CN109003898A - 一种在薄片（包括晶圆）上实现图形转移的新工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在薄片(包括晶圆)上实现图形转移的新工艺，包括如下步骤：提供待加工薄片；将所述薄片置于工作台上；视觉对准***和激光切割***置于所述工作台的上方，视觉对准***将薄片整***置的和薄片中各个芯片位置的数据反馈给控制***；然后在薄片的表面上贴覆薄膜(或涂覆抗腐蚀介质层)；控制***将预设图形与上述位置数据经计算得出在薄片表面加工的图形，并将该图形传输给激光切割***；激光束对所述薄片表面所覆薄膜(或抗腐蚀介质层)进行开槽切割，按图形去除设定槽宽内的薄膜(或抗腐蚀介质层)；最后对薄片进行湿法或干法腐蚀，将图形转移到薄片上；根据本发明可实现将薄膜(或抗腐蚀介质层)上的图形转移到薄片上的目的。

Description

一种在薄片(包括晶圆)上实现图形转移的新工艺
技术领域
本发明是涉及半导体集成电路、电子元器件、各种传感器、MEMS器件等的生产制造领域，特别涉及到如何对在薄片(包括晶圆)表面上所贴覆的薄膜(或涂覆的抗腐蚀介质层)进行激光开槽切割以形成上述各种电路和器件加工中所需要的图形，并在其后的湿法或干法腐蚀过程中将图形转移到薄片(包括晶圆)上的一种新工艺，从而实现对薄片(包括晶圆)进行各种各样图形的、低成本的开槽加工或穿透切割。
背景技术
目前市场上对薄片(包括晶圆)进行开槽加工或穿透切割的主要工艺技术和加工方式为：第一，机械方式，利用砂轮刀片或普通刀片在切割机构或机械手的配合下，在薄片(包括晶圆)上进行穿透切割或开槽切割，将薄片(包括晶圆)内的各个芯片分割开来或在各个芯片之间实现一定宽度的开槽；第二，激光方式，利用激光束先对薄片(包括晶圆)表面进行开槽切割或在薄片(包括晶圆)内部进行隐形切割，然后再对薄片(包括晶圆)整体进行扩张裂片，将薄片(包括晶圆)内的各个芯片分割开来，这种激光方式下只有激光开槽切割可以在各个芯片之间实现一定宽度的开槽。
前者存在的工艺问题和技术局限性在于：
其一，因为砂轮刀片或普通刀片难以作薄故而开槽宽度较大，需要在各个芯片之间留下较宽的切割道(一般在60um到100um之间)，所以当薄片(包括晶圆)上的芯片的尺寸较小(例如500um×500um及以下的情况下)时就造成了薄片(包括晶圆)有效面积的浪费，使得得品率相对较低；
其二，机械式的开槽切割在芯片的四周表面和侧壁造成了很大的机械损伤并留下了应力残存，大大降低了芯片的良品率及其可靠性；
其三，当薄片(包括晶圆)上的芯片的尺寸较小(例如500um×500um及以下的情况下)时，在一张长宽约300mm的薄片(或直径300mm的晶圆)上需要往复切割数千次才能完成开槽加工或穿透切割，受到切割速度上限的影响，必然造成生产效率的低下；
其四、这种机械式的开槽切割容易实现长方形的切割，难以进行多边形、特别是圆形的开槽加工或穿透切割要求；
其五、这种机械式的切割容易实现穿透切割，因为砂轮刀片的快速磨损不易进行开槽切割、特别是难以精确控制开槽深度，这在对各种高硬度材质(包括但不限于硅材料)的开槽切割中尤为明显。
后者存在的工艺问题和技术局限性在于：
其一，激光束先对薄片(包括晶圆)进行表面开槽切割或在薄片(包括晶圆)内部进行隐形切割后，还要对薄片(包括晶圆)整体进行扩张裂片才能将薄片(包括晶圆)内的各个芯片分割开来，这种机械式的扩张裂片同样在芯片的四周表面和侧壁造成了一定程度的机械损伤并留下应力残存，降低了芯片的良品率及其可靠性；
其二，当薄片(包括晶圆)上的芯片的尺寸较小(例如500um×500um及以下的情况下)时，在一张300mm长宽的薄片(或直径300mm的晶圆)上需要往复切割数千次才能完成开槽加工或穿透切割，同时激光隐形切割往往要在同一个切割道内的不同深度进行多次切割才便于其后的扩张裂片工艺，受到切割速度上限的影响，必然造成生产效率的低下；
其三，虽然激光开槽切割可以在各个芯片之间实现一定宽度的开槽，但在激光切割过程中薄片(包括晶圆)的材质难以全部被高温汽化(特别是包括但不限于各种半导体晶体、玻璃、水晶、铁氧体、陶瓷等材质)，残留的材质将在芯片的四周或槽内重新凝结形成瘤状残存，必将影响开槽的有效性，进而降低芯片的良品率；
其四，激光隐形切割不仅需要昂贵的激光设备，其后的扩张裂片工艺还需要价格不菲的裂片设备，必然造成其总体的设备成本昂贵。
而采用本发明的图形转移的方式对薄片(包括晶圆)进行开槽加工或穿透切割时，不但可以避免上述两种工艺技术和加工方式中的工艺问题和技术局限性，并且目前市场上还没有被采用的先例。
发明内容
鉴于上述两种工艺技术和加工方式中存在的工艺问题和技术局限性，以及目前市场上还没有通过图形转移的方式对薄片(包括晶圆)进行开槽加工或穿透切割的工艺技术的现状，本发明的目的在于提供一种既不会损伤薄片(包括晶圆)中的芯片或产品的，又可以先通过对薄片(包括晶圆)的表面上所贴覆的薄膜(或抗腐蚀介质)进行任意图形和任意尺寸的激光开槽切割后在薄片(包括晶圆)表面留下的薄膜(或抗腐蚀介质层)为耐腐蚀阻挡层(亦称抗腐蚀层)，再通过其后的湿法或干法腐蚀将所述图形完整地、无损伤地转移到薄片(包括晶圆)上的一种新工艺，从而实现对薄片(包括晶圆)进行任意图形的(包括但不限于长方形和圆形)、无损伤的、低成本的开槽加工或穿透切割。
本发明的整体流程和步骤和如下：
步骤一，在整机控制***的指挥下，视觉对准***对薄片(包括晶圆)整***置和薄片(包括晶圆)中各个芯片位置进行对准，完成后将薄片(包括晶圆)整***置的和薄片(包括晶圆)中各个芯片位置的数据反馈给控制***；
步骤二，控制***将要进行转移的预设图形与上述位置数据经计算后得出需要在薄片(包括晶圆)表面进行加工的图形及其位置，并将该图形及其位置的数据传输给激光切割***；
步骤三，在整机控制***的指挥下，贴覆薄膜(或涂覆抗腐蚀介质层)***在薄片(包括晶圆)的表面上贴覆薄膜(或涂覆抗腐蚀介质层)，并采取恰当的技术措施使得该薄膜(或抗腐蚀介质层)与薄片(包括晶圆)牢牢地粘合在一起；
步骤四，在整机控制***的指挥下，激光切割***发出激光束，并将光斑聚焦在薄片(包括晶圆)表面所贴覆的薄膜(或抗腐蚀介质)内外某一高度位置，然后按照所述图形及其位置进行开槽切割，完全去除掉设定槽宽内的薄膜(或抗腐蚀介质层)，在激光开槽切割过程中被全部汽化的薄膜(或抗腐蚀介质)将由激光切割***中的排风装置过滤后排出；
步骤五，在整机控制***的指挥下，湿法或干法腐蚀***对薄片(包括晶圆)进行整体的湿法或干法腐蚀，以激光开槽切割后在薄片(包括晶圆)的表面留下的薄膜(或抗腐蚀介质层)为耐腐蚀阻挡层(亦称抗腐蚀层)，将所述薄膜(或抗腐蚀介质层)上的图形完整地、无损伤地转移到薄片(包括晶圆)上，完成对薄片(包括晶圆)的开槽加工或穿透切割。
附图说明
图1为激光切割***对薄片(包括晶圆)的表面上所贴覆的薄膜(或抗腐蚀介质)进行激光开槽切割的示意图；
图2为视觉对准***对薄片(包括晶圆)整***置进行检测对准的示意图；
图3为视觉对准***对薄片(包括晶圆)中各个芯片位置进行检测对准的示意图；
图4-A为贴覆薄膜***在薄片(包括晶圆)的表面上贴覆薄膜的示意图；
图4-B为涂覆抗腐蚀介质层***在薄片(包括晶圆)的表面上涂覆抗腐蚀介质层的示意图；
图5为部分完成对薄膜(或抗腐蚀介质)开槽切割后的俯视效果示意图。
各示意图中编号说明
(1)-工作台
(2)-承载薄片(包括晶圆)的薄膜(蓝膜、UV膜或其他种类的薄膜)
(3)-薄片(包括晶圆)
(4)-承载框架
(5)-薄膜(或抗腐蚀介质)
(6)-激光切割***
(7)-视觉对准***
(8)-薄片(包括晶圆)的整体定位缺口
(9)-薄片(包括晶圆)中各个芯片的位置
(10)-贴覆薄膜***
(11)-涂覆抗腐蚀介质层***
具体实施方式
为了使本发明的目的、工艺特点、技术方案、计划实施装置的大体结构及加工效果方面的优势更加清楚明白，以下结合各个附图及实施过程，对本发明进行进一步的详细说明。
在本发明的计划实施装置中包括整机控制***、视觉对准***、贴覆薄膜(或涂覆抗腐蚀介质层)***、激光切割***和湿法或干法腐蚀***等。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，所以图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其各个组件的布局、型态和相互连接也可能更为复杂。
1、在整机控制***内安装有激光切割图形编辑专用软件，该激光切割图形编辑专用软件用于按照用户的要求对激光开槽切割的图形进行编辑和预先设定，同时在控制***中也预先设定好激光切割***中光斑聚焦点的位置、激光束的光斑尺寸、照射能量、切割速度等相关激光开槽切割的参数，并适时地传输给激光切割***；
2、在整机控制***的指挥下，机械手从片盒内取出并搬运承载框架(4)(Framewith blue Tape)将待加工的薄片(包括晶圆)(3)放置到工作台(1)上，通过真空吸附或其它方式将薄片(包括晶圆)牢牢地固定在工作台上；
3、在整机控制***的指挥下，通过置于工作台(1)上方的视觉对准***(7)，检测到薄片(包括晶圆)(3)整体定位缺口(8)(如图2)的和薄片(包括晶圆)中各个芯片位置(9)的数据(如图3)，并反馈给控制***；
4、整机控制***根据视觉对准***传输过来的薄片(包括晶圆)(3)整***置的和薄片(包括晶圆)(3)中各个芯片位置的数据与预先设定好的、客户所需要的切割图形进行计算并使其吻合，得出需要在薄膜(或抗腐蚀介质)(5)上进行加工的图形和位置，并将该图形和位置传送给激光切割***(6)；
5、在整机控制***的指挥下，通过贴覆薄膜(或涂覆抗腐蚀介质层)***(10或11)将薄膜(5)(或抗腐蚀介质)均匀地贴覆(或涂覆)在薄片(包括晶圆)(3)的表面(如图4-A或图4-B)，并采取恰当的技术措施使得该薄膜(或抗腐蚀介质层)与薄片(包括晶圆)牢牢地粘合在一起；
6、在整机控制***的指挥下，激光切割***(6)发出激光束，并将光斑聚焦在薄片(包括晶圆)表面所贴覆的薄膜(或抗腐蚀介质)(5)内外某一高度位置，然后按照所述图形及其位置对薄片(包括晶圆)(3)表面所贴覆的薄膜(或抗腐蚀介质)(5)进行开槽切割，完全去除掉设定槽宽内的薄膜(或抗腐蚀介质层)(如图5)。激光切割***(6)需要将被开槽切割的薄膜(或抗腐蚀介质)(5)切透并保持其表面清洁，在激光开槽切割过程中被全部汽化的薄膜(或抗腐蚀介质)将由激光切割***(6)中的排风装置过滤后排出；
7、在整机控制***的指挥下，湿法或干法腐蚀***对薄片(包括晶圆)进行整体的湿法或干法腐蚀，以激光开槽切割后在薄片(包括晶圆)(3)的表面留下的薄膜(或抗腐蚀介质层)(5)为耐腐蚀阻挡层(亦称抗腐蚀层)，将所述薄膜(或抗腐蚀介质层)(5)上的图形完整地、无损伤地转移到薄片(包括晶圆)(3)上，完成对薄片(包括晶圆)(3)的开槽加工或穿透切割；
8、在整机控制***的指挥下，机械手搬运承载框架(4)(Frame with blue Tape)将加工好的薄片(包括晶圆)(3)从实施装置中取出并放入片盒内，完成一次加工过程。

Claims (6)

1.一种用于在薄片(包括晶圆)上实现图形转移的新工艺，其主要特征在于：视觉对准***、贴覆薄膜(或涂覆抗腐蚀介质层)***、激光切割***、湿法或干法腐蚀***和整机控制***；步骤一，视觉对准***对薄片(包括晶圆)进行对准，将薄片(包括晶圆)整***置的和薄片(包括晶圆)中各个芯片位置的数据反馈给控制***；步骤二，控制***将预设图形与上述位置数据经计算得出需要在薄片(包括晶圆)表面进行加工的图形及其位置，并将该图形及其位置的数据传输给激光切割***；步骤三，贴覆薄膜(或涂覆抗腐蚀介质层)***在薄片(包括晶圆)的表面上贴覆薄膜(或涂覆抗腐蚀介质层)；步骤四，激光切割***发出激光束，并将光斑聚焦在薄片(包括晶圆)表面所贴覆的薄膜(或抗腐蚀介质)内外某一高度位置，按照所述图形进行开槽切割，完全去除掉设定槽宽内的薄膜(或抗腐蚀介质层)；步骤五，湿法或干法腐蚀***对薄片(包括晶圆)进行整体的湿法或干法腐蚀，将上述薄膜(或抗腐蚀介质层)上的图形完整地、无损伤地转移到薄片(包括晶圆)上，实现对薄片(包括晶圆)开槽加工或穿透切割的目的。
2.根据权利要求1所述的新工艺，主要特征在于：该控制***内安装有激光切割图形编辑专用软件，激光切割图形编辑专用软件用于对激光束的开槽切割图形按照用户的要求进行编辑和预先设定，并与视觉对准***采集来的薄片(包括晶圆)整***置的和薄片(包括晶圆)中各个芯片位置的数据进行计算并使其吻合，以确保后续开槽切割后的图形落实在薄片(包括晶圆)中各个芯片内或外应有的位置。
3.根据权利要求1所述的新工艺，主要特征在于：激光切割***需要将被开槽切割的薄膜(或抗腐蚀介质)完全切透并保持薄片(包括晶圆)表面的清洁，在激光切割中被全部汽化的薄膜(或抗腐蚀介质)将由激光切割***中的排风装置过滤后排出。光斑聚焦点可以设定在薄膜(或抗腐蚀介质)内部的某一位置，也可以设定在距薄膜(或抗腐蚀介质)上表面一定高度的位置，光斑聚焦点的位置和激光束能量等参数是由薄膜(或抗腐蚀介质)的材质、厚度及开槽切割宽度等工艺参数来调整和设定的。
4.根据权利要求1所述的新工艺，主要特征在于：激光切割***按照所述图形进行开槽切割时，对激光束的光斑尺寸、照射能量、切割速度等相关参数进行控制，以使其开槽宽度可控，达到开槽宽度与芯片尺寸及各个芯片间的间距最优化匹配的目的，确保在后续的图形转移时，实现对薄片(包括晶圆)进行湿法或干法腐蚀过程中腐蚀速率的最大化。
5.根据权利要求1所述的新工艺，主要特征在于：湿法或干法腐蚀***在对薄片(包括晶圆)进行整体腐蚀的过程中，以激光开槽切割后在薄片(包括晶圆)的表面留下的薄膜(或抗腐蚀介质层)为耐腐蚀阻挡层(亦称抗腐蚀层)，实现将权利要求1所述图形完整地、无损伤地转移到薄片(包括晶圆)上，完成开槽加工或穿透切割的目的。
6.根据权利要求1所述的新工艺，主要特征在于：激光切割***按照所述图形进行开槽切割时，因为激光束在激光切割***内高速振镜扫描器的作用下可以在可视范围内进行包括但不限于直线移动在内的各种曲线移动，再配合承载薄片(包括晶圆)的工作台在X、Y方向上的自由移动，便可实现任意图形轨迹(包括但不限于长方形和圆形)的移动和对薄片(包括晶圆)的表面上所贴覆薄膜(或抗腐蚀介质层)的开槽切割，进而实现对薄片(包括晶圆)进行任意图形的(包括但不限于长方形和圆形)、低成本的开槽加工或穿透切割。
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