CN108099034A - 用于晶圆切削的刀具及晶圆切削方法 - Google Patents

Abstract

一种用于晶圆切削的刀具及晶圆切削方法，所述刀具包括：刀轴和刀盘，刀盘固定设置于刀轴的一端，刀轴位于刀盘的中心轴线上，适于驱动刀盘旋转以切削晶圆；刀盘具有设置刀轴的第一表面、背向刀轴的第二表面和外周面，外周面垂直第二表面；所述刀盘还具有位于所述外周面和第二表面之间、且围绕所述刀轴的曲面，所述曲面的轴向两端分别连接所述外周面和第二表面；所述曲面与所述外周面之间的夹角α、与所述第二表面之间的夹角β满足：90°＜α≤180°，90°＜β≤180°。从而能够改善外周面、第二表面之间所存在的尖角，使尖角变得圆滑。刀具对晶圆进行切削的过程中，能够减小尖角位置处的应力集中，减小晶圆产生裂纹、发生破裂的风险。

Description

用于晶圆切削的刀具及晶圆切削方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种用于晶圆切削的刀具及晶圆切削方法。

背景技术

在半导体制造技术领域，有时需要使晶圆具有非常薄的厚度，例如50微米甚至更小。此时，需要对晶圆进行研磨，以对晶圆的厚度进行减薄。晶圆在生产制造过程中，应力通常集中在晶圆的边缘位置，若直接对晶圆进行研磨，则晶圆边缘位置处会发生破裂，导致产品不良。

现有技术中，为避免晶圆在其边缘位置处发生破裂，在对晶圆进行研磨之前，通常利用刀具对晶圆的正面进行切削，以切除位于晶圆正面应力集中的边缘部分，然后再对晶圆的背面进行研磨，以减小晶圆边缘位置发生破裂的风险。但是，利用现有技术中的刀具对晶圆进行切削的过程，本身就可能使晶圆在其边缘位置发生破裂，导致产品不良。

发明内容

本发明解决的问题是利用现有技术的刀具对晶圆的边缘进行切削的过程可能使晶圆在其边缘位置发生破裂，导致产品不良。

为解决上述问题，本发明提供一种用于晶圆切削的刀具，包括：刀轴和刀盘，所述刀盘固定设置于所述刀轴的一端，所述刀轴位于所述刀盘的中心轴线，适于驱动所述刀盘旋转以切削晶圆；所述刀盘具有设置所述刀轴的第一表面、背向所述刀轴的第二表面和外周面，所述外周面垂直所述第二表面；所述刀盘还具有位于所述外周面和第二表面之间、且围绕所述刀轴的曲面，所述曲面的轴向两端分别连接所述外周面和第二表面；所述曲面与所述外周面之间的夹角α、与所述第二表面之间的夹角β满足：90°＜α≤180°，90°＜β≤180°。

可选的，所述曲面与所述外周面相切；和/或，所述曲面与所述第二表面相切。

可选的，所述曲面与刀盘的轴截面相交形成曲线段或直线段或折线段。

可选的，所述曲线段为圆弧，所述圆弧的弧度在60°－90°之间。

可选的，所述曲面为围绕所述刀轴的环形曲面；或，所述曲面为多个，多个所述曲面围绕所述刀轴分布。

可选的，所述曲面在轴向方向上的延伸距离等于所述曲面在径向方向上的延伸距离。

可选的，所述刀盘采用钢材料，至少所述外周面、所述曲面和所述第二表面镀设有金刚石涂层。

为解决上述技术问题，本技术方案还提供一种晶圆切削方法，包括：提供转盘和晶圆，将所述晶圆固定设置于所述转盘，所述晶圆具有背向所述转盘的待切削面；提供以上所述的刀具，根据所述晶圆的切削宽度、切削深度，调整刀具的位置，使所述外周面贴合并挤压所述待切削面；控制所述转盘旋转带动所述晶圆旋转，控制所述刀轴旋转带动所述刀盘旋转，以实现切削所述晶圆。

可选的，所述曲面在沿刀盘轴向方向上的延伸距离小于所述晶圆的切削宽度；和/或，所述曲面在沿刀盘径向方向上的延伸距离小于所述晶圆的切削深度。

可选的，所述曲面在沿刀盘径向方向上的延伸距离L2与晶圆的切削深度A2之间满足：0.1×A2≤L2≤0.9×A2。

可选的，所述曲面在沿刀盘径向方向上的延伸距离为所述晶圆的切削深度的一半。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

所述的用于晶圆切削的刀具，包括刀轴和刀盘，刀盘具有用于设置刀轴的第一表面、背向刀轴的第二表面和外周面。通过在外周面和第二表面之间设置围绕刀轴的曲面，且使曲面和外周面之间的夹角α、曲面和第二表面之间的夹角β满足：90°＜α≤180°，90°＜β≤180°。从而能够改善外周面、第二表面之间所存在的尖角，使尖角不再尖锐，而变得圆滑。在利用刀具对晶圆进行切削的过程中，在一定程度上能够防止或减小尖角位置处的应力集中，减小晶圆产生裂纹、发生破裂的风险。

进一步的，所述曲面和刀盘的轴截面相交形成曲线段，使曲线段为圆弧，且使圆弧的弧度为90°。从而使得曲面的任意一个位置均不会出现尖角；并且，由于外周面垂直于第二表面，使得曲面能够与外周面、第二表面分别相切，曲面和外周面、第二表面的连接位置处同样不会出现尖角。从而能够进一步避免切削过程中出现应力集中，导致晶圆破裂的现象发生。

所述的晶圆切削方法，根据晶圆的切削宽度、切削深度，选择合适的刀具：使刀具的环形曲面在沿刀盘轴向方向上的延伸距离小于晶圆的切削宽度，使环形曲面在沿刀盘径向方向上的延伸距离小于晶圆的切削深度。从而使刀具能够在较大程度上去除待切削面应力集中的边缘部分，不会有过多的残余边缘留在晶圆，避免在磨削过程中，残余边缘部分发生破裂。

附图说明

图1是本发明具体实施例用于晶圆切削的刀具的立体结构图；

图2是图1所示刀具在A方向上的结构示意图；

图3是图2所示刀具在B区域内的放大图，以显示曲面的轮廓；

图4、图5分别是其他实施例中两种曲面的轮廓示意图；

图6是图1所示刀具对晶圆进行切削时的示意图；

图7是图6所示沿C方向上的结构示意图；

图8是图7所示D区域的放大图。

具体实施方式

利用刀具对晶圆的边缘进行切削的过程中，导致晶圆破裂的原因在于：现有技术中的刀具用于切削晶圆的部分一般具有较为尖锐的尖角，切削过程中，晶圆在尖角位置处会发生应力集中，从而产生裂纹，导致晶圆破裂。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参照图1、图2，一种用于晶圆切削的刀具100，包括刀盘10和刀轴20，所述刀轴20固定连接刀盘10，且位于所述刀盘10的中心轴线，所述刀轴20能够旋转以带动所述刀盘10旋转。所述刀盘10具有外周面11以及位于外周面11轴向两侧的第一表面12、第二表面13，所述刀轴20固定设置于所述第一表面12，所述外周面11垂直于所述第二表面13。

其中，刀具100在使用过程中，所述第一表面12不对晶圆进行切削。第一表面12的形状可以任意设置，并不影响所述刀具100的使用。具体在本实施例中，所述第一表面12平行于所述第二表面13。

参照图6、图7，晶圆200具有待切削面201(晶圆的正面)和待磨削面202(晶圆的背面)，所述待切削面201适于设置半导体器件，例如电路层、CMOS图像传感器等。在晶圆200制造过程中，有时需要使晶圆200具有非常好的透光性能，因而需使晶圆200具有非常薄的厚度。此时，需要对所述待磨削面202进行磨削。

在对待磨削面202进行磨削之前，需要对待切削面201的边缘位置进行切削，以去除所述待切削面201应力集中的边缘部分，从而避免在磨削过程中，因应力集中而使得晶圆200在其边缘发生破裂，导致产品不良。

利用所述刀具100对晶圆200进行切削的过程中，所述刀具100位于所述晶圆200的边缘位置，刀盘的外周面11与待切削面201贴合设置。通过使刀盘10旋转、使晶圆200旋转，以及所述刀盘10和晶圆200之间的挤压作用，从而实现对待切削面201边缘位置的切削。

在此过程中，刀盘10中对晶圆200施加作用力的区域为外周面11、第二表面13和位于外周面11、第二表面13之间的部分。

参照图2、图3，本实施例中，所述刀盘10还具有位于所述外周面11和第二表面13之间的环形曲面14，所述环形曲面14的轴向两端分别连接外周面11和第二表面13。并且，所述环形曲面14与所述外周面11之间的夹角α满足：90°＜α≤180°；所述环形曲面14与所述第二表面13之间的夹角β满足：90°＜β≤180°。其中，所述夹角α指的是环形曲面14与外周面11在两者连接位置处的夹角，所述夹角β指的是环形曲面14与第二表面13在两者连接位置处的夹角。

具体的，如图3所示，所述环形曲面14与刀盘10的轴截面相交形成曲线段14a。其中，所述轴截面指的是经过刀盘10中心轴线的平面，所述曲线段指的是一段弯曲且光滑、不间断的曲线。

所述环形曲面14与外周面11之间的夹角α相当于：所述曲线段14a与外周面11之间的夹角α。所述环形曲面14与第二表面13之间的夹角β相当于：所述曲线段14a与第二表面13之间的夹角β。

通过使刀盘10具有环形曲面14，且使环形曲面14分别与外周面11、第二表面13之间的夹角均大于90°，从而能够改善外周面11、第二表面13之间所存在的尖角，使尖角不再尖锐，而变得圆滑。因此，在利用刀具100对晶圆进行切削的过程中，在一定程度上能够防止或减小尖角位置处的应力集中，减小晶圆产生裂纹、发生破裂的风险。

本实施例中，所述曲线段14a为圆弧线，从而使得环形曲面14的任意一个位置均不会出现尖角，避免切削过程中出现应力集中，导致晶圆破裂。

进一步的，所述曲线段14a的弧度为90°。由于外周面11、第二表面13垂直设置，所述曲线段14a能够刚好与外周面11、第二表面13分别相切，即，使曲线段14a与外周面11之间的夹角：α＝180°，使曲线段14a与第二表面13之间的夹角：β＝180°。也就是说，所述环形曲面14与所述外周面11、第二表面13分别相切。

此时，环形曲面14和外周面11的连接位置处圆滑过渡，不会出现尖角；环形曲面14和第二表面13的连接位置处圆滑过渡，不会出现尖角。从而能够进一步避免切削过程中出现应力集中，导致晶圆破裂的现象发生。

在其他变形例中，所述曲线段14a的弧度也可以小于90°。此时，所述曲线段14a和外周面11的连接位置处形成尖角，所述曲线段14a和第二表面13的连接位置处形成尖角。但是，上述尖角为钝角，相较于现有技术的尖角没那么尖锐，能够在一定程度上减小尖角位置处的应力集中，减小晶圆产生裂纹、发生破裂的风险。

但是，曲线段14a的弧度越小，则会使得：曲线段14a和外周面11连接位置处所形成的尖角的角度越小，曲线段14a和第二表面13连接位置处所形成的尖角的角度越小，越容易在切削过程中出现应力集中，导致晶圆破裂。

因此，可以使曲线段14a的弧度γ满足：在60°≤γ≤90°。

此外，除了使所述曲线段14a为圆弧线，还可以使所述曲线段14a为抛物线，双曲线等光滑曲线；或者，由圆弧线、抛物线、双曲线、直线等相结合而形成，不影响本技术方案的实施。

继续参照图3，所述曲线段14a在轴向方向x上延伸的距离为L1，在径向方向y上延伸的距离为L2。其中，L1＝L2。也就是说，所述环形曲面14在轴向方向x上延伸的距离等于在径向方向y上的延伸距离。

因此，能够使得所述环形曲面14与外周面11之间的夹角α，所述环形曲面14与第二表面13之间的夹角β满足：α＝β。使环形曲面14和外周面11连接位置处尖角的尖锐程度，与环形曲面14和第二表面13连接位置处尖角的尖锐程度相当，不会造成某一位置因尖锐程度过大而出现应力集中，导致晶圆发生破裂的现象发生。

同时，也使得所述刀盘10更容易被加工制造，降低生产制造成本。

本实施例中，所述刀盘10采用钢材料制成，所述刀轴20同样采用钢材料制成，以使所述刀盘10、刀轴20均具有较好的强度，不易发生变形。

另外，利用刀具100对晶圆进行切削的过程中，所述外周面11、环形曲面14和第二表面13接触晶圆，并对晶圆施加作用力，进行切削。具体的，所述外周面11、环形曲面14和第二表面13均镀设有金刚石涂层，从而使所述外周面11、环形曲面14和第二表面13具有较大的硬度，防止切削晶圆的过程中，所述刀盘10被磨损，延长刀盘10使用寿命。

在其他变形例中，还可以在所述第一表面12镀设有金刚石涂层，不影响本技术方案的实施。

需要说明的是，本实施例中位于所述外周面11、第二表面13之间的为环形曲面14。在其他变形例中，还可以在所述外周面11、第二表面13之间设置围绕刀轴20的曲面，其中，曲面并非呈环形形状，而是围绕刀轴20延伸，具有一定弧度的曲面。此时，所述曲面也能够改善外周面11、第二表面13之间所存在的尖角，使尖角不再尖锐，而变得圆滑。因此，在对晶圆进行切削的过程中，也能够在一定程度上防止或减小尖角位置处的应力集中，减小晶圆产生裂纹、发生破裂的风险。

具体的，可以在刀盘10上设置多个所述曲面，并使多个所述曲面围绕刀轴20均匀分布。

参照图4，示出了第二种环形曲面14的设计形式。此时，所述环形曲面14与刀盘10的轴截面相交形成直线段14b。

同样的，所述直线段14b与外周面11形成夹角α，与第二表面13形成夹角β。也就是说，所述环形曲面14与外周面11形成夹角α，与第二表面13形成夹角β。此时的α、β满足：90°＜α＜180°，90°＜β＜180°。

因此，能够改善所述外周面11、第二表面13之间原本所存在的尖角，使外周面11、第二表面13之间的连接变得相对圆滑。在利用刀具100对晶圆进行切削的过程中，也能够在一定程度上减小尖角位置处应力集中，减小晶圆产生裂纹、发生破裂的风险。

其中，所述直线段14b在轴向方向x上延伸的距离为L1，在径向方向y上延伸的距离为L2。其中，L1＝L2。也就是说，所述环形曲面14在轴向方向x上延伸的距离等于在径向方向y上的延伸距离。

因此，能够使得所述环形曲面14与外周面11之间的夹角α，所述环形曲面14与第二表面13之间的夹角β满足：α＝β＝135°。使环形曲面14和外周面11连接位置处尖角的尖锐程度，与环形曲面14和第二表面13连接位置处尖角的尖锐程度相当，不会造成某一位置因尖锐程度过大而出现应力集中，导致晶圆发生破裂的现象发生。

参照图5，示出了第三种环形曲面14的设计形式。此时，所述环形曲面14与刀盘10的轴截面橡胶形成折线段14c，折线段14c包括两条直线段14d。

同样的，所述折线段14c与外周面11形成夹角α，与第二表面13形成夹角β，且两条直线段14d之间形成夹角φ。也就是说，所述环形曲面14与外周面11形成夹角α，与第二表面13形成夹角β，环形曲面14自身形成夹角φ。此时的α、β、φ均满足：90°＜α＜180°，90°＜β＜180°，90°＜φ＜180°。

具体的，使两条所述直线段14d具有相同的长度，且使夹角α＝150°，此时，夹角β＝150°、夹角φ＝150°。使环形曲面14在各尖角连接位置处的尖锐程度均相当，不会造成某一位置因尖锐程度过大而出现应力集中，导致晶圆发生破裂的现象发生。

因此，能够改善所述外周面11、第二表面13之间原本所存在的尖角，使外周面11、第二表面13之间的连接变得相对圆滑。在利用刀具100对晶圆进行切削的过程中，也能够在一定程度上减小尖角位置处应力集中，减小晶圆产生裂纹、发生破裂的风险。

需要说明的是，本实施例的所述折线段14c包括两条直线段14d。在其他变形例中，所述折线段14c还可以包括更多的直线段14d。

参照图6至图8，本实施例还提供一种晶圆切削方法。

提供晶圆200和转盘300，将晶圆200固定设置于转盘300，转盘300能够旋转以带动晶圆200旋转。其中，晶圆200具有待切削面201和待磨削面202，当晶圆200固定放置于转盘300上时，所述待磨削面202面向所述转盘300，所述待切削面201背向所述转盘300。

提供所述刀具100，将刀具100运行至晶圆200的边缘位置处，使刀具的外周面11与所述待切削面201贴合。

具体的，根据所述晶圆200的切削宽度A1、切削深度A2调整所述刀具100的具***置：使刀具的第二表面13与晶圆200的边缘之间的距离等于所述切削宽度A1；在所述外周面11接触并贴合待切削面201时，使刀具100继续朝向晶圆100运动，以挤压所述晶圆100，使所述外周面11与未变形时的晶圆200的待切削面201之间的距离等于所述切削深度A2。

其中，所述切削宽度A1指的是：未切除边缘部分时的待切削面201的半径与切除边缘部分后的待切削面201的半径之差；所述切削深度A2指的是：未切除边缘部分时的晶圆200的厚度与切除边缘部分后的晶圆200在边缘位置处的厚度之差。

最后，控所述制转盘300旋转带动所述晶圆200旋转，控制所述刀轴20旋转带动刀盘10旋转，在旋转过程中，实现对晶圆200的切削。

本实施例中，为更好的避免晶圆200在切削过程中发生破裂，在对晶圆200进行切削之前，需要选择合适的刀具100。

具体的，如图8所示，使所述刀具的环形曲面14在沿刀盘10轴向方向上的延伸距离L1小于所述晶圆的切削宽度A1，使所述环形曲面14在沿刀盘10径向方向上的延伸距离L2小于所述晶圆的切削深度A2。

此时，所述刀具100能够在较大程度上去除待切削面201应力集中的边缘部分(图8中M区域所示)。不会有过多的残余边缘留在晶圆200，避免在磨削过程中，残余边缘部分发生破裂而导致产品不良。

可选的，使所述刀具的环形曲面14在沿刀盘10径向方向上的延伸距离L2与晶圆200的切削深度A2之间满足：L2﹦0.5×A2。

因此，能够保证在足够少的残余边缘留在晶圆200的前提下，使环形曲面14具有较长的延伸距离。保证外周面11和第二表面13的连接位置不会过于尖锐，能够在切削过程中，避免外周面11和第二表面13的连接位置处发生应力集中，导致晶圆200产生裂纹、发生破裂。

在其他变形例中，还可以如此选择所述刀具100：使所述延伸距离L1与所述切削宽度A1之间满足：0.1×A1≤L1≤0.9×A1；使所述延伸距离L2与所述切削深度A2之间满足：0.1×A2≤L2≤0.9×A2。

在一定程度上，能够使足够少的残余边缘留在晶圆200；同时，减小外周面11和第二表面13在连接位置处发生应力集中，导致晶圆200产生裂纹、发生破裂的风险。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种用于晶圆切削的刀具，包括：

刀轴和刀盘，所述刀盘固定设置于所述刀轴的一端，所述刀轴位于所述刀盘的中心轴线，适于驱动所述刀盘旋转以切削晶圆；

所述刀盘具有设置所述刀轴的第一表面、背向所述刀轴的第二表面和外周面，所述外周面垂直所述第二表面；其特征在于，

所述刀盘还具有位于所述外周面和第二表面之间、且围绕所述刀轴的曲面，所述曲面的轴向两端分别连接所述外周面和第二表面；

所述曲面与所述外周面之间的夹角α、与所述第二表面之间的夹角β满足：90°＜α≤180°，90°＜β≤180°。

2.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述曲面与所述外周面相切；和/或，所述曲面与所述第二表面相切。

3.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述曲面与刀盘的轴截面相交形成曲线段或直线段或折线段。

4.如权利要求3所述的刀具，其特征在于，所述曲线段为圆弧，所述圆弧的弧度在60°－90°之间。

5.如权利要求1－4任一项所述的刀具，其特征在于，所述曲面为围绕所述刀轴的环形曲面；或，所述曲面为多个，多个所述曲面围绕所述刀轴分布。

6.如权利要求1－4任一项所述的刀具，其特征在于，所述曲面在轴向方向上的延伸距离等于所述曲面在径向方向上的延伸距离。

7.如权利要求1－4任一项所述的刀具，其特征在于，所述刀盘采用钢材料，至少所述外周面、所述曲面和所述第二表面镀设有金刚石涂层。

8.一种晶圆切削方法，包括：

提供转盘和晶圆，将所述晶圆固定设置于所述转盘，所述晶圆具有背向所述转盘的待切削面；其特征在于，

提供权利要求1－7任一项所述的刀具，根据所述晶圆的切削宽度、切削深度，调整刀具的位置，使所述外周面贴合并挤压所述待切削面；

控制所述转盘旋转带动所述晶圆旋转，控制所述刀轴旋转带动所述刀盘旋转，以实现切削所述晶圆。

9.如权利要求8所述的晶圆切削方法，其特征在于，所述曲面在沿刀盘轴向方向上的延伸距离小于所述晶圆的切削宽度；和/或，所述曲面在沿刀盘径向方向上的延伸距离小于所述晶圆的切削深度。

10.如权利要求9所述的晶圆切削方法，其特征在于，所述曲面在沿刀盘径向方向上的延伸距离L2与晶圆的切削深度A2之间满足：0.1×A2≤L2≤0.9×A2。

11.如权利要求10所述的晶圆切削方法，其特征在于，所述曲面在沿刀盘径向方向上的延伸距离为所述晶圆的切削深度的一半。