JP2024054760A - 加工ウェハの分割装置および加工ウェハの分割方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工ウェハを分割する際に割れることを抑制する。【解決手段】加工ウェハ１０を収容すると共に作動流体１７０が充填されるハウジング１１０と、ハウジング１１０の他端部側を閉塞しつつ、ハウジング１１０の軸方向に沿って摺動可能とされた閉塞部１６０と、ハウジング１１０の底部に配置され、軸方向において、貫通孔１１１ａより外側の部分で加工ウェハの第１主面１０ａ、１０ｂと密着するシール部材１２０が配置される第１シール部材保持部１３０と、ハウジング１１０の側部に軸方向に沿って摺動可能に配置され、加工ウェハ１０の第２主面１０ａ、１０ｂと密着するシール部材１４０が配置される第２シール部材保持部１５０と、を備え、ハウジング１１０内の作動流体を用い、加工ウェハ１０を変質層１５を起点として分割する。【選択図】図４

Description

本発明は、窒化ガリウム（以下では、単にＧａＮともいう）で構成される加工ウェハを分割する加工ウェハの分割装置および加工ウェハの分割方法に関するものである。

従来より、ＧａＮで構成される加工ウェハを分割して半導体チップを製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この製造方法では、加工ウェハを用意した後、レーザ光を照射して変質層を形成する。その後、加工ウェハを挟むように保持治具を配置し、保持治具にて加工ウェハの厚さ方向に引張応力等を印加することにより、変質層を分割の起点として加工ウェハを分割する。そして、この製造方法では、加工ウェハから分割した一方の部分をチップ構成ウェハとし、このチップ構成ウェハを用いて半導体チップを構成している。

特開２０２１－１７０５９６号公報

しかしながら、この製造方法では、加工ウェハからチップ構成ウェハを分割する際、保持治具にて加工ウェハの厚さ方向に引張応力等を印加するため、分割の瞬間に加工ウェハに大きな応力が印加される。このため、加工ウェハにマクロ的な傷や欠陥が存在する場合、変質層と共にその部分にも応力が集中して加工ウェハが割れる可能性がある。

本発明は上記点に鑑み、割れることを抑制できる加工ウェハの分割装置および加工ウェハの分割方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１は、内部に、周囲の部分よりも脆い変質層（１５）が形成された加工ウェハ（１０）を分割する分割装置であって、一端部側の底部（１１１）に貫通孔（１１１ａ）が形成されると共に、他端部側が開口部（１１３）とされ、一端部側と他端部側との間を繋ぐ側部（１１２）を有する筒状とされ、内部に、厚さ方向と交差する方向に沿って変質層が形成された加工ウェハを収容すると共に作動流体（１７０、１９０）が充填されるハウジング（１１０）と、ハウジングの他端部側を閉塞しつつ、ハウジングの軸方向に沿って摺動可能とされた閉塞部（１６０）と、ハウジングの底部に配置され、軸方向において、貫通孔より外側の部分で加工ウェハの第１主面（１０ａ、１０ｂ）と密着するシール部材（１２０）が配置される第１シール部材保持部（１３０）と、ハウジングの側部に軸方向に沿って摺動可能に配置され、加工ウェハの第２主面（１０ａ、１０ｂ）と密着するシール部材（１４０）が配置される第２シール部材保持部（１５０）と、を備え、ハウジング内の作動流体を用い、加工ウェハを変質層を起点として分割する。

これによれば、作動流体を加圧することで加工ウェハを分割する分割装置としているため、加工ウェハに印加される圧力は静的圧力となる。このため、加工ウェハの厚さ方向に引張応力等を印加して加工ウェハを分割する場合と比較して、瞬間的に印加される応力が大きくなり過ぎることを抑制できる。したがって、加工ウェハを分割する際、加工ウェハに割れが発生することを抑制できる。

請求項５は、内部に、周囲の部分よりも脆い変質層（１５）が形成された加工ウェハ（１０）を分割する加工ウェハの分割方法であって、一端部側の底部（１１１）に貫通孔（１１１ａ）が形成されると共に、他端部側が開口部（１１３）とされ、一端部側と他端部側との間を繋ぐ側部（１１２）を有する筒状とされ、加工ウェハを収容すると共に作動流体（１７０、１９０）が充填されるハウジング（１１０）を用意することと、第１主面（１０ａ、１０ｂ）、第１主面と反対側の第２主面（１０ａ、１０ｂ）を有し、内部に、厚さ方向と交差する方向に沿って変質層が形成された加工ウェハを用意することと、ハウジングの底部に、加工ウェハの第１主面（１０ａ、１０ｂ）の一部が貫通孔から露出するように、加工ウェハを配置することと、ハウジングに作動流体（１７０、１９０）を充填することと、ハウジング内の作動流体を用い、加工ウェハを変質層を起点として分割することと、を行う。

これによれば、作動流体を加圧することで加工ウェハを分割する分割方法としているため、加工ウェハに印加される圧力は静的圧力となる。このため、加工ウェハの厚さ方向に引張応力等を印加して加工ウェハを分割する場合と比較して、瞬間的に印加される応力が大きくなり過ぎることを抑制できる。したがって、加工ウェハを分割する際、加工ウェハに割れが発生することを抑制できる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図１Ａに続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図１Ｂに続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図１Ｃに続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図１Ｄに続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図１Ｅに続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図１Ｆに続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図１Ｇに続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図１Ｈに続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図１Ｉに続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 変質層の状態を示す模式図である。 加工ウェハと第１シール部材との位置関係を示す図である。 第２実施形態における半導体チップの製造工程を示す断面図である。 第３実施形態における半導体チップの製造工程を示す断面図である。 第４実施形態における半導体チップの製造工程を示す断面図である。 第５実施形態における半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図７中のXIII部の拡大模式図である。 第６実施形態における半導体チップの製造工程を示す断面図である。 第７実施形態における半導体チップの製造工程を示す断面図である。 第８実施形態における半導体チップの製造工程を示す平面図である。 他の実施形態における半導体チップの製造工程を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。以下では、ＧａＮを用いて構成される加工ウェハ１０を分割する方法を含む半導体チップＳ１の製造方法について説明する。

まず、図１Ａに示されるように、一面１ａおよび他面１ｂを有し、バルクウェハ状とされているＧａＮウェハ１を用意する。例えば、ＧａＮウェハ１は、シリコン、酸素、ゲルマニウム等がドーパントされ、不純物濃度が５×１０^１７～５×１０^１９ｃｍ^－３とされたものが用いられる。なお、ＧａＮウェハ１の厚みについては任意であるが、例えば４００μｍ程度のものが用意される。また、本実施形態のＧａＮウェハ１は、一面１ａがガリウム面とされると共に他面１ｂが窒素面とされている。また、このＧａＮウェハ１は、下記半導体チップＳ１の製造工程を行った後では、後述する図１Ｌのリサイクルウェハ４０を再利用することで用意される。

次に、図１Ｂに示されるように、ＧａＮウェハ１の一面１ａ上に、１０～１００μｍ程度のＧａＮで構成されるエピタキシャル膜３を形成することにより、複数のチップ形成領域ＲＡがダイシングラインＤＬで区画される加工ウェハ１０を用意する。本実施形態では、エピタキシャル膜３は、ｎ^＋型エピタキシャル層３ａと、ｎ^－型エピタキシャル層３ｂとがＧａＮウェハ１側から順に成膜されて構成される。例えば、ｎ^＋型エピタキシャル層３ａは、シリコン、酸素、ゲルマニウム等がドーパントされ、不純物濃度が５×１０^１７～５×１０^１９ｃｍ^－３程度とされる。ｎ^－型エピタキシャル層３ｂは、シリコン等がドーパントされ、不純物濃度が１×１０^１７～４×１０^１７ｃｍ^－３程度とされる。

なお、ｎ^－型エピタキシャル層３ｂは、後述する拡散層１２等の一面側素子構成部分１１が形成される部分であり、例えば、厚さが８～１０μｍ程度とされる。ｎ^＋型エピタキシャル層３ａは、後述する半導体チップＳ１の厚さを確保するための部分であり、例えば、厚さが４０～１００μｍ程度とされる。また、ｎ^＋型エピタキシャル層３ａとｎ^－型エピタキシャル層３ｂとの厚みの大小については任意であるが、ここでは半導体チップＳ１の厚みを確保できるようにｎ^＋型エピタキシャル層３ａをｎ^－型エピタキシャル層３ｂよりも厚くしてある。

以下では、加工ウェハ１０のうちのエピタキシャル膜３側の面を加工ウェハ１０の一面１０ａとし、加工ウェハ１０のうちのＧａＮウェハ１側の面を加工ウェハ１０の他面１０ｂとする。そして、各チップ形成領域ＲＡは、加工ウェハ１０の一面１０ａ側に構成される。

次に、図１Ｃに示されるように、一般的な半導体製造プロセスのうちの一面１０ａ側に対するプロセスである表面側プロセスを行う。具体的には、表面側プロセスとして、イオン注入、蒸着、ウェットプロセス等を適宜行い、各チップ形成領域ＲＡに、拡散層１２やゲート電極１３、図示しない表面電極、配線パターン、パッシベーション膜等の半導体素子における一面側素子構成部分１１を形成する工程を行う。なお、ここでの半導体素子は、種々の構成のものが採用され、例えば、縦型ＭＯＳトランジスタ等のパワーデバイスや、発光ダイオード等の光半導体素子、半導体レーザ等が採用される。その後、必要に応じ、加工ウェハ１０の一面１０ａ側に、レジスト等で構成される表面保護膜を形成する。

続いて、図１Ｄに示されるように、ダイシングラインＤＬに溝１６を形成する。なお、溝１６は、ダイシングブレードで形成してもよいし、レーザ光を照射することで形成してもよい。また、この溝１６は、後述する変質層１５を形成する際、変質層１５が溝１６と交差するように深さが調整される。

続いて、図１Ｅに示されるように、加工ウェハ１０の一面１０ａ側に保持部材２０を配置する。保持部材２０は、例えば、支持台２１と粘着剤２２とを有するダイシングテープ等が用いられる。支持台２１は、製造工程中に反り難い材料で構成され、例えば、ガラス、シリコン基板、セラミックス等で構成される。粘着剤２２は、粘着力を変化させることができる材料で構成され、例えば、温度や光によって粘着力が変化するものが用いられる。粘着剤２２は、例えば、紫外線硬化樹脂、ワックス、両面テープ等で構成される。

次に、図１Ｆに示されるように、加工ウェハ１０の他面１０ｂからレーザ光Ｌを照射し、加工ウェハ１０の一面１０ａから所定深さＤとなる位置に、加工ウェハ１０の面方向に沿った変質層１５を形成する。すなわち、加工ウェハ１０の厚さ方向と交差方向に延設される変質層１５を形成する。

具体的には、図示しない、レーザ光Ｌを発振するレーザ光源、レーザ光の光軸（すなわち光路の向き）を変えるように配置されたダイクロイックミラー、レーザ光を集光するための集光レンズ、および変位可能なステージ等を有するレーザ装置を用意する。そして、変質層１５を形成する際には、レーザ光Ｌの集光点が加工ウェハ１０の面方向に沿って相対的に走査されるように、ステージ等の位置を調整する。これにより、加工ウェハ１０には、面方向に沿った変質層１５が形成される。より詳しくは、レーザ光Ｌを照射することにより、窒素がガスとして蒸発すると共にガリウムが析出された変質層１５が形成される。この場合、図２に示されるように、変質層１５は、レーザ光Ｌの集光点となる位置に照射痕Ｌａが形成され、照射痕Ｌａから亀裂部Ｌｂが周囲に発生した状態となっている。なお、亀裂部Ｌｂは、照射痕Ｌａの間隔にもよるが、亀裂部Ｌｂ同士が繋がった箇所と、亀裂部Ｌｂ同士が繋がっていない箇所とが混在している。このため、加工ウェハ１０は、変質層１５より一面１０ａ側の部分と、変質層１５より他面１０ｂ側の部分とが繋がった箇所と繋がっていない箇所とが存在する。

なお、特に限定されるものではないが、本実施形態では、変質層１５を形成する際のレーザ光Ｌは、赤外線から可視光線の波長領域を有するものであって、対象となるウェハの透過率（すなわち、ＧａＮの透過率）を考慮して設定されたものが用いられる。そして、本実施形態では、このようなレーザ光Ｌの加工点出力やパルス幅等を適宜調整して変質層１５を形成する。

また、変質層１５を形成する際の所定深さＤは、後述の半導体チップＳ１のハンドリングのし易さや耐圧等に応じて設定され、１０～２００μｍ程度とされる。この場合、変質層１５は、エピタキシャル膜３の厚さに応じて形成される場所が変更され、エピタキシャル膜３の内部、エピタキシャル膜３とＧａＮウェハ１との境界、またはＧａＮウェハ１の内部のいずれかに形成される。なお、図１Ｅ中では、エピタキシャル膜３とＧａＮウェハ１との境界に変質層１５を形成する例を示している。

但し、この変質層１５は、溝１６と交差するように形成される。また、後述するように、加工ウェハ１０におけるＧａＮウェハ１の少なくとも一部は、リサイクルウェハ４０として再利用される。このため、変質層１５は、エピタキシャル膜３の内部、またはエピタキシャル膜３とＧａＮウェハ１との境界に形成されることが好ましい。また、変質層１５がＧａＮウェハ１の内部に形成される場合には、変質層１５は、ＧａＮウェハ１の一面１ａ側に形成されることが好ましい。そして、変質層１５がエピタキシャル膜３の内部に形成される場合には、変質層１５は、半導体素子を構成するｎ^－型エピタキシャル層３ｂではなく、ｎ^＋型エピタキシャル層３ａの内部に形成されることが好ましい。

続いて、図１Ｇに示されるように、保持部材２０を加工ウェハ１０から剥離した後、加工ウェハ１０を分割装置１００内に配置する。なお、保持部材２０の剥離は、粘着剤２２の接着力を低下させる処理、例えば、粘着剤２２をＵＶ樹脂接着材で構成している場合にはＵＶ照射をすることで行う。また、本実施形態では、保持部材２０を剥離した後に加工ウェハ１０を分割装置１００内に配置する例を説明するが、保持部材２０がそのまま加工ウェハ１０に備えられていてもよい。以下、本実施形態の分割装置１００について説明する。

本実施形態の分割装置１００は、加工ウェハ１０を収容する部材であるハウジング１１０を有している。ハウジング１１０は、一端部側に底部１１１を有すると共に他端部側が開口部１１３とされ、一端部と他端部との間を繋ぐ側部１１２を有する筒状とされている。ハウジング１１０は、底部１１１に略円形状の貫通孔１１１ａが形成されている。また、分割装置１００は、ハウジング１１０の底部１１１に備えられ、第１シール部材１２０の形状に合わせた溝部１３１が形成された第１シール部材保持部１３０を備えている。なお、第１シール部材１２０は、Ｏリング等で構成され、溝部１３１は、Ｏリングの形状に合わせて環状に形成される。

分割装置１００は、ハウジング１１０の側部１１２に、ハウジング１１０の軸方向（すなわち、紙面上下方向）に沿って摺動可能に保持され、第２シール部材１４０の形状に合わせた溝部１５１が形成された第２シール部材保持部１５０を備えている。なお、第２シール部材１４０は、Ｏリング等で構成され、溝部１５１は、Ｏリングの形状に合わせて環状に形成される。また、この第２シール部材保持部１５０には、溝部１５１よりも外縁側に、連通孔１５２が形成される。連通孔１５２は、ハウジング１１０の内部において、第２シール部材保持部１５０を挟んで底部１１１側の部分と開口部１１３側の部分とを連通させるために形成されており、本実施形態では、複数形成されている。

さらに、分割装置１００は、側部１１２に沿って摺動可能に備えられ、開口部１１３を閉塞する閉塞部１６０を有する。以上が本実施形態における分割装置１００の構成である。

そして、加工ウェハ１０を分割装置１００内に配置する場合には、加工ウェハ１０の一面１０ａが底部１１１側に位置するように加工ウェハ１０を配置する。具体的には、チップ形成領域ＲＡは、図３に示されるように、加工ウェハ１０の内縁部側に配列される。そして、加工ウェハ１０は、第１シール部材１２０が一面１０ａにおける外縁部にて押し潰されるように密着されつつ、第２シール部材１４０が他面１０ｂにおける外縁部にて押し潰されるように密着されて配置される。

なお、図３は、加工ウェハ１０の一面１０ａ側の位置関係を示しているが、加工ウェハ１０の他面１０ｂも同様の位置関係となる。すなわち、第１シール部材１２０と第２シール部材１４０とは、加工ウェハ１０を挟んで略対称に配置される。また、加工ウェハ１０における外縁部側とは、チップ形成領域ＲＡとなる部分よりも外縁部側のことである。そして、加工ウェハ１０のうちの貫通孔１１１ａから露出する部分は、大気圧である圧力Ｐ２が印加された状態となっている。本実施形態では、加工ウェハ１０の一面１０ａが第１主面に相当し、加工ウェハ１０の他面１０ｂが第２主面に相当する。

その後、本実施形態では、分割装置１００内に作動流体としての液体１７０を充填する。本実施形態では、第２シール部材保持部１５０に連通孔１５２が形成されており、ハウジング１１０の内部は、連通孔１５２を通じて液体１７０が底部１１１側まで充填される。これにより、加工ウェハ１０には、他面１０ｂ側に液体１７０の圧力Ｐ１が印加された状態となる。

次に、図１Ｈに示されるように、閉塞部１６０を底部１１１側に摺動させ、液体１７０を圧縮することで圧力Ｐ１が圧力Ｐ２より大きくなるようにする。つまり、作動流体が加圧されるようにする。これにより、加工ウェハ１０は、一面１０ａ側が凸となるように変形する。この際、加工ウェハ１０は、内部に変質層１５が形成されており、変質層１５は結晶構造が崩れて周囲の部分よりも脆くなっているため、変質層１５を起点として分割される。本実施形態では、ダイシングラインＤＬに溝１６が形成されているため、加工ウェハ１０を変質層１５で分割することにより、図１Ｉに示すような個片化された半導体チップＳ１が生成される。なお、この工程で加工ウェハ１０の他面１０ｂに印加される圧力Ｐ１は、液体１７０を圧縮させたことによる静的圧力となる。このため、例えば、加工ウェハ１０の厚さ方向に引張応力等を印加して加工ウェハ１０を分割する場合と比較して、加工ウェハ１０に瞬間的に印加される応力が大きくなり過ぎることを抑制できる。したがって、加工ウェハ１０を分割する際、加工ウェハ１０に割れが発生することを抑制できる。

以下の図１Ｉ以降の工程では、加工ウェハ１０を分割することで得られた半導体チップＳ１のうちの分割された側の面を裏面３０ｂとして説明する。また、加工ウェハ１０のうちの変質層１５より他面１０ｂ側の部分をリサイクルウェハ４０とし、リサイクルウェハ４０のうちの分割された面側を一面４０ａとして説明する。そして、図１Ｉ以降の各図では、半導体チップＳ１の裏面３０ｂおよびリサイクルウェハ４０の一面４０ａに残存する変質層１５等を適宜省略して示している。

次に、図１Ｉに示されるように、残りの半導体製造プロセスとして、半導体チップＳ１の裏面３０ｂに、裏面電極を構成する金属膜６１等の半導体素子における他面側素子構成部分６０を形成するという裏面側プロセスを行う。このようにして、所望の半導体素子が形成された半導体チップＳ１が製造される。なお、図１Ｉの工程は、単一の半導体チップＳ１を例に挙げて説明した。しかしながら、保持部材２０が配置された状態で加工ウェハ１０を分割する場合には、各半導体チップＳ１は保持部材２０に一体的に保持される。この場合、図１Ｉの工程は、保持部材２０に保持された各半導体チップＳ１に対して一体的に行われる。

また、この他面側素子構成部分６０を形成する工程の前には、必要に応じて、ＣＭＰ（chemical mechanical polishingの略)法等で半導体チップＳ１の裏面３０ｂを平坦化する工程を行うようにしてもよい。図１Ｉは、半導体チップＳ１の裏面３０ｂを平坦化した場合の図を示している。そして、他面側素子構成部分６０を形成する工程を行った後、必要に応じて、金属膜６１と半導体チップＳ１とをオーミック接触とするためのレーザアニールなどの加熱処理を行うようにしてもよい。

また、図１Ｊに示されるように、図１Ｈで構成されたリサイクルウェハ４０には、一面４０ａに対して研磨装置７０等を用いたＣＭＰ法を行うことにより、当該一面４０ａを平坦化する。そして、平坦化したリサイクルウェハ４０をＧａＮウェハ１とし、再び上記図１Ａ以降の工程を行う。これにより、ＧａＮウェハ１は、半導体チップＳ１を構成するのに複数回利用されることができる。

以上説明した本実施形態によれば、加工ウェハ１０を分割する際、静的圧力が印加されるようにして加工ウェハ１０を分割している。このため、加工ウェハ１０の厚さ方向に引張応力等を印加して加工ウェハ１０を分割する場合と比較して、瞬間的に印加される応力が大きくなり過ぎることを抑制できる。したがって、加工ウェハ１０を分割する際、加工ウェハ１０に割れが発生することを抑制できる。

（１）本実施形態では、圧力Ｐ１となる液体１７０として水を用い、圧力Ｐ２として大気圧を利用している。このため、圧力Ｐ１および圧力Ｐ２を特別な材料で構成する場合と比較して、分割装置１００の構成の簡略化、および製造工程の簡略化を図ることができる。

（２）本実施形態では、加工ウェハ１０の一面１０ａが液体１７０から露出しつつ、一面１０ａ側に凸となるように加工ウェハ１０を変形させることで加工ウェハ１０を分割している。このため、一面１０ａ側に形成される半導体素子に対する液体１７０の影響を考慮しなくてもよく、分割装置１００の構成の簡略化、および製造工程の簡略化を図ることができる。

（３）本実施形態では、分割装置１００内に加工ウェハ１０を配置して加工ウェハ１０を分割する。この場合、貫通孔１１１ａを複数形成することにより、分割装置１００内に複数枚の加工ウェハ１０を同時に配置できる。このため、複数枚の加工ウェハ１０を同時に分割するバッチ式とすることもでき、スループットの向上を図ることができる。

（４）本実施形態では、加工ウェハ１０を分割する前に、ダイシングラインＤＬに溝１６を形成している。このため、加工ウェハ１０を一面１０ａ側が凸となるように変形させた際、半導体チップＳ１（すなわち、チップ形成領域ＲＡ）の間隔が広がる方向に押し出されることになり、変質層１５で分割し易くできる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、加工ウェハ１０を分割する際の静的圧力の印加方法を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の分割装置１００の基本的な構成は、上記第１実施形態と同様である。但し、本実施形態の分割装置１００は、図４に示されるように、ハウジング１１０が配置され、当該ハウジング１１０（すなわち、液体１７０）を加熱可能な加熱装置１８０が備えられている。本実施形態では、加熱装置１８０は、加熱炉で構成されている。なお、加熱装置１８０の構成は、適宜変更可能である。例えば、加熱装置１８０は、ハウジング１１０内に配置されて液体１７０を直接加熱する加熱抵抗ヒータ等で構成されていてもよい。

そして、本実施形態では、変質層１５を起点として加工ウェハ１０を分割する際、加熱装置１８０で液体１７０を加熱して液体１７０の圧力Ｐ１が圧力Ｐ２より大きくなるようにする。これにより、加工ウェハ１０は、一面１０ａ側が凸となるように変形し、変質層１５を起点として分割される。なお、液体１７０を加熱する際には、金属ガリウムの融点である約３０℃以上に加工ウェハ１０が加熱されるようにすることが好ましい。これにより、変質層１５に存在する金属ガリウムが液化して分割する際に必要な圧力が低くなるため、加工ウェハ１０を分割し易くできる。また、このように液体１７０を加熱して液体１７０の圧力Ｐ１を高くしても、加工ウェハ１０の他面１０ｂに印加される圧力は静的圧力となる。

以上説明した本実施形態のように、加熱装置１８０で液体１７０を加熱して液体１７０の圧力Ｐ１が圧力Ｐ２より大きくなるようにしても、加工ウェハ１０の他面１０ｂに印加される圧力が静的圧力となるため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態では、液体１７０を金属ガリウムの融点以上に加熱することにより、加工ウェハ１０を分割し易くできる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、加工ウェハ１０を分割する際の作動流体を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の分割装置１００の基本的な構成は、上記第１実施形態と同様である。但し、本実施形態の分割装置１００は、図５に示されるように、ハウジング１１０内には、作動流体としての気体１９０が充填されている。なお、気体は、空気等であってもよいし、希ガス等であってもよい。

そして、本実施形態では、変質層１５を起点として加工ウェハ１０を分割する際、閉塞部１６０を摺動させて気体１９０を圧縮することで気体１９０の圧力Ｐ１が圧力Ｐ２より大きくなるようにする。これにより、加工ウェハ１０は、一面１０ａ側が凸となるように変形し、変質層１５を起点として分割される。なお、このように気体１９０を圧縮して気体１９０の圧力Ｐ１を高くしても、加工ウェハ１０の他面１０ｂに印加される圧力は静的圧力となる。

以上説明した本実施形態のように、作動流体を気体１９０としても、加工ウェハ１０の他面１０ｂに印加される圧力が静的圧力となるため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、分割装置１００に撮像部を備えたものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の分割装置１００の基本的な構成は、上記第１実施形態と同様である。但し、本実施形態の分割装置１００は、図６に示されるように、撮像部としてのカメラ２００を備えている。そして、本実施形態では、一般的にＧａＮが透明であるため、変質層１５を起点として加工ウェハ１０を分割する際には、カメラ２００で変質層１５における亀裂部Ｌｂの様子を確認しながら行う。

以上説明した本実施形態によれば、加工ウェハ１０を分割する際に静的圧力が印加されるようにしているため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態では、変質層１５を起点として加工ウェハ１０を分割する際には、カメラ２００で変質層１５における亀裂部Ｌｂの様子を確認しながら行う。このため、加工ウェハ１０を分割する際の終了時点が把握し易くなり、製造工程の簡略化を図ることができる。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、加工ウェハ１０を分割する際の原理を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、加工ウェハ１０を分割装置１００に配置する際、図７に示されるように、加工ウェハ１０の他面１０ｂが底部１１１側に位置するように加工ウェハ１０を配置する。そして、本実施形態では、ハウジング１１０内に、作動流体としての液体１７０を充填する。この際、加工ウェハ１０に形成されている溝１６にも液体１７０が入り込んだ状態となる。なお、本実施形態では、加工ウェハ１０の他面１０ｂが第１主面に相当し、加工ウェハ１０の一面１０ａが第２主面に相当する。なお、本実施形態の液体１７０は、例えば、水が用いられる。

その後、変質層１５を起点として加工ウェハ１０を分割する際、閉塞部１６０を摺動させて液体１７０を圧縮することで液体１７０の圧力Ｐ１が圧力Ｐ２より大きくなるようにする。これにより、図８に示されるように、ダイシングラインＤＬに入り込んでいる液体１７０にも圧力Ｐ１が印加され、圧力Ｐ１が圧力Ｐ２より大きくなることで液体１７０が変質層１５内にも入り込む。そして、液体１７０の静的圧力により、変質層１５内で亀裂部Ｌｂが進展し、加工ウェハ１０が変質層１５を起点として分割される。なお、図８では、ゲート電極１３を省略して示してある。

以上説明した本実施形態のように、変質層１５に液体１７０を浸入させて加工ウェハ１０を変質層１５で分割するようにしても、変質層１５に印加される圧力が静的圧力であるため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第５実施形態の変形例）
上記第５実施形態では、作動流体である液体１７０として水を用いる例について説明した。しかしながら、液体１７０は、水以外のものであってもよく、例えば、水よりも表面張力が低く、化学的に安定した構成のものが用いられていてもよい。例えば、水は、温度が２０℃である際の表面張力が７２．８ｍＮ／ｍであるため、温度が２０℃である際において、表面張力が２２．６ｍＮ／ｍであるエタノール、１８．４ｍＮ／ｍであるヘキサン、表面張力が１５～１６ｍＮ／ｍである不活性液体のフロリナートが用いられてもよい。これらの液体では、水よりも表面張力が低いため、液体１７０をダイシングラインＤＬに充填し易くなり、変質層１５に液体１７０を入り込み易くできる。したがって、深さが深い高アスペクト比である溝１６が形成されていたとしても、十分に対応し易くできる。

（第６実施形態）
第６実施形態について説明する。本実施形態は、第５実施形態に対し、分割装置１００に支持部を備えたものである。その他に関しては、第５実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の分割装置１００の基本的な構成は、上記第１実施形態と同様である。但し、本実施形態の分割装置１００は、図９に示されるように、加工ウェハ１０の他面１０ｂを支持する支持部１１４が備えられている。本実施形態の支持部１１４は、貫通孔１１１ａに備えられた基部１１４ａと、基部１１４ａに備えられ、ハウジング１１０の軸方向に沿って突出する棒状の支持棒１１４ｂとを有している。なお、支持棒１１４ｂは、突出方向の先端部の位置が第１シール部材１２０と略同じ位置となる部分まで延設されている。

そして、加工ウェハ１０を分割装置１００に配置する際には、他面１０ｂが支持部１１４と当接するように配置される。

変質層１５を起点として加工ウェハ１０を分割する際には、上記第５実施形態と同様の工程を行う。この際、加工ウェハ１０が支持棒１１４ｂで支持されているため、加工ウェハ１０が他面１０ｂ側に凸となるように反ることを抑制できる。したがって、加工ウェハ１０に変質層１５と異なる亀裂等の欠陥が発生している場合、当該欠陥から割れることを抑制できる。また、加工ウェハ１０が反ることを抑制しているため、チップ形成領域ＲＡが反ることも抑制でき、製造される半導体チップＳ１の特性が変動することを抑制できる。

なお、加工ウェハ１０のうちの支持部１１４で支持される部分は、加工ウェハ１０の一面１０ａ側に印加される圧力Ｐ１と同じ圧力が印加される。このため、支持部１１４で支持される部分上に位置する変質層１５は、液体１７０が浸入せず、分割が進み難い。したがって、本実施形態では、支持部１１４で支持される部分上のチップ形成領域ＲＡには、一面側素子構成部分１１が形成されていない。

以上説明した本実施形態によれば、加工ウェハ１０を分割する際に静的圧力が印加されるようにしているため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態では、加工ウェハ１０の他面１０ｂを支持部１１４で支持するようにしている。このため、加工ウェハ１０を分割する際に加工ウェハ１０が他面１０ｂ側に凸となるように反ることを抑制できる。したがって、加工ウェハ１０に変質層１５と異なる亀裂等の欠陥が発生している場合、当該欠陥から割れることを抑制できる。また、加工ウェハ１０が反ることを抑制しているため、チップ形成領域ＲＡが反ることも抑制でき、製造される半導体チップＳ１の特性が変動することを抑制できる。

（第７実施形態）
第７実施形態について説明する。本実施形態は、第５実施形態に対し、加工ウェハ１０を分割する際に保持シートを配置したものである。その他に関しては、第５実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

まず、上記第５実施形態の分割方法では、ダイシングラインＤＬに沿って溝１６を形成した後に加工ウェハ１０を変質層１５で分割するため、分割した後は、各個片が液体１７０中にバラバラに浮遊する可能性がある。このため、本実施形態では、図１０に示されるように、加工ウェハ１０の一面１０ａに、溝１６に液体１７０が浸入することを阻害しない保持シート２１０を配置する。なお、このような保持シート２１０は、溝１６の内部の空間と溝１６の外部の空間との連通を維持できるものが採用され、例えば、メッシュ状の粘着シートや、溝１６と対向する部分に孔が形成された粘着シート等が用いられる。

以上説明した本実施形態によれば、加工ウェハ１０を分割する際に静的圧力が印加されるようにしているため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態では、加工ウェハ１０の一面１０ａに保持シート２１０を配置している。このため、加工ウェハ１０を分割した後も保持シート２１０に各個片が粘着されるため、各個片が液体１７０中にバラバラに浮遊することを抑制できる。

（第８実施形態）
第８実施形態について説明する。本実施形態は、第５実施形態に対し、加工ウェハ１０に形成する変質層１５の詳細を規定したものである。その他に関しては、第５実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

加工ウェハ１０には、上記第１実施形態と同様に変質層１５を形成する。この際、本実施形態では、図１１に示されるように、チップ形成領域ＲＡにおいて、溝１６側の外縁部が内縁部よりも照射痕Ｌａが密となるように変質層１５を形成する。

以上説明した本実施形態によれば、加工ウェハ１０を分割する際に静的圧力が印加されるようにしているため、上記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態では、チップ形成領域ＲＡにおいて、溝１６側の外縁部が内縁部よりも照射痕Ｌａが密となるように変質層１５を形成する。このため、ダイシングラインＤＬから液体１７０が浸入し始める部分に多くの照射痕Ｌａが存在することになり、亀裂部Ｌｂが進展し易くなることで加工ウェハ１０を分割し易くできる。

（他の実施形態）
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

例えば、上記各実施形態において、エピタキシャル膜３は、ｎ^－型エピタキシャル層３ｂのみで構成されていてもよい。

また、上記各実施形態において、図１Ｉの工程では、半導体チップＳ１の裏面３０ｂを研磨せずに金属膜６１を形成するようにしてもよい。例えば、半導体素子として光半導体素子等を形成する場合には、半導体チップＳ１の他面側に凹凸構造を形成することにより、他面側から効果的に光を取り出すことが可能となる。そして、加工ウェハ１０を分割した直後においては、半導体チップＳ１の裏面３０ｂは、変質層１５が残存した状態となっており、微小な凹凸が形成された状態となっている。このため、光半導体素子を形成する場合には、半導体チップＳ１の裏面３０ｂを研磨せず、変質層１５の凹凸を利用するようにしてもよい。

さらに、上記各実施形態において、図１Ｂのエピタキシャル膜３を形成する工程では、ＧａＮウェハ１の他面１ｂ側にもエピタキシャル膜が形成されるようにしてもよい。これによれば、例えば、変質層１５をＧａＮウェハ１内に形成する場合においても、リサイクルウェハ４０として所定以上の厚さを残し易くなり、再利用できる回数の増加を図ることができる。

さらに、上記各実施形態では、各ダイシングラインＤＬに沿って溝１６を形成する例について説明した。しかしながら、加工ウェハ１０を分割する前に溝１６を形成せず、加工ウェハ１０を変質層１５を起点として分割した後、リサイクルウェハ４０と反対側の部分をチップ構成ウェハとし、チップ構成ウェハに金属膜６１等を形成した後にチップ単位に分割するようにしてもよい。なお、このように加工ウェハ１０を分割する場合には、上記第５、第６実施形態では、加工ウェハ１０の側面まで変質層１５を形成することにより、当該側面から液体１７０が浸入して変質層１５で分割される。

また、上記第５実施形態では、変質層１５を起点として加工ウェハ１０を分割する際、液体１７０を冷却（すなわち、急冷）して固化することで加工ウェハ１０を分割するようにしてもよい。すなわち、液体１７０を固化すると体積が膨張するため、液体１７０を冷却して固化することにより、ダイシングラインＤＬを通じて変質層１５内に入り込んでいる液体１７０の体積が膨張することで変質層１５に静的圧力が印加される。このため、液体１７０を冷却して固化することで加工ウェハ１０を分割するようにしてもよい。この際、上記第５実施形態のように、液体１７０を圧縮しながら固化するようにしてもよい。

また、例えば、上記各実施形態において、図１２に示されるように、ダイシングラインＤＬのうちの最外周部分のダイシングラインＤＬのみに溝１６を形成するようにしてもよい。さらに、特に図示しないが、特定部分のダイシングラインＤＬのみに溝１６を形成するようにしてもよい。

そして、上記各実施形態を組み合わせることもできる。例えば、上記第１実施形態と上記第２実施形態とを組み合わせ、液体１７０を圧縮しながら、加熱するようにしてもよい。また、上記第５～第８実施形態に、上記第２～第４実施形態を組み合わせてもよい。すなわち、上記第２実施形態のように、液体１７０を加熱することで圧力Ｐ１が大きくなるようにしてもよい。上記第３実施形態のように、作動流体は気体であってもよい。上記第４実施形態のように、カメラ２００を備えるようにしてもよい。

１０ 加工ウェハ
１０ａ 一面
１０ｂ 他面
１５ 変質層
１１０ ハウジング
１１１ 底部
１１１ａ 貫通孔
１１２ 側部
１２０ シール部材
１３０ 第１シール部材保持部
１４０ シール部材
１５０ 第２シール部材保持部
１７０ 液体（作動流体）

Claims (19)

1. 内部に、周囲の部分よりも脆い変質層（１５）が形成された加工ウェハ（１０）を分割する加工ウェハの分割装置であって、
   一端部側の底部（１１１）に貫通孔（１１１ａ）が形成されると共に、他端部側が開口部（１１３）とされ、前記一端部側と前記他端部側との間を繋ぐ側部（１１２）を有する筒状とされ、内部に、厚さ方向と交差する方向に沿って前記変質層が形成された前記加工ウェハを収容すると共に作動流体（１７０、１９０）が充填されるハウジング（１１０）と、
   前記ハウジングの他端部側を閉塞しつつ、前記ハウジングの軸方向に沿って摺動可能とされた閉塞部（１６０）と、
   前記ハウジングの底部に配置され、前記軸方向において、前記貫通孔より外側の部分で前記加工ウェハの第１主面（１０ａ、１０ｂ）と密着するシール部材（１２０）が配置される第１シール部材保持部（１３０）と、
   前記ハウジングの側部に前記軸方向に沿って摺動可能に配置され、前記加工ウェハの第２主面（１０ａ、１０ｂ）と密着するシール部材（１４０）が配置される第２シール部材保持部（１５０）と、を備え、
   前記ハウジング内の作動流体を用い、前記加工ウェハを前記変質層を起点として分割する加工ウェハの分割装置。
2. 前記加工ウェハは、半導体素子が形成される側の面を一面（１０ａ）とし、前記一面と反対側の面を他面（１０ｂ）とすると、前記第１主面としての前記一面側が前記底部と対向するように配置され、
   前記ハウジング内の作動流体が加圧されるようにすることにより、前記加工ウェハを前記一面側が凸となるように反らせることで前記加工ウェハを分割する請求項１に記載の加工ウェハの分割装置。
3. 前記加工ウェハは、半導体素子が形成される側の面を一面（１０ａ）とし、前記一面と反対側の面を他面（１０ｂ）とすると、前記第１主面としての前記他面側が前記底部と対向するように配置され、
   前記ハウジング内の作動流体が加圧されるようにすることにより、前記作動流体を前記変質層に浸入させることで前記変質層を分割の起点として前記加工ウェハを分割する請求項１に記載の加工ウェハの分割装置。
4. 前記作動流体を圧縮することにより、前記加工ウェハの第２主面に印加される前記作動流体からの圧力（Ｐ１）が、前記貫通孔から前記加工ウェハの第１主面に印加される圧力（Ｐ２）よりも大きくなるようにする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の加工ウェハの分割装置。
5. 前記作動流体を加熱することにより、前記加工ウェハの第２主面に印加される前記作動流体からの圧力（Ｐ１）が、前記貫通孔から前記加工ウェハの第１主面に印加される圧力（Ｐ２）よりも大きくなるようにする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の加工ウェハの分割装置。
6. 前記作動流体を加熱する際には、前記加工ウェハが金属ガリウムの融点以上となるようにする請求項５に記載の加工ウェハの分割装置。
7. 前記加工ウェハは、半導体素子が形成される側の面を一面（１０ａ）とし、前記一面と反対側の面を他面（１０ｂ）とすると、前記第１主面としての前記他面側が前記底部と対向するように配置され、
   前記ハウジング内の作動流体を冷却して固化することにより、前記加工ウェハの変質層に浸入した前記作動流体の体積を増加させることで前記変質層を分割の起点として前記加工ウェハを分割する請求項１に記載の加工ウェハの分割装置。
8. 前記貫通孔から露出する前記第１主面を支持する支持部（１１４）を備えている請求項３に記載の加工ウェハの分割装置。
9. 前記作動流体は、水である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の加工ウェハの分割装置。
10. 前記作動流体は、水よりも表面張力が低い材料である請求項３に記載の加工ウェハの分割装置。
11. 前記作動流体は、気体である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の加工ウェハの分割装置。
12. 前記加工ウェハを撮像する撮像部（２００）を備える請求項１ないし３のいずれか１つに記載の加工ウェハの分割装置。
13. 内部に、周囲の部分よりも脆い変質層（１５）が形成された加工ウェハ（１０）を分割する加工ウェハの分割方法であって、
    一端部側の底部（１１１）に貫通孔（１１１ａ）が形成されると共に、他端部側が開口部（１１３）とされ、前記一端部側と前記他端部側との間を繋ぐ側部（１１２）を有する筒状とされ、前記加工ウェハを収容すると共に作動流体（１７０、１９０）が充填されるハウジング（１１０）を用意することと、
    第１主面（１０ａ、１０ｂ）、前記第１主面と反対側の第２主面（１０ａ、１０ｂ）を有し、内部に、厚さ方向と交差する方向に沿って前記変質層が形成された前記加工ウェハを用意することと、
    前記ハウジングの底部に、前記加工ウェハの第１主面（１０ａ、１０ｂ）の一部が前記貫通孔から露出するように、前記加工ウェハを配置することと、
    前記ハウジングに作動流体（１７０、１９０）を充填することと、
    前記ハウジング内の作動流体を用い、前記加工ウェハを変質層を起点として分割することと、を行う加工ウェハの分割方法。
14. 前記加工ウェハを用意することでは、半導体素子が形成される側の面を一面（１０ａ）とし、前記一面と反対側の面を他面（１０ｂ）とすると、前記第１主面が前記一面で構成される前記加工ウェハを用意し、
    前記加工ウェハを配置することでは、前記第１主面としての前記一面側が前記底部と対向するように前記加工ウェハを配置し、
    前記分割することでは、前記ハウジング内の作動流体を加圧して前記加工ウェハを前記一面側が凸となるように反らせることで前記加工ウェハを分割する請求項１３に記載の加工ウェハの分割方法。
15. 前記加工ウェハを用意することでは、半導体素子が形成される側の面を一面（１０ａ）とし、前記一面と反対側の面を他面（１０ｂ）とすると、前記一面側にダイシングライン（ＤＬ）で区画される複数のチップ形成領域（ＲＡ）が構成され、前記第１主面が前記他面で構成される前記加工ウェハを用意し、
    前記加工ウェハを配置することでは、前記第１主面としての前記他面側が前記底部と対向するように前記加工ウェハを配置し、
    前記分割することでは、前記ハウジング内の作動流体を加圧して前記変質層に浸入させることで前記加工ウェハを分割する請求項１３に記載の加工ウェハの分割方法。
16. 前記加工ウェハを用意することでは、半導体素子が形成される側の面を一面（１０ａ）とし、前記一面と反対側の面を他面（１０ｂ）とすると、前記一面側にダイシングライン（ＤＬ）で区画される複数のチップ形成領域（ＲＡ）が構成され、前記第１主面が前記他面で構成される前記加工ウェハを用意し、
    前記加工ウェハを配置することでは、前記第１主面としての前記他面側が前記底部と対向するように前記加工ウェハを配置し、
    前記分割することでは、前記ハウジング内の作動流体を冷却して固化することにより、前記加工ウェハの変質層に浸入した前記作動流体の体積を増加させることで前記加工ウェハを分割する請求項１３に記載の加工ウェハの分割方法。
17. 前記加工ウェハを用意することでは、前記ダイシングラインに前記変質層に達する溝（１６）が形成された前記加工ウェハを用意する請求項１４ないし１６のいずれか１つに記載の加工ウェハの分割方法。
18. 前記分割することでは、前記加工ウェハの前記一面に、前記溝の内部の空間と、前記溝の外部の空間との連通を維持した状態で、前記複数のチップ形成領域を保持する保持シート（２１０）を配置する請求項１７に記載の加工ウェハの分割方法。
19. 前記加工ウェハを用意することでは、前記加工ウェハの前記第２主面からレーザ光（Ｌ）を照射することで前記変質層を形成することを行い、
    前記レーザ光を照射することでは、前記チップ形成領域における前記溝側の外縁部の方が、前記溝側と反対側の内縁部よりも、前記レーザ光の照射痕（Ｌａ）が密に形成されるように前記レーザ光を照射する請求項１７に記載の加工ウェハの分割方法。

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