CN110600372B - 一种晶圆的三面切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了半导体技术领域内的一种晶圆的三面切割方法，包括如下步骤：提供晶圆，晶圆输送到位于切割机构下方且可转动的晶圆载台上，探测摄像头扫描分析形成若干条间隔设置的横向切割道和纵向切割道，第一切割刀和第二切割刀分别沿着对应的各纵向切割道对晶圆切割；晶圆载台旋转90°，第一切割刀分别沿着各横向切割道对晶圆切割，第一切割刀沿着横向切割道对晶圆切出凹槽；第二切割刀分别沿着各横向切割道对晶圆切割，第二切割刀沿着横向切割道贯穿切割晶圆将IC分离。本发明能够分3步切割将IC从晶圆中分离，可以降低IC的背面裂纹的风险，增强IC的可靠度并降低产品应力集中，提升切割出的IC产品品质。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种晶圆的三面切割方法。
背景技术
目前，随着光电产业的迅猛发展，高集成和高性能的半导体晶圆需求也越来越大，为了大幅度节约成本和提高制造效率，在大批量生产中往往在晶圆上沉积集成电路芯片或电路元件结构，然后再分割成各个晶粒，最后再进行封装和焊接，因此，晶圆切割工艺对提高成品率和封装效率有着重要影响。
现有技术中的晶圆切割工艺是为了将多个IC从晶圆中分离，切割后形成的1个晶粒就是1个IC，通过STEP双刀同步切割模式完成第一方向切割，台盘进行旋转90度后完成与第一方向垂直的第二方向的切割动作；其不足之处在于：采用第一方向双刀同步切割后，再进行第二方向的双刀同步切割工艺，由于单颗IC粘附胶膜的粘性下降，同时采用双刀同时切割晶圆作业会增加震动幅度，导致 IC出现背面裂纹，IC的背面裂纹无法通过检验机台进行检验，为确保产品品质需要操作人员对IC手动翻背面进行检验，增加了生产制造过程中的作业难度，影响产能，并且会降低后续制程的可靠度，在客户端容易造成IC断裂及压合异常情况导致客户投诉。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶圆的三面切割方法，能够分3步切割将IC从晶圆中分离，可以降低IC的背面裂纹的风险，增强IC 的可靠度并降低产品应力集中，提升切割出的IC产品品质，优化工艺流程，提高产线产能。
本发明的目的是这样实现的：一种晶圆的三面切割方法，包括如下步骤：
（1）提供晶圆，所述晶圆通过粘合剂层固定在胶膜层上，胶膜层的表面积大于晶圆的表面积，晶圆与胶膜层的中心相重合，所述胶膜层的外周边缘固定有外边框，所述晶圆表面覆盖设置有钝化保护层；
（2）晶圆输送到位于切割机构下方且可转动的晶圆载台上，晶圆水平放置，晶圆与切割机构相对应设置，切割机构包括可横向移动的刀座一和刀座二，刀座一和刀座二之间留有横向间距，所述刀座一和刀座二上分别设有可转动的第一切割刀和第二切割刀，第一切割刀和第二切割刀表面互相平行，第一切割刀表面与晶圆表面相垂直，所述刀座一上设有设置有探测摄像头；
（3） 所述刀座一移动到晶圆上方，探测摄像头扫描分析晶圆形成设定切割图像，所述设定切割图像包括若干条间隔设置的横向切割道和若干条间隔设置的纵向切割道，所述横向切割道和纵向切割道相垂直，各横向切割道和各纵向切割道交叉形成井字形；
（4）所述第一切割刀移动到晶圆上方，第二切割刀位于第一切割刀左侧，并列设置的第一切割刀和第二切割刀均旋转，晶圆载台纵向移动，第一切割刀和第二切割刀分别沿着对应的纵向切割道对晶圆进行切割；然后刀座一和刀座二向右横向移动进刀跨度一，进刀跨度一等于IC芯片短边的距离，第一切割刀和第二切割刀继续旋转，晶圆载台继续纵向移动，第一切割刀和第二切割刀分别沿着下1条对应的纵向切割道对晶圆进行切割；刀座一和刀座二同时继续向右横向移动若干次，第一切割刀和第二切割刀分别沿着对应的各纵向切割道对晶圆切割1遍；
（5）晶圆载台旋转90°，所述设定切割图像中的各横向切割道均呈纵向设置，晶圆载台纵向移动，所述第一切割刀移动到晶圆左侧边缘上方，先沿着左侧第1条横向切割道对晶圆进行切割，然后刀座一向右横向移动进刀跨度二，进刀跨度二等于IC芯片长边的距离，第一切割刀沿着第2条横向切割道对晶圆进行切割，然后刀座一继续向右横向移动若干次，第一切割刀分别沿着各横向切割道对晶圆切割1遍，第一切割刀沿着横向切割道对晶圆切出凹槽；
（6）所述第二切割刀移动到晶圆左侧边缘上方，先沿着左侧第1条横向切割道对晶圆进行切割，然后刀座二向右横向移动进刀跨度二，进刀跨度二等于IC芯片长边的距离，第二切割刀沿着第2条横向切割道对晶圆进行切割，然后刀座二继续向右横向移动若干次，第二切割刀分别沿着各横向切割道对晶圆切割1遍，第二切割刀沿着横向切割道贯穿切割晶圆将IC分离。
本发明的第一切割刀和第二切割刀通过高速旋转，使得切割刀上的钻石颗粒（刀具重要组成部分）撞击晶圆加工物表面，将加工物敲碎，并通过刀刃将切割形成的粉末排除，以实现晶圆的物理切割；现有技术中采用第一方向双刀同步切割后再进行第二方向的双刀同步切割的切割工艺，第一切割刀和第二切割刀沿纵向双刀同步切割晶圆后，IC是呈矩形的，IC的长边被切割完成，晶圆旋转90°后开始切割IC的短边，第一切割刀和第二切割刀沿纵向双刀同步切割晶圆，第一切割刀先将晶圆切出凹槽，然后第二切割刀将IC从晶圆中分离时，单颗IC粘附胶膜的粘性下降，同时第一切割刀和第二切割刀同时对晶圆作业会增加震动幅度，导致IC 产生背面裂纹。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明采用三面切割的工艺，在步骤（4）中通过第一切割刀和第二切割刀对晶圆进行双刀同步切割，此时只会在晶圆表面切出凹槽，切割深度较浅，晶圆不会产生裂纹，步骤（5）中先通过第一切割刀对晶圆开槽，然后步骤（6）等第一切割刀切割完成后，再通过第二切割刀对晶圆切割，使得IC从晶圆分离，本方法可减少第一切割刀和第二切割刀同时作业造成的震动幅度，使得被加工的晶圆在较为稳定的环境中进行敲击切割。本发明可以降低IC的背面裂纹风险，增强IC 的可靠度并降低产品应力集中，提升切割出的IC产品品质，优化工艺流程，提高产线产能；以上可以降低产品异常的发生率，提升切割制程稳定性，优化工艺流程，提高产线产能。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（4）中，第一切割刀先移动到晶圆左侧边缘上方沿着第1条纵向切割道对晶圆进行切割，第一切割刀和第二切割刀的横向距离为25~40cm，此时第二切割刀位于晶圆的左侧，然后刀座一和刀座二同时向右横向移动，继续对晶圆切割；第一切割刀沿着纵向切割道对晶圆切出凹槽，第二切割刀沿着纵向切割道贯穿切割晶圆。先由第一切割刀对晶圆进行切割，此时第二切割刀还未参与切割，当刀座一和刀座二同步横向移动到相应位置时，第二切割刀会移动到晶圆上方才参与切割，之后第一切割刀和第二切割刀开始同时对晶圆进行切割。
作为本发明的进一步改进，所述第一切割刀和第二切割刀均呈盘状，第一切割刀和第二切割刀中部均开设有用于安装转轴的安装孔，第一切割刀的转轴转速为40000~60000/min，第二切割刀的转轴转速为30000~50000/min。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（4）中，第一切割刀和第二切割刀横向移动的进刀速度均为40~60mm/s；步骤（5）中第一切割刀横向移动的进刀速度为20~40 mm/s；步骤（6）中第二切割刀横向移动的进刀速度为20~40 mm/s。切割刀横向移动1个档距后，就开始沿着下1条切割道对晶圆进行切割。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（4）中，纵向切割道的宽度减去第一切割刀切割晶圆留下的刀痕宽度的差值≥20um，第一切割刀切割晶圆留下的刀痕位于纵向切割道中部，第二切割刀切割晶圆留下的刀痕位于第一切割刀切割晶圆留下的刀痕中部，盘状第一切割刀和第二切割刀的圆形边缘设有刀刃，第一切割刀的刀刃宽度减去第二切割刀的刀刃宽度的差值为10 um。第一切割刀的选刀原则以移除切割道上的Test key为准，同时也要考虑切割道的宽度，第二切割刀的刀刃宽度必须小于第一切割刀的刀刃宽度10 um，保证第二切割刀在第一切割刀切出的晶圆凹槽中间进行切割。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（4）、（5）和（6）中，第一切割刀或第二切割刀切割晶圆时，用清水对晶圆表面进行清洗。晶圆在切割过程中会产生硅粉颗粒，清水可以保湿，将粉末颗粒清洗掉，保证清洁。
作为本发明的进一步改进，所述晶圆的直径为203或305 mm。直径为203mm的晶圆是8寸的，直径为305mm的晶圆是12寸的。
附图说明
图1为IC产生背面裂纹的结构示意图。
图2为步骤（4）中第一切割刀和第二切割刀同时对晶圆切割时的俯视图。
图3为步骤（5）中第一切割刀对晶圆切割时的俯视图。
图4为步骤（6）中第二切割刀对晶圆切割时的俯视图。
图5为晶圆的俯视图。
图6为晶圆同时被第一切割刀和第二切割刀切割时的剖视图。
图7为晶圆被第一切割刀和第二切割刀切割后的剖视图。
图8为步骤（4）中第一切割刀和第二切割刀沿着相应切割道切割晶圆的结构示意图。
图9为第一切割刀和第二切割刀位于切割道内的刀痕的结构示意图。
图10为切割刀的切割原理图。
图11为切割刀口检查的结构示意图。
图12中双面切割为现有技术的切割方法切割晶圆形成的晶背效果图，三面切割为本方法切割晶圆形成的晶背效果图，可以看出本发明的切割工艺可以大大减少晶背裂纹。
图13为现有技术的两面切割工艺切出的IC产品的应力测试的概率图，SPEC B10值>250MPA，两面切割的IC可靠度值B10=281。
图14为本发明的三面切割工艺加工出的IC产品的应力测试的概率图，三面切割的IC可靠度值B10=412。
其中，1晶圆，1a金凸块，2粘合剂层，3胶膜层，4钝化保护层；5第一切割刀，6第二切割刀，7纵向切割道，8横向切割道，9第一切割刀切割晶圆留下的刀痕，10第二切割刀切割晶圆留下的刀痕，11晶圆加工物，12钻石颗粒，13外边框，14凹槽一，15凹槽二。
具体实施方式
如图2-11所示，为一种晶圆的三面切割方法，包括如下步骤：
（1）提供晶圆1，所述晶圆1的直径为203或305 mm；晶圆1表面设有金凸块1a；所述晶圆1通过粘合剂层2固定在胶膜层3上，胶膜层3的表面积大于晶圆1的表面积，晶圆1与胶膜层3的中心相重合，所述胶膜层3的外周边缘固定有外边框，所述晶圆1表面覆盖设置有钝化保护层4；
（2）晶圆1输送到位于切割机构下方且可转动的晶圆1载台上，晶圆1水平放置，晶圆1与切割机构相对应设置，切割机构包括可横向移动的刀座一和刀座二，刀座一和刀座二之间留有横向间距，所述刀座一和刀座二上分别设有可转动的第一切割刀5和第二切割刀6，第一切割刀5和第二切割刀6表面互相平行，第一切割刀5表面与晶圆1表面相垂直，所述刀座一上设有设置有探测摄像头；第一切割刀5和第二切割刀6均呈盘状，第一切割刀5和第二切割刀6中部均开设有用于安装转轴的安装孔，第一切割刀5的转轴转速为40000~60000/min，第二切割刀6的转轴转速为30000~50000/min；
（3） 所述刀座一移动到晶圆1上方，探测摄像头扫描分析晶圆1形成设定切割图像，所述设定切割图像包括若干条间隔设置的横向切割道8和若干条间隔设置的纵向切割道7，所述横向切割道8和纵向切割道7相垂直，各横向切割道8和各纵向切割道7交叉形成井字形；
（4）所述第一切割刀5移动到晶圆1上方，第二切割刀6位于第一切割刀5左侧，并列设置的第一切割刀5和第二切割刀6均旋转，晶圆1载台纵向移动，第一切割刀5先移动到晶圆1左侧边缘上方沿着第1条纵向切割道7对晶圆1进行切割，第一切割刀5和第二切割刀6的横向距离为25~40cm，此时第二切割刀6位于晶圆1的左侧，第一切割刀5沿着对应的纵向切割道7对晶圆1进行切割；然后刀座一和刀座二同时向右横向移动进刀跨度一，进刀跨度一等于IC芯片短边的距离，第一切割刀5和第二切割刀6继续旋转，晶圆1载台继续纵向移动，直到第二切割刀6移动到晶圆1上方，如图2，第一切割刀5和第二切割刀6同时沿着对应的纵向切割道7对晶圆1进行切割；刀座一和刀座二同时继续向右横向移动若干次，第一切割刀5和第二切割刀6分别沿着下1条对应的各纵向切割道7对晶圆1切割1遍；如图7，第一切割刀5沿着纵向切割道7对晶圆1切出凹槽一14，第二切割刀6沿着纵向切割道7贯穿切割晶圆1，第二切割刀6对晶圆1切出凹槽二15；第一切割刀5和第二切割刀6横向移动的进刀速度均为40~60mm/s；纵向切割道7的宽度减去第一切割刀5切割晶圆1留下的刀痕宽度的差值≥20um，第一切割刀切割晶圆留下的刀痕9位于纵向切割道7中部，第二切割刀切割晶圆留下的刀痕10位于第一切割刀5切割晶圆1留下的刀痕中部，盘状第一切割刀5和第二切割刀6的圆形边缘设有刀刃，第一切割刀5的刀刃宽度减去第二切割刀6的刀刃宽度的差值为10 um；
（5）晶圆1载台旋转90°，所述设定切割图像中的各横向切割道8均呈纵向设置，晶圆1载台纵向移动，所述第一切割刀5移动到晶圆1左侧边缘上方，先沿着左侧第1条横向切割道8对晶圆1进行切割，然后刀座一向右横向移动进刀跨度二，进刀跨度二等于IC芯片长边的距离，第一切割刀5横向移动的进刀速度为20~40 mm/s；第一切割刀5沿着第2条横向切割道8对晶圆1进行切割，然后刀座一继续向右横向移动若干次，如图3，第一切割刀5分别沿着各横向切割道8对晶圆1切割1遍，第一切割刀5沿着横向切割道8对晶圆1切出凹槽；
（6）如图4，所述第二切割刀6移动到晶圆1左侧边缘上方，先沿着左侧第1条横向切割道8对晶圆1进行切割，然后刀座二向右横向移动进刀跨度二，进刀跨度二等于IC芯片长边的距离，第二切割刀6横向移动的进刀速度为20~40 mm/s；第二切割刀6沿着第2条横向切割道8对晶圆1进行切割，然后刀座二继续向右横向移动若干次，第二切割刀6分别沿着各横向切割道8对晶圆1切割1遍，第二切割刀6沿着横向切割道8贯穿切割晶圆1将IC分离。
所述步骤（4）、（5）和（6）中，第一切割刀5或第二切割刀6切割晶圆1时，用清水对晶圆1表面进行清洗。
第一切割刀5切出的刀痕需要进行检测，如图11，第二切割刀6在第一切割刀5切出的晶圆1凹槽里面切割，故无法直接检验第二切割刀6的切割状况；需要单独设置第二切割刀6的检验模式；刀痕检测时第二切割刀6在第一切割刀5的刀痕前短切一刀，第一切割刀切割晶圆留下的刀痕9靠近第二切割刀切割晶圆留下的刀痕10，第二切割刀切割晶圆留下的刀痕10位于晶圆1边缘且刀痕长度为20mm，检验位置在二切割刀切割晶圆留下的刀痕10上距离晶圆1边缘左侧18mm处，切割晶圆1的深度为70um，可以测出第二切割刀切割晶圆留下的刀痕10是否符合标准。
如图10，本发明的第一切割刀5和第二切割刀6通过高速旋转，使得切割刀上的钻石颗粒（刀具重要组成部分）撞击晶圆加工物11表面，将加工物敲碎，并通过刀刃将切割形成的粉末排除，以实现晶圆1的物理切割；现有技术中采用第一方向双刀同步切割后再进行第二方向的双刀同步切割的切割工艺，第一切割刀5和第二切割刀6沿纵向双刀同步切割晶圆1后，IC是呈矩形的，IC的长边被切割完成，晶圆1旋转90°后开始切割IC的短边，第一切割刀5和第二切割刀6沿纵向双刀同步切割晶圆1，第一切割刀5先将晶圆1切出凹槽，然后第二切割刀6将IC从晶圆1中分离时，单颗IC粘附胶膜的粘性下降，同时第一切割刀5和第二切割刀6同时对晶圆1作业会增加震动幅度，如图1，导致IC 产生背面裂纹。
本发明的有益效果在于：本发明采用三面切割的工艺，在步骤（4）中通过第一切割刀5和第二切割刀6对晶圆1进行双刀同步切割，此时只会在晶圆1表面切出凹槽，切割深度较浅，晶圆1不会产生裂纹，步骤（5）中先通过第一切割刀5对晶圆1开槽，然后步骤（6）等第一切割刀5切割完成后，再通过第二切割刀6对晶圆1切割，使得IC从晶圆1分离，本方法可减少第一切割刀5和第二切割刀6同时作业造成的震动幅度，使得被加工的晶圆1在较为稳定的环境中进行敲击切割。
通过附图12~14可以得知：本发明可以降低IC的背面裂纹风险，增强IC 的可靠度并降低产品应力集中，提升切割出的IC产品品质，优化工艺流程，提高产线产能；以上可以降低产品异常的发生率，提升切割制程稳定性，优化工艺流程，提高产线产能。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种晶圆的三面切割方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）提供晶圆，所述晶圆通过粘合剂层固定在胶膜层上，胶膜层的表面积大于晶圆的表面积，晶圆与胶膜层的中心相重合，所述胶膜层的外周边缘固定有外边框，所述晶圆表面覆盖设置有钝化保护层；
（2）晶圆输送到位于切割机构下方且可转动的晶圆载台上，晶圆水平放置，晶圆与切割机构相对应设置，切割机构包括可横向移动的刀座一和刀座二，刀座一和刀座二之间留有横向间距，所述刀座一和刀座二上分别设有可转动的第一切割刀和第二切割刀，第一切割刀和第二切割刀表面互相平行，第一切割刀表面与晶圆表面相垂直，所述刀座一上设有设置有探测摄像头；
（3） 所述刀座一移动到晶圆上方，探测摄像头扫描分析晶圆形成设定切割图像，所述设定切割图像包括若干条间隔设置的横向切割道和若干条间隔设置的纵向切割道，所述横向切割道和纵向切割道相垂直，各横向切割道和各纵向切割道交叉形成井字形；
（4）所述第一切割刀移动到晶圆上方，第二切割刀位于第一切割刀左侧，并列设置的第一切割刀和第二切割刀均旋转，晶圆载台纵向移动，第一切割刀和第二切割刀分别沿着对应的纵向切割道对晶圆进行切割；然后刀座一和刀座二向右横向移动进刀跨度一，进刀跨度一等于IC芯片短边的距离，第一切割刀和第二切割刀继续旋转，晶圆载台继续纵向移动，第一切割刀和第二切割刀分别沿着下1条对应的纵向切割道对晶圆进行切割；刀座一和刀座二同时继续向右横向移动若干次，第一切割刀和第二切割刀分别沿着对应的各纵向切割道对晶圆切割1遍；
（5）晶圆载台旋转90°，所述设定切割图像中的各横向切割道均呈纵向设置，晶圆载台纵向移动，所述第一切割刀移动到晶圆左侧边缘上方，先沿着左侧第1条横向切割道对晶圆进行切割，然后刀座一向右横向移动进刀跨度二，进刀跨度二等于IC芯片长边的距离，第一切割刀沿着第2条横向切割道对晶圆进行切割，然后刀座一继续向右横向移动若干次，第一切割刀分别沿着各横向切割道对晶圆切割1遍，第一切割刀沿着横向切割道对晶圆切出凹槽；
（6）所述第二切割刀移动到晶圆左侧边缘上方，先沿着左侧第1条横向切割道对晶圆进行切割，然后刀座二向右横向移动进刀跨度二，进刀跨度二等于IC芯片长边的距离，第二切割刀沿着第2条横向切割道对晶圆进行切割，然后刀座二继续向右横向移动若干次，第二切割刀分别沿着各横向切割道对晶圆切割1遍，第二切割刀沿着横向切割道贯穿切割晶圆将IC分离。
2.根据权利要求1所述的一种晶圆的三面切割方法，其特征在于，所述步骤（4）中，第一切割刀先移动到晶圆左侧边缘上方沿着第1条纵向切割道对晶圆进行切割，第一切割刀和第二切割刀的横向距离为25~40cm，此时第二切割刀位于晶圆的左侧，然后刀座一和刀座二同时向右横向移动，继续对晶圆切割；第一切割刀沿着纵向切割道对晶圆切出凹槽，第二切割刀沿着纵向切割道贯穿切割晶圆。
3.根据权利要求1或2所述的一种晶圆的三面切割方法，其特征在于，所述第一切割刀和第二切割刀均呈盘状，第一切割刀和第二切割刀中部均开设有用于安装转轴的安装孔，第一切割刀的转轴转速为40000~60000/min，第二切割刀的转轴转速为30000~50000/min。
4.根据权利要求1或2所述的一种晶圆的三面切割方法，其特征在于，所述步骤（4）中，第一切割刀和第二切割刀横向移动的进刀速度均为40~60mm/s；步骤（5）中第一切割刀横向移动的进刀速度为20~40 mm/s；步骤（6）中第二切割刀横向移动的进刀速度为20~40 mm/s。
5.根据权利要求1或2所述的一种晶圆的三面切割方法，其特征在于，所述步骤（4）中，纵向切割道的宽度减去第一切割刀切割晶圆留下的刀痕宽度的差值≥20um，第一切割刀切割晶圆留下的刀痕位于纵向切割道中部，第二切割刀切割晶圆留下的刀痕位于第一切割刀切割晶圆留下的刀痕中部，盘状第一切割刀和第二切割刀的圆形边缘设有刀刃，第一切割刀的刀刃宽度减去第二切割刀的刀刃宽度的差值为10 um。
6.根据权利要求1或2所述的一种晶圆的三面切割方法，其特征在于，所述步骤（4）、（5）和（6）中，第一切割刀或第二切割刀切割晶圆时，用清水对晶圆表面进行清洗。
7.根据权利要求1或2所述的一种晶圆的三面切割方法，其特征在于，所述晶圆的直径为203或305 mm。
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