TW201721729A - 晶圓之加工方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種當將至少一方的分割預定線被形成為非連續的晶圓進行雷射加工時，抑制在一方分割預定線的端部在另一方分割預定線形成為T字路而抵碰的交點附近已形成的改質層被照射雷射束，可防止雷射束在改質層的反射或散射，且防止因漏光所造成的元件損傷之晶圓之加工方法。將正交形成的第1分割預定線與第2分割預定線之中至少第2分割預定線被形成為非連續的晶圓分割成各個元件晶片之晶圓之加工方法，其係包含：第1方向改質層形成步驟，其係沿著第1分割預定線，在晶圓的內部形成第1方向改質層；及第2方向改質層形成步驟，其係沿著第2分割預定線，在晶圓的內部形成第2方向改質層。第2方向改質層形成步驟係包含在形成有第1方向改質層的第1分割預定線形成為T字路而相交的第2分割預定線的內部形成第2方向改質層的T字路加工步驟。T字路加工步驟係複數層的第2方向改質層的端部由下層遍及上層而朝向先形成的第1方向改質層形成為倒階梯狀。

Description

晶圓之加工方法
本發明係關於矽晶圓、藍寶石晶圓等晶圓之加工方法。
IC、LSI、LED等複數元件藉由分割預定線被區劃而形成在表面的矽晶圓、藍寶石晶圓等晶圓係藉由加工裝置被分割成各個元件晶片，經分割的元件晶片係被廣泛利用在行動電話、個人電腦等各種電子機器。
在晶圓的分割係廣泛採用一種使用被稱為切割機的切削裝置的切割方法。在切割方法中，係一邊使將鑽石等研磨粒以金屬或樹脂固定而形成為厚度30μm左右的切削刀，以30000rpm左右的高速進行旋轉，一邊切入至晶圓，藉此切削晶圓，將晶圓分割成各個元件晶片。
另一方面，近年來已開發一種使用雷射束，將晶圓分割成各個元件晶片的方法，且已實用化。以使用雷射束，將晶圓分割成各個元件晶片的方法而言，已知有以下說明的第1及第2加工方法。
第1加工方法係將對晶圓具透過性的波長 (例如1342nm)的雷射束的聚光點定位在與分割預定線相對應的晶圓的內部，沿著分割預定線照射雷射束，在晶圓內部形成改質層，之後藉由分割裝置，對晶圓賦予外力，將改質層作為分割起點而將晶圓分割成各個元件晶片的方法(參照例如日本專利第3408805號)。
第2加工方法係將對晶圓具吸收性的波長(例如355nm)的雷射束照射在與分割預定線相對應的區域，藉由燒蝕加工形成加工溝，之後賦予外力，將加工溝作為分割起點而將晶圓分割成各個元件晶片的方法(參照例如日本特開平10-305420號)。
在上述第1加工方法中，具有既未發生加工屑，且與以往藉由一般使用之切削刀所為之切割相比較，切割線極小化或無水加工等優點，被盛行使用。
此外，在藉由雷射束之照射所為之切割方法中，具有可將投射晶圓所代用的分割預定線(切割道(street))呈非連續的構成的晶圓進行加工的優點(參照例如日本特開2010-123723號)。在分割預定線呈非連續的晶圓的加工中，係按照分割預定線的設定，將雷射束的輸出進行ON/OFF來加工。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本專利第3408805號公報
〔專利文獻2〕日本特開平10-305420號公報
〔專利文獻3〕日本特開2010-123723號公報
但是，在以第1方向連續伸長的分割預定線，以第2方向伸長的分割預定線形成為T字路而抵碰的交點附近，係有如下所示之問題。
(1)若在與元件的一邊呈平行的第1分割預定線的內部先形成有第1改質層的第1分割預定線形成T字路而相交的第2分割預定線的內部形成第2改質層，隨著雷射束的聚光點接近T字路的交點，在已形成的第1改質層被照射將第2分割預定線進行加工的雷射束的一部分，發生雷射束的反射或散射，在元件區域漏光，有因該漏光而對元件造成損傷而使元件品質降低的問題。
(2)相反地，在與元件的一邊呈平行的第1分割預定線形成改質層之前，若沿著在第1分割預定線形成T字路而抵碰的第2分割預定線，在晶圓的內部先形成改質層，因遮斷由形成在T字路的交點近傍的改質層所發生的裂痕的進展的改質層不存在於T字路的交點，由T字路的交點，裂痕伸長1~2mm左右而達至元件，有使元件品質降低的問題。
本發明係鑑於如上所示之情形而完成者，其目的在提供一種當將至少一方的分割預定線被形成為非連續的晶圓進行雷射加工時，抑制在一方分割預定線的端部 在另一方分割預定線形成為T字路而抵碰的交點附近已形成的改質層被照射雷射束，可防止雷射束在改質層的反射或散射，且防止因漏光所造成的元件損傷之晶圓之加工方法。
藉由本發明，提供一種晶圓之加工方法，其係在利用以第1方向形成的複數第1分割預定線、及以與該第1方向呈交叉的第2方向形成的複數第2分割預定線被區劃的各區域形成元件，將該第1分割預定線與該第2分割預定線之中至少該第2分割預定線被形成為非連續的晶圓分割成各個元件晶片之晶圓之加工方法，其特徵為：具備有：第1方向改質層形成步驟，其係沿著該第1分割預定線，將對晶圓具透過性的波長的雷射束由晶圓的背面側聚光至晶圓的內部進行照射，在晶圓的內部形成沿著該第1分割預定線的複數層的第1方向改質層；第2方向改質層形成步驟，其係在實施該第1方向改質層形成步驟之後，沿著該第2分割預定線，將對晶圓具透過性的波長的雷射束由晶圓的背面側聚光至晶圓的內部進行照射，在晶圓的內部形成沿著該第2分割預定線的複數層的第2方向改質層；及分割步驟，其係在實施該第1方向改質層形成步驟及該第2方向改質層形成步驟之後，對晶圓賦予外力，將該第1方向改質層及該第2方向改質層作為破斷起點而將晶圓沿著該第1分割預定線及該第2分割預定線進 行破斷而分割成各個元件晶片，該第2方向改質層形成步驟係包含在形成有該第1方向改質層的該第1分割預定線形成為T字路而相交的該第2分割預定線的內部形成第2方向改質層的T字路加工步驟，該T字路加工步驟係當將由晶圓的背面以圓錐形狀聚光在表面近傍的雷射束的聚光點進行定位時，以該圓錐形狀的雷射束的一部分不會超出先形成的該第1方向改質層的方式形成第1改質層，在重疊在該第1改質層形成第2改質層時亦以該圓錐形狀聚光的雷射束的一部分不會超出先形成的該第1方向改質層的方式形成第2改質層，同樣地依序形成的第2方向改質層的端部由下層遍及上層而朝向先形成的第1方向改質層形成為倒階梯狀。
藉由本發明之晶圓之加工方法，依序形成的第2方向改質層的端部由下層遍及上層朝向先形成的第1方向改質層形成為倒階梯形狀，因此在形成第2方向改質層時，不會有圓錐形狀的雷射束與第1方向改質層衝突的情形，因此不會發生因雷射束的散射或反射所造成的漏光，可解決漏光攻擊元件而對元件造成損傷的問題。因此，不會有使元件品質降低的情形，可沿著分割預定線，在晶圓的內部形成適當的改質層。
2‧‧‧雷射加工裝置
4‧‧‧靜止基台
6‧‧‧導軌
8‧‧‧Y軸移動區塊
10‧‧‧滾珠螺桿
11‧‧‧半導體晶圓
11a‧‧‧表面
11b‧‧‧背面
12‧‧‧脈衝馬達
13a‧‧‧第1分割預定線
13b‧‧‧第2分割預定線
14‧‧‧Y軸進給機構(Y軸進給手段)
15‧‧‧元件
16‧‧‧導軌
17‧‧‧第1方向改質層
18‧‧‧X軸移動區塊
19‧‧‧第2方向改質層
20‧‧‧滾珠螺桿
21‧‧‧元件晶片
22‧‧‧脈衝馬達
24‧‧‧吸盤台
26‧‧‧夾具
28‧‧‧X軸進給機構(X軸進給手段)
30‧‧‧圓筒狀支持構件
32‧‧‧長柱
34‧‧‧雷射束照射單元
35‧‧‧雷射束發生單元
36‧‧‧外殼
38‧‧‧聚光器(雷射頭)
40‧‧‧攝像單元
42‧‧‧雷射振盪器
44‧‧‧重複頻率設定手段
46‧‧‧脈衝寬度調整手段
48‧‧‧功率調整手段
50‧‧‧分割裝置
52‧‧‧框架保持手段
54‧‧‧帶擴張手段
56‧‧‧框架保持構件
56a‧‧‧載置面
58‧‧‧夾具
60‧‧‧擴張鼓輪
62‧‧‧蓋
64‧‧‧支持凸緣
66‧‧‧驅動手段
68‧‧‧空氣汽缸
70‧‧‧活塞桿
F‧‧‧環狀框架
LB‧‧‧雷射束
T‧‧‧切割帶
X1‧‧‧方向
圖1係適於實施本發明之晶圓之加工方法之雷射加工裝置的斜視圖。
圖2係雷射束發生單元的區塊圖。
圖3係適於以本發明之晶圓之加工方法予以加工之半導體晶圓的斜視圖。
圖4係顯示第1方向改質層形成步驟的斜視圖。
圖5係顯示第1方向改質層形成步驟的模式剖面圖。
圖6係顯示T字路加工步驟的模式平面圖。
圖7係顯示T字路加工步驟的剖面圖。
圖8係分割裝置的斜視圖。
圖9係顯示分割步驟的剖面圖。
以下參照圖示，詳加說明本發明之實施形態。若參照圖1，顯示適於實施本發明之實施形態之晶圓之加工方法之雷射加工裝置2的斜視圖。雷射加工裝置2係包含有被裝載在靜止基台4上之朝Y軸方向伸長的一對導軌6。
Y軸移動區塊8係藉由由滾珠螺桿10及脈衝馬達12所構成的Y軸進給機構(Y軸進給手段)14，以分度進給方向，亦即Y軸方向移動。在Y軸移動區塊8上係固定有朝X軸方向伸長的一對導軌16。
X軸移動區塊18係藉由由滾珠螺桿20及脈衝 馬達22所構成的X軸進給機構(X軸進給手段)28，被導引至導軌16而以加工進給方向，亦即X軸方向移動。
在X軸移動區塊18上係透過圓筒狀支持構件30裝載有吸盤台24。在吸盤台24係配設有夾著圖4所示之環狀框架F的複數(本實施形態中為4個)夾具26。
在基台4的後方係立設有長柱32。在長柱32係固定有雷射束照射單元34的外殼36。雷射束照射單元34係包含有：被收容在外殼36中的雷射束發生單元35、及被安裝在外殼36的前端的聚光器(雷射頭)38。聚光器38係可朝上下方向(Z軸方向)微動地被安裝在外殼36。
雷射束發生單元35係如圖2所示，包含有：將波長1342nm的脈衝雷射進行振盪的YAG雷射振盪器或YVO4雷射振盪器等雷射振盪器42、重複頻率設定手段44、脈衝寬度調整手段46、及調整由雷射振盪器42被振盪的脈衝雷射束的功率的功率調整手段48。
在雷射束照射單元34的外殼36的前端係裝設有攝像單元40，該攝像單元40具備有：對被保持在吸盤台24的晶圓11進行攝像的顯微鏡、及攝影機。聚光器38及攝像單元40係朝X軸方向整列來作配設。
若參照圖3，顯示出適於藉由本發明之晶圓之加工方法予以加工的半導體晶圓(以下有僅簡稱為晶圓的情形)11的表面側斜視圖。在晶圓11的表面11a係形成有：以第1方向形成為連續的複數第1分割預定線13a； 及以與第1分割預定線13a呈正交的方向形成為非連續的複數第2分割預定線13b，在以第1分割預定線13a與第2分割預定線13b予以區劃的區域形成有LSI等元件15。
實施本發明實施形態之晶圓之加工方法時，晶圓11係形成為其表面被貼著在外周部被貼著在環狀框架F的黏著帶亦即切割帶T的框架單元的形態，在該框架單元的形態下，晶圓11係被載置在吸盤台24上，透過切割帶T被吸引保持，且環狀框架F係藉由夾具26被夾持而固定。
雖未特別圖示，在本發明之晶圓之加工方法中，首先將被吸引保持在吸盤台24的晶圓11定位在雷射加工裝置2的攝像單元40的正下方，藉由攝像單元40對晶圓11進行攝像，實施使第1分割預定線13a與聚光器38以X軸方向整列的對準。
接著，關於將吸盤台24旋轉90°之後，以與第1分割預定線13a呈正交的方向進行伸長的第2分割預定線13b，亦實施同樣的對準，將對準的資料儲存在雷射加工裝置2的控制器的RAM。
雷射加工裝置2的攝像單元40通常具備有紅外線攝影機，因此藉由該紅外線攝影機，可由晶圓11的背面11b側透過晶圓11來檢測形成在表面11a的第1及第2分割預定線13a、13b。
實施對準後，實施沿著第1分割預定線13a，在晶圓11的內部形成第1方向改質層17的第1方向改質 層形成步驟。在該第1方向改質層形成步驟中，如圖4及圖5所示，將對晶圓具透過性的波長(例如1342nm)的雷射束的聚光點，藉由聚光器38定位在晶圓11的內部，由晶圓11的背面11b側照射至第1分割預定線13a，將吸盤台24以圖5以箭號X1方向進行加工進給，藉此在晶圓11的內部形成沿著第1分割預定線13a的第1方向改質層17。
較佳為將聚光器38朝上方階梯性移動，在晶圓11的內部形成沿著第1分割預定線13a的複數層的第1方向改質層17，例如5層的第1方向改質層17。
改質層17係指形成為密度、折射率、機械強度或其他物理特性與周圍不同的狀態的區域，形成為熔融再固化層。該第1方向改質層形成步驟中的加工條件係設定為例如以下所示。
光源：LD激發Q開關Nd：YVO4脈衝雷射
波長：1342nm
重複頻率：50kHz
平均輸出：0.5W
聚光點徑：φ3μm
加工進給速度：200mm/s
在實施第1方向改質層形成步驟之後，實施第2方向改質層形成步驟，其係延在方向(伸長方向)的端部沿著在第1分割預定線13a成為T字路而抵碰的第2 分割預定線13b，將對晶圓11具透過性的波長(例如1342nm)的雷射束聚光在晶圓11的內部進行照射，在晶圓11的內部形成沿著第2分割預定線13b的第2方向改質層19。
在該第2方向改質層形成步驟中，在將吸盤台24旋轉90°之後，在晶圓11的內部形成沿著第2分割預定線13b的複數層的第2方向改質層19。
第2方向改質層形成步驟係包含有T字路加工步驟，其係在形成有第1方向改質層17的第1分割預定線13a形成為T字路而相交的第2分割預定線13b的內部形成第2方向改質層19。
參照圖7，說明該T字路加工步驟。首先，如圖7(A)所示，在T字路加工步驟中，將由晶圓11的背面11b以圓錐形狀聚光在表面11a近傍的雷射束LB的聚光點進行定位時，以圓錐形狀的雷射束LB的一部分不會超出先形成的第1方向改質層17的方式形成以第2方向伸長的第1改質層19。亦即，在圖7(A)所示之位置停止雷射束LB的照射。圖6係顯示圖7(A)的概略平面圖。
接著，重疊在第1改質層19形成第2改質層19時，亦如圖7(B)所示，以圓錐形狀聚光的雷射束LB的一部分不會超出先形成的第1方向改質層17的方式形成第2改質層19。
同樣地，依序形成第3改質層19、第4改質 層19、及第5改質層19，以第2方向改質層19的端部由下層遍及上層而朝向先形成的第1方向改質層17成為倒階梯狀的方式形成第2方向改質層19。
在此，被內置在聚光器38的聚光透鏡的開口數一般被設定為較大的值，因此雷射束LB係如圖7(A)、圖7(B)所示被聚光成圓錐形狀。
在實施第1方向改質層形成步驟及第2方向改質層形成步驟之後，實施分割步驟，其係對晶圓11賦予外力，且以第1方向改質層17及第2方向改質層19為破斷起點，將晶圓11沿著第1分割預定線13a及第2分割預定線13b進行破斷，且分割成各個元件晶片。
該分割步驟係使用例如圖8所示之分割裝置(伸展裝置)50來實施。圖8所示之分割裝置50係具備有：保持環狀框架F的框架保持手段52；及將被裝設在保持於框架保持手段52的環狀框架F的切割帶T進行擴張的帶擴張手段54。
框架保持手段52係由環狀的框架保持構件56、及被配設在框架保持構件56的外周之作為固定手段的複數夾具58所構成。框架保持構件56的上面係形成有載置環狀框架F的載置面56a，環狀框架F被載置在該載置面56a上。
接著，被載置在載置面56a上的環狀框架F係藉由夾具58被固定在框架保持手段52。如上所示所構成的框架保持手段52係藉由帶擴張手段54，可朝上下方 向移動地予以支持。
帶擴張手段54係具備有被配設在環狀框架保持構件56的內側的擴張鼓輪60。擴張鼓輪60的上端係以蓋62予以閉鎖。該擴張鼓輪60係具有小於環狀框架F的內徑且大於被貼著在裝設於環狀框架F的切割帶T的晶圓11的外徑的內徑。
擴張鼓輪60係具有一體形成在其下端的支持凸緣64。帶擴張手段54係另外具備有：將環狀框架保持構件56以上下方向移動的驅動手段66。該驅動手段66係由被配設在支持凸緣64上的複數空氣汽缸68所構成，其活塞桿70係與框架保持構件56的下面相連結。
由複數空氣汽缸68所構成的驅動手段66係將環狀的框架保持構件56，在其載置面56a成為與擴張鼓輪60的上端亦即蓋62的表面為大致相同高度的基準位置、與比擴張鼓輪60的上端為預定量下方的擴張位置之間，以上下方向移動。
參照圖9，說明使用構成如上的分割裝置50所實施的晶圓11的分割步驟。如圖9(A)所示，將透過切割帶T支持有晶圓11的環狀框架F載置於框架保持構件56的載置面56a上，藉由夾具58而固定在框架保持構件56。此時，框架保持構件56係被定位在其載置面56a成為與擴張鼓輪60的上端為大致相同高度的基準位置。
接著，驅動空氣汽缸68而將框架保持構件56下降至圖9(B)所示之擴張位置。藉此，由於將被固定 在框架保持構件56的載置面56a上的環狀框架F下降，因此被裝設在環狀框架F的切割帶T係抵接於擴張鼓輪60的上端緣而主要以半徑方向被擴張。
結果，對被貼著在切割帶T的晶圓11係以放射狀作用拉伸力。如上所示若在晶圓11以放射狀作用拉伸力，沿著第1分割預定線13a所形成的第1方向改質層17及沿著第2分割預定線13b所形成的第2方向改質層19成為分割起點，晶圓11沿著第1分割預定線13a及第2分割預定線13b被破斷，且被分割為各個元件晶片21。
在上述實施形態中，說明半導體晶圓11作為成為本發明之加工方法之加工對象的晶圓，但是成為本發明之加工對象的晶圓並非為限定於此者，在將藍寶石作為基板的光元件晶圓等其他晶圓，本發明之加工方法亦可同樣地適用。
11‧‧‧半導體晶圓
11b‧‧‧背面
17‧‧‧第1方向改質層
19‧‧‧第2方向改質層
LB‧‧‧雷射束
T‧‧‧切割帶

Claims (1)

  1. 一種晶圓之加工方法，其係在利用以第1方向形成的複數第1分割預定線、及以與該第1方向呈交叉的第2方向形成的複數第2分割預定線被區劃的各區域形成元件，將該第1分割預定線與該第2分割預定線之中至少該第2分割預定線被形成為非連續的晶圓分割成各個元件晶片之晶圓之加工方法，其特徵為：具備有：第1方向改質層形成步驟，其係沿著該第1分割預定線，將對晶圓具透過性的波長的雷射束由晶圓的背面側聚光至晶圓的內部進行照射，在晶圓的內部形成沿著該第1分割預定線的複數層的第1方向改質層；第2方向改質層形成步驟，其係在實施該第1方向改質層形成步驟之後，沿著該第2分割預定線，將對晶圓具透過性的波長的雷射束由晶圓的背面側聚光至晶圓的內部進行照射，在晶圓的內部形成沿著該第2分割預定線的複數層的第2方向改質層；及分割步驟，其係在實施該第1方向改質層形成步驟及該第2方向改質層形成步驟之後，對晶圓賦予外力，將該第1方向改質層及該第2方向改質層作為破斷起點而將晶圓沿著該第1分割預定線及該第2分割預定線進行破斷而分割成各個元件晶片，該第2方向改質層形成步驟係包含在形成有該第1方向改質層的該第1分割預定線形成為T字路而相交的該第 2分割預定線的內部形成第2方向改質層的T字路加工步驟，該T字路加工步驟係當將由晶圓的背面以圓錐形狀聚光在表面近傍的雷射束的聚光點進行定位時，以該圓錐形狀的雷射束的一部分不會超出先形成的該第1方向改質層的方式形成第1改質層，在重疊在該第1改質層形成第2改質層時亦以該圓錐形狀聚光的雷射束的一部分不會超出先形成的該第1方向改質層的方式形成第2改質層，同樣地依序形成的第2方向改質層的端部由下層遍及上層而朝向先形成的第1方向改質層形成為倒階梯狀。
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