CN1506187A - 激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种通过对工件施加激光束来对工件进行加工的激光加工方法，包括：保护膜涂覆步骤，其中在工件的待加工表面上涂覆保护膜；激光束照射步骤，其中经由保护膜来对工件施加激光束；以及保护膜去除步骤，其中在完成激光束照射步骤后去除保护膜。

Description

激光加工方法
技术领域
本发明涉及一种用于对工件的预定区域施加激光束以进行预定加工的激光加工方法。
背景技术
在半导体器件的生产过程中，如本领域的技术人员众所周知的那样，在近似盘形的半导体晶片的表面上由设置成网格图案的沟道(street；切割线)划分了多个区域，在各个划分区域内形成了电路，例如集成电路(IC)或大规模集成电路(LSI)等。沿着这些沟道切割该半导体晶片以将其分成各个电路，从而生产出单个的半导体芯片。沿半导体晶片的沟道所进行的切割通常通过切割装置如划片机来进行。该切割装置包括用于固定作为工件的半导体晶片的夹台，用于切割被夹台所夹住的半导体晶片的切割装置，以及用于使夹台和切割装置相互间运动的运动装置。切割装置包括可高速旋转的旋转主轴和安装在主轴上的刀片。刀片包括盘形基体和安装在基体侧面的外周边部分上的环形刀刃。刀刃包括通过电成形而固定住的金刚石磨粒(例如颗粒尺寸约为3微米)，并形成为具有约20微米的厚度。当通过这种刀片来切割半导体晶片时，在所切下的半导体晶片的切割面上会产生破裂或裂纹。因此，考虑到该破裂或裂纹的影响，沟道的宽度设定为约50微米。然而，如果半导体芯片的尺寸减小，那么沟道占半导体芯片的比例将增大，这样会降低生产率。而且，刀片所进行的切割还存在着下述问题，即进给速度受到限制，并且半导体芯片会被切屑污染。
近来，下述半导体晶片已被投入实际使用以便生产更精细的电路如IC或LSI，这些半导体晶片是：已在半导体晶片体如硅晶片的表面上层压了低介电常数的绝缘体(低k薄膜)的半导体晶片，该绝缘体包括无机材料如SiOF或BSG(SiOB)的薄膜，或者是有机材料的薄膜，例如聚酰亚胺基或聚对亚苯基二甲基的聚合物膜；以及具有称为试验元件组(Teg)的金属图案的半导体晶片。具有层压在其上的低介电常数的绝缘体(低k薄膜)的半导体晶片存在这样的问题，即在用刀片沿沟道进行切割时，低介电常数的绝缘体会剥落下来。具有施加了称为试验元件组(Teg)的金属图案的半导体晶片存在这样的问题，即在用刀片沿沟道进行切割时会产生毛刺，这是因为金属图案由粘性金属如铜等形成。
还已尝试了沿半导体晶片的沟道照射激光束以切割半导体晶片的加工方法。这种方法公开于日本未审查的专利出版物No.1994-120334中。
这种通过激光束照射来进行切割的方法属于采用激光束沿沟道来划分半导体晶片的类型。因此，这一方法可以解决低介电常数的绝缘层的剥落问题，还可解决产生毛刺的问题。
然而，这一方法存在新的问题，即在沿半导体晶片的沟道照射激光束时，热能集中在照射区域中，因而产生了碎屑，这些碎屑会粘附在与电路相连的焊接区等上，因而降低了半导体芯片的质量。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种激光加工方法，其能够防止在对工件施加激光束时所产生的碎屑的影响。
为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种通过对工件施加激光束来对工件进行加工的激光加工方法，该方法包括：
保护膜涂覆步骤，其中在工件的待加工表面上涂覆保护膜；
激光束照射步骤，其中经由保护膜来对工件施加激光束；和
保护膜去除步骤，其中在完成激光束照射步骤后去除保护膜。
根据本发明，还提供了一种激光加工方法，其中通过在用激光束照射装置对工件施加激光束时使工件相对于激光束照射装置运动，从而对工件进行切割，该方法包括：
保护膜涂覆步骤，其中在工件的待加工表面上涂覆保护膜；
激光束照射步骤，其中经由保护膜来对工件施加激光束；和
保护膜去除步骤，其中在完成激光束照射步骤后去除保护膜。
通过用液态树脂来涂覆待加工表面并经过一段时间来使所得涂层硬化，就可形成保护膜。或者，通过将片状件粘附到待加工表面上来形成保护膜。该液态树脂或片状件最好是水溶性的。
从下述介绍中可以清楚本发明的其它特征。
附图说明
图1是用于进行根据本发明的激光加工方法的激光加工设备的透视图。
图2是示意性显示了设于图1所示激光加工设备中的激光加工装置的构成的框图。
图3是作为将通过根据本发明的激光加工方法来加工的工件的半导体晶片的透视图。
图4是显示了在根据本发明的激光加工方法中的保护膜涂覆步骤的一个实施例的说明图。
图5是作为通过图4所示的保护膜涂覆步骤而已涂覆了保护膜的工件的半导体晶片的关键部分的放大剖视图。
图6是显示了在根据本发明的激光加工方法中的保护膜涂覆步骤的另一实施例的说明图。
图7是显示了作为涂覆有保护膜的工件的半导体晶片由环形框架通过保护胶带所支撑的状态的透视图。
图8是显示了在根据本发明的激光加工方法中的激光束照射步骤的说明图。
图9是作为通过根据本发明的激光加工方法所加工出的工件的半导体晶片的关键部分的放大剖视图。
具体实施方式
下面将参考附图来详细地介绍根据本发明的激光加工方法。
图1显示了在根据本发明的激光加工方法中使用的可对工件如半导体晶片等施加激光束的激光加工设备的透视图。图1所示的激光加工设备包括：固定基底2；夹台机构3，其设于固定基底2上以便在箭头X所示的方向上运动并可固定工件；激光束照射单元的支撑机构4，其设于固定基底2上以便在箭头Y所示的方向上运动，这一方向与箭头X所示方向垂直；以及激光束照射单元5，其设于激光束照射单元的支撑机构4上以便在箭头Z所示的方向上运动。
夹台机构3包括：一对导轨31，31，其沿箭头X所示的方向平行地设置在固定基底2上；第一滑动块32，其设于导轨31，31上以便沿箭头X所示的方向运动；第二滑动块33，其设于第一滑动块32上以便沿箭头Y所示的方向运动；支撑台35，其通过柱形件34支撑于第二滑动块33上；以及作为工件固定装置的夹台36。该夹台36具有由多孔材料形成的吸力夹盘361，其构造成例如可通过吸力装置(未示出)来将作为工件的盘形半导体晶片固定在吸力夹盘361上。夹台36由设于柱形件34内的脉冲电动机(未示出)带动旋转。
第一滑动块32在其下表面上设有安装在一对导轨31，31上的一对导向槽321，321，在其上表面上具有一对沿箭头Y所示的方向平行地形成的导轨322，322。这样构成的第一滑动块32构造成可通过将导向槽321，321安装在这对导轨31，31上而在箭头X所示的方向上沿这对导轨31，31运动。所示实施例中的夹台机构3具有运动装置37，用于使第一滑动块32在箭头X所示的方向上沿这对导轨31，31运动。运动装置37包括设于这对导轨31，31之间并与之平行的外螺纹杆371，以及用于旋转式地驱动外螺纹杆371的驱动源，例如脉冲电动机372。外螺纹杆371在其一端处由固定在固定基底2上的轴承座373可旋转地支撑，在其另一端处经减速齿轮(未示出)驱动-传动式连接在脉冲电动机372的输出轴上。外螺纹杆371拧在形成于内螺纹块(未示出)中的内螺纹通孔上，该内螺纹块设置成从第一滑动块32的中央部分的下表面上突起。因此，外螺纹杆371由脉冲电动机372正常地和反向旋转地驱动，使得第一滑动块32在箭头X所示的方向上沿导轨31，31运动。
第二滑动块33在其下表面上设有一对导向槽331，331，该导向槽331，331安装在设于第一滑动块32的上表面上的一对导轨322，322上。第二滑动块33构造成可通过将导向槽331，331安装在这对导轨322，322上而在箭头Y所示的方向上运动。所示实施例中的夹台机构3具有运动装置38，用于使第二滑动块33在箭头Y所示的方向上沿设于第一滑动块32上的这对导轨322，322运动。运动装置38包括设于这对导轨322，322之间并与之平行的外螺纹杆381，以及用于旋转式地驱动外螺纹杆381的驱动源，例如脉冲电动机382。外螺纹杆381在其一端处由固定在第一滑动块32的上表面上的轴承座383可旋转地支撑，在其另一端处经减速齿轮(未示出)驱动-传动式连接在脉冲电动机382的输出轴上。外螺纹杆381拧在形成于内螺纹块(未示出)中的内螺纹通孔上，该内螺纹块设置成从第二滑动块33的中央部分的下表面上突起。因此，外螺纹杆381由脉冲电动机382正常地和反向旋转地驱动，使得第二滑动块33在箭头Y所示的方向上沿导轨322，322运动。
激光束照射单元的支撑机构4具有：一对导轨41，41，其沿箭头Y所示的分度进给方向平行地设置在固定基底2上；以及可动支撑基底42，其设于导轨41，41上以便沿箭头Y所示的方向运动。可动支撑基底42包括可动地设置在导轨41，41上的可动支撑部分421，以及与可动支撑部分421相连的固定部分422。固定部分422在其侧面上具有一对导轨423，423，其平行地设置并在箭头Z所示的方向上延伸。所示实施例中的激光束照射单元的支撑机构4具有运动装置43，用于使可动支撑基底42在箭头Y所示的方向、即分度进给方向上沿一对导轨41，41运动。运动装置43包括设于这对导轨41，41之间并与之平行的外螺纹杆431，以及用于旋转式地驱动外螺纹杆431的驱动源，例如脉冲电动机432。外螺纹杆431在其一端处由固定在固定基底2上的轴承座(未示出)可旋转地支撑，在其另一端处经减速齿轮(未示出)驱动-传动式连接在脉冲电动机432的输出轴上。外螺纹杆431拧在形成于内螺纹块(未示出)中的内螺纹通孔上，该内螺纹块设置成从构成可动支撑基底42的可动支撑部分421的中央部分的下表面上突起。因此，外螺纹杆431由脉冲电动机432正常地和反向旋转地驱动，使得可动支撑基底42在箭头Y所示的分度进给方向上沿导轨41，41运动。
所示实施例中的激光束照射单元5具有单元支座51和与该单元支座51相连的激光束照射装置52。单元支座51具有一对导向槽511，511，其可滑动地安装在固定部分422上的一对导轨423，423上。导向槽511，511安装在这对导轨423，423上，使得单元支座51被支撑成可在箭头Z所示的方向上运动。
所示的激光束照射装置52包括圆柱形的外壳521，其固定在单元支座51上并基本上水平地延伸。在外壳521内设置了激光束振荡装置522和激光束调制装置523，如图2所示。可以使用YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器来作为激光束振荡装置522。激光束调制装置523包括脉冲重复频率设定装置523a、激光束脉宽设定装置523b和激光束波长设定装置523c。构成激光束调制装置523的脉冲重复频率设定装置523a、激光束脉宽设定装置523b和激光束波长设定装置523c可以是本领域的技术人员所众所周知的那种类型，因此在这里略去对其构造的详细介绍。在外壳521的前端设有光学聚光器524，它可以是本质上众所周知的那种类型。
由激光束振荡装置522发出的激光束经过激光束调制装置523而到达光学聚光器524。在激光束调制装置523中，脉冲重复频率设定装置523a将激光束转换成预定脉冲重复频率的脉冲激光束，激光束脉宽设定装置523b将脉冲激光束的脉宽设定在预定的宽度，并且激光束波长设定装置523c将脉冲激光束的波长设定在预定值。
在构成激光束照射装置52的外壳521的前端部分处设置了成像装置6。在所示实施例中，成像装置6由可用可见光来成像的普通成像装置(CCD)和能够用红外辐射来成像的红外CCD构成，它们均选择成能适当地使用。除此结构外，成像装置6可由用于照亮工件的照明装置、可捕捉由照明装置所明亮的区域的光学***以及这样一种装置构成，该装置可将由光学***所捕获的图像传送给成像装置(CCD或红外CCD)，将其转换成电子图像信号，然后将图像信号发送给控制装置(未示出)。
所示实施例中的激光束照射单元5具有运动装置53，用于使单元支座51在箭头Z所示的方向上沿设于一对导轨423，423运动。运动装置53与上述各运动装置一样，包括外螺纹杆(未示出)和用于旋转式地驱动该外螺纹杆的驱动源，例如脉冲电动机532等，它们均设于这对导轨423，423之间。外螺纹杆(未示出)由脉冲电动机532正常地和反向旋转地驱动，使得单元支座51和激光束照射装置52在箭头Z所示的方向上沿导轨423，423运动。
接着将给出通过上述激光加工设备来将作为工件的半导体晶片分成单个半导体芯片的加工方法的介绍。
图3显示了将通过根据本发明的激光加工方法来分成单个半导体芯片的半导体晶片。图3所示的半导体晶片10具有由在表面10a上设成网格图案的多条沟道(切割线)101所划分的多个区域，在各划分区域内形成了电路102，例如IC、LSI等。为了采用上述激光加工设备将半导体晶片10分成单个半导体芯片，第一步骤是在半导体晶片10的待加工表面即表面10a上涂覆保护膜(保护膜涂覆步骤)。具体地说，用如图4所示的旋涂器7来在半导体晶片10的表面10a上涂覆树脂。也就是说，旋涂器7具有夹台71，其带有吸力夹持装置和设置在夹台71的中央部分之上的喷嘴72。将半导体晶片10置于旋涂器7的夹台71上，表面10a朝上。液态树脂在夹台71旋转时从喷嘴72中掉下到半导体晶片10的表面的中央部分上，这样，液态树脂就会因离心力而流到半导体晶片10的外周部分，从而涂覆了半导体晶片10的表面。该液态树脂经过一段时间后硬化，从而在半导体晶片10的表面10a上形成了保护膜11，如图5所示。对于待涂覆在半导体晶片10的表面10a上的树脂来说，水溶性抗蚀剂是符合需要的。例如，最好使用由TOKYO OHKA KOGYO K.K.公司所供应的TPF(商标名)。作为在半导体晶片10的表面10a上形成保护膜11的另一实施例，可在半导体晶片10的表面10a上粘贴片状件11a，如图6所示。该片状件11a最好由水溶性树脂形成。
当通过上述保护膜涂覆步骤已在半导体晶片10的表面10a上形成了保护膜11时，就将固定在环形框架12上的保护胶带13粘贴到半导体晶片10的背面上，如图7所示。通过保护胶带13支撑于环形框架12上的半导体晶片10被传送到构成图1所示激光加工设备的夹台机构3的夹台36的吸力夹盘361上，并且其上形成有保护膜11的表面10a朝上。该半导体晶片10由吸力夹盘361吸紧式地夹持。这样吸紧式地夹持了半导体晶片10的夹台36通过运动装置37的动作而沿导轨31，31运动，并定位在设于激光束照射单元5上的成像装置6的正下方。
当夹台36已定位在成像装置6的正下方时，就通过成像装置6和控制装置(未示出)来进行图像处理如图案匹配等，该控制装置可使形成于半导体晶片10的预定方向上的沟道101与可沿沟道101来施加激光束的激光束照射单元5的光学聚光器524对准，从而进行激光束照射位置的对准。对于形成于半导体晶片10上并垂直于上述预定方向而延伸的沟道101来说，激光束照射位置的对准类似地进行。在此时，如果形成于半导体晶片10中的具有沟道101的表面10a之上的保护膜11不是透明的话，就采用红外线来进行成像，从而可从这一面来进行对准。
当已经检测到形成于固定在夹台36上的半导体晶片10上的沟道101并且已通过上述方式进行了激光束照射位置的对准时，夹台36就运动到激光束照射区域，用于施加激光束的激光束照射单元5的光学聚光器524就处于这一区域内。在该激光束照射区域内，通过激光束照射单元5的光学聚光器524来沿半导体晶片10的沟道101施加激光束并透过保护膜11(激光束照射步骤)。
下面将介绍激光束照射步骤。
在激光束照射步骤中，其上夹持了半导体晶片10的夹台36在箭头X所示的方向上以预定的进给速度(例如100毫米/秒)运动，同时脉冲激光束从激光束照射单元5的光学聚光器524中从半导体晶片10的待加工表面侧透过保护膜11而指向该预定沟道101，以便照射激光束，如图8所示。在激光束照射步骤中，可采用如下所述的紫外激光束和红外激光束：
(1)紫外激光束
光源：YAG激光器或YVO4激光器
波长：355毫微米
输出功率：3.0瓦
脉冲重复频率：20千赫兹
脉宽：0.1毫微秒
焦点直径：0.5微米
(2)红外激光束
光源：YAG激光器或YVO4激光器
波长：1064毫微米
输出功率：5.1瓦
脉冲重复频率：100千赫兹
脉宽：20毫微秒
焦点直径：1微米
通过进行上述激光束照射步骤，就可沿沟道101来划分半导体晶片10。此时，即使在施加激光束时如图8所示地产生了碎屑100，这些碎屑100也会被保护膜11挡住，无法粘附在电路102、焊接区等上。
在以上述方式沿预定沟道进行了激光束照射步骤之后，其上夹持了半导体晶片10的夹台36以箭头Y所示方向上的沟道间隔而分度式地运动(分度步骤)，然后进行上述激光束照射步骤。在完成了沿预定方向延伸的所有沟道的激光束照射步骤和分度步骤之后，将其上夹持了半导体晶片10的夹台36旋转90度。然后，沿垂直于上述预定方向而延伸的沟道进行上述激光束照射步骤和分度步骤。这样就可将半导体晶片10分成单个的半导体芯片。在如上所述地将半导体晶片10分成单个半导体芯片之后，使固定了半导体晶片10的夹台36返回到夹台36初始吸紧式固定住半导体晶片10的位置处。在这一位置处夹台36释放对半导体晶片10的吸力式固定。然后通过传送装置将半导体晶片10传送到下一工序位置(未示出)。
然后进行保护膜去除步骤，以便将粘附在固定于环形框架12上的保护胶带13上的半导体晶片10的表面10a上所涂覆的保护膜11除去。在保护膜去除步骤中，可用水洗去保护膜11，这是因为如上所述，保护膜11是由水溶性树脂来形成的。此时，在上述激光束照射步骤中产生的碎屑100也可随保护膜11一起洗去。结果，半导体晶片10可沿沟道101分成单个的半导体芯片，如图9所示。在所示实施例中，如这里所介绍的那样，可用水洗去保护膜11，这是因为保护膜11由水溶性树脂形成。因此，保护膜11的去除非常容易。
如上所述，已经基于划分半导体晶片的实施例来介绍了本发明，然而本发明可应用到用于其它工件的各种类型的激光加工中。
根据本发明的激光加工方法，在工件的待加工表面上涂覆保护膜，并经保护膜来对工件施加激光束。因此，因施加激光束而产生的碎屑被保护膜挡住。由于碎屑可随保护膜一起除去，因此可以防止因照射激光束而产生的碎屑所带来的影响。

Claims (12)

1.一种通过对工件施加激光束来对所述工件进行加工的激光加工方法，所述方法包括：
保护膜涂覆步骤，其中在所述工件的待加工表面上涂覆保护膜；
激光束照射步骤，其中经由所述保护膜来对所述工件施加激光束；和
保护膜去除步骤，其中在完成所述激光束照射步骤后去除所述保护膜。
2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述保护膜通过用液态树脂来涂覆所述待加工表面并使所得涂层经过一段时间而硬化来形成。
3.根据权利要求2所述的激光加工方法，其特征在于，所述液态树脂是水溶性的。
4.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述保护膜通过用片状件粘附在所述待加工表面上来形成。
5.根据权利要求4所述的激光加工方法，其特征在于，所述片状件是水溶性的。
6.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述工件是半导体晶片。
7.一种激光加工方法，其中通过在用激光束照射装置对工件施加激光束时使所述工件相对于所述激光束照射装置运动，从而对所述工件进行切割，所述方法包括：
保护膜涂覆步骤，其中在所述工件的待加工表面上涂覆保护膜；
激光束照射步骤，其中经由所述保护膜来对所述工件施加激光束；和
保护膜去除步骤，其中在完成所述激光束照射步骤后去除所述保护膜。
8.根据权利要求7所述的激光加工方法，其特征在于，所述保护膜通过用液态树脂来涂覆所述待加工表面并使所得涂层经过一段时间而硬化来形成。
9.根据权利要求8所述的激光加工方法，其特征在于，所述液态树脂是水溶性的。
10.根据权利要求7所述的激光加工方法，其特征在于，所述保护膜通过用片状件粘附在所述待加工表面上来形成。
11.根据权利要求10所述的激光加工方法，其特征在于，所述片状件是水溶性的。
12.根据权利要求7所述的激光加工方法，其特征在于，所述工件是半导体晶片。
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