JP7085342B2

JP7085342B2 - 素子チップの製造方法

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Publication number: JP7085342B2
Application number: JP2017244246A
Authority: JP
Inventors: 秀彦唐崎; 篤史針貝; 英史佐伯
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2022-06-16
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: JP2019110272A

Description

本発明は、半導体層を具備する基板をプラズマによって個片化する工程を含む素子チップの製造方法に関する。
に関する。

複数の集積回路を含む半導体ウエハを個片化する方法として、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グルービングにより行い、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、配線層と半導体層とを備える基板を個片化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。分割領域をグルービングするとき、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、開口底部の中心付近では半導体層の表面に加工損傷が生じ、損傷部位に配線層の物質を巻き込み再凝固することがある。一方、ビーム強度を抑制すると、ビーム周縁部のエネルギー密度が不十分になり、開口両側の配線層の側面のテーパ角が小さくなり、側面の垂直性が不十分になることがある。

ストリートの幅がビーム径よりも大きい場合、レーザ光の照射位置を動かして、マルチパスでグルービングする。この場合、半導体層のレーザ光の照射領域が重なる部分において、加工損傷がさらに生じ易い。

本発明の一局面は、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レーザグルービング工程と、前記開口に露出する前記半導体層をプラズマにより前記第２主面に達するまでエッチングして、前記基板を、前記素子領域を備える複数の素子チップに分割する個片化工程と、を備え、前記レーザグルービング工程は、前記分割領域の幅方向Ａにおける第１端部に沿って、第１のレーザ光を照射する第１照射工程と、前記第１端部に対向する第２端部に沿って、第２のレーザ光を照射する第２照射工程と、を備え、前記第１のレーザ光の前記幅方向Ａにおける照射領域は、前記分割領域の前記幅方向Ａにおける長さよりも小さく、前記第１のレーザ光の前記第１端部における端部強度Ｅ１１は、前記第２端部側の端部強度Ｅ１２よりも大きく、前記第２のレーザ光の前記幅方向Ａにおける照射領域は、前記分割領域の前記幅方向Ａにおける前記長さよりも小さく、前記第２のレーザ光の前記第２端部における端部強度Ｅ２２は、前記第１端部側の端部強度Ｅ２１よりも大きい、素子チップの製造方法に関する。

本発明によれば、レーザグルービング工程によって配線層に形成される開口において、半導体層の表面の加工損傷を抑制しつつ、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。

第１のレーザ光の幅方向プロファイルの一例を示す概念図である。第２のレーザ光の幅方向プロファイルの一例を示す概念図である。第１のレーザ光および第２のレーザ光を重ねたときの幅方向プロファイルの一例を示す概念図である。本発明の一実施形態に係る製造方法の準備工程における基板の断面図である。本発明の一実施形態に係る製造方法のレーザグルービング工程後の基板の断面図である。本発明の一実施形態に係る製造方法の個片化工程で生成した素子チップを示す断面図である。第１のレーザ光、第２のレーザ光および第３のレーザ光を重ねたときの幅方向プロファイルの一例を示す概念図である。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。個片化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である。図８ＡのＹ－Ｙ線での断面図である。従来の素子チップの製造方法の準備工程における基板の断面図である。従来の素子チップの製造方法のレーザグルービング工程後の基板の断面図である。従来の素子チップの製造方法における個片化工程で生成した素子チップを示す断面図である。

本実施形態に係る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）を形成するレーザグルービング工程を具備する。レーザグルービング工程は、分割領域の幅方向Ａにおける第１端部に沿って、第１のレーザ光を照射する第１照射工程と、第１端部に対向する第２端部に沿って、第２のレーザ光を照射する第２照射工程と、を備える。

図１に、第１のレーザ光Ｌ１の分割領域の幅方向Ａにおけるビームプロファイル（以下、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、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は、分割領域の幅方向Ａ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Ａ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。

第１のレーザ光Ｌ１の幅方向Ａにおける照射領域ＷＬ１は、分割領域の幅方向Ａにおける長さ（幅Ｗ）よりも小さい。照射領域ＷＬ１は、分割領域のうち、第１のレーザ光Ｌ１が照射された領域である。このとき、第１のレーザ光Ｌ１の照射は１回であってもよく、２回以上であってもよい。複数回に分けてレーザ光を照射することで、レーザ光による熱の周囲への影響を低減できる。複数回の照射は、同じ位置に行われてもよいし、位置をずらしながら行われてもよい。レーザ光の照射回数とは、分割領域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。

第１のレーザ光Ｌ１は、分割領域の幅方向Ａにおける一方の端部（第１端部Ｔ１）に沿って照射される。第１のレーザ光Ｌ１によって、第１端部Ｔ１を含む領域がグルービングされる。第１のレーザ光Ｌ１の第１端部Ｔ１における端部強度Ｅ１１は、第２端部Ｔ２側の端部強度Ｅ１２よりも大きい。以下、レーザ光の幅方向Ａにおける両端部の強度が異なるビームプロファイルを、非対称プロファイルと称する場合がある。

好ましい態様では、第１のレーザ光Ｌ１の幅方向Ａにおける強度Ｅ１は、第１端部Ｔ１側から第２端部Ｔ２側に向かって、連続的に（単調に）あるいは段階的に小さくなっている。端部強度Ｅ１２の端部強度Ｅ１１に対する割合は特に限定されず、第２のレーザ光Ｌ２の強度等を考慮して決定すればよい。端部強度Ｅ１２の端部強度Ｅ１１に対する割合は、例えば、５０％以上、９０％以下である。

図２に、第２のレーザ光Ｌ２の分割領域の幅方向Ａにおける幅方向プロファイルの一例の概念図を示す。

第２のレーザ光Ｌ２の幅方向Ａにおける照射領域ＷＬ２は、分割領域の幅Ｗよりも小さい。照射領域ＷＬ２は、分割領域のうち、第２のレーザ光Ｌ２が照射された領域である。このとき、第２のレーザ光Ｌ２の照射は１回であってもよく、２回以上であってもよい。複数回の照射は、同じ位置に行われてもよいし、位置をずらしながら行われてもよい。

第２のレーザ光Ｌ２は、分割領域の幅方向Ａにおける他方の端部（第２端部Ｔ２）に沿って照射される。第２のレーザ光Ｌ２によって、第２端部Ｔ２を含む領域がグルービングされる。第２のレーザ光Ｌ２の第２端部Ｔ２における端部強度Ｅ２２は、第１端部Ｔ１側の端部強度Ｅ２１よりも大きい。すなわち、第２のレーザ光Ｌ２も非対称プロファイルを有する。ただし、第２のレーザ光Ｌ２は、第１のレーザ光Ｌ１とは異なる方の端部の強度が小さい。

好ましい態様では、第２のレーザ光Ｌ２の幅方向Ａにおける強度Ｅ２は、第２端部Ｔ２側から第１端部Ｔ１側に向かって、連続的に（単調に）あるいは段階的に小さくなっている。端部強度Ｅ２１の端部強度Ｅ２２に対する割合は特に限定されず、第１のレーザ光Ｌ１の強度等を考慮して決定すればよい。端部強度Ｅ２１の端部強度Ｅ２２に対する割合は、例えば、５０％以上、９０％以下である。

他の好ましい態様では、第１のレーザ光Ｌ１の幅方向Ａにおける強度分布と、第２のレーザ光Ｌ２の幅方向Ａにおける強度分布とは、分割領域の幅方向Ａにおける中心線Ｃに対して線対称である。

図３に、第１のレーザ光Ｌ１および第２のレーザ光Ｌ２を重ねたときの幅方向プロファイルの一例を示す概念図を示す。分割領域に、第１端部Ｔ１における強度の大きい非対称プロファイルを有する第１のレーザ光Ｌ１と、第２端部Ｔ２における強度の大きい非対称プロファイルを有する第２のレーザ光Ｌ２と、を照射することにより、分割領域全体に照射される見かけのレーザ光の幅方向プロファイルは、第１端部Ｔ１および第２端部Ｔ２の強度がいずれも中心強度よりも大きいＭ字分布となる。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である。

見かけのレーザ光の幅方向プロファイルがＭ字分布を有することにより、開口両端部に形成される配線層の側面のテーパ角（第１または第２主面と配線層の側面とが成す鋭角）が大きくなり、側面の垂直性が向上する。すなわち、配線層に形成される開口の品質が向上するため、個片化工程でも高品質の素子チップを製造することができる。

レーザグルービング工程の後の個片化工程は、基板にプラズマ（第１プラズマ）を照射することにより行われる。半導体層の素子領域は、配線層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の分割領域がプラズマによりエッチングされる。これにより、基板は、素子領域を備える複数の素子チップに分割される。

開口両側の配線層の側面の垂直性が不十分である場合、半導体層をプラズマでエッチングすると、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。

個片化工程においてプラズマエッチングを利用する場合、開口もしくは溝の底部の汚染にも留意する必要がある。例えば、回路層が樹脂層で保護されている場合、半導体層の加工損傷を抑制するために強度を制限した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では、ビーム端部において樹脂層をアブレーションする十分なエネルギー密度が得られず、樹脂が液化して表面張力により丸くなり、開口底部の端部に樹脂玉が付着しやすい。

樹脂玉は、ブレードなどにより、機械的に半導体層を個片化する場合には問題にならない。しかし、プラズマによって半導体層をエッチングする際には、樹脂玉が、プラズマと半導体層との反応を阻害するため、素子チップの品質が大きく左右される。

一方、異なる非対称プロファイルを有する複数種のレーザ光を用いて、見かけ上、Ｍ字分布の幅方向プロファイルを有するレーザ光を作成することで、分割領域の中心おけるビーム強度を抑制しつつ、樹脂玉の生成を制限することができる。すなわち、Ｍ字分布によれば、開口の側面近くをアブレーションするビームの端部強度を十分に大きく、中心強度を適度に小さくすることができる。そのため、配線層の下地の半導体層を損傷することなく、開口の側面の垂直性が高く、かつ配線層が樹脂層を有する場合でも樹脂玉を生成させることなく、レーザグルービングすることができる。

加えて、第１のレーザ光と第２のレーザ光とを用いるマルチパスでグルービングするため、それぞれのビーム径より幅の大きなストリートであっても、その両端部を大きなビーム強度でグルービングしながら、中心を適度に小さな強度でグルービングできる。よって、半導体層の損傷を抑制しながら、配線層の側面の垂直性を向上させることができる。さらに、幅方向Ａにおける第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２との重なり具合を調整することにより、それぞれのレーザ光のビーム径を変えることなく、様々な幅のストリートをグルービングすることが可能である。ビーム径は、照射されるレーザ光の幅方向Ａにおける長さである。

図４Ａから図４Ｃに、本実施形態に係る製造工程を示す。図９Ａから図９Ｃに、従来の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用いて、素子チップを製造する工程を示す。図４Ａおよび図９Ａは、準備工程における基板の断面を示す。図４Ｂおよび図９Ｂは、レーザ光によるレーザグルービング工程によって開口が形成された基板の断面を示す。図４Ｃおよび図９Ｃは、プラズマエッチングによって半導体層の分割領域が除去されることにより生成した素子チップの断面を示す。図示例では、ハンドリング性の観点から、基板１０を支持部材２２で支持した状態でプラズマエッチングを行っている。

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。ここでは、回路層１２と樹脂層１３とを合わせて配線層と称している。

図９Ｂに示すように、ガウシアン分布を有するレーザ光Ｌｇを用いたグルービングでは、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場合がある。そのため、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個片化工程において、プラズマと半導体層１１との反応を阻害する。よって、図９Ｃに示すように、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９Ｃ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４Ｂに示すように、非対称プロファイルを有し、一方の端部において十分なエネルギー密度を有する第１のレーザ光Ｌ１および第２のレーザ光Ｌ２を用いると、開口Ｒｏ両側の配線層の側面のテーパ角αが大きくなり（θ＜α）、開口Ｒｏの側面の垂直性が高くなる。また、配線層が回路層１２を保護する樹脂層１３を有する場合でも樹脂玉Ｓを生成させることなく、レーザグルービング工程を行うことができる。

以下、本実施形態に係る素子チップの製造方法を、工程ごとに説明する。
（１）準備工程
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。

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てもよい。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。

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（ＬｉＴａＯ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）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。

（２）レーザグルービング工程
第１主面側から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を形成する。レーザグルービング工程は、分割領域の幅方向Ａにおける第１端部に沿って、第１のレーザ光を照射する第１照射工程と、第１端部に対向する第２端部に沿って、第２のレーザ光を照射する第２照射工程と、を備える。第１のレーザ光および第２のレーザ光は、いずれも非対称プロファイルを有する。

非対称プロファイルを有するレーザ光は、ガウシアン分布を有するレーザ光のビーム整形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非対称プロファイルの一方の端部強度は、ガウシアン分布のビーム周縁部の強度よりも高くなる。そのため、開口両側の配線層の側面の垂直性が向上する。

一方、非対称プロファイルの他方の端部強度は、例えば、整形前のガウシアン分布の中心強度の９０％以下、さらには半分以下、特には三分の１以下にまで低減することが可能である。そのため、分割領域の中心付近において、半導体層の表面の損傷は抑制される。

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（以下、ＤＯＥ等と総称する場合がある。）に、ＤＯＥ等に設定された所定値Ｄと等しいビーム径を有するガウシアン分布のレーザ光を、入射させる。このとき、レーザ光の中心をＤＯＥ等の中心からずらす。これにより、非対称プロファイルを有するレーザ光が得られる。レーザ光の中心のずらした方向の端部の強度が大きくなる。また、ずれ量を大きくするほど、レーザ光の両端部の強度の差が大きくなる。ＤＯＥや非球面ビームシェイパは、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。

基板に照射される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。

レーザ光の分割領域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、非対称プロファイルでもよいし、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。

以下、図３のように、第１のレーザ光Ｌ１の照射領域ＷＬ１と第２のレーザ光Ｌ２の照射領域ＷＬ２との少なくとも一部が重複する第１実施形態と、図５のように、照射領域ＷＬ１と照射領域ＷＬ２とが重複しない第２実施形態とを例に挙げながら、レーザグルービング工程を説明する。

［第１実施形態］
本実施形態では、図３に示すように、第１のレーザ光Ｌ１の照射領域ＷＬ１と第２のレーザ光Ｌ２の照射領域ＷＬ２との少なくとも一部が、分割領域の中心付近で重複する。この場合にも、第１のレーザ光Ｌ１の第２端部Ｔ２側のビーム端部強度Ｅ１２、および、第２のレーザ光Ｌ２の第１端部Ｔ１側のビーム端部強度Ｅ２１は十分に小さいため、半導体層の表面の損傷は抑制され得る。

照射領域ＷＬ１の分割領域の幅Ｗに対する割合は特に限定されず、分割領域の幅Ｗおよび第２のレーザ光Ｌ２の照射領域ＷＬ２を考慮して決定すればよい。照射領域ＷＬ１の幅Ｗに対する割合は、例えば、５０％以上、７０％以下である。

照射領域ＷＬ２の幅Ｗに対する割合も特に限定されず、分割領域の幅Ｗおよび第１のレーザ光Ｌ１の照射領域を考慮して決定すればよい。照射領域ＷＬ２の幅Ｗに対する割合は、例えば、５０％以上、７０％以下である。

ただし、照射領域ＷＬ１と照射領域ＷＬ２との重複部分は、ビーム強度の制御が容易である点で、大きくないことが好ましい。照射領域ＷＬ１と照射領域ＷＬ２との重複部分の幅Ｗに対する割合は、例えば、２０％以下である。

レーザグルービング工程は、分割領域の第１端部Ｔ１および第２端部Ｔ２以外の領域に、第３のレーザ光を照射する第３照射工程をさらに備えてもよい。これにより、開口の底部の深さが、幅方向Ａにおいて均一になり易くなる。

第３のレーザ光Ｌ３の幅方向Ａにおける照射領域ＷＬ３は、分割領域の幅Ｗよりも小さい。第３のレーザ光の照射領域ＷＬ３は、照射領域ＷＬ１および／または照射領域ＷＬ２と重複し得る。照射領域ＷＬ３は、分割領域のうち、第３のレーザ光Ｌ３が照射された領域である。このとき、第３のレーザ光Ｌ３の照射は１回であってもよく、２回以上であってもよい。複数回の照射は、同じ位置に行われてもよいし、位置をずらしながら行われてもよい。照射領域ＷＬ３の幅Ｗに対する割合は特に限定されず、分割領域の幅Ｗ、照射領域ＷＬ１および照射領域ＷＬ２等を考慮して決定すればよい。照射領域ＷＬ３の幅Ｗに対する割合は、例えば、３％以上、２０％以下である。

第３のレーザ光Ｌ３の幅方向Ａにおける強度分布は、ガウシアン分布またはトップハット分布が好ましい。なかでも、トップハット分布が好ましい。トップハット分布において、ビーム強度は分割領域の幅方向全体にわたって同程度であり、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。

［第２実施形態］
本実施形態では、図５に示すように、照射領域ＷＬ１と照射領域ＷＬ２とが重複しない。照射領域ＷＬ１の幅Ｗに対する割合は、例えば、３０％以上、５０％未満であり、照射領域ＷＬ２の幅Ｗに対する割合は、例えば、３０％以上、５０％未満である。

この場合、分割領域の第１端部Ｔ１および第２端部Ｔ２以外の領域に、第３のレーザ光を照射する第３照射工程を行う。これにより、各レーザ光のビーム径を変えることなく、より幅の大きいストリートに対してグルービングが可能となる。しかも形成される開口において、半導体層の損傷が抑制されるとともに、配線層の側面の垂直性が高い。

第３のレーザ光Ｌ３は、照射領域ＷＬ１と照射領域ＷＬ２との間に照射される。第３のレーザ光Ｌ３の幅方向Ａにおける照射領域ＷＬ３は、照射領域ＷＬ１および／または照射領域ＷＬ２の一部と重複してもよい。照射領域ＷＬ３の幅Ｗに対する割合は特に限定されず、分割領域の幅Ｗ、照射領域ＷＬ１および照射領域ＷＬ２等を考慮して決定すればよい。照射領域ＷＬ３は、分割領域の未照射部以上の幅であればよい。照射領域ＷＬ３と、照射領域ＷＬ１および／または照射領域ＷＬ２との重複部分の、分割領域の幅Ｗに対する割合は、例えば、２０％以下である。

第３のレーザ光Ｌ３の幅方向Ａにおける強度分布は、ガウシアン分布またはトップハット分布が好ましい。なかでも、トップハット分布が好ましい。

レーザグルービング工程の後、個片化工程を行う前に、開口を第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、個片化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、レーザによるレーザグルービング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エッチングを行うことが可能になる。

次に、レーザグルービングを行うための装置について説明する。
レーザグルービングに使用するレーザ光は、例えば、図６に示すような光学系を用いて得ることができる。図６の光学系は、レーザ発振器３０１と、ズームエキスパンダ３０２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のビーム径を調整する。

ズームエキスパンダ３０２から出射したレーザ光Ｌは、ベンドミラー３０４に入射した後、ＤＯＥ３０５に向けて反射される。ＤＯＥ３０５は、レーザ光Ｌの所定方向におけるビームプロファイルを変換する機能を有する。例えば、ＤＯＥ３０５は、入射するレーザ光Ｌのビーム径が所定値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する。

本実施形態では、所定値Ｄと等しいビーム径を有するレーザ光Ｌを、レーザ光Ｌの中心とＤＯＥ３０５の中心とをずらして、ＤＯＥ３０５に入射させる。これにより、非対称プロファイルを有するレーザ光Ｌが得られる。ずらす方向を変えることにより、第１のレーザ光Ｌ１および第２のレーザ光Ｌ２を得ることができる。

ＤＯＥ３０５により変換されたレーザ光Ｌ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ビーム径は、分割領域の幅方向Ａ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（配線層）に照射される。

ズームエキスパンダ３０２とベンドミラー３０４との間に、断面が半円形のシリンドリカルレンズ（図示せず）を配置してもよい。シリンドリカルレンズは、通過するレーザ光Ｌのスポット形を楕円形に変換する。例えば、シリンドリカルレンズによって変換されたレーザ光の長径が所定値Ｄと等しい場合、長径方向の中心を、ＤＯＥ３０５の中心からずらして入射させることにより、長径方向におけるビームプロファイルが非対称プロファイルに変換される。一方、短径方向のビームプロファイルはガウシアン分布のままである。

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（ＣＯ_２）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７を参照しながら、個片化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。図７は、プラズマ処理装置の一例の概念図である。

個片化工程は、ハンドリング性の観点から、図８Ａおよび図８Ｂ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。図８Ａは、フレーム２１と、フレーム２１に固定された支持部材２２と、支持部材２２に支持された基板１０とを示す上面図である。図８Ｂは、図８ＡのＹ－Ｙ線での断面図である。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。

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個片化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。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。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、プラズマエッチングを、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、半導体層の材質に応じて適宜選択することができる。半導体層がＳｉの場合、半導体層の分割領域のエッチングには、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、分割領域を深さ方向に掘り進む。

膜堆積ステップは、例えば、プラズマ発生用のプロセスガス（原料ガス）としてＣ_４Ｆ_８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ＳＦ_６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ＳＦ_６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。個片化工程の終了後、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。

個片化工程の後、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。

アッシングは、例えば、アッシングガスとしてＣＦ_４とＯ_２との混合ガス（流量比ＣＦ_４：Ｏ_２＝１：１０）を１５０～３００ｓｃｃｍ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への印加電力を１５００～５０００Ｗとして、第２高周波電源２１０Ｂから高周波電極部２２０への印加電力を０～３００Ｗとする条件により行われる。なお、アッシング工程における高周波電極部２２０への印加電力は、プラズマエッチングにおける高周波電極部２２０への印加電力よりも小さくなるように設定することが望ましい。

本発明の素子チップの製造方法によれば、プラズマを用いて、品質の高い個片化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
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
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レーザグルービング工程と、
前記開口に露出する前記半導体層をプラズマにより前記第２主面に達するまでエッチングして、前記基板を、前記素子領域を備える複数の素子チップに分割する個片化工程と、を備え、
前記レーザグルービング工程は、
前記分割領域の幅方向Ａにおける第１端部に沿って、第１のレーザ光を照射する第１照射工程と、前記第１端部に対向する第２端部に沿って、第２のレーザ光を照射する第２照射工程と、を備え、
前記第１のレーザ光の前記幅方向Ａにおける照射領域ＷＬ１は、前記分割領域の前記幅方向Ａにおける長さよりも小さく、
前記第１のレーザ光の前記第１端部における端部強度Ｅ１１は、前記第２端部側の端部強度Ｅ１２よりも大きく、
前記第２のレーザ光の前記幅方向Ａにおける照射領域ＷＬ２は、前記分割領域の前記幅方向Ａにおける前記長さよりも小さく、
前記第２のレーザ光の前記第２端部における端部強度Ｅ２２は、前記第１端部側の端部強度Ｅ２１よりも大きく、
前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光は、ガウシアン分布を備える第４のレーザ光を回折光学素子に入射させることにより形成され、
前記回折光学素子は、前記第４のレーザ光のビーム径が所定値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て出力する一方、前記第４のレーザ光のビーム径が前記所定値よりも小さければガウシアン分布のままで出力する機能を備え、
前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光は、前記所定値に等しいビーム径の前記第４のレーザ光を、前記第４のレーザ光の中心と前記回折光学素子の中心とを互いに異なる方向にずらして前記回折光学素子に入射させることにより形成される、素子チップの製造方法。
前記第１のレーザ光の前記幅方向Ａにおける強度は、前記第１端部側から前記第２端部側に向かって小さくなる、請求項１に記載の素子チップの製造方法。
前記第２のレーザ光の前記幅方向Ａにおける強度は、前記第２端部側から前記第１端部側に向かって小さくなる、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のレーザ光の前記幅方向Ａにおける強度分布と、前記第２のレーザ光の前記幅方向Ａにおける強度分布とは、前記分割領域の前記幅方向Ａにおける中心線に対して線対称である、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。
前記レーザグルービング工程は、前記分割領域の前記第１端部および前記第２端部以外の領域に第３のレーザ光を照射する第３照射工程をさらに備え、
前記第３のレーザ光の前記幅方向Ａにおける照射領域は、前記分割領域の前記幅方向Ａにおける前記長さよりも小さく、
前記第３のレーザ光の前記幅方向Ａにおける強度分布は、ガウシアン分布またはトップハット分布である、請求項１～４のいずれか一項に記載の素子チップの製造方法。
前記照射領域ＷＬ１と前記照射領域ＷＬ２との少なくとも一部が、前記分割領域で重なる、請求項１～４のいずれか１項に記載の素子チップの製造方法。