JP6467688B2

JP6467688B2 - 素子チップの製造方法

Info

Publication number: JP6467688B2
Application number: JP2017021468A
Authority: JP
Inventors: 秀彦唐崎; 篤史針貝; 佐伯　英史; 英史佐伯
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-02-08
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2037-02-08
Also published as: JP2018129394A

Description

本発明は、半導体層を具備する基板をレーザ光によってスクライブする工程を含む素子チップの製造方法に関する。

複数の集積回路を含む半導体ウエハをダイシングする方法として、集積回路を覆う保護層を半導体ウエハの上方に形成し、保護層にギャップをパターニングしてマスクを形成し、ギャップを介して半導体ウエハをエッチングする方法が提案されている。また、保護層のパターニングは、マルチステップレーザスクライビングにより行い、レーザにはガウシアンビームパスまたはトップハットビームパスを用いることが提案されている（特許文献１）。

特表２０１５−５１９７３２号公報

近年、集積回路等の回路層および保護層を有する配線層と、半導体層とを備える基板をダイシングして素子チップを製造する方法として、ストリートと称される配線層の分割領域に溝状の開口（ギャップ）をレーザ光により形成し、開口から露出する半導体層にプラズマを照射して半導体層をエッチングする方法が開発されつつある。分割領域の配線層をスクライブするとき、特許文献１が提案するようなガウシアンビームまたはトップハットビームを用いると、レーザ光の熱影響によって半導体層の表面に形成される損傷部位に、保護層を構成する樹脂が巻き込まれることがある。この場合、損傷部位に巻き込まれた樹脂がプラズマ照射のマスクになって、プラズマエッチングが不均一になる。また、ガウシアンビームまたはトップハットビームを用いると、ビーム周縁部のエネルギー密度が不十分になり易いため、開口両側の配線層の側面のテーパ角が小さくなって、側面の垂直性が不十分になることがある。

本発明の一側面は、第１主面および第２主面を備える半導体層と、前記半導体層の前記第１主面側に形成された配線層と、を備える基板であって、複数の素子領域と、前記素子領域を画定する分割領域と、を備える基板を準備する工程と、前記分割領域における前記配線層に、前記第１主面側からレーザ光を照射して、前記分割領域に前記半導体層が露出する開口を形成するスクライブ工程と、前記スクライブ工程の後、前記基板を前記開口に沿ってダイシングして、前記素子領域を備える複数の素子チップに分割するダイシング工程と、を備え、前記配線層が、回路層と、前記回路層の表面を保護する樹脂層と、を備え、前記レーザスクライブ工程では、第１のレーザ光で前記樹脂層がスクライブされた後、第２のレーザ光で前記回路層がスクライブされ、前記第１レーザ光の前記分割領域の幅方向におけるビームプロファイルが、中心強度よりも端部強度が大きいＭ字分布を有し、前記第２レーザ光の前記分割領域の幅方向におけるビームプロファイルが、ガウシアン分布またはトップハット分布を有する、素子チップの製造方法に関する。

本発明によれば、スクライブ工程によって配線層に形成される開口において、樹脂の残留を抑制するとともに、開口両側の配線層の側面の垂直性を向上させることができる。

Ｍ字分布の幅方向プロファイルの一例の概念図である。Ｍ字分布の幅方向プロファイルを有するレーザ光を利用する素子チップの製造方法における基板の準備工程を示す図である。同製造方法における第１レーザ光によるスクライブで開口が形成された基板を示す図である。同製造方法における第２レーザ光によるスクライブで開口が形成された基板を示す図である。同製造方法におけるダイシング工程で生成した素子チップを示す図である。ガウシアン分布の幅方向プロファイルを有するレーザ光を利用する素子チップの製造方法における基板の準備工程を示す図である。同製造方法におけるスクライブ工程で開口が形成された基板を示す図である。同製造方法におけるダイシング工程で生成した素子チップを示す図である。レーザ光のスポット形状のバラエティを示す図である（（Ａ）〜（Ｄ））。円形スポットのレーザ光を分割領域に沿って照射するスクライブ工程の様子を示す図である。楕円形スポットのレーザ光を分割領域に沿って照射するスクライブ工程の様子を示す図である。Ｍ字分布の幅方向および縦方向プロファイルを有する矩形スポットのレーザ光を分割領域に沿って照射するスクライブ工程の様子を示す図である。Ｍ字分布の幅方向プロファイルとガウシアン分布またはトップハット分布の縦方向プロファイルとを有する矩形スポットのレーザ光を分割領域に沿って照射するスクライブ工程の様子を示す図である。レーザ光を出力する装置の一例の構成を示す概念図である。レーザ光を出力する装置の別の例の構成を示す概念図である。ダイシング工程に使用されるプラズマ処理装置の一例の概念図である。基板を支持した搬送キャリアを示す上面図（ａ）およびそのＹ−Ｙ線での断面図（ｂ）である。

本発明の実施形態に係る素子チップの製造方法は、第１主面および第２主面を備える半導体層と、半導体層の第１主面側に形成された配線層と、を備える基板を準備する工程を具備する。基板は、複数の素子領域と、素子領域を画定する分割領域（ストリート）とを備える。配線層は、回路層と、回路層の表面を保護する樹脂層とを備える。通常、回路層は金属材料を含み、樹脂層は樹脂材料を含む。分割領域は、基板の第１主面側に、所定パターンでライン状に設けられる。

半導体層は、例えばシリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等により構成されている。

配線層は、回路層と、その表面を保護する樹脂層とを備える。回路層は、例えば、ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）材料、銅（Ｃｕ）配線層、金属材料、絶縁膜（二酸化ケイ素、窒化ケイ素等）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）等を含む。樹脂層は、例えば、ポリイミド等の熱硬化性樹脂、フェノール樹脂等のフォトレジスト、アクリル樹脂等の水溶性レジスト等を含む。

素子チップの製造方法は、分割領域における配線層に、第１主面側から第１レーザ光を１回以上照射した後、さらに第２レーザ光を照射して、分割領域に半導体層が露出する開口（ギャップ）を形成するスクライブ工程を具備する。開口は、通常、ライン状の分割領域に沿って、溝状に形成される。基板を有効活用する観点から、溝状の開口幅は狭いほど好ましい。開口両側の配線層の側面の垂直性が向上するほど開口幅を狭くすることが容易となる。

スクライブ工程において、第１レーザ光は主に樹脂層をスクライブする。このとき、第１レーザ光の少なくとも分割領域の幅方向におけるビームプロファイル（以下、幅方向プロファイル）は、中心強度よりも端部強度が大きいＭ字分布を有する。幅方向プロファイルは、分割領域の幅方向に沿ったビーム断面におけるビーム強度分布である。分割領域の幅方向は、溝状に形成される開口（ギャップ）の幅の方向と同義であり、ストリートの長さ方向に直行する方向である。

従来のように、ガウシアン分布またはトップハット分布を有するレーザ光を用いる場合、ビーム端部では、樹脂層をアブレーションするための十分なエネルギー密度が得られ難い。そのため、樹脂が液化して表面張力により丸くなり、開口（加工）底部の端部に樹脂玉となって付着しやすい。この状態で回路層のレーザスクライブが行われると、半導体層の表面には、樹脂玉の再凝固物を巻き込んだ損傷部位が形成される。樹脂玉の再凝固物は、プラズマ照射の際にマスクとして作用するため、プラズマエッチングが不均一になる。一方、本実施形態のように、ビーム端部が十分なエネルギー密度を有するＭ字分布の第１レーザ光を樹脂層に照射することにより、開口底部の端部にも十分なエネルギー密度が得られる。よって、当該部分の樹脂がアブレーションされて、樹脂玉の生成が抑制される。なお、樹脂玉は、ブレードなどにより、機械的に半導体層をダイシングする場合には問題にならない。

さらに、樹脂層のスクライブにＭ字分布の第１レーザ光を用いることにより、開口の側面の垂直性が高くなる。半導体層のエッチングがプラズマ照射により行われる場合、開口両側の配線層の側面の垂直性が不十分であると、形成される素子チップの側壁が乱れ、素子チップの抗折強度が低下しやすい。一方、配線層の側面の垂直性を向上させ、開口の品質を向上させることで、プラズマによりエッチングされる半導体層の側壁が乱れにくくなり、抗折強度に優れた高品質な素子チップを得ることができる。また、配線層の側面の垂直性が高いほど、溝状の開口幅を狭く（小さく）することができるため、基板のロスが少なくなる。

図１に、Ｍ字分布の幅方向プロファイルの一例の概念図を示す。横軸は、分割領域の幅方向での位置を示し、縦軸は、第１レーザ光の強度（エネルギー密度）を示している。幅方向プロファイルにおける中心強度とは、分割領域の幅方向の中心位置における強度Ｅ_cである。幅方向プロファイルにおける端部強度とは、中心位置を挟むように幅方向プロファイルの両側に形成される一対の極大ピークＰ₁およびＰ₂の強度Ｅ_tである。

第１レーザ光の中心強度Ｅ_cは、樹脂層をアブレーションするために必要な第１閾値より大きく、かつ回路層をアブレーションするために必要な第２閾値より小さいことが好ましい。この場合、端部強度Ｅ_tもまた、第１閾値より大きい。よって、樹脂層の全体がアブレーションされ易くなるため、樹脂玉の生成がさらに抑制される。また、端部強度Ｅ_tは、回路層をアブレーションするために必要な第２閾値より小さいことが好ましい。これにより、樹脂層の下層にある回路層がスクライブされることが抑制される。回路層が樹脂層とともにスクライブされると、半導体層の表面に形成される損傷部位には、樹脂の再凝固物が巻き込まれ易くなる。

Ｍ字分布のプロファイルを有する第１レーザ光は、ガウシアン分布を有するレーザ光をビーム整形することにより生成させることができる。ビーム整形により生成したＭ字分布の端部強度は、ガウシアン分布のビーム周縁部の強度よりも高くなる。これにより、開口両側の配線層の側面の垂直性を向上させることができる。一方、Ｍ字分布の中心強度は、例えば、整形前のガウシアン分布の中心強度の半分以下、更には三分の１以下にまで低減することが可能である。そのため、第１レーザ光による回路層のスクライブを、抑制することが容易である。

ビーム整形には、例えば、トップハット分布を得るための一般的な光学系を修正して利用することができる。例えば、回折光学素子（Diffractive Optical Element：ＤＯＥ）や非球面ビームシェイパーに設計値よりも大きなビーム径を有するガウシアン分布のビームを入射させることにより、Ｍ字分布の幅方向プロファイルを有するビームに整形することができる。ＤＯＥや非球面ビームシェイパーは、加工精度を維持する観点から、集光レンズの直前に配置することが好ましい。なお、シリンドリカルレンズや非球面レンズを用いて、ビーム形状を幅方向にはＭ字分布に、加工方向にはトップハット形状（フラットトップ形状）にするなど、様々な形状に変換してもよい。

図１に示されるようなＭ字分布において、両端に形成される２つの極大ピークＰ₁およびＰ₂の強度は、実質的に同じであることが好ましい。なお、２つの極大ピークＰ₁およびＰ₂の強度に強度差がある場合、強度差は両者の強度の平均値の１０％以内であることが好ましい。Ｍ字分布の特徴を顕在化させる観点から、端部強度Ｅ_tは中心強度Ｅ_cの１０５％以上、更には１１０％以上とすることが好ましい。

一方、第２レーザ光は主に回路層をスクライブする。このとき、第２レーザ光の少なくとも幅方向プロファイルは、ガウシアン分布またはトップハット分布を有する。ガウシアン分布とは正規分布である。トップハット分布は、分割領域の幅方向全体にわたって強度が同程度であり、端部（強度が急激に低くなり始めるショルダー部分）の強度は、中心強度と大きく変わらず、例えば中心強度の９０〜９８％である。このような第２レーザ光は、中心強度を大きくし易い。そのため、高いパワーを必要とする回路層を、効率よくスクライブすることができる。第２レーザ光の中心強度は、回路層をアブレーションするために必要な第２閾値より大きいことが好ましい。

図２Ａから図２Ｄに、Ｍ字分布の幅方向プロファイルを有するレーザ光により配線層に溝状の開口を形成するプロセスを示す。一方、図３Ａから図３Ｃに、ガウシアン分布の幅方向プロファイルを有するレーザ光により、配線層（回路層１２および樹脂層１３）に溝状の開口Ｒｏを形成するプロセスを示す。図２Ａおよび図３Ａは、基板１０の準備工程を示す。図２Ｂは、第１レーザ光によるスクライブによって、樹脂層１３に開口Ｒｏが形成された基板１０を示す。図２Ｃは、第２レーザ光によるスクライブによって、回路層１２に開口Ｒｏが形成された基板１０を示す。図３Ｂは、レーザ光によるスクライブ工程によって開口Ｒｏが形成された基板１０を示す。図２Ｄおよび図３Ｃは、プラズマエッチングによって半導体層１１の分割領域Ｒｙが除去されることにより生成した素子チップ１０ｘを示す。プラズマエッチングは、ハンドリング性の観点から、基板１０を支持部材で支持した状態で行われることが好ましい。

基板１０は、第１主面１１Ａおよび第２主面１１Ｂを有する半導体層１１と、半導体層１１の第１主面１１Ａ側に形成された回路層１２と、回路層１２を保護する樹脂層１３とを具備する。基板１０には、複数の素子領域Ｒｘと、素子領域Ｒｘを画定する分割領域Ｒｙが設けられている。

図３Ｂに示すように、ガウシアン分布を有するレーザ光Ｌｇを用いたスクライビングでは、ビーム端部において十分なエネルギー密度が得られないことがあり、開口Ｒｏ両側の配線層の側面のテーパ角θが小さくなるとともに、樹脂層１３の一部が液化して樹脂玉Ｓが生成し、開口Ｒｏの底部の端部に付着する。樹脂玉Ｓは、プラズマエッチングを利用するダイシング工程において、プラズマと半導体層１１との反応を阻害するため、生成する素子チップ１０ｘの側壁に凹凸が形成され、素子チップ１０ｘの外観不良や抗折強度の低下を招きやすい。図３Ｃに、半導体層１１の側壁の凸面を実線で、凹面を破線で示す。

一方、図２Ｂに示すように、ビーム端部が十分なエネルギー密度を有するＭ字分布の第１レーザ光Ｌｍを用いると、開口Ｒｏ両側の樹脂層１３の側面のテーパ角αが大きくなり（θ＜α）、開口Ｒｏの側面の垂直性が高くなる。そのため、続く回路層１２のスクライブにガウシアン分布またはトップハット分布を有する第２レーザ光を用いた場合であっても、結果的に、溝状の開口幅を狭く（小さく）することができる（図２Ｃ）。また、これにより、樹脂玉Ｓを生成させることなく、スクライブ工程を行うことができる。

第１レーザ光および第２レーザ光のスポット形状は、特に限定されない。スポット形状とは、レーザ光の光軸に対して垂直な断面形状である。スポット形状は、円形でもよく、楕円形でもよく、多角形でもよい。第１レーザ光のスポット形状と第２レーザ光のスポット形状は同じでもよいし、異なっていてもよい。例えば、矩形のスポット形状を備える第１レーザ光で樹脂層１３をスクライブした後、円形のスポット形状を備える第２レーザ光で回路層１２をスクライブしてもよい。

なかでも、第１レーザ光の好ましいスポット形状として、分割領域Ｒｙの幅方向を短径とする楕円もしくはそのような楕円に近似する形状を挙げることができる。楕円の短径は、分割領域Ｒｙの幅方向と平行であることが好ましいが、楕円の短径と分割領域Ｒｙの幅方向とが微小な角度（例えば２０°以下）で交わってもよい。楕円に近似する形状とは、例えば、鶏卵形、角丸長方形（長円形）などのオーバル（ｏｖａｌ）形状が挙げられるが、特に限定されない。

別の第１レーザ光の好ましいスポット形状としては、分割領域Ｒｙの幅方向の辺を有する矩形もしくはそのような矩形に近似する形状を挙げることができる。幅方向の辺は、分割領域Ｒｙの幅方向と平行であることが好ましいが、微小な角度（例えば２０°以下）で交わってもよい。また、矩形は、分割領域Ｒｙの幅方向と９０°の角度で交差する辺を有することが好ましいが、例えば７０〜１１０°の角度で交差する辺を有してもよい。矩形に近似する形状とは、例えば、矩形の角部を丸めた形状、矩形の少なくとも１つの辺を緩やかな曲線にした形状などが挙げられるが、特に限定されない。

図４に、レーザ光のスポット形状のバラエティを例示的に示す。（ａ）のビームスポット４０Ａは円形スポット、（ｂ）のビームスポット４０Ｂは楕円形スポット、（ｃ）、（ｄ）のビームスポット４０Ｃおよび４０Ｄは矩形スポットの例示である。各ビームスポットの周縁部には、ビームプロファイルにおいて強度の極大ピークを示す領域４１ａ〜４１ｄ（以下、強度ピーク領域）が存在する。

第１レーザ光の分割領域Ｒｙの幅方向と交差する方向（以下、縦方向）におけるビームプロファイル（以下、縦方向プロファイル）は、幅方向プロファイルのようにＭ字分布でもよいが、ガウシアン分布またはトップハット分布であってもよい。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、縦方向プロファイルがＭ字分布を有する場合の例示であり、図４（Ｄ）は、縦方向プロファイルが、ガウシアン分布またはトップハット分布である場合の例示である。縦方向とは、概ねレーザパルスの進行方向を意味し、分割領域Ｒｙの幅方向と７０〜１１０°（好ましくは９０°）で交差する方向である。

第１レーザ光の縦方向プロファイルがＭ字分布である場合、レーザパルスの進行方向に沿って溝の深さにむらが生じることがある。また、分割領域Ｒｙの幅方向の端部に分配可能なエネルギー量が減少するため、エネルギーのロスが相対的に多くなる傾向がある。一方、第１レーザ光の縦方向プロファイルが、ガウシアン分布またはトップハット分布であれば、エネルギーが樹脂層１３のアブレーションに効率的に使用され、溝の深さにむらが生じにくくなる。

図５Ａに、円形スポットのレーザ光を分割領域Ｒｙに沿って照射するスクライブの様子を示す。また、図５Ｂに、楕円形スポットのレーザ光を分割領域Ｒｙに沿って照射するスクライブ工程の様子を示す。図５Ａと図５Ｂとの対比から明らかなように、円形スポットの場合、素子領域Ｒｘの側壁の凹凸をできるだけ小さくするためには、分割領域の幅方向を短径とする楕円形スポットよりもレーザ光の照射間隔（ΔＲ）を短くする必要がある。すなわち、加工速度を向上させて、素子チップ１０ｘの製造タクトを短くするには、円形スポットよりも、分割領域Ｒｙの幅方向を短径とする楕円形スポットを採用することが望ましい。また、ビームスポットの幅方向プロファイルおよび縦方向プロファイルがいずれもＭ字分布を有する場合、スポット形状を楕円形にすることで、強度ピーク領域によってスクライビングされる分割領域Ｒｙの面積割合を円形の場合よりも少なくすることができる。よって、エネルギーのロスが軽減され、溝の深さにむらも生じにくくなる。

図６Ａには、矩形スポットのレーザ光を分割領域Ｒｙに沿って照射するスクライブの様子を示す。図６Ａのビームスポットでは、幅方向プロファイルおよび縦方向プロファイルがいずれもＭ字分布を有する。スポット形状が矩形の場合、素子領域Ｒｘの側壁に凹凸が形成されにくいことが理解できる。スポット形状を矩形（好ましくは縦方向に長い長方形）とすることにより、スポット形状が楕円形の場合よりも、レーザ光の照射間隔ΔＲを更に短くすることが可能である。楕円形スポットのレーザ光の場合、スポット同士が重複する割合（オーバーラップ率）を７５％以下にすることは困難である。これに対し、矩形スポットの場合、オーバーラップ率を５０％以下、更には２０％以下にまで低減することが容易となる。

一方、図６Ｂには、幅方向プロファイルがＭ字分布を有し、縦方向プロファイルがガウシアン分布またはトップハット分布を有する矩形スポットのレーザ光を分割領域Ｒｙに沿って照射するスクライブの様子を示す。図６Ｂのビームスポットは、強度ピーク領域４１ｄによってスクライビングされる領域が、分割領域Ｒｙの中でも素子領域Ｒｘとの境界近傍に集中している。このように、強度ピーク領域４１ｄを制限することにより、エネルギーのロスが更に軽減され、溝の深さにむらも更に生じにくくなる。

スクライブ工程では、第１レーザ光および第２レーザ光を、分割領域にそれぞれ１回だけ照射してもよいが、複数回照射してもよい。複数回に分けて各レーザ光を照射することで、レーザによる熱の周囲への影響を低減できる。よって、開口Ｒｏ両側の配線層の側面や開口Ｒｏの底部の半導体層１１の熱による損傷を生じにくくなる。ただし、レーザ光の照射回数とは、分割領域Ｒｙに走査させるレーザ光の走査回数のことであり、パルス数を意味するものではない。

スクライブ工程の後のダイシング工程は、基板１０にプラズマ（第１プラズマ）を照射することにより行うことができる。半導体層１１の素子領域Ｒｘは、樹脂層１３によりマスクされているため、開口から露出する半導体層１１の分割領域Ｒｙがプラズマによりエッチングされる。これにより、基板１０は、素子領域Ｒｘを備える複数の素子チップ１０ｘに分割される。

スクライブ工程の後、ダイシング工程を行う前に、開口Ｒｏを第２プラズマによりクリーニングする工程を行ってもよい。第２プラズマは、通常、ダイシングを行うときに発生させる第１プラズマとは異なる条件で発生させる。このようなクリーニング工程は、例えば、レーザによるスクライブ工程に起因する残渣を更に低減する目的で行われる。これにより、更に高品質のプラズマダイシングを行うことが可能になる。クリーニング工程は、幅方向プロファイルがＭ字分布を有するレーザ光（例えば、第１レーザ光）を照射することにより行ってもよい。

次に、レーザスクライビングを行うための装置について説明する。
レーザスクライビングに使用するレーザ光は、例えば、図７に示すような光学系を用いて得ることができる。図７の光学系は、レーザ発振器３０１と、ズームエキスパンダ３０２と、断面が半円形のシリンドリカルレンズ３０３と、ベンドミラー３０４と、ＤＯＥ３０５と、集光レンズ３０６とを備える。レーザ発振器３０１から出力された全方向においてガウシアン分布を有するレーザ光Ｌは、コリメート機能を有するズームエキスパンダ３０２に入射する。ズームエキスパンダ３０２は、レーザ光Ｌのビーム径を、シリンドリカルレンズ３０３を透過したレーザ光が入射するＤＯＥ３０５に対応した適正値に調整する。ズームエキスパンダ３０２から出射した円形のビームスポットを有するレーザ光Ｌは、シリンドリカルレンズ３０３を通過することで楕円形に変換され、ベンドミラー３０４に入射する。ＤＯＥ３０５は、レーザ光のスポット形状を矩形に変換するとともに、レーザ光Ｌの所定方向におけるプロファイルをＭ字分布に変換する機能を有する。変換後のレーザ光は、集光レンズ３０６に入射し、その後、基板１０に照射される。集光レンズ３０６から出射されるレーザ光のスポット径は、分割領域Ｒｙの幅方向において、例えば３５μｍ以下（好ましくは２０μｍ以下）に集約され、被加工物である基板１０に照射される。

ＤＯＥ３０５には、レーザ光のスポット形状を任意形状に変換する機能を持たせることができる。また、ＤＯＥ３０５には、入射されるレーザ光Ｌのビーム径Ａが所定値Ｄに等しければ、ガウシアン分布をトップハット分布に変換し、ビーム径Ａが所定値Ｄより小さければガウシアン分布のままで出力し、ビーム径Ａが所定値Ｄより大きければ、Ｍ字分布に変換する機能を持たせることができる。シリンドリカルレンズ３０３によって楕円形に変換されたビームの短径が所定値Ｄより大きく、かつ、長径が所定値Ｄ以下であれば、短径方向では、ビームプロファイルがＭ字分布になり、長径方向では、ビームプロファイルがガウシアン分布またはトップハット分布になる。

図７に示される装置の集光レンズ３０６を透過したレーザ光Ｌは、図７中にイメージで示すように、例えば、幅方向プロファイルが図１に示されるようなＭ字分布を示し、かつ縦方向プロファイルが図３Ｂに示すようなガウシアン分布を示す。この場合、矩形に整形されたビームスポットのビームプロファイルは、図６Ｂに示すようなエネルギー分布を示す。

図８に示す光学系は、図７の光学系からシリンドリカルレンズ３０３を除いた構成を有する。図８の光学系では、ＤＯＥ３０５に入射されるレーザ光Ｌのビームスポットは円形のままであり、その直径Ａが所定値Ｄより大きければ、全方向においてＭ字分布を有するレーザ光が出力される。この場合、ＤＯＥ３０５でビームスポットが矩形に整形されたレーザ光の幅方向プロファイルおよび縦方向プロファイルは、図８中にイメージで示すように、いずれも図１に示すようなＭ字分布になる。

レーザ光Ｌのビームプロファイルは、光学系におけるＤＯＥ３０５の有無によっても変更され得る。例えば、ＤＯＥ３０５の設置可能な光学系において、まず、ＤＯＥ３０５を設置した状態で作動させて、少なくとも幅方向プロファイルがＭ字分布であるレーザ光Ｌを基板１０に照射した後、続いて、光学系からＤＯＥ３０５を取り外した状態で作動させることにより、少なくとも幅方向プロファイルがガウシアン分布またはトップハット分布であるレーザ光Ｌを、基板１０に照射することができる。

レーザ光Ｌのスポット形状も、光学系におけるＤＯＥ３０５の有無によって変更され得る。例えば、例えば、ＤＯＥ３０５の設置可能な光学系において、まず、ＤＯＥ３０５を設置した状態で作動させて、矩形のスポット形状を備えるレーザ光Ｌを基板１０に照射した後、続いて、光学系からＤＯＥ３０５を取り外した状態で作動させることにより、円形または楕円形のスポット形状を備えるレーザ光Ｌを、基板１０に照射することができる。

レーザ発振器３０１は、パルスレーザ光を発振するパルスレーザ発振器であり、レーザ光Ｌをパルス波形で発振する機構は特に限定されない。例えば、ビーム出力をメカニカルシャッターでオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）する方式、レーザ光Ｌの励起源をパルス制御する方式、ビーム出力をスイッチングする方式等が挙げられる。レーザ発振器３０１のレーザ発振機構も特に限定されず、レーザ発振の媒体として半導体を用いる半導体レーザ、媒体として炭酸ガス（ＣＯ₂）等の気体を用いる気体レーザ、ＹＡＧ等を用いる固体レーザ、ファイバレーザ等が挙げられる。さらに、固体レーザには、波長変換をしたグリーンレーザや紫外線レーザも含まれる。

基板１０に照射されるレーザ光Ｌのパルス幅は特に限定されないが、熱影響が小さくなる点で、５００ナノ秒以下であることが好ましく、２００ナノ秒以下であることがより好ましい。レーザ光Ｌの波長も特に限定されないが、基板１０によるレーザ光Ｌの吸収が高くなる点で、紫外線域（波長２００〜４００ｎｍ）や比較的短波長の可視域（波長４００〜５５０ｎｍ）であることが好ましい。レーザ光Ｌの発振周波数も特に限定されないが、例えば、１〜２００ｋＨｚであり、高周波になるほど高速加工が可能となる。

次に、図９を参照しながら、ダイシング工程に使用されるプラズマ処理装置について説明する。ただし、プラズマ処理装置はこれに限定されるものではない。
プラズマダイシング工程は、ハンドリング性の観点から、図１０に示すように、基板１０を支持部材２２で支持した状態で行われることが好ましい。このとき、基板１０の半導体層１１の第２主面１１Ｂ側を、支持部材２２に当接させる。支持部材２２の材質は特に限定されない。なかでも、基板１０が支持部材２２で支持された状態でダイシングされることを考慮すると、素子チップ１０ｘがピックアップし易いように、支持部材２２は、柔軟性のある樹脂フィルムであることが好ましい。このとき、ハンドリング性の観点から、支持部材２２はフレーム２１に固定される。以下、フレーム２１と、フレーム２１に固定された支持部材２２とを併せて、搬送キャリア２０と称する。図１０は、搬送キャリア２０と支持部材２２に支持された基板１０とを示す上面図（ａ）およびＹ−Ｙ線での断面図（ｂ）である。支持部材２２は、例えば、粘着剤を有する面（粘着面２２ａ）と粘着剤を有しない面（非粘着面２２ｂ）とを備えている。フレーム２１には、位置決めのためのノッチ２１ａやコーナーカット２１ｂが設けられていてもよい。

プラズマ処理装置２００は、真空チャンバ２０３を備え、その内側の処理空間にステージ２１１を備えている。真空チャンバ２０３には、ガス導入口２０３ａおよび排気口２０３ｂが設けられている。ガス導入口２０３ａには、プロセスガス源２１２およびアッシングガス源２１３が、それぞれ接続されている。排気口２０３ｂには、真空チャンバ２０３内のガスを排気して減圧する真空ポンプを含む減圧機構２１４が接続されている。

ステージ２１１には、搬送キャリア２０に保持された基板１０が載置される。ステージ２１１の外周には昇降機構２２３Ａにより昇降駆動される複数の支持部２２２が配置されており、真空チャンバ２０３内に搬入された搬送キャリア２０が支持部２２２に受け渡され、ステージ２１１上に搭載される。

ステージ２１１の上方には、少なくとも搬送キャリア２０のフレーム２１を覆うとともに基板１０を露出させる窓部２２４Ｗを有するカバー２２４が配置されている。カバー２２４は複数の昇降ロッド２２１と連結しており、昇降機構２２３Ｂにより昇降駆動される。真空チャンバ２０３の上部は誘電体部材２０８により閉鎖され、誘電体部材２０８の上方に上部電極としてアンテナ２０９が配置されている。アンテナ２０９は、第１高周波電源２１０Ａと接続されている。

ステージ２１１は、上方から順に配置された電極層２１５、金属層２１６および基台２１７を具備し、これらは外周部２１８で取り囲まれ、外周部２１８の上面には保護用の外周リング２２９が配置されている。電極層２１５の内部には、静電吸着用の電極部（ＥＳＣ電極）２１９と、第２高周波電源２１０Ｂに接続された高周波電極部２２０とが配置されている。ＥＳＣ電極２１９は直流電源２２６と接続されている。高周波電極部２２０に高周波電力を印加することで、エッチング工程を、バイアス電圧を印加しながら行うことができる。金属層２１６内には、ステージ２１１を冷却するための冷媒流路２２７が形成され、冷媒循環装置２２５により冷媒が循環される。

制御装置２２８は、第１高周波電源２１０Ａ、第２高周波電源２１０Ｂ、プロセスガス源２１２、アッシングガス源２１３、減圧機構２１４、冷媒循環装置２２５、昇降機構２２３Ａ、昇降機構２２３Ｂおよび静電吸着機構を含むプラズマ処理装置２００の動作を制御する。

プラズマは、基板１０の半導体層１１がエッチングされるような条件で発生させる。上記エッチング条件は、半導体層１１の材質に応じて適宜選択することができる。半導体層１１がＳｉの場合、半導体層１１の分割領域Ｒｙのエッチングには、いわゆるボッシュプロセスを用いることができる。ボッシュプロセスにおいては、膜堆積ステップと、膜エッチングステップと、Ｓｉエッチングステップとを順次繰り返すことにより、各溝を深さ方向に掘り進む。

膜堆積ステップは、例えば、原料ガスとしてＣ₄Ｆ₈を１５０〜２５０ｓｃｃｍで供給しながら、真空チャンバ２０３内の圧力を１５〜２５Ｐａに調整し、第１高周波電源２１０Ａからアンテナ２０９への投入電力を１５００〜２５００Ｗとして、第２高周波電源２１０Ｂから高周波電極部２２０への投入電力を０Ｗとして、５〜１５秒間、処理する条件で行われる。

膜エッチングステップは、例えば、原料ガスとしてＳＦ₆を２００〜４００ｓｃｃｍで供給しながら、真空チャンバ２０３内の圧力を５〜１５Ｐａに調整し、第１高周波電源２１０Ａからアンテナ２０９への投入電力を１５００〜２５００Ｗとして、第２高周波電源２１０Ｂから高周波電極部２２０への投入電力を１００〜３００Ｗとして、２〜１０秒間、処理する条件で行われる。

Ｓｉエッチングステップは、例えば、原料ガスとしてＳＦ₆を２００〜４００ｓｃｃｍで供給しながら、真空チャンバ２０３内の圧力を５〜１５Ｐａに調整し、第１高周波電源２１０Ａからアンテナ２０９への投入電力を１５００〜２５００Ｗとして、第２高周波電源２１０Ｂから高周波電極部２２０への投入電力を５０〜２００Ｗとして、１０〜２０秒間、処理する条件で行われる。

上記のような条件で、膜堆積ステップ、膜エッチングステップおよびＳｉエッチングステップを繰り返すことにより、分割領域Ｒｙは、１０μｍ／分程度の速度で深さ方向に垂直にエッチングされ得る。プラズマの発生においては、複数種類の原料ガスを併用してもよい。この場合、複数種類の原料ガスを時間差で真空チャンバ２０３内に導入してもよいし、複数種類の原料ガスを混合して、真空チャンバ２０３内に導入してもよい。

このようにして、基板１０は、支持部材２２により支持された状態で、素子領域Ｒｘを備える複数の素子チップ１０ｘに分割される。プラズマダイシング工程の終了後、支持部材２２に支持された複数の素子チップ１０ｘは、ピックアップ工程に送られる。ピックアップ工程では、複数の素子チップ１０ｘは、それぞれ支持部材２２から剥離される。

プラズマダイシング工程の後、素子チップ１０ｘに残存する樹脂膜を、アッシングや洗浄により除去してもよい。

本発明の素子チップの製造方法によれば、品質の高いプラズマダイシングを行うことができるため、種々の基板から素子チップを製造する方法として有用である。

１０：基板
１０ｘ：素子チップ
１１：半導体層
１１Ａ：第１主面
１１Ｂ：第２主面
１２：回路層
１３：樹脂層
２０：搬送キャリア
２１：フレーム
２１ａ：ノッチ
２１ｂ：コーナーカット
２２：支持部材
２２ａ：粘着面
２２ｂ：非粘着面
４０Ａ〜４０Ｄ：ビームスポット
４１ａ〜４１ｄ：強度ピーク領域
２００：プラズマ処理装置
２０３：真空チャンバ
２０３ａ：ガス導入口
２０３ｂ：排気口
２０８：誘電体部材
２０９：アンテナ
２１０Ａ：第１高周波電源
２１０Ｂ：第２高周波電源
２１１：ステージ
２１２：プロセスガス源
２１３：アッシングガス源
２１４：減圧機構
２１５：電極層
２１６：金属層
２１７：基台
２１８：外周部
２１９：ＥＳＣ電極
２２０：高周波電極部
２２１：昇降ロッド
２２２：支持部
２２３Ａ、２２３Ｂ：昇降機構
２２４：カバー
２２４Ｗ：窓部
２２５：冷媒循環装置
２２６：直流電源
２２７：冷媒流路
２２８：制御装置
２２９：外周リング
３０１：レーザ発振器
３０２：ズームエキスパンダ
３０３：シリンドリカルレンズ
３０４：ベンドミラー
３０５：ＤＯＥ
３０６：集光レンズ
Ｒｘ：素子領域
Ｒｙ：分割領域
Ｒｏ：開口
Ｓ：樹脂玉

Claims

第１主面および第２主面を備える半導体層と、前記半導体層の前記第１主面側に形成された配線層と、を備える基板であって、複数の素子領域と、前記素子領域を画定する分割領域と、を備える基板を準備する工程と、
前記分割領域における前記配線層に、前記第１主面側からレーザ光を照射して、前記分割領域に前記半導体層が露出する開口を形成するスクライブ工程と、
前記スクライブ工程の後、前記基板を前記開口に沿ってダイシングして、前記素子領域を備える複数の素子チップに分割するダイシング工程と、を備え、
前記配線層が、回路層と、前記回路層の表面を保護する樹脂層と、を備え、
前記レーザスクライブ工程では、第１のレーザ光で前記樹脂層がスクライブされた後、第２のレーザ光で前記回路層がスクライブされ、
前記第１レーザ光の前記分割領域の幅方向におけるビームプロファイルが、中心強度よりも端部強度が大きいＭ字分布を有し、
前記第２レーザ光の前記分割領域の幅方向におけるビームプロファイルが、ガウシアン分布またはトップハット分布を有する、素子チップの製造方法。
前記ダイシング工程で、前記開口から露出する前記半導体層を第１プラズマによりエッチングする、請求項１に記載の素子チップの製造方法。
前記第１レーザ光の前記中心強度が、前記樹脂層をアブレーションするために必要な第１閾値より大きく、かつ前記回路層をアブレーションするために必要な第２閾値より小さく、
前記第２レーザ光の前記中心強度が、前記回路層をアブレーションするために必要な第２閾値より大きい、請求項１または２に記載の素子チップの製造方法。
前記第１レーザ光のスポット形状が、前記分割領域の幅方向を短径とする楕円もしくは楕円に近似する形状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の素子チップの製造方法。
前記第１レーザ光のスポット形状が、前記分割領域の幅方向の辺を有する矩形もしくは矩形に近似する形状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の素子チップの製造方法。
前記第１レーザ光の前記分割領域の幅方向と交差する方向におけるビームプロファイルが、ガウシアン分布またはトップハット分布である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の素子チップの製造方法。
前記スクライブ工程において、前記第１レーザ光および前記第２レーザ光の少なくとも一方が、前記分割領域に複数回照射される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の素子チップの製造方法。
前記スクライブ工程の後、前記開口を第２プラズマによりクリーニングする工程を更に備え、
前記クリーニング工程の後、前記ダイシング工程が行われる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の素子チップの製造方法。