CN1645563A - 半导体晶圆加工方法 - Google Patents

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CN1645563A CNA2005100055039A CN200510005503A CN1645563A CN 1645563 A CN1645563 A CN 1645563A CN A2005100055039 A CNA2005100055039 A CN A2005100055039A CN 200510005503 A CN200510005503 A CN 200510005503A CN 1645563 A CN1645563 A CN 1645563A
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Abstract

一种半导体晶圆加工方法，用于通过使用切割刀片沿着渠道切割晶圆来将含有半导体芯片的半导体晶圆划分成单个半导体芯片，该半导体芯片由包括在半导体衬底正面上层叠的绝缘膜和功能膜的叠层构成，并由所述渠道来隔开，该方法包括：激光槽形成步骤，通过向半导体晶圆的渠道施加脉冲激光束来形成到达该半导体衬底的激光槽；和切割步骤，用于使用切割刀片沿着半导体晶圆的渠道中形成的所述激光槽切割该半导体衬底，其中在该激光槽形成步骤中，通过掩模部件将施加到所述渠道的脉冲激光束的光斑成形为矩形光斑，并将加工条件设定为满足L＞(V/Y)(其中Y(Hz)是该脉冲激光束的重复频率，V(mm/sec)是加工－供给速率(晶圆与该脉冲激光束的相对移动速率，而L是该脉冲激光束的光斑在加工－供给方向上的长度)。

Description

半导体晶圆加工方法
技术领域
本发明涉及一种沿着渠道(street)分割半导体晶圆的半导体晶圆加工方法，该半导体晶圆含有由包括形成在诸如硅衬底等的半导体衬底正面上的绝缘膜和功能膜的叠层组成并被所述渠道分开的半导体芯片。
现有技术
如本领域普通技术人员公知的，在半导体器件的制造工艺中，形成了包括多个半导体芯片诸如IC或LSI的半导体晶圆，该半导体芯片由包括绝缘膜和功能膜的叠层组成，并形成在半导体衬底诸如硅衬底正面上的基质中。在如此形成的这种半导体晶圆中，由称作“渠道”的线条来分开上述半导体芯片，并通过沿着所述渠道切割该半导体晶圆来制造单个的半导体芯片。通常通过称作“切片机”的切割机沿着该半导体晶圆的渠道进行切割。这种切割机包括：一个卡盘台，用于固定作为工件的半导体晶圆；一个切割装置，用于切割卡盘台上固定的半导体晶圆；以及一个移动装置，用于使所述卡盘台和所述切割装置相对彼此移动。该切割装置具有以高速旋转的旋转轴和装配到该轴上的切割刀片。所述切割刀片包括一个盘状的基座和一个环状的切割边缘，通过电铸将直径约3μm的金刚石磨粒固定到该基座上来将该切割边缘装配到该基座***部分的侧壁上，并形成为约20μm厚。
为了提高半导体芯片诸如IC或LSI的产量，如今已实现了含有由叠层构成的半导体芯片的半导体晶圆，该叠层包括由无机材料诸如SiOF或BSG(SiOB)的膜或有机材料诸如聚酰亚胺基或聚对二甲苯基聚合物的膜形成的低介电绝缘膜(低-k膜)和在半导体衬底诸如硅衬底的正面上形成电路的功能膜。
当用切割刀片沿着所述渠道切割上述具有其上层叠的低-k膜的半导体晶圆时，出现了以下问题，即由于所述低-k膜是极易碎的，象云母一样，所述低-k膜被剥离时，这种剥离到达了电路上并对所述半导体芯片造成了致命的损坏。而且，即使在没有低-k膜的半导体晶圆中，当沿着所述渠道用切割刀片切割形成在该半导体衬底正面上的膜时，出现了以下问题，即通过切割刀片的所述切割操作产生的破坏性的力使其剥离，由此损坏了所述半导体芯片。
为了解决上述问题，例如，JP-A 2003-320466公开了一种加工方法，其中沿着半导体晶圆的所述渠道施加激光束来去除包括形成所述渠道的低-k膜的叠层，然后将切割刀片定位到已被去除了所述叠层的区域上来切割该半导体晶圆。
通过以上公布所公开的上述加工方法的去除所述叠层的步骤中，为了在没有失误的情况下去除所述叠层，如此施加脉冲激光束，以使得该脉冲激光束的光斑“S”相互交迭，如图14所示。由于所施加的激光束的光斑“S”为圆形，所以在所述光束斑“S”交迭部分的外部上形成了三角形的锐角部分“T”，且出现了一个新问题，即所述叠层从该锐角部分“T”剥离。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种半导体晶圆加工方法，所述加工方法能够沿着渠道将半导体晶圆分割成单个半导体芯片而不会引起所述叠层剥离，该半导体晶圆含有半导体芯片，该半导体芯片由包括层叠在半导体衬底正面上的绝缘膜和功能膜的叠层构成并由所述渠道分开。
为了达到上述目的，根据本发明，提供了一种半导体晶圆加工方法，该方法用于将含有半导体芯片的半导体晶圆沿着所述渠道使用切割刀片通过切割该晶圆切割成单个的半导体芯片，该半导体芯片由包括在半导体衬底正面上形成的绝缘膜和功能膜的叠层组成并通过所述渠道分开，该方法包括：
激光槽形成步骤，通过在宽度比所述切割刀片的宽度宽且不大于所述渠道宽度的范围内，向该半导体晶圆的渠道施加脉冲激光束来形成到达该半导体衬底的激光槽；以及
切割步骤，用于使用切割刀片沿着该半导体晶圆的渠道中形成的激光槽切割该半导体衬底，其中
在该激光槽形成步骤中，通过掩模部件将施加到所述渠道的脉冲激光束的光斑成形为矩形光斑，并将加工条件设定为满足L＞(V/Y)(其中Y(Hz)是所述脉冲激光束的重复频率，V(mm/sec)是加工-供给(processing-feed)速率(晶圆与所述脉冲激光束的相对移动速率)，而L是所述脉冲激光束的光斑在加工-供给方向上的长度)。
根据本发明，由于通过所述掩模部件将施加到所述半导体晶圆的渠道上的所述脉冲激光束的光斑成形为矩形光斑，并在加工-供给方向上相邻的光束斑彼此部分交迭，在所述光束斑的交迭部分的外部不形成三角形的锐角部分，与圆形光束斑不同，并消除了叠层21从该锐角部分剥离的问题。
附图简述
图1是表示通过保护带把采用本发明的半导体晶圆加工方法来分割的半导体晶圆装配在一个框架上的状态的透视图；
图2是图1中所示的半导体晶圆放大了的剖面图；
图3是激光束机的主要部分的透视图，该激光束机用于执行本发明的半导体晶圆加工方法中的激光槽形成步骤；
图4是示意性地示出图3中所示的激光束机提供的激光束施加装置的构造的方块图；
图5是图4中所示的激光束施加装置中提供的掩模部件的平面图；
图6是表示通过图5中所示的掩模部件来施加的脉冲激光束的光斑形状的图；
图7(a)和7(b)是用于解释本发明的半导体晶圆加工方法中的激光槽形成步骤的图；
图8是表示图7(a)和7(b)中所示的激光槽形成步骤中施加的脉冲激光束的相邻光斑相互交迭的状态图；
图9是表示通过本发明的半导体晶圆加工方法中的激光槽形成步骤在该半导体晶圆中形成的激光槽的图；
图10是表示通过本发明的半导体晶圆加工方法中的激光槽形成步骤在该半导体晶圆中形成的激光槽另一实例的图；
图11是切割机的主要部分的透视图，该切割机用于执行本发明的半导体晶圆加工方法中的切割步骤；
图12(a)和12(b)是用于解释本发明的半导体晶圆加工方法中的切割步骤的图；
图13(a)和13(b)是表示通过本发明的半导体晶圆加工方法中的切割步骤沿着所述激光槽切割该半导体晶圆的状态图；以及
图14是表示通过现有技术的激光束施加装置施加的脉冲激光束的相邻光斑相互交迭的状态图。
优选实施例详述
以下将结合附图详细地描述本发明的半导体晶圆加工方法。
图1是将要根据本发明的加工方法分割的半导体晶圆的透视图，而图2是图1中所示的半导体晶圆的主要部分放大了的剖面图。在图1和图2所示的半导体晶圆2中，在半导体衬底20诸如硅衬底的正面20a上的基体中形成由叠层21构成的多个半导体芯片22诸如IC或LSI，该叠层21包括一个绝缘膜和形成电路的功能膜，如图2所示。通过宽度为D的渠道23把所述半导体芯片22分开，并使其形成为格状图案。在示出的实施例中，形成该叠层21的绝缘膜是由无机材料诸如SiOF或BSG(SiOB)的膜或有机材料诸如聚酰亚胺基或聚对二甲苯基聚合物的膜形成的低介电绝缘膜(低-k膜)。将如此形成的半导体晶圆2的背面连接在固定到如图1所示的环形框架3的保护带4上，以便当分割成单个半导体芯片时，所述半导体芯片22不会散落。
在根据本发明的半导体晶圆2的加工方法中，首先沿着该半导体晶圆2上形成的渠道23，在宽度比将在以后描述的切割刀片的宽度大且不大于该渠道23的宽度D的范围内，通过施加脉冲激光束来执行形成到达该半导体衬底20的激光槽的步骤。利用图3至5中所示的激光束机来执行该激光槽形成步骤。图3至5中所示的激光束机5具有用于固定工件的卡盘台51、用于将激光束施加到该卡盘51固定的工件上的激光束施加装置52以及用于拾取该卡盘台51上固定的工件图像的图像拾取装置58。将该卡盘台51构造成吸持工件，并通过一个移动机构(未示出)在图3中由箭头X表示的加工-供给方向和由箭头Y表示的分度-供给(indexing-feed)方向上移动。
上述激光束施加装置52具有基本上布置成水平的圆柱形外壳53。在该外壳53中，安装了一个脉冲激光束振荡装置54和一个传输光学***55，如图4所示。通过由YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器组成的脉冲激光束振荡器541和连接到该脉冲激光束振荡器541的重复频率设定装置542来构造所述脉冲激光束振荡装置54。所述传输光学***55含有合适的光学元件诸如分束器等。
将聚光器56贴附在上述外壳53的端部。该聚光器56包括偏转镜561、掩模部件562和聚光物镜563，如图4所示。该偏转镜561将从上述脉冲激光束振荡装置54经由该传输光学***55施加的脉冲激光束50以直角朝着上述掩模部件562偏转。该掩模部件562具有一个宽度为A而长度为B的矩形开口562a，如图5所示。在成形前，该掩模部件562的开口562a比该脉冲激光束50的圆形截面(由图5中的双点链线表示)小。在该脉冲激光束50穿过该掩模部件的开口562a后，其剖面按照该开口562a而成形为矩形，然后穿过所述聚光物镜563被施加到该半导体晶圆2上来作为光束斑，该光束斑形状与该掩模部件562的开口562a相似。换句话说，在该半导体晶圆2上形成了该掩模部件562的开口562a的像。也就是说，将该脉冲激光束50施加该到半导体晶圆2上，形成为如图6所示的矩形光束斑“s”。将该掩模部件562和该聚光物镜563之间的间距设定为d1，将该聚光物镜563和该半导体晶圆2之间的间距设定为d2，并且该间距d2大于该聚光物镜563的焦距“f”，而且满足d2＝(d1×f)/(d1-f)。通过保持关系d2/d1＝f/(d1-f)，从d2/d1或f/(d1-f)可以获得根据该掩模部件562的开口562a的尺寸而变的所述矩形光束斑“s”的尺寸。因此，当上述掩模部件562的开口562a的宽度A为400μm而长度B为800μm，并且该掩模部件562和该聚光物镜563之间的间距d1与该聚光物镜563和该半导体晶圆2之间的间距d2的比值(d2/d1)为1/20(d2/d1＝1/20)时，该脉冲激光束50的矩形光斑“s”具有20μm的宽度H和40μm的长度L。换句话说，为了获得宽度H为20μm而长度L为40μm的光束斑“s”，当将上述(d2/d1)设定为1/20时，该掩模部件562的开口562a必须具有400μm的宽度A和800μm的长度B。为了获得宽度H为20μm且长度L为20μm的正方形光束斑“s”，当将上述(d2/d1)设定为1/20时，该掩模部件562的开口562a必须具有400μm的宽度A和400μm的长度B。
装配在构成上述激光束施加装置52的所述外壳53的端部上的图像拾取装置58通过用于拾取所述实施例中的可见辐射图像的普通图像拾取器件(CCD)或类似器件来构成，并将图像信号发送给一个控制装置，该控制装置未示出。
将结合图3、图7(a)和7(b)至图10来描述采用上述激光束机5执行的激光槽形成步骤。
在该激光槽形成步骤中，首先将该半导体晶圆2以下述方式放置在图3所示的激光束机5的卡盘台51上，即，使得正面2a(其上形成了该叠层21的表面侧)面朝上并吸持在该卡盘台51上。在图3中，省略了其上固定有该保护带4的所述环形框架3，并且该环形框架3通过在该卡盘台51上提供的适当的框架固定装置来固定。
通过未示出的一个移动机构将如上所述吸持该半导体晶圆2的该卡盘台51设置在该图像拾取装置58的正下方。将该卡盘台51设置在该图像拾取装置58的正下方之后，通过该图像拾取装置58和未示出的所述控制装置来执行用于检测该半导体晶圆2的待加工区域的对准操作。即，该图像拾取装置58和该控制装置(未示出)执行诸如图案匹配等的图像处理，来将形成在该半导体晶圆2的预定方向上的渠道23与沿着所述渠道23提供激光束的激光束施加装置52的聚光器56对准，由此进行激光束施加位置的对准。在渠道23上还进行了激光束施加位置的对准，该渠道23形成在该半导体晶圆2上并在与上述预定方向垂直的方向上延伸。
在检测了该卡盘台51上固定的半导体晶圆2上形成的渠道23，并且如上所述进行了激光束施加位置的对准后，将该卡盘台51移动到提供激光束的激光束施加装置52的聚光器56所处的一个激光束施加区域，如图7(a)所示，以将该预定渠道23的一端(图7(a)中的左端)停在该激光束施加装置52的聚光器56正下方的位置。在由图7(a)中的箭头X1表示的方向上以一个预定的加工-供给速率移动该卡盘台51，也就是该半导体晶圆2，同时从该聚光器56施加脉冲激光束50。当该激光束施加装置52的聚光器56的施加位置到达如图7(b)所示的该渠道23的另一端(图7(b)中的右端)时，暂停施加该脉冲激光束50并停止移动该卡盘台51，也就是该半导体晶圆2。
此后，在与该薄板垂直的方向(分度-供给方向)上移动该卡盘台51，也就是移动该半导体晶圆大约15μm。然后，在由图7(b)中的箭头X2表示的方向上以一个预定的加工-供给速率移动该卡盘台51，也就是该半导体晶圆，同时从该激光束施加装置52施加该脉冲激光束50。当该激光束施加装置52的施加位置到达图7(a)中所示的位置时，暂停施加该脉冲激光束50并停止移动该卡盘台51，也就是该半导体晶圆2。
在从该激光束施加装置52施加的脉冲激光束50穿过如上所述的掩模部件562的开口562a后，该脉冲激光束50被成形为矩形束并施加到该半导体晶圆2成为矩形光束斑“s”。当将加工条件设定为满足L＞(V/Y)(其中Y(Hz)是该脉冲激光束的重复频率，V(mm/sec)是加工-供给速率(晶圆与该脉冲激光束的相对移动速率)，而L是该脉冲激光束的光斑“s”在加工-供给方向上的长度)，该脉冲激光束相邻的光斑“s”在所述加工-供给方向X上，即沿着该渠道23相互部分交迭，如图8所示。在图8所示的例子中，在所述加工-供给方向X上的该脉冲激光束的光斑“s”的交迭比为50％。可以通过改变所述加工-供给速率V(mm/sec)或该脉冲激光束的光斑“s”在所述加工-供给方向上的长度L来适当地设定该交迭比。
例如，在下面的加工条件下执行上述激光槽形成步骤。
激光束的光源：YVO4激光器或YAG激光器
波长：355nm
输出功率：1.0至2.0W
重复频率：50kHz
脉冲宽度：10ns
输出功率：0.5W
光束斑“s”的大小：高20μm×长40μm，高20μm×长20μm
加工-供给速率：50至500mm/sec
如图9所示，通过执行上述激光槽形成步骤，沿着渠道23，在不比该叠层21的渠道23的宽度D宽的范围内，以比以后将描述的切割刀片的宽度宽的间距形成了到达该半导体衬底20的一对激光槽241和241，该叠层21形成该半导体晶圆2的渠道23。由于在形成该半导体晶圆2的渠道23的叠层21中如此形成的激光槽241和241到达了该半导体衬底20，所以形成所述渠道23的叠层21与该半导体芯片22侧完全分离。在所描述的实施例中，该叠层21的部分211保留在渠道23中心部分的所述激光槽对241和241之间。根据本发明，由于该脉冲激光束被成形为矩形束，并且施加成相邻的光束斑“s”在该加工-供给方向上相互部分交迭从而形成了该激光槽241和241，所以在该交迭部分的外部不形成三角形的锐角部分“T”，与图14中所示的圆形光束斑“S”不同，并且消除了该叠层21从所述锐角部分“T”剥离的问题。
在图9所示的实施例中，在该激光槽形成步骤之后，该叠层21的部分211保留在该半导体晶圆2的渠道23中心部分的所述激光槽对241和241之间。然而，通过向该叠层21的残留部分211施加脉冲激光束，可以去除该叠层21的残留部分211，如图10所示。
在该半导体晶圆2上形成的所有渠道23上都进行了上述激光槽形成步骤之后，沿着所述渠道23来执行用于切割该半导体晶圆2的所述切割步骤。在该切割步骤中，可以使用通常用作如图11所示的划片机的切割机6。即，该切割机6包括具有吸持装置的卡盘台61、具有切割刀片621的切割装置62，以及用于拾取在该卡盘台61上固定的工件图像的图像拾取装置63。
将结合图11、图12(a)和12(b)及图13(a)和图13(b)来介绍采用上述切割机6进行的切割步骤。
即，如图11所示，将经过了上述激光槽形成步骤的半导体晶圆2以下述方式放置在该切割机6的卡盘台61上，即，使得该半导体晶圆2的正面2a朝上，并通过未示出的一个吸持装置固定在该卡盘台61上。通过未示出的一个移动机构将吸持该半导体晶圆2的卡盘台61设置在该图像拾取装置63的正下方。
将该卡盘台61设置在该图像拾取装置63的正下方之后，通过该图像拾取装置63和未示出的一个控制装置来执行用于检测该半导体晶圆2的待切割区域的对准操作。也就是说，该图像拾取装置63和该控制装置(未示出)执行诸如图案匹配等的图像处理，来将形成在该半导体晶圆2的预定方向上的渠道23与沿着该渠道23切割的切割刀片621对准，由此进行待切割区域的对准。同样在渠道23上进行待切割区域的对准，该渠道23形成在该半导体晶圆2上并在与上述预定方向垂直的方向上延伸。
在检测到该卡盘台61上固定的该半导体晶圆2上形成的渠道23，并如上所述进行了待切割区域的对准之后，将固定该半导体晶圆2的卡盘台61移动到待切割区域的切割起始位置。在该点处，如图12(a)所示，将该半导体晶圆2停到如下位置，即待切割的渠道23的一端(图12(a)中的左端)在离该切割刀片621的正下方有一个预定距离的右侧所处的位置。还如下设置该半导体晶圆2，使得该切割刀片621处于所述渠道23中形成的所述激光槽对241和241之间的中心。
在以这种方式将该卡盘台61，也就是该半导体晶圆2停到待切割区域的所述切割起始位置之后，该切割刀片621从由图12(a)中的双点链线表示的待机位置向下移动到由图12(a)中的实线表示的预定切割位置。将该切割位置设定到如下位置，即，该切割刀片621的下端到达固定到该半导体晶圆2背面的保护带4的位置，如图13(a)所示。
之后，以预定的转数旋转该切割刀片621，并且以预定的切割-供给速率使该卡盘台61，也就是该半导体晶圆2在由图12(a)中的箭头X1表示的方向上移动。当该卡盘台61，也就是该半导体晶圆2达到如下位置，即，该渠道23的另一端(图12(b)中的右侧)处于离如图12(b)所示的切割刀片621正下方有一个预定距离的左侧时，停止移动该卡盘台61，也就是该半导体晶圆2。通过这样移动该卡盘台61，也就是该半导体晶圆2，在该半导体晶圆2的渠道23中形成的所述激光槽241和241之间形成了到达背面的切割槽243，如图13(b)所示。当用上述切割刀片621切割所述激光槽对241和241之间的区域时，用该切割刀片621切除了所述激光槽241和241之间残留的该叠层21的部分211。由于通过两侧的激光槽241和241将所述部分211从所述半导体芯片22分离，因此甚至当所述部分211被剥离时，也不会影响所述半导体芯片22。如图10所示，当通过该沟槽形成步骤已经去除了形成该渠道23的叠层21的残留部分211时，在该切割步骤中用切割刀片621仅仅切割了该半导体衬底20。
例如，在下面的加工条件下进行上述切割步骤。
切割刀片：外径为52mm，厚度为20μm
切割刀片的转数：30,000rpm
切割-供给速度：50mm/sec
之后，该切割刀片621向上移动到由图12(b)中的双点链线表示的待机位置，并使该卡盘台61，也就是该半导体晶圆2在由图12(b)中的箭头X2表示的方向上移动，以返回到图12(a)所示的位置。通过在与该薄板垂直的方向(分度-供给方向)上，以对应于所述渠道23之间的间隔的一个距离来分度-供给该卡盘台61，也就是该半导体晶圆2，以把接下来要被切割的渠道23停到对应于该切割刀片621的位置。接下来要被切割的渠道23处在对应于该切割刀片621的位置之后，进行上述切割步骤。
对形成在该半导体晶圆2上的所有渠道23都执行上述的切割步骤。结果，沿着形成在所述渠道23中的激光槽241切割该半导体晶圆2，以将该半导体晶圆2分割成单个的半导体芯片20。

Claims (1)

1、一种半导体晶圆加工方法，用于通过使用切割刀片沿着渠道切割晶圆来将含有半导体芯片的半导体晶圆划分成单个的半导体芯片，所述半导体芯片由包括层叠在半导体衬底正面上的绝缘膜和功能膜的叠层构成，并由所述渠道来隔开，该方法包括：
激光槽形成步骤，通过在宽度比所述切割刀片的宽度更宽且不大于所述渠道宽度的范围内，向所述半导体晶圆的渠道施加脉冲激光束来形成到达所述半导体衬底的激光槽；以及
切割步骤，用于使用切割刀片沿着该半导体晶圆的渠道中形成的激光槽切割所述半导体衬底，其中
在该激光槽形成步骤中，通过掩模部件将施加到所述渠道的脉冲激光束的光斑成形为矩形光斑，并将加工条件设定为满足L＞(V/Y)，其中Y(Hz)是所述脉冲激光束的重复频率，V(mm/sec)是加工-供给速率，即晶圆相对于所述脉冲激光束的移动速率，而L是所述脉冲激光束的光斑在该加工-供给方向上的长度。
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