CN1126639C - 磨削半导体晶片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磨削半导体晶片的方法，它是在一边把加工液供给加工工具与被加工物的接触部、一边进行各种加工中不会引起加工精度降低和由加工形成的产品质量的降低，能节省加工液用量的。它在加工装置上设置气体喷出机构，以使加工液强制地侵入到加工工具和被加工物的接触部里地喷出气体；借助从气体喷出机构喷出的空气等气体，使加工液集中到加工工具和被加工物的接触部里，由此提高接触部的冷却效果。

Description

磨削半导体晶片的方法

本发明涉及加工装置和加工方法，它是在使加工工具与被加工物接触而进行各种加工时，一边将加工液供到加工工具与被加工物之间的接触部、一边进行加工的。

在各种加工装置中，通过在使加工工具与被加工物接触而进行加工时，将加工液供到加工工具与被加工物之间的接触部上，冷却这接触部来谋求提高被加工物的加工精度和质量。

已知的在进行加工液供给的同时进行加工的加工装置有如图14所示的、对半导体晶片进行切块的切块装置50。如图15所示，在这切块装置50上，借助保持带条T、把作为被加工物的半导体晶片W保持在构架F上，并存放在盒子71里。

在半导体晶片W的表面上设有多个构成直线状区域的通道S，它们空开一定间隔地排列成网格状，在由这些通道S分划出的多个矩形区域上施加上电路结构。

由运料机构72把存放在盒子71里的半导体晶片W一片片地取到临时放置的区域73，并将它们吸附在运送机构74上，通过使运送机构74旋转移动而将它们运送到卡盘台58上，将它们吸引保持住。

在将半导体晶片W保持在卡盘台58之后，使卡盘台58沿着X轴方向移动，使其位于对准机构75的正下方，用模式匹配等处理方法检测要切削的通道。然后，使卡盘台58进一步沿X轴方向移动，因此、一边供给作为一种加工液的切削液，一边施加切削机构77的作用，切削检测到的通道。上述切削机构77设有作为加工工具的回转的刀片76。这样，通过沿通道、1条条地纵横切削而被切块，形成一个个基片。

切削机构77的结构如图16所示，切削刀片76由刀片罩78覆盖，切削刀片76的两面外周部79用电铸将金刚石磨粒固定而形成固定磨粒。另外，如图17所示，在切削机构77上设有能回转地支承在心轴套80上的回转心轴81，在这回转心轴81的前端装着切削刀片76，还设有从两侧将切削刀片76夹在中间的切削液喷嘴82a、82b，在切削过程中，以每分钟2升左右的量、从切削液喷嘴82a、82b供给切削液，对半导体晶片W进行冷却。

但是，具有这种结构的切削机构77，虽然把切削液供到整个半导体晶片W表面，特别是重点地将其供给切削刀片76和半导体晶片W的接触部，但上述接触部的冷却效果还是不充分。因此在由切块形成的基片的边缘容易产生积屑，存在加工精度和基片质量问题。

而且，当把切削液大量地供给半导体晶片W时，由于切削产生的切削屑混在切削液里大量地排出，因此会引起环境污染的问题。

此外，要把切削液充分供给半导体晶片W和切削刀片76的接触部，就必需超过需要量地使用切削液，这样浪费较大、不经济、特别是在为了提高基片质量而把蒸馏水等高价的水用作切削液时，更是极不经济的。

上述这些问题不光是切块装置上会发生，在把加工液一边供给加工工具与被加工物的接触部、一边进行加工的各种加工中都会发生。因此，本发明的目的是提供一种加工装置和加工方法，它是在进行各种加工中，都不会导致加工精度和由加工形成的产品质量降低的、能节约加工液用量的加工装置和加工方法。

为了达到上述目的而作出的本发明的加工装置，它至少含有保持机构、加工机构和加工液供给机构；上述保持机构是用来保持被加工物的，上述加工机构具有与被保持在保持机构上的被加工物接触地进行加工的加工工具，上述加工液供给机构是把加工液供到加工工具与被加工物的接触部的；还设有气体喷出机构，它为使加工液供给机构供给的加工液浸入到加工工具与被加工物的接触部里而喷出气体。

而且，附加的技术特征是上述加工工具由固定磨粒构成；固定磨粒是磨削砂轮，加工机构是磨削机构；保持机构是卡盘台，被加工物是半导体晶片，加工液是水，气体喷出机构喷出的气体是空气；保持机构是卡盘台，固定磨粒是切削刀片，加工机构是切削机构；被加工物是半导体晶片，加工液是水，气体喷出机构喷出的气体是空气。

为了达到上述目的而作出的本发明的加工方法，它是将被加工物保持在保持机构上，使加工机构的加工工具与被加工物接触，对被加工物进行所要求的加工的，其特征在于：在一边将加工液供给加工工具和被加工物的接触部、一边进行加工时，使加工液侵入到加工工具和被加工物的接触部里地一边喷出气体、一边进行加工。

而且，附加的技术特征是把固定磨粒用作加工工具；将磨削砂轮用作固定砂粒，所要求的加工是被加工物的表面磨削加工；保持机构是卡盘台，被加工物是半导体晶片，将水用作加工液，把空气用作气体，表面磨削加工是半导体晶片的表面磨削加工；保持机构是卡盘台，把固定磨粒用作切削刀片，所要求的加工是切削加工；被加工物是半导体晶片，把水用作加工液，把空气用作气体，切削加工是半导体晶片的切块加工。若采用具有上述结构的加工装置和加工方法，通过把空气等气体喷出，能把加工液强制地压入到加工工具和被加工物的接触部里，因此能极有效地高效率地将加工液供给上述接触部。

图1是表示本发明的加工装置的作为第1实施方式的磨削装置的外观斜视图，

图2是表示上述磨削装置的磨削机构、卡盘台和气体喷出机构的示意图，

图3是表示设置在上述磨削装置上的气体喷出机构的例子的斜视图，

图4是表示上述磨削装置的主要部分的结构示意图，

图5是表示构成上述磨削装置的磨削机构的磨削轮示意图，

图6是表示用上述磨削装置供给磨削水，同时喷出空气、磨削半导体晶片的状态示意图，

图7是图6的用A表示部分的放大图，

图8是表示用本发明的磨削装置进行半导体晶片磨削时的磨削片数和磨削砂轮的磨耗量之间关系的曲线，

图9是表示用本发明的磨削装置进行半导体晶片磨削时的磨削片数和加在心轴上的电流值之间关系的曲线，

图10是表示作为本发明加工装置的第2实施方式的切块装置的切削机构示意图，

图11是表示上述切削机构的第1结构例，以及用这切削机构供给切削水，而且一边喷出空气一边对半导体晶片进行切块的状态示意图，

图12是表示上述切削机构的第2结构例，以及用这切削机构供给切削水，而且一边喷出空气一边对半导体晶片进行切块的状态示意图，

图13是表示上述切削机构的第2结构例，以及用这切削机构供给切削水，而且一边喷出空气一边对半导体晶片进行切块的状态示意图，

图14是表示切块装置外观的斜视图，

图15是表示保持在构架上的半导体晶片的表面的示意图，

图16是表示切块装置中的以前切削机构示意图，

图17是表示上述切削机构的结构以及用这切削机构供给切削水的同时、对半导体晶片进行切块的状态示意图。

下面，例举图1所示的磨削装置30以及用这磨削装置30一边供给磨削水一边对半导体晶片进行磨削的方法来说明本发明的第1实施方式。

在磨削装置30中，由运料机构37c把作为待磨削的被加工物的半导体晶片从盒子37b运到中心对准台37d上，由运送机构35b将其放置到位于中心对准台37d附近的作为保持机构的卡盘台33上。

然后，通过转动转台32将这卡盘台33位于构成加工机构的磨削机构34b的正下方，借助卡盘台33的回转以及装在磨削机构32b下部的作为加工工具的磨削砂轮一边回转一边下降并施加的适当压力，进行半导体晶片的磨削，譬如进行粗加工。

然后再转动转台32，使卡盘台位于磨削机构34a的下方，借助卡盘台33的回转以及装在磨削机构34a下部的磨削砂轮一边回转一边下降并施加的适当压力，磨削半导体晶片，譬如由此进行镜面精加工。

接着，通过转动转台32将保持着经过磨削的半导体晶片的卡盘台33移动到临时承受台36a附近，由运送机构35a将磨削后的半导体晶片送向临时支承台36a之后进行清洗。而且在洗净之后送到中心对准台37e，此后由运料机构37c将其存放到盒子37a里。

从工作台31的端部直立地设置着壁体38，在这壁体38的内侧面上沿垂直方向并排地设置一对导轨39，随着滑板40沿导轨39上下移动，固定在滑板40上的磨削机构34a、34b也就上下移动。

磨削机构34a、34b的结构如图2所示，心轴42能回转地支承在心轴套41的中心部，在心轴42的下端设置着圆板状的座43，在座43的下部装着磨削轮44。而且如图6所示，在心轴42内贯穿着磨削水流通的磨削水供给通路45，这磨削水供给通路45经过座43内的分支通路46贯通到磨削轮44的磨削水供给口47。在磨削水供给口47的外侧向下方突出地设置着构成加工工具的磨削砂轮48。

在卡盘台33的附近，设置着从工作台31直立起喷嘴11的气体喷出机构10，设在其前端的喷出口12朝向卡盘台33的方向。如图2所示、该气体喷出机构10供给从气体供给部13输出的、譬如高压空气那样的气体，从喷出口12喷出气体14。如图3(A)所示，气体喷出机构10可做成这种结构，即在能回转和上下移动的喷嘴11上设置一个喷出口12，从这喷出口12喷出气体14；也可做成如图3(B)所示的、在喷嘴11上沿水平方向、前面加宽状地排设多个喷出口12，从各个喷出口12喷出气体14。此外，还可如图3(C)所示地，把气体喷出机构10做成在喷嘴11上设置沿水平方向的狭缝状喷出口12。

如图4所示，磨削机构34(34a、34b)的下方移动、心轴42的回转、卡盘台33的回转都由控制部20控制。

在壁体38的外侧上部设有脉冲马达21，由该脉冲马达21驱动而回转的丝杠22上结合着驱动部23。该驱动部23与贯通壁体38的滑板40相连接。而且控制部20借助脉冲马达驱动器24驱动脉冲马达21，通过随着脉冲马达21回转而回转的丝杠22，使驱动部23上下移动，由此使滑板40也沿导轨39上下移动、从而使磨削机构34上下移动。另外，驱动部23还与控制部20直接连接，在控制部20的控制下驱动心轴42回转。

在壁体38的外侧沿垂直方向设有线性标尺25，将线性标尺25上的驱动部23位置信息传送给控制部20，控制部20根据这位置信息对磨削机构34的上下移动进行精密控制。

而且，控制器20通过伺服驱动器26与设置在卡盘台33下部的编码器27和伺服马达28相连接，通过驱动编码器27和伺服马达28就能控制卡盘台33的回转。

当用磨削机构34(34a、34b)对保持在卡盘台33上的半导体晶片W磨削时，使卡盘台33回转，而且一边使心轴42回转、一边使磨削机构34(34a、34b)下降，推压回转的磨削砂轮48对于半导体晶片W进行磨削。与此同时，使构成加工液体的磨削水从磨削水供给管路45的上部流入，通过磨削水供给管路45和分支路46从构成加工液体供给机构的磨削水供给口49对半导体晶片W供给磨削水49。

磨削轮44设有轮座44a，在这轮座44a上，如图5所示地空开一定间隔、成圆弧状地配设着供给磨削水的磨削水供给47，并在其外侧每隔一空间隔、成圆弧状地配设着磨削砂轮48。磨削轮44的上部由螺栓等固定在座43上。另外，磨削砂轮48是在一面上用树脂结合剂等粘接剂固定金刚石磨粒等的固定磨粒。

在用上述结构的磨削装置30对半导体晶片的表面进行磨削时，如图6所示，将待磨削的半导体晶片W放置并保持在卡盘台33上，在控制部20的控制下，使卡盘台33回转，与此同时使心轴42回转，从而一边使磨削轮44回转、一边使磨削机构34(34a、34b)下降，通过使回转的磨削砂轮48在与半导体晶片W接触同时施加适当的压力，对半导体晶片W的表面进行磨削。

这时，把高价的纯水，以0.4升/分钟的量供到磨削水供给管路45里，该纯水作为磨削水15经分支路46从磨削水供给口17供到半导体晶片W上。

这时，把气体供到气体喷出机构10，从喷出口12、最好以5升/分钟～20升/分钟的量喷出3～5大气压的空气14。不仅可把纯水用作磨削水，还可把润滑油等用作磨削水；从气体喷出机构10喷出的气体除了可用空气，还可用非活性气体、还可用混入在喷雾状加工液中的气体。

如图7所示，由喷出的空气14增加了磨削水15的流动势头，从而强制地进入到半导体晶片W与磨削砂轮48的接触部上的微小的间隙里。这样，进入的磨削水和磨削水的气化产生的气化热结合在一起，能进一步促进半导体晶片W的冷却。

这样，即使在磨削水的供给量是0.4升/分钟那样少量情况下，也可由喷出空气来促进半导体晶片W的冷却，半导体晶片W的表面就难以发生烧蚀。具体地说，在使用空气时，即使磨削300片左右的半导体晶片也不会产生表面烧蚀，而与此相反，在不使用空气时，即使只磨削2片也会发生不能进行磨削的状况，这已由实验确认。因此在不使用空气时，必需如以前那样，供给2升/分钟以上的磨削水。

另外，在供给空气时，半导体晶片W上不易发生磨削应变和裂纹，表面不会变成粗糙，能进行镜面磨削；而且不降低心轴42的回转速度，还能磨削较薄的半导体晶片，譬如能磨削20μm以下的半导体晶片。

此外，能减少磨削砂轮48的摩耗，能延长使用寿命。已分别具体测定过以前那样在只供给磨削水条件下进行磨削时的磨削砂轮48的摩耗量，以及如本发明那样，在供给磨削水的同时从喷出机构10喷出空气14条件下进行磨削时的摩耗量，其结果如图8所示。

图8中，横轴(x轴)表示磨削片数，纵轴(y轴)表示摩耗量，虽然是无论在那一种场合下都是磨削片数越增多、摩耗量越增加，磨削片数与摩耗量成一定比例关系，但使用空气的本发明磨削场合下的直线的斜率是0.6969；而不用空气的以前磨削场合下的直线斜率是1.0034；相比之下，本发明磨削场合下的直线斜率小3成左右，摩耗程度较小。即、可以确认本发明磨削场合下的磨削砂轮的寿命能延长3成左右。

为了防止在磨削时，由于磨削砂轮48和半导体晶片W间的摩擦而使心轴42的回转速度降低，虽然可在驱动心轴42的马达上加上附加电流，但由实验确认，在本发明的磨削场合下，由于磨削液进入到磨削砂轮48与半导体晶片W之间微小的间隙里，因而使摩擦力减少，能减少附加电流。这实验结果表示在图9所示的图表上，横轴表示磨削片数，纵轴表示附加电流；由图表可确认，本发明磨削场合下的附加电流可比现有技术的磨削场合平均减少约0.7安培。又如图表所示，在本发明磨削场合下，把现有技术的磨削场合下所看到的由于磨削砂轮48的摩耗不均匀引起的附加电流急剧增加的现象消除，能增加对附加电流的稳定性。

下面，举例说明作为本发明第2实施方式的进行半导体晶片切块的切块装置以及在切块装置中，一边供给切削液一边进行半导体晶片切块的方法。这里所说的切块装置与现有技术中的切块装置50相比，只是切削机构的结构不同，除此以外，其余都是与现有的相同结构，因此对与现有的相同的部位都标上相同的符号，并省略对它们的说明。

如图10所示，构成加工机构的切削机构51的结构如下，由刀片罩53把作为加工工具的切削刀片52覆盖，这切削刀片52的两侧面的外周部54上用电铸工艺固定金刚石磨粒等而形成固定磨粒。而且，如图11所示，从刀片罩53伸出的，将切削刀片52夹在中间与切削刀片52空开一定距离而且平行地配置着作为加工液体供给机构的2根切削液喷嘴55a、55b。

如图11所示，在切削刀片52的刀面延长线上的位置配设着切削液喷嘴56，它将构成加工液体的切削液供到切削刀片52和半导体晶片W的接触部附近，还在上述喷嘴56的外侧配设着喷出高压空气等气体的气体喷出机构57。

用具有上述结构的切削机构51切削作为待加工物的半导体晶片W时，从各个切削液喷嘴供给切削液，譬如供给水，而且使吸引保持半导体晶片W的作为保持机构的卡盘台58沿x轴方向移动，使构成加工工具的切削刀片52回转，由此形成切割槽。

如图11所示，从切削液喷嘴55a、55b供给的切削水流向切削刀片52和半导体晶片W的接触部，从切削液喷嘴56供给的切削液也流向这接触部。而且从切削液喷嘴56供给的切削液、由气体喷出机构57喷出的空气集中到接触部，使切削液充分供给接触部，而且能侵入到切削刀片52和半导体晶片W之间微小的间隙里，促进冷却。

而且，由空气的喷出促进了切削液体的气化，由气化热带走了接触部的热量，使冷却效果进一步增大。

这样，可确认这点，即、一旦使切削液集中在切削刀片52和半导体晶片W的接触部上，促进该接触部冷却、在切削时就不易在半导体晶片W上发生积屑等，可提高加工精度，能提高基片的质量。

另外，切削机构也可以如图12、图13那样地被构成。在图12、图13的例子中的切削机构62中，2根切削液喷嘴60a、60b夹着切削刀片59并与切削刀片59隔开一定距离地平行地被配设着。在其更外侧平行地配设着2个气体喷出机构61a、61b。而且，在气体喷出机构61a、61b的切削液喷嘴侧具有许多的空气喷出口(图未示)。

在这样的构成中，在一边供给切削液、一边喷出空气时，从切削液喷嘴60a供给的切削液的大部分借助从气体喷出机构61a喷出的空气集中到切削刀片59和半导体晶片W的接触部的单面侧。同样，从切削液喷嘴60b供给的切削液的大部分也借助从气体喷出机构61b喷出的空气，而集中在切削刀片59和半导体晶片W的接触部的另一单侧面上。

这样，切削水比图11的情况能进一步侵入到切削刀片和半导体晶片W的接触部。更进一步提高了冷却效果。其结果，基片的加工精度、质量进一步被提高。

上面，举例说明了本发明的实施方式，它是把磨削装置和切块装置作为加工装置的，但本发明并不局限于这些结构方式。譬如，本发明还能适用于磨削圆柱状钢构成的轴外周面的轴磨削机；对石材、玻璃和金属等表面进行种种加工的平面磨削盘，切削种种硬质材料的切削机，将半导体结晶块切成薄片的半导体结晶块切削机等。

虽然用在这些装置上的加工工具有各种各样，但只要用陶瓷结合剂、金属结合剂、树脂类结合剂、电粘接、电铸等工艺，将天然金刚石砂粒、人造金刚石磨粒、CBN磨粒(立方氮化硼磨粒)、碳化硅磨粒、刚玉磨粒等固定，形成固定砂粒的就可以。

把加工装置设置在净化车间等比较密闭的房间里时，从气体喷出机构喷出的气体最好是空气。这是因为如果用非活性气体，会引起操作人员呼吸困难。

若用上述结构的加工装置和加工方法。由于它是通过把空气等气体喷出，强制地把加工液压入到加工工具和被加工物的接触部，因而能极有效地供给加工液，喷出的气体促进加工液的气化，由气化热带走接触部的热量，因此能增大冷却效果。

因此，即使把加工液的供给量比以前大幅度地减少，譬如，即使减少成1/5以下，也能不比以前逊色地进行加工。例如，在进行半导体晶片的面磨削中，能进行以前不能实现200μm以下的薄片磨削和镜面研磨。又因为磨削时的摩擦变得较缓和，可以能使磨削磨粒的摩耗量减少，能延长磨削砂轮的寿命。

又因为在半导体晶片的切块中，把加工液强制地压入地供给于加工工具和半导体晶片的接触部，以这样的加工液供给方式，由气化热充分冷却接触部，所以在切割沟的两侧不易产生积屑，能生产高质量的基片。

本发明并不局限于磨削装置、切块装置等切削装置，它能用于所有一边供给加工液、一边用加工工具在被加工物上进行加工的加工装置；由于节省了加工液，因而还能同时解决环境保护问题和经济性问题。

而且，本发明不仅能将被加工物的质量达到与以前同等程度，还具有能进行以前不能实现的高质量加工的优良效果。

Claims (1)

1.一种磨削半导体晶片的方法，它通过使用一种加工装置进行所需的磨削，所述加工装置包括：一个用于保持被磨削半导体晶片的保持装置；一个加工机构，该加工机构具有一个与由所述保持装置保持的半导体晶片接触地进行磨削加工的磨削砂轮；加工水供应装置，用于将加工水导向磨削砂轮与半导体晶片在接触区域相接触的部位；气体喷出机构，用于将气体喷向半导体晶片；其中，所述方法包括下述步骤：

将所述气体喷出机构的喷嘴设置成朝向磨削砂轮与半导体晶体接触区域的方向；

将加工水导向所述磨削砂轮与所述半导体晶片的一个表面相接触的部位；

同时以下述方式从气体喷嘴喷射气体，即使所述气体以高压射流的形式喷射，并用力推动加工水穿过磨削砂轮与半导体晶片接触区域。

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