JP2020119956A - Manufacturing method and manufacturing apparatus of semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
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半導体素子の製造方法およびそのための製造装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor element manufacturing method and a manufacturing apparatus, and more particularly to a semiconductor element manufacturing method and a manufacturing apparatus for dividing a semiconductor substrate into individual semiconductor elements.
半導体基板を個々の半導体素子に分割する方法には、結晶方位に沿って半導体基板を割る、劈開を用いた方法が用いられてきた。このような劈開方法として、例えば、半導体基板の表面に、複数の半導体素子を形成する第1工程と、複数の半導体素子の間にエッチング等により劈開用の劈開溝を形成する第2工程と、劈開溝に沿って冶具を押し当てて、半導体基板を劈開させる第3工程とを備える方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、半導体基板に溝を形成し、溝内に光吸収材を付着させた後に光を照射し、光を吸収した光吸収材の体積膨張を利用して半導体基板を劈開する方法も知られている(例えば、特許文献2参照)。
As a method of dividing the semiconductor substrate into individual semiconductor elements, a method using cleavage, which is a method of dividing the semiconductor substrate along the crystal orientation, has been used. As such a cleavage method, for example, a first step of forming a plurality of semiconductor elements on the surface of the semiconductor substrate, a second step of forming a cleavage groove for cleavage by etching or the like between the plurality of semiconductor elements, A method including a third step of cleaving a semiconductor substrate by pressing a jig along the cleavage groove is known (see, for example, Patent Document 1).
A method is also known in which a groove is formed in a semiconductor substrate, a light absorbing material is attached in the groove, light is irradiated, and the semiconductor substrate is cleaved by utilizing the volume expansion of the light absorbing material that has absorbed the light. (For example, see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、半導体基板にエッチングで形成した溝を用いて劈開するため、劈開を行うときの起点が定まりにくく、溝以外の位置から亀裂が進行することがあった。また、比較的大きな荷重で劈開用の冶具を押し当てる必要があり、劈開後に分割された基板同士が擦れて異物が発生し、半導体素子に異物が付着して歩留まりが低下するという問題もあった。
However, in the method described in
また、特許文献2に記載の方法では、溝内に光吸収材を付着させるための工程が必要となり、製造工程が複雑化するという問題があった。また、劈開後に残った光吸収材は、真空装置の汚染源となるため、光吸収材の除去工程がさらに必要になるという問題もあった。
In addition, the method described in
そこで、本発明は、劈開の起点となる位置の精度を向上させるともに、劈開を行う際の荷重を小さくして異物の発生を抑制し、歩留まりを向上させることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to improve the accuracy of the position that is the starting point of cleavage, reduce the load when performing cleavage, suppress the generation of foreign matter, and improve the yield.
本発明の第1の態様は、
半導体基板を分割予定線で分割する半導体素子の製造方法であって、
表面と裏面とを有する第1半導体層と、前記第1半導体層の表面に設けられた第2半導体層とを含む半導体基板を準備する工程と、
前記第2半導体層を部分的に除去して、前記分割予定線上に残った前記第2半導体層を吸収層とする工程と、
前記半導体基板の表面の分割予定線上に、溝部を形成する工程と、
前記半導体基板に曲げ応力を加えながら、前記吸収層にレーザ光を照射して前記吸収層を加熱することで、前記半導体基板を前記分割予定線で分割する工程と、を含み、
前記吸収層の幅は、前記溝部の幅より小さいことを特徴とする製造方法である。
A first aspect of the present invention is
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a semiconductor substrate is divided along a dividing line,
Providing a semiconductor substrate including a first semiconductor layer having a front surface and a back surface, and a second semiconductor layer provided on the front surface of the first semiconductor layer;
Partially removing the second semiconductor layer and using the second semiconductor layer remaining on the planned dividing line as an absorption layer;
Forming a groove on the planned dividing line on the surface of the semiconductor substrate;
While applying bending stress to the semiconductor substrate, by irradiating the absorption layer with laser light to heat the absorption layer, dividing the semiconductor substrate at the dividing line,
In the manufacturing method, the width of the absorption layer is smaller than the width of the groove.
本発明の第2の態様は、
半導体基板を分割予定線で分割する半導体素子の製造方法であって、
表面と裏面とを有する第1半導体層を含む半導体基板を準備する工程と、
前記第1半導体層の表面の分割予定線上に、溝部を形成する工程と、
前記溝部の内部に吸収層を選択的に形成する工程と、
前記半導体基板に曲げ応力を加えながら、前記吸収層にレーザ光を照射して前記吸収層を加熱することで、前記半導体基板を前記分割予定線で分割する工程と、を含むことを特徴とする製造方法である。
The second aspect of the present invention is
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a semiconductor substrate is divided along a dividing line,
Providing a semiconductor substrate including a first semiconductor layer having a front surface and a back surface;
Forming a groove on the planned dividing line on the surface of the first semiconductor layer;
A step of selectively forming an absorption layer inside the groove,
Dividing the semiconductor substrate along the dividing line by irradiating the absorption layer with laser light to heat the absorption layer while applying bending stress to the semiconductor substrate. It is a manufacturing method.
本発明の第3の態様は、
半導体基板を分割予定線で分割する半導体素子の製造方法であって、
表面と裏面とを有する第1半導体層と、前記第1半導体層の表面に設けられた第2半導体層とを含む半導体基板を準備する工程と、
前記第1半導体層の裏面にシートを接着する工程と、
前記第2半導体層を部分的に除去して、前記分割予定線上に残った前記第2半導体層を吸収層とする工程と、
前記半導体基板の表面の分割予定線上に、溝部を形成する工程と、
前記半導体基板に曲げ応力を加えながら、前記半導体基板の裏面側から前記吸収層にレーザ光を照射して前記吸収層を加熱することで、前記半導体基板を前記分割予定線で分割する工程と、を含み、
前記吸収層の幅は、前記溝部の幅より小さく、
前記レーザ光の集光スポットは、前記第1半導体層と前記シートとの界面と重なり、前記集光スポットにおいて、前記レーザ光は前記第1半導体層に吸収されて前記第1半導体層を加熱することを特徴とする製造方法である。
A third aspect of the present invention is
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a semiconductor substrate is divided along a dividing line,
Providing a semiconductor substrate including a first semiconductor layer having a front surface and a back surface, and a second semiconductor layer provided on the front surface of the first semiconductor layer;
Bonding a sheet to the back surface of the first semiconductor layer,
Partially removing the second semiconductor layer and using the second semiconductor layer remaining on the planned dividing line as an absorption layer;
Forming a groove on the planned dividing line on the surface of the semiconductor substrate;
While applying bending stress to the semiconductor substrate, by irradiating the absorption layer with laser light from the back surface side of the semiconductor substrate to heat the absorption layer, dividing the semiconductor substrate at the dividing line, Including
The width of the absorption layer is smaller than the width of the groove,
The focused spot of the laser light overlaps with the interface between the first semiconductor layer and the sheet, and at the focused spot, the laser light is absorbed by the first semiconductor layer and heats the first semiconductor layer. It is a manufacturing method characterized by the above.
本発明の第4の態様は、
半導体基板を分割予定線で分割する半導体素子の製造装置であって、
前記半導体基板を載置する、互いに平行な2つの受け刃と、
前記半導体基板を押さえて曲げ応力を加える押さえ刃と、
前記半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光源と、
前記レーザ光を集光して、前記半導体基板と重なる集光スポットを形成するレンズと、
前記レーザ光源と前記半導体基板との相対位置を変えて、前記集光スポットの位置を調整する位置移動手段と、を含むことを特徴とする製造装置である。
A fourth aspect of the present invention is
A semiconductor device manufacturing apparatus for dividing a semiconductor substrate along a dividing line,
Two parallel receiving blades for mounting the semiconductor substrate,
A pressing blade that presses the semiconductor substrate to apply bending stress,
A laser light source for irradiating the semiconductor substrate with laser light,
A lens that collects the laser light to form a condensed spot that overlaps the semiconductor substrate,
And a position moving unit that adjusts the position of the focused spot by changing the relative position between the laser light source and the semiconductor substrate.
本発明の第5の態様は、
半導体基板を分割予定線で分割する半導体素子の製造方法であって、
表面と裏面とを有する第1半導体層と、前記第1半導体層の表面に設けられた第2半導体層とを含む半導体基板を準備する工程と、
前記第2半導体層を部分的に除去して、前記分割予定線上に残った前記第2半導体層を吸収層とする工程と、
前記半導体基板の表面の分割予定線上に、溝部を形成する工程と、
前記半導体基板の前記吸収層にレーザ光を照射して前記吸収層を加熱する工程と、
前記半導体基板に曲げ応力を加え、前記半導体基板を前記分割予定線で分割する工程と、を含み、
前記吸収層の幅は、前記溝部の幅より小さいことを特徴とする製造方法である。
A fifth aspect of the present invention is
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a semiconductor substrate is divided along a dividing line,
Providing a semiconductor substrate including a first semiconductor layer having a front surface and a back surface, and a second semiconductor layer provided on the front surface of the first semiconductor layer;
Partially removing the second semiconductor layer and using the second semiconductor layer remaining on the planned dividing line as an absorption layer;
Forming a groove on the planned dividing line on the surface of the semiconductor substrate;
Irradiating the absorption layer of the semiconductor substrate with a laser beam to heat the absorption layer,
Applying a bending stress to the semiconductor substrate, and dividing the semiconductor substrate at the dividing line,
In the manufacturing method, the width of the absorption layer is smaller than the width of the groove.
本発明にかかる半導体素子の製造方法および製造装置では、半導体基板を分割する際の劈開の起点を精度よくコントロールし、高精度で分割線を制御できる。また、劈開に必要な荷重を小さくすることにより、劈開時の半導体基板同士の擦れによる異物の発生を防止し、半導体素子の歩留まりを向上させることができる。 With the method and the apparatus for manufacturing a semiconductor element according to the present invention, the starting point of cleavage when dividing a semiconductor substrate can be accurately controlled, and the dividing line can be controlled with high precision. Further, by reducing the load required for cleavage, it is possible to prevent the generation of foreign matter due to the rubbing of the semiconductor substrates during cleavage, and improve the yield of semiconductor elements.
本明細書の各図において、同一の符号は、同一または相当箇所を示す。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は、亀裂と半導体基板表面との交線も、亀裂と表記する。 In the drawings of this specification, the same reference numerals indicate the same or corresponding portions. Further, in this specification, a “crack” is defined as a surface of a separated portion where a bond between atoms of a semiconductor substrate is cut off. When there is no possibility of confusion, the line of intersection between the crack and the semiconductor substrate surface is also described as a crack.
実施の形態1.
図1は、全体が100で表される、本発明の実施の形態1にかかる半導体素子の製造装置の概略を示す斜視図である。製造装置100は、レーザ光Lを半導体基板1に照射するためのレーザ照射手段40を含む。レーザ照射手段40は、レーザ光Lを出射するレーザ光源42とミラー43を含む。レーザ光源42は、例えばYAGパルスレーザからなる。
FIG. 1 is a perspective view showing the outline of a semiconductor device manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention, which is wholly represented by 100. The
レーザ光源42から出射されたレーザ光Lは、ミラー43によって反射され、分割されるべき半導体基板1の方向に向かう。さらに、レーザ照射手段40は、シリンドリカルレンズ411、412と対物レンズ413を含む。ミラー43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411に入射し、続いてシリンドリカルレンズ412を通過して、半導体基板1の方向にある対物レンズ413へ向かう。
The laser light L emitted from the
レーザ光源42から出射され、シリンドリカルレンズ411に入射する前のレーザ光Lの、進行方向に垂直な断面の形状(XY平面での形状)は、真円である。シリンドリカルレンズ411の焦点距離はfC1であり、シリンドリカルレンズ412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。
The cross-sectional shape (shape on the XY plane) of the laser light L emitted from the
シリンドリカルレンズ411、412を、レンズ間距離Dc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|)の楕円形状となる。
When the
実施の形態1にかかる製造装置100では、この短径がY軸に平行になり、かつ長径がX軸に平行になるようにシリンドリカルレンズ411、412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411、412がない場合、レーザ光Lの進行方向に垂直な断面(XY平面)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。
In the
シリンドリカルレンズ412を通過した光は、次に対物レンズ413に入射し、集光スポットL1に集光される。集光スポットL1は、上述のようにシリンドリカルレンズ411、412を設置した場合、長径がY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L1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。
The light that has passed through the
製造装置100は、シリンドリカルレンズ411、412と対物レンズ413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43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43とミラーホルダの組を複数有することが好ましい。ここでは製造装置100がミラー43を含む構成について説明したが、ミラー43がなく、レーザ光源42からのレーザ光Lが直接シリンドリカルレンズ411に入射する構成であってもよい。
The
また、製造装置100は、2つの受け刃32と、押さえ刃31とを有し、半導体基板1は、受け刃32の上に載置され、受け刃32と押さえ刃31との間に配置される。ここで理解を容易にするため、半導体基板1の表面に対して鉛直な方向をZ軸(鉛直方向上向きを正とする)とし、互いに直交するX軸およびY軸は半導体基板1の表面内に含まれるものとする。受け刃32は、長手方向がY軸に平行な角柱形状である。2つの受け刃32は、同一の形状であり、Y軸方向には同一の位置に、X軸方向には互いに離れて、平行に配置される。
Further, the
一方、押さえ刃31は、長手方向がY軸に平行に配置され、下側に刃として機能する辺または面を有する。XZ平面における断面は、ほぼ三角柱の形状である。押さえ刃31は、X軸方向位置が、2つの受け刃32のX軸方向の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32と押さえ刃31との間に半導体基板1を配置し、押さえ刃31を上向きに押さえることにより、押さえ刃を荷重点、受け刃を支持点として半導体基板1の3点曲げを行い、半導体基板1に下側が山となる機械的曲げを与えることができる。
On the other hand, the
さらに、製造装置100は、レーザ光Lを所望の位置に照射し、半導体基板1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。位置決め手段は、受け刃32を支持する受け刃ステージ+(図示せず)を含む。受け刃ステージは、2つの受け刃32の間の間隔を調整する機構を有することが好ましい。さらに、位置決め手段は、例えば押さえ刃31をZ軸方向に移動させる押さえ刃ステージ(図示せず)を含むことが好ましい。半導体基板1の材料、大きさ等の条件に応じて製造条件は変化するため、押さえ刃ステージは、さらに、押さえ刃31のX軸の周りの回転(押さえ刃31の傾斜)を調整する機構(図示せず)を有することが好ましい。
Furthermore, the
さらに、製造装置100の位置決め手段は、例えば半導体基板1のX軸、Y軸方向の移動、およびZ軸周りの回転を行うためのワークステージ(図示せず)を含む。具体的には、半導体基板1にシート20を貼り付けた後、シート20(および半導体基板1)はリングに貼り付けられる。このリングはワークステージに取り付けられ、ワークステージはリングのXY軸方向の移動および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好ましい。
Further, the positioning means of the
製造装置100は、レーザ照射手段40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(図示せず)の上に固定される。
The
以上の説明では、半導体基板1と集光点L1との間の相対的な位置を変える手段として、半導体基板1を移動させるワークステージを挙げたが、実施の形態1にかかる製造装置100はこれに限定されるものではなく、例えば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るものであっても良い。
In the above description, the work stage for moving the
次に、図2〜6を用いて、製造装置100を用いた半導体素子の製造方法について説明する。理解を容易にするために、図2では、図1と上下が逆になっている。
Next, a method of manufacturing a semiconductor element using the
まず、図2に示すように、表面と裏面とを有する半導体基板1の裏面に、シート20が貼り付けられている。半導体基板1の表面上には、1つ以上の半導体素子が形成されており、半導体基板1は、分割予定線14に沿って半導体素子毎に分割される。
First, as shown in FIG. 2, the
図2の工程では、シート20が裏面に貼り付けられた半導体基板1は、押さえ刃31と2つの受け刃32との間に置かれている。ここで理解を容易にするため、半導体基板1の表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、半導体基板1の表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32は、長手方向がY軸に平行な角柱形状である。2つの受け刃32は、同一の形状であり、X軸方向には同一の位置に、Y軸方向には互いに離れて、平行に配置される。
In the process of FIG. 2, the
半導体基板1は、半導体素子が形成された素子形成領域1bと、その周囲の耳部1aとを有する。素子形成領域1bでは、基板層11の上にエピタキシャル層12bが形成されている。一方、耳部1aでも基板層11の上にエピタキシャル層12aが形成されているが、図2から分かるように、エピタキシャル層12aのX軸方向の幅は、エピタキシャル層12bのX軸方向の幅より小さくなっている。なお、本明細書において、エピタキシャル層12aや溝部の「幅」は、X軸方向の長さをいうものとする。
The
基板層11は、材料として特に制限はないが、例えば、InP(リン化インジウム)、Si(シリコン)、GaAs(ヒ化ガリウム)から形成される。一方、エピタキシャル層12は、例えばInGaAsP(インジウムガリウムヒ素リン)やInGaAs(インジウムガリウムヒ素)から形成される。エピタキシャル層12がInGaAsPやInGaAsからなる層であれば、基板層11の全体にエピタキシャル層12を形成した後に、耳部(半導体素子を形成しない周辺部)1aのエピタキシャル層12をウエットエッチングもしくはドライエッチングすることにより、所望の幅のエピタキシャル層12aとすればよい。これにより、工程数を増加させずに、耳部1aのエピタキシャル層12aを形成できる。
The
溝部13は、例えばドライエッチングおよびウエットエッチングの、いずれか一方もしくは両方を用いて形成しても良い。図2では、XZ平面における断面形状はV字形としたが、五角形形状でもよい。特に、Z軸方向の先端に角部がある形状が好ましい。押さえ刃31による曲げ応力が先端に集中し、半導体基板1の分割が分割予定線14から外れることを防止できるからである。
The
半導体基板1は、シート基材21とシート粘着層22からなるシート20のシート粘着層22に貼り付けられ、固定されている。レーザ光Lには、例えば、YAGパルスレーザ光が用いられるが、このような光を選択した場合、波長が1064nmであれば、レーザ光Lは基板層11を透過し、エピタキシャル層12に吸収される。
The
シート20のシート基材21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21から半導体基板1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21の材料として好ましい。
The material of the
図2から分かるように、レーザ光Lは、押さえ刃31を通って半導体基板1に照射される。従って、押さえ刃31は、レーザ光Lを透過する材料からなる必要がある。押さえ刃31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31の材料としてガラスを用いた場合は、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は、容易に加工できるという利点がある。
As can be seen from FIG. 2, the
図3は、図2を異なる方向から見た場合の半導体基板1の斜視図であり、2つの受け刃32は省略されている。また、図4は、図3の半導体基板1に荷重を加えた場合の、A−A方向に見た断面図であり、上下(Z軸方向)は、図3と反対になっている。
FIG. 3 is a perspective view of the
図4では、半導体基板1およびシート20は、Z軸方向に押し刃31によって押されて、受け刃32に押し付けられることにより、曲げ荷重が加えられている。この状態でレーザ光Lをレンズ40で集光して、基板層11側からエピタキシャル層12aに照射することにより、レーザ光Lは、基板層11を透過してエピタキシャル層12aに吸収される。
In FIG. 4, the
エピタキシャル層12aはレーザ光Lを吸収することにより、急激に加熱され膨張する。またエピタキシャル層12a近傍の基板層11も急激に加熱され膨張する。これにより基板層11に亀裂15が生じる。この際レーザ光Lは、集光スポットL1においても、X軸方向に一定のスポット径L2の幅を持つ。ここでは、レーザ光Lをレンズで集光した焦点でのビームの直径をスポット径とよぶ。一方、レーザ光Lの照射位置には、通常ズレが生じる。このためエピタキシャル層12aのX軸方向の幅を、スポット径L2と、想定される照射位置ズレとの合計より小さくすることで、亀裂15のX軸方向の位置精度を向上させることができる。
By absorbing the laser light L, the
図4に示すように、レーザ光Lの集光スポットL1内のエピタキシャル層12およびその周辺の基板層11において生じた亀裂15は、溝部13によって誘導されて進行し、劈開により半導体基板1を分割する。
As shown in FIG. 4, the
このときの押さえ刃31による、亀裂15が生じるために必要な曲げ荷重は、溝部13のみ設けられレーザ光Lが照射されない場合に比べて小さくなる。
The bending load required for the
図5、6は、図4の半導体基板1を、裏面から軸方向に見た場合の概略図である。図5に示すように、エピタキシャル層12aの、亀裂15の進行方向に対して垂直な方向(X軸方向)の幅は、溝部13の、亀裂15の進行方向に対して垂直な方向(X軸方向)の幅と比較して、小さいことが望ましい。このような条件では亀裂15が、エピタキシャル層12a内で中心から離れた位置に生じた場合でも、溝部13を通過することで、亀裂15を分割予定線14に近づけることができる。
5 and 6 are schematic views of the
これに対して、図6に示すように、エピタキシャル層12の、亀裂の進行方向に対して垂直な方向の幅が、溝部13の亀裂の、進行方向に対して垂直な方向の幅に比べて大きい場合は、亀裂15がエピタキシャル層12で中心から離れた位置に生じた場合には、亀裂15は溝部13によって誘導されずに、分割予定線14から大きくずれてしまう。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the width of the
このように、本発明の実施の形態1にかかる半導体素子の製造方法では、レーザ光Lと荷重との双方を用いるため、従来より小さな荷重で半導体基板の分割が可能となる。また、エピタキシャル層12aを形成することにより、レーザ光Lのスポット径L2の拡がりや、レーザ光Lの照射位置のずれがあっても、予定した分割予定線14近傍での分割が可能となる。
As described above, in the method of manufacturing the semiconductor element according to the first embodiment of the present invention, since both the laser light L and the load are used, it is possible to divide the semiconductor substrate with a load smaller than the conventional one. Further, by forming the
実施の形態2.
本発明の実施の形態2にかかる半導体素子の製造方法について、図7〜9を参照しながら説明する。図7〜9は、本実施の形態2にかかる製造方法において、基板層11に荷重を加えた場合の、A−A方向(図3参照)に対応する断面図である。図7〜9中、図4と同一符合は、同一または相当箇所を示す。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 9 are cross-sectional views corresponding to the AA direction (see FIG. 3) when a load is applied to the
実施の形態2において、レーザ光Lの集光スポットL1は、基板層11とシート20との界面とし、界面におけるX軸方向のスポット径はL2となる。ここで、基板層11はレーザ光Lに対して透明であるが、レーザ光Lのレーザパワー密度Pがある閾値Pthを超えると、基板層11において多光子吸収が発生する。
In the second embodiment, the focused spot L1 of the laser light L is the interface between the
実施の形態2では、レーザ光Lのレーザパワー密度Pを、閾値Pthより大きい値に設定することにより、集光スポットL1近傍の基板層11で多光子吸収を発生させる。多光子吸収によるエネルギー吸収量は、照射されるレーザ光Lのエネルギー密度のn乗に比例し(nは光子の数)する。例えば、2光子吸収の場合、エネルギー吸収量は、レーザ光Lのエネルギー密度の2乗に比例する。
In the second embodiment, the laser power density P of the laser light L is set to a value larger than the threshold value P th to cause multiphoton absorption in the
レーザ光Lのレーザパワー密度Pを大きくするため、本実施の形態2では、レーザ光源(図示せず)に、光共振器のQ値を高速で変化させて、高出力のパルス発振を達成する機能を有するQスイッチ素子(図示せず)が設けられている。これにより、尖頭値の高いQスイッチレーザ光が出射する。Qスイッチレーザ光のパルス幅は、1パルスあたりのエネルギーが十分大きくなるように、1μs以下であることが好ましい。 In order to increase the laser power density P of the laser light L, in the second embodiment, a laser light source (not shown) is used to change the Q value of the optical resonator at high speed to achieve high-power pulse oscillation. A Q switch element (not shown) having a function is provided. As a result, Q-switched laser light having a high peak value is emitted. The pulse width of the Q-switched laser light is preferably 1 μs or less so that the energy per pulse is sufficiently large.
レーザ光Lのレーザパラメータ(レーザ光Lがパルスレーザであれば、パルス幅、繰返し周波数、パルスエネルギー、ピーク出力など)は、基板層11を気化(または熱分解)させることができる値に設定される。
The laser parameters of the laser light L (pulse width, repetition frequency, pulse energy, peak output, etc., if the laser light L is a pulse laser) are set to values that can vaporize (or thermally decompose) the
図8に示すように、レーザ光Lの照射により基板層11の一部が気化されることによって、シート20と基板層11との間に気体が閉じ込められ、基板層11に対してシート20と逆方向(Z軸のプラス方向)に荷重が生じる。
As shown in FIG. 8, a part of the
また、レーザ光Lのうち多光子吸収によって吸収されなかった光は、エピタキシャル層12aに到達し吸収される。これによりエピタキシャル層12aおよびその付近の基板層11は一部が気化する。この結果、図9に示すようにエピタキシャル層12およびその付近の基板層11から亀裂15が生じ基板層11が分割される。
Light of the laser light L that is not absorbed by multiphoton absorption reaches the
このように、実施の形態2にかかる製造方法では、基板の分割に押し刃31からの荷重だけでなく基板層11とシート20の間に生じた気体からの圧力も加わるため、押し刃31に負荷する荷重を小さくすることができる。
As described above, in the manufacturing method according to the second embodiment, not only the load from the
実施の形態3.
図10は、本発明の実施の形態3にかかる半導体素子の製造方法に用いる製造装置200の斜視図であり、図1、2と同一符合は、同一または相当箇所を示す。製造装置200では、押さえ刃31は、レーザ光Lの光路を避けて配置される。なお、押さえ刃31の形状をわかりやすく表示させるため、図の上下は反転させている。
Embodiment 3.
FIG. 10 is a perspective view of a
製造装置200では、押さえ刃31がレーザ光の光路から外れるため、押さえ刃31の材料は、レーザ光を吸収する物でも良く、例えば加工が容易な金属等の材料を選択できる。押さえ刃31の材料を金属にすることには、耐久性に優れ、加工も容易であるという利点がある。
In the
また、押さえは31の材料を固い金属とすることで、押さえ刃31の形状を底辺が台形の四角柱(図2参照)から三角柱に変更することができる。これにより基板層11にかかる押さえ刃31からの応力を分割予定線14付近に集中させることができ、応力分散によって亀裂が分割予定線14から外れることを防止することができる。
Further, for the pressing, the shape of the
実施の形態4.
図11は、半導体基板1の斜視図であり、2つの受け刃32は省略されている。また、図12は、図11の基板層11に荷重を加えた場合の、B−B方向に見た断面図であり、Y軸方向は、図11と反対になっている。
Fourth Embodiment
FIG. 11 is a perspective view of the
実施の形態4では、エピタキシャル層12cを溝部13の内部に形成している。具体的には、ウエットエッチングまたはドライエッチングあるいはその両方を用いて、基板層11に溝部13を形成した後に、溝部13以外の部分に保護膜(図示せず)を形成する。この状態で、エピタキシャル層12を成長させることにより、エピタキシャル層12cを溝部13の内部に選択的に形成することができる。
In the fourth embodiment, the
実施の形態4では、エピタキシャル層12を溝部13内部に選択的に形成し、レーザ光Lを溝部13の底部に集光させることにより、溝部13の内部でレーザ光Lの吸収が最も大きくなる。これにより、溝部13の内部が亀裂15の起点となり、亀裂15の起点の位置精度を向上させることができる。
In the fourth embodiment, the
実施の形態5.
図13、14は、本発明の実施の形態5にかかる製造装置を用いた半導体素子の製造方法の概略図である。図13、14は、図3のA−A方向と同一方向に見た場合の断面図である。図4と同一符合は、同一または同等箇所を示し、また、33は押さえ板を示す。
Embodiment 5.
13 and 14 are schematic views of a method of manufacturing a semiconductor element using the manufacturing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. 13 and 14 are cross-sectional views when viewed in the same direction as the AA direction in FIG. The same reference numerals as those in FIG. 4 indicate the same or similar portions, and 33 indicates a pressing plate.
実施の形態5の製造方法では、図13に示すように、レーザ光Lを照射する際には曲げ荷重を加えず、シート20の表面を押さえ板33で押さえて、加熱による蒸発圧を内部に閉じ込めるのみとしている。これにより亀裂はレーザ光の照射部付近のみで発生するが、基板を分割するほどには進展しない。
In the manufacturing method of the fifth embodiment, as shown in FIG. 13, a bending load is not applied when irradiating the laser beam L, the surface of the
続いて、図14に示すように、押さえ刃31を用いて
シート20の表面に曲げ荷重を加えることにより、基板1を分割する。このようにレーザ光を照射する工程と、曲げ荷重を加える工程を分けることで、押さえ刃31の材料は、レーザ光を吸収する材料でも良く、例えば加工が容易な金属等の材料を選択できる。また、押さえ刃31の材料に金属等を用いることで、押さえ刃31の先端の形状も、先鋭な形状とすることができり。これにより、曲げ荷重により基板1に与える応力を、限定された狭い範囲に集中させることができる。また、曲げ荷重を徐々に加えることにより、端面の平坦性を向上させることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 14, the
1 半導体基板、1a耳部、1b 素子部、11 基板層、12、12a、12b、12c エピタキシャル層、13 溝部、14 分割予定線、15 亀裂、20 シート、21 シート基材、22 シート粘着層、31 押さえ刃、32 受け刃、33 押さえ板、40 レンズ、411、412 シリンドリカルレンズ、413 対物レンズ、42 レーザ光源、43 ミラー、100、200 製造装置、L レーザ光、L1 集光スポット、L2 スポット径。 1 semiconductor substrate, 1a ear part, 1b element part, 11 substrate layer, 12, 12a, 12b, 12c epitaxial layer, 13 groove part, 14 planned dividing line, 15 cracks, 20 sheet, 21 sheet base material, 22 sheet adhesive layer, 31 pressing blade, 32 receiving blade, 33 pressing plate, 40 lens, 411, 412 cylindrical lens, 413 objective lens, 42 laser light source, 43 mirror, 100, 200 manufacturing device, L laser beam, L1 condensing spot, L2 spot diameter ..
Claims (14)
表面と裏面とを有する第1半導体層と、前記第1半導体層の表面に設けられた第2半導体層とを含む半導体基板を準備する工程と、
前記第2半導体層を部分的に除去して、前記分割予定線上に残った前記第2半導体層を吸収層とする工程と、
前記半導体基板の表面の分割予定線上に、溝部を形成する工程と、
前記半導体基板に曲げ応力を加えながら、前記吸収層にレーザ光を照射して前記吸収層を加熱することで、前記半導体基板を前記分割予定線で分割する工程と、を含み、
前記吸収層の幅は、前記溝部の幅より小さいことを特徴とする製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a semiconductor substrate is divided along a dividing line,
Providing a semiconductor substrate including a first semiconductor layer having a front surface and a back surface, and a second semiconductor layer provided on the front surface of the first semiconductor layer;
Partially removing the second semiconductor layer and using the second semiconductor layer remaining on the planned dividing line as an absorption layer;
Forming a groove on the planned dividing line on the surface of the semiconductor substrate;
While applying bending stress to the semiconductor substrate, by irradiating the absorption layer with laser light to heat the absorption layer, dividing the semiconductor substrate at the dividing line,
The width of the absorption layer is smaller than the width of the groove portion.
表面と裏面とを有する第1半導体層と、前記第1半導体層の表面に設けられた第2半導体層とを含む半導体基板を準備する工程と、
前記第2半導体層を部分的に除去して、前記分割予定線上に残った前記第2半導体層を吸収層とする工程と、
前記半導体基板の表面の分割予定線上に、溝部を形成する工程と、
前記半導体基板の前記吸収層にレーザ光を照射して前記吸収層を加熱する工程と、
前記半導体基板に曲げ応力を加えることで、前記半導体基板を前記分割予定線で分割する工程と、を含み、
前記吸収層の幅は、前記溝部の幅より小さいことを特徴とする製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a semiconductor substrate is divided along a dividing line,
Providing a semiconductor substrate including a first semiconductor layer having a front surface and a back surface, and a second semiconductor layer provided on the front surface of the first semiconductor layer;
Partially removing the second semiconductor layer and using the second semiconductor layer remaining on the planned dividing line as an absorption layer;
Forming a groove on the planned dividing line on the surface of the semiconductor substrate;
Irradiating the absorption layer of the semiconductor substrate with a laser beam to heat the absorption layer,
Dividing the semiconductor substrate along the dividing line by applying bending stress to the semiconductor substrate,
The width of the absorption layer is smaller than the width of the groove portion.
表面と裏面とを有する第1半導体層を含む半導体基板を準備する工程と、
前記第1半導体層の表面の分割予定線上に、溝部を形成する工程と、
前記溝部の内部に吸収層を選択的に形成する工程と、
前記半導体基板に曲げ応力を加えながら、前記吸収層にレーザ光を照射して前記吸収層を加熱することで、前記半導体基板を前記分割予定線で分割する工程と、を含むことを特徴とする製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a semiconductor substrate is divided along a dividing line,
Providing a semiconductor substrate including a first semiconductor layer having a front surface and a back surface;
Forming a groove on the planned dividing line on the surface of the first semiconductor layer;
A step of selectively forming an absorption layer inside the groove,
Dividing the semiconductor substrate along the dividing line by irradiating the absorption layer with laser light to heat the absorption layer while applying bending stress to the semiconductor substrate. Production method.
表面と裏面とを有する第1半導体層と、前記第1半導体層の表面に設けられた第2半導体層とを含む半導体基板を準備する工程と、
前記第1半導体層の裏面にシートを接着する工程と、
前記第2半導体層を部分的に除去して、前記分割予定線上に残った前記第2半導体層を吸収層とする工程と、
前記半導体基板の表面の分割予定線上に、溝部を形成する工程と、
前記半導体基板に曲げ応力を加えながら、前記半導体基板の裏面側から前記吸収層にレーザ光を照射して前記吸収層を加熱することで、前記半導体基板を前記分割予定線で分割する工程と、を含み、
前記吸収層の幅は、前記溝部の幅より小さく、
前記レーザ光の集光スポットは、前記第1半導体層と前記シートとの界面と重なり、前記集光スポットにおいて、前記レーザ光は前記第1半導体層に吸収されて前記第1半導体層を加熱することを特徴とする製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a semiconductor substrate is divided along a dividing line,
Providing a semiconductor substrate including a first semiconductor layer having a front surface and a back surface, and a second semiconductor layer provided on the front surface of the first semiconductor layer;
Bonding a sheet to the back surface of the first semiconductor layer,
Partially removing the second semiconductor layer and using the second semiconductor layer remaining on the planned dividing line as an absorption layer;
Forming a groove on the planned dividing line on the surface of the semiconductor substrate;
While applying bending stress to the semiconductor substrate, by heating the absorption layer by irradiating the absorption layer with laser light from the back surface side of the semiconductor substrate, a step of dividing the semiconductor substrate along the dividing line, Including
The width of the absorption layer is smaller than the width of the groove,
The focused spot of the laser light overlaps with the interface between the first semiconductor layer and the sheet, and at the focused spot, the laser light is absorbed by the first semiconductor layer and heats the first semiconductor layer. A manufacturing method characterized by the above.
前記半導体基板を載置する、互いに平行な2つの受け刃と、
前記半導体基板を押さえて曲げ応力を加える押さえ刃と、
前記半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光源と、
前記レーザ光を集光して、前記半導体基板と重なる集光スポットを形成するレンズと、
前記レーザ光源と前記半導体基板との相対位置を変えて、前記集光スポットの位置を調整する位置移動手段と、を含むことを特徴とする製造装置。 A semiconductor device manufacturing apparatus for dividing a semiconductor substrate along a dividing line,
Two parallel receiving blades for mounting the semiconductor substrate,
A pressing blade that presses the semiconductor substrate to apply bending stress,
A laser light source for irradiating the semiconductor substrate with laser light,
A lens that collects the laser light to form a condensed spot that overlaps the semiconductor substrate,
A manufacturing apparatus comprising: a position moving unit that adjusts a position of the focused spot by changing a relative position between the laser light source and the semiconductor substrate.
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