集光レンズ４４−２の焦点深度が小さくなり、脆弱領域２４の基板１１０の厚さ方向に対する大きさを小さくできる利点がある。
しかし、集光レンズ４４−２を基板１１０の裏面１１０ｂにより近づけることが必要となり、操作性が悪くなる。
よって、２段目の脆弱領域２４を形成する場合の集光レンズ４４−２の開口数ＮＡ２は、半導体素子２００の特性の劣化の抑制効果と、操作性との関係で選択されることになる。なお、第２のレーザ照射工程における集光レンズ４４−２の開口数ＮＡ２は０．７以上且つ０．８５以下の範囲が好ましい。
一方、１段目の脆弱領域２３を形成する第１のレーザ照射工程における集光レンズ４４−１の開口数ＮＡ１は０．５以上且つ０．７未満の範囲が好ましい。

また、２段目の脆弱領域２４の位置よりも、基板１１０の裏面１１０ｂに近い位置に不図示の３段目の脆弱領域、４段目の脆弱領域など、さらに複数段の脆弱領域を形成してもよい。これらの脆弱領域の形成には、２段目の脆弱領域２４を形成する第２のレーザ照射工程における集光レンズ４４−２の開口数ＮＡ２と同じであることが好ましい。しかし、半導体素子２００の特性の劣化を生じなければ、１段目の脆弱領域２３を形成する第１のレーザ照射工程における集光レンズ４４−１の開口数ＮＡ１と同じであってもよい。

第１のレーザ照射工程における１段目の脆弱領域２３（距離ｄ１）は、基板１１０の裏面１１０ｂから６５μｍ以上離れた位置（ｄ１≧６５μｍ）に設けられるのが好ましく、さらに、半導体素子２００が形成された基板１１０の表面１１０ａから１０μｍの位置までに設けられるのが望ましい。この範囲を超えて基板１１０の表面１１０ａに近い領域に１段目の脆弱領域２３を形成した場合には、半導体素子２００（発光素子）の逆方向電流ＩＲの劣化（ＩＲ不良）や半導体チップ１（発光チップ）周辺部の欠けによる不良（チッピング不良）を高い頻度で起こす可能性がある。
第２のレーザ照射工程における２段目の脆弱領域２４（距離ｄ２）は、基板１１０の裏面１１０ｂから２０μｍ以上で、且つ１段目の脆弱領域２３（距離ｄ１）より裏面１１０ｂ側に１０μｍ以上離れた位置に設けられるのが好ましい。この範囲を超えて１段目の脆弱領域２３（距離ｄ１）に近い領域に２段目の脆弱領域２４を形成した場合には、半導体素子２００（発光素子）のＩＲ不良や半導体チップ１（発光チップ）のチッピング不良を高い頻度で起こす可能性がある。

以下、本実施形態とする半導体素子２００（発光素子）に関する実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみに限定されるものではない。

（実施例１）
以下に示すようにして、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層１５０を有する半導体素子２００（発光素子）（素子の形状は図１および図２に示す半導体チップ１（発光チップ）と同一）を作製した。
図１に示すようにＣ面サファイア単結晶の基板１１０に、ＡｌＮからなる中間層１２０を介してアンドープＧａＮからなる厚さ５μｍの下地層１３０を形成した。そして、下地層１３０上にＳｉドープ（濃度１×１０^１９／ｃｍ^３）ＧａＮからなる厚さ３μｍのｎ型コンタクト層１４０ａ、Ｓｉドープ（濃度１×１０^１８／ｃｍ^３）Ｉｎ_０．１Ｇａ_０．９Ｎからなる厚さ１３ｎｍのｎ型クラッド層１４０ｂ（ｎ型コンタクト層１４０ａおよびｎ型クラッド層１４０ｂからｎ型半導体層１４０が構成される。）、ＧａＮからなる厚さ１６ｎｍの障壁層１５０ａとＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎからなる厚さ２．５ｎｍの井戸層１５０ｂとを交互に５回積層させた後、最後に障壁層１５０ａを設けた多重量子井戸構造の発光層１５０、Ｍｇドープ（濃度１×１０^２０／ｃｍ^３）Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなる厚さ３ｎｍのｐ型クラッド層１６０ａおよびＭｇドープ（濃度８×１０^１９／ｃｍ^３）ＧａＮからなる厚さ０．１８μｍのｐ型コンタクト層１６０ｂ（ｐ型クラッド層１６０ａおよびｐ型コンタクト層１６０ｂによりｐ型半導体層１６０が構成される。）を順次積層して厚さ約９μｍのＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる積層半導体層１００を形成した。

次に、積層半導体層１００のｐ型コンタクト層１６０ｂ上の所定の位置に公知のフォトリソグラフィ技術およびリフトオフ技術を用いて、ＩＺＯからなる透明正極１７０を形成した。
次に、透明正極１７０まで形成された積層半導体層１００を、公知のフォトリソグラフィ技術および反応性イオンエッチング技術を用いて、ｎ型コンタクト層１４０ａを半円状に露出させ、半導体層露出面１４０ｃを形成した。次に、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、透明正極１７０上にｐ電極１９０ａを形成した。さらに、半導体層露出面１４０ｃ上にｎ電極１９０ｂを形成し、保護層１８０をこの技術分野でよく知られた慣用の手段（ＷＯ／２００９／１５４２１５号公報参照）で設けた。なお、ｐ電極１９０ａは、透明正極１７０側から厚さ２００ｎｍのＡｌからなる金属反射層と厚さ８０ｎｍのＴｉからなるバリア層と厚さ１１００ｎｍのＡｕからなるボンディング層とからなる３層構造とした。ｎ電極１９０ｂは、半導体層露出面１４０ｃ側からＴｉ／Ａｕの二層構造として形成した。

次に、基板１１０の裏面１１０ｂをラッピングおよびポリッシングすることで、中間層１２０、下地層１３０、積層半導体層１００を加えた半導体層の厚みと基板１１０の厚みとを合わせた総厚が１５０μｍとなるようにサファイア単結晶の基板１１０を薄板化した。
次に、前述のように、半導体ウエーハ３０の両電極（ｐ電極１９０ａおよびｎ電極１９０ｂ）が設けられた側にダイシングテープ１５を貼り付け、レーザ加工装置５０の吸着ステージ５２上に載置した。次に、半導体チップ１（発光チップ）の平面サイズを３５０μｍ×３５０μｍの正方形状とする分割予定線に沿って、半導体ウエーハ３０の基板１１０内に脆弱領域２３、２４（変質領域）（図７参照）を形成（レーザ加工）した。レーザ光４５としては、波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザを使用し、基板１１０の裏面１１０ｂを“０”として、距離ｄ１を７０μｍとした。さらに、レーザ光４５の同じ波長を使用し、基板１１０の裏面１１０ｂを“０”として、距離ｄ２を３８μｍとした。

次に、半導体ウエーハ３０の両電極が設けられた側にダイシングテープ１５を貼り付けたまま、ブレードを基板１１０の裏面１１０ｂ側から押し込み、クラックを生じさせて分割することで、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる半導体素子２００（発光素子）を含む半導体チップ１（発光チップ）を作製した。そして、半導体チップ１（発光チップ）を発光装置のサブマウントに搭載してＴＯ１８に載せ、半導体チップ１（発光チップ）のｐ電極１９０ａおよびｎ電極１９０ｂをそれぞれＴＯ１８の端子にワイヤーで接続した。

実施例１において得られた半導体チップ１（発光チップ）のＬＥＤ特性は、順方向電流ＩＦが２０ｍＡにおいて、順方向電圧ＶＦが３．１Ｖ、発光波長が４５２ｎｍ、発光出力が２２．５ｍＷであった。
次に、１０００個の半導体チップ１（発光チップ）について、逆方向電圧ＶＲとして５Ｖを印加し、逆方向電流ＩＲが２μＡ以上のものをＩＲ不良（ＮＧ）とする評価を行った結果、ＩＲ不良の発生はなかった。また、半導体チップ１（発光チップ）の周辺部における欠けによる不良（チッピング不良）の発生もなかった。

（実施例２、比較例１〜４）
実施例２および比較例１〜４は、第１のレーザ照射工程における集光レンズ４４−１の開口数（ＮＡ１）、距離ｄ１、第２のレーザ照射工程における集光レンズ４４−２の開口数（ＮＡ２）、距離ｄ２を、表１に記載の条件に替えた以外は、実施例１と同様に実施し、表１に示すように、ＩＲ不良およびチッピング不良について評価した。なお、レーザ光４５の波長は、第１のレーザ照射工程（レーザ光４５−１）および第２のレーザ照射工程（レーザ光４５−２）で同じとした（表１ではレーザ波長（ｎｍ）と表記する。）
表１は、実施例１、２および比較例１〜４における第１のレーザ照射工程および第２のレーザ照射工程において設定された開口数などの条件と、１０００個の半導体チップ１（発光チップ）を対象としたＩＲ不良（表１のチップのＩＲ不良数）およびチッピング不良（表１のチップのチッピング不良数）の評価結果を示す。

比較例１の条件では、２段目の脆弱領域２４を形成する第２のレーザ照射工程により、半導体素子２００（発光素子）のＩＲ不良を高い比率（不良率）で起こすことがわかった。
また、比較例２の条件では、１段目の脆弱領域２３を形成する第１のレーザ照射工程により、半導体素子２００（発光素子）のＩＲ不良を高い比率（不良率）で起こした。
さらに、比較例３の条件では、１段目の脆弱領域２３および２段目の脆弱領域２４が基板１１０の裏面１１０ｂ側に近いために割れにくく、チッピング不良を起こすことがわかった。
そして、比較例４の条件では、２段目の脆弱領域２４を形成する第２のレーザ照射工程により、半導体素子２００（発光素子）のＩＲ不良を高い比率（不良率）で起こすことがわかった。

これに対し、１段目の脆弱領域２３を形成する第１のレーザ照射工程における集光レンズ４４−１の開口数が０．５以上且つ０．７未満であって、２段目の脆弱領域２４を形成する第２のレーザ照射工程における集光レンズ４４−２の開口数が０．７以上且つ０．８５以下であれば、ＩＲ不良やチッピング不良の発生は見られなかった。すなわち、第１のレーザ照射工程における集光レンズ４４−１の開口数が０．５以上且つ０．７未満とし、第２のレーザ照射工程における集光レンズ４４−２の開口数が０．７以上且つ０．８５以下とすることで、ＩＲ不良やチッピング不良の発生を抑制できる。

１…半導体チップ、１５…ダイシングテープ、１６…ウエーハリング、２３、２４…脆弱領域、３０…半導体ウエーハ、４０…半導体ウエーハユニット、４１…レーザ光発生部、４２…ダイクロイックミラー、４４、４４−１、４４−２…集光レンズ、４５、４５−１、４５−２…レーザ光、５０…レーザ加工装置、５２…吸着ステージ、６１…制御部、６２…撮像部、６３…表示部、１００…積層半導体層、１１０…基板、１２０…中間層、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１５０…発光層、１６０…ｐ型半導体層、１７０…透明正極、２００…半導体素子、Ｈ１〜Ｈ９、Ｖ１〜Ｖ９…分割予定線

Claims (7)

1. 板状の基板の表面に半導体素子を備える半導体ウエーハのレーザ加工方法であって、
   前記半導体ウエーハに想定された分割予定線に沿って、当該半導体ウエーハの前記基板の裏面から集光したレーザ光を照射し、当該基板の内部に１段目の脆弱領域を形成する第１のレーザ照射工程と、
   前記基板内において、前記１段目の脆弱領域より当該基板の裏面に近い位置に、前記第１のレーザ照射工程における集光レンズに比べ開口数の大きい集光レンズを用いてレーザ光を照射し、当該基板の内部に２段目の脆弱領域を形成する第２のレーザ照射工程と
   を含む半導体ウエーハのレーザ加工方法。
2. 前記基板は、サファイアであることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエーハのレーザ加工方法。
3. 前記レーザ光は、波長３５５ｎｍ、５３２ｎｍおよび１０６４ｎｍからなる群から選ばれた１種の波長を有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウエーハのレーザ加工方法。
4. 前記第１のレーザ照射工程における集光レンズの開口数は、０．５以上且つ０．７未満であって、前記第２のレーザ照射工程における集光レンズの開口数は、０．７以上且つ０．８５以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体ウエーハのレーザ加工方法。
5. 前記第１のレーザ照射工程における前記１段目の脆弱領域は、前記基板の裏面から６５μｍ以上離れた位置に設けられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体ウエーハのレーザ加工方法。
6. 基板上にｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層がこの順に積層された積層半導体層をエピタキシャル成長する工程と、
   前記基板上の前記積層半導体層により複数の発光素子を形成し半導体ウエーハとする工程と、
   前記半導体ウエーハを、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体ウエーハのレーザ加工方法によりレーザ加工する工程と
   を含む半導体発光チップの製造方法。
7. 開口数の異なる少なくとも２つの集光レンズを備えたレーザ加工装置であって、
   板状の基板の表面に半導体素子を備える半導体ウエーハに想定された分割予定線に沿って、当該半導体ウエーハの前記基板の裏面から、前記少なくとも２つの集光レンズのうち、開口数が小さい第１の集光レンズにより集光したレーザ光を照射し、当該基板の内部に１段目の脆弱領域を形成する第１のレーザ照射部と、
   前記基板内において、前記１段目の脆弱領域より当該基板の裏面に近い位置に、前記少なくとも２つの集光レンズのうち、前記第１の集光レンズに比べ開口数の大きい第２の集光レンズを用いてレーザ光を照射し、当該基板の内部に２段目の脆弱領域を形成する第２のレーザ照射部と
   を備えるレーザ加工装置。

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