TWI351715B - Semiconductor wafer processing method - Google Patents

Description

1351715 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種用以沿深蝕線驅動半導體晶圓之半導 體晶圓處理方法，該半導體晶圓含由一種層所組成之半導 體晶片。該積層含一形成在由深蝕線所切開之如矽基底之 類者之半導體基底前表面上之絕緣膜及一作用膜》 • 【先前技術】 如爲具備本技術一般技術者所知者，在一半導體製程 中，形成含如由一積層所組成之1C或LSI之多數半導體晶 片，該積層含在如矽基底之半導體基底前表面上形成矩陣 之絕緣膜及一作用膜。在這般所形成之該半導體晶圓中， 以上半導體由稱爲^深蝕線"之刻線所分開，並藉由沿該 深蝕線切割半導體晶圓加以產製個別之半導體晶片。沿半 導體晶圓之深蝕線之切割通常是藉稱爲"晶圓切割器〃之 • 切割機加以實施。該切割機含一用以支撑半導體晶圓，作 爲一工件之夾盤，一用以切割支撑在夾盤上之半導體晶圓 之切割裝置，及一彼此相對地用以移動夾盤和切割裝置之 移動裝置。切割裝置是具一高速旋轉之旋轉馬達及一安裝 在旋轉馬達之切割刀片。切割刀片含一像碟或底部及一環 狀切緣之切割刀片，該環狀切緣是被安裝在底部側壁周圍 部位上面並以電鑄法將直徑3^ m之菱形硏磨粒固定在底 部，形成約20 // m厚度。 爲增進如1C或LSI之半導體晶片之產量，如今已實施 (2) 1351715 含由一積層所組成之半導體晶片之半導體晶圓，該積層含 —由SiOF或BSG(SiOB)之無機材質膜或如聚醯亞胺爲主 或如茈主之聚合體之有機材質膜所形成之低電介絕緣膜（ 低K膜）及一使電路形成在如一矽基底之半導體基底前表 面上之作用膜。 當以切割刀片沿深蝕線切割上面層積低K膜之以上半 導體晶圓時，因低K膜像雲母特別易碎而產生一問題，低 • K膜剝落’且該剝離觸及電路並對半導體晶片造成致命損 害。而且’甚至在未具低K膜之半導體晶圓中，當以一切 割片沿深蝕線切割形成在半導體基底前表面上之膜時，產 生由切割刀片之切割作業所產生之破壞力而剝落之問題， 因此，損害半導體晶片。 爲解決以上問題，例如，JP-A-20〇3_32〇466發表當中 沿半導體晶圓深蝕線施加雷射光束，移除含形成深蝕線之 底K膜之積層之處理方法，且之後，使該切割刀片定位至 • 已從該處移除積層之區域加以切割半導體晶圓。 在以上公開案所發表之以上處理方法中移除積層之步 驟中’爲了成功移除積層，施加一脈衝雷射光束，使得脈 衝雷射光束之"S〃光點如第14圖中所示，彼此重疊。因 所施加之雷射光束光點w S "爲環形，故在光束點，S 〃重 疊部位外側上形成三角形之銳角部位，T # ，並產生積層 從銳角部位A T 〃剝落之新問題。 【發明內容】 _ 6 (3) 1351715 本發明之一項目的在提供一種半導體晶圓之處理方法 ’其可沿深蝕線將半導體晶圓，分成個別之半導體晶片， 不致造成積層之剝落，該半導體晶圓半導體晶片，該半導 體晶片由含絕緣膜及層積在一半導體基底前表面上之作用 膜之積層組成，並由深蝕線所分開。 根據本發明，爲達成以上的有提供一種半導體晶圓之 處理方法’該方法沿深蝕線，以一切割刀片藉切割晶圓將 • 含半導體晶片之半導體晶圓分成個別半導體晶片，該半導 體晶片是由含一絕緣膜及形成在一半導體基底前表面上之 作用膜之積層組成，並由將深蝕線所分開，該方法含： 一用以形成雷射溝槽之雷射溝槽形成步驟，該雷射溝 槽藉施加一寬度範圍寬於切割刀片寬度但不大於深蝕線寬 度之脈衝雷射光束至半導體晶圓深蝕線而觸及半導體基底 :以及 一沿形成在半導體晶圓深蝕線中之雷射溝槽，以切割 # 刀片切割半導體基底之切割步驟，其中 在雷射溝槽形成步驟中，以罩幕構件使施加至深蝕線 之脈衝雷射光束光點形成矩形光點，並設定處理條件使其 滿足L>(V/Y)(其中，Y(Hz)爲脈衝雷射光束之反 覆頻率，V ( mm / sec )爲處理饋入比（晶圓脈衝雷射光 射光束之相對運動速度），且L爲脈衝雷射光束光點在處 理饋入方向之長度）。 根據本發明’因以罩幕構件使施加至半導體晶圓深蝕 線之脈衝雷射光束光點形成矩形光點且相鄰光束光點在處 —7- (4) 1351715 理饋入方向中彼此部份重疊，故不像環形光束光點，三角 形之銳角部位未形成在光束光點重疊部位之外部上，且弭 除積層21從銳角部位剝落之問題。 【實施方式】 以下參考隨圖將詳細本發明之半導體晶圓處理方法。 第1圖爲根據本發明處理方法加以分開之半導體晶圓 • 之透視圖而第2圖爲第1圖中所示半導體晶圓主要部位之放 大切面圖。在第1和2圖中所示之半導體晶圓2中，如第2圖 中所示，在如一矽基底之半導體基底20之前表面20 a上以 矩陣形成形成由積層21所組成，如ICVS或LSI'S之多數半 導體晶片22，該積層21含一絕緣膜及一作用膜形成電路。 半導體晶片22由寬度D之深蝕線23所分開並形成晶格圖案 。在圖解實施例中，形成積層21之絕緣膜爲一由如SiOF或 BSG ( SiOB )之無機材料膜所形成或如聚醯亞胺爲主或茈 # 爲主聚合物之有機材料膜所形成之低電介絕緣膜（低K膜 )。將這般所形成之半導體晶圓2之背表面，如第1圖中所 示，安置在固接在一環形框架3之保護帶4,使得當它分成 個別半導體晶片時，半導體晶片22不會分開。 在根據本發明之處理半導體晶圓2方法中，首先實施 形成雷射溝槽之步驟，該溝槽沿形成在半導體晶圓2上之 深蝕線23，藉施加一寬度範圍大於稍後將註明之切割刀片 寬度且不大於深蝕線20之寬度D之脈衝雷射光束觸及半導 體基底20之形成雷射溝槽步驟。以第3至5圖中所示之雷射 (5) 1351715 光束機實施該雷射溝槽形成步驟°第3至5圖中所示之雷射 光束機5是一用以支撑工件之基座板51，一用以施加雷射 光束至基座板51上所支撑之工件之雷射光束施加裝置5 2及 —用以拾取基座板51上所支撑工件之影響之影像拾取裝置 58。基座板51構成以吸入支撑工件並由第3圖中箭頭X所 示之處理饋入方向和箭頭Y所示之索引饋入方向中之移動 機構（未示出）加以移動。 # 以上之雷射光束施加裝置52具一實質上佈置成水平之 圓柱套管53。在套管53中，如第4圖中所示，裝有—脈衝 雷射光束振盪裝置54和一傳輸光學系統55。脈衝雷射光束 振動裝置54由一含YAG雷射振盪器或YVCM雷射振盪器之 脈衝雷射光束振盪器541及連接至脈衝雷射光束振盪器541 之反覆頻率設定裝置5 42所構成。傳輸光學系統55含如分 光束器等之適當光學元件。 聚光器56是附接至以上套管54之末端。如第4圖中所 • 示，聚光器56含一偏向鏡片561，一罩幕構件56 2及一物聚 光鏡5 63。偏向鏡片561使透過傳輸光學系統55從以上脈衝 雷射光束振盪裝置54所施加之脈衝雷射光束50以一直角朝 以上罩幕構件562偏向》如第5圖中所示，罩幕構件562具 寬度爲A且長度爲B之矩形開口 5 62a。罩幕構件5 62之開口 562a在形成前小於脈衝雷射光束50之圓形切面（由第5圖 中之雙點鏈線表示）。在脈衝雷射光束50通過罩幕構件之 開口 562a後，其切面根據開口 562a形成矩形且然後其通過 物體聚光鏡5 63，以形狀類似於罩幕構件5 62開口 5 62a之光 (6) (6)1351715 束光點被施加至半導體晶圓2。另言之’在半導體晶圓2上 形成罩幕構件562開口 562a之一影像。即，以第6圖中所示 之矩形光束光點〃將脈衝雷射光束50施加至半導體晶 圓2。將罩幕構件562和物體聚光鏡563間之間距設成dl， 物體聚光鏡563和半導體晶圓2間之間距設成d2 ’且間距d2 大於物體聚光鏡563之焦距"f"並滿足d2= (dlxf) / ( dl— f)。藉保持 d2/dl=f/ (dl— f)之關係，從 d2/ dl或f/ (dl—f)可得到根據罩幕構件562開口 562a大小 之矩形光束光點、S 〃之大小。因此’當以上罩幕構件5 62 開口 562a之寬度A爲400/z m且長度B爲800/z m且罩幕構件 5 62和物體聚光鏡562之間之間距dl對物體聚光鏡563和半 導體晶圓2間之間距d2之比率（d2/dl)爲l/20(d2/dl =1/ 20 )時，脈衝雷射光束50之矩形光點之寬度Η 爲20/im且長度L爲40/ini。另言之，爲了得到寬度Η爲20 Am且長度L爲40/zm之光束光點，當將以上（d2/ dl)設成1/20時，罩幕構件562之開口 562a之寬度A須爲 400# m且長度B須爲800# m。爲得到寬度Η爲20# m且長 度L爲20/ζηι之方形光束光點^^"，當設定以上（d2/dl )爲1/20時，罩幕構件562之開口 5 62a之寬度A須爲400 μ m且長度B須爲400/·ί m。 安裝在構成以上雷射光束施加裝置52之套管53端之影 像拾取裝置58是由普通影拾取裝置（CCD )之類者所構成 ，用以拾取圖解實施例中具可視輻射之一影像，並傳送一 影像訊號至一未示出之控制裝置。 -10- (7) (7)1351715 參考第3，7 ( a )和7 ( b )至1 0圖將說明以以上雷射 光束機5所實施之雷射溝槽形成步驟。 在這雷射溝槽形成步驟中，以前表面2a (上面形成積 層21之表面側）朝上並以吸力支撑在基座板51上之這種方 式，將半導體晶圓2首先安置在第3圖中所示之雷射光束機 5之基座板51上。在第3圖中，省略有保護帶4固接至此之 環狀框架3並以設在基座板51上之適當框架支撑裝置加以 支撑環狀框架3。 以一未示出之移動機構將如上述以吸力支撑半導體晶 圓2之基座板51就定位在影像拾取裝置58下方。將基座板 5 1就定位在影像拾取裝置58後，即影像拾取裝置58及未示 出之控制裝置實施用以檢測處理區，爲半導體晶圓2所處 理之對準工作。即，影像拾取裝置58和控制裝置（未示出 )實施如圖案匹配等之影像處理，使在半導體晶圓2—預 定方向中所形成之深蝕線23和雷射光束施加裝置52之聚光 器5 6對齊，用以沿深蝕線23施加一雷射光束。因此，實施 雷射光束施加位置之對準。在形成在半導體晶圓2上並在 垂直於以上預定方向之方向中延伸之深蝕線23上亦實施雷 射光束施加位置之對準。 在如上檢測形成在支撑於基座板5 1上之半導體晶圓2 上之深蝕線23並實施雷射光束施加裝置之對準後，使基座 板51移至施加雷射光束之雷射光束施加裝置5 2之聚光器56 位在如第7(a)圖中所示位置之雷射光束施加區，將預定 深蝕線23之一端（第7 ( a )圖中之左端）帶到就在雷射光 -11 — (8) 1351715 束施加裝置52之聚光器56下方。以一預定處理饋入率在第 7 ( a )圖中之箭頭XI所示方向移動基座板51，即半導體晶 圓2，而從聚光器56施加一脈衝雷射光束50。如第7(b) 圖中所示，當雷射光束施加裝置52之聚光器56位置觸及深 蝕線23之另一端（第7(b)圖中右端）時，即暫停施加脈 衝雷射光束50並停止移動基座板51，即半導體晶圓2。 之後，在垂直於薄片方向（索引饋入方向）使基座板 # 51，即半導體晶圓2移動約15 v m。然後以一預定處理饋 入率在第7(b)圖中箭頭x2所示方向移動基座板51，半導 體晶圓2，而從雷射光束施加裝置52施加脈衝雷射光束50 。當雷射光束施加裝置5 2之施加位置觸及第7 ( a )圖中所 示位置時，即暫停施加雷射光束50並停止移動基座板51， 即半導體晶圓2。 如上述，當從雷射光束施加裝置5 2所施加之脈衝雷射 光束50通過罩幕構件5 62之開口 5 62a時，其即形成矩形光 • 束並以矩形光束光點a S 〃施加至半導體晶圓2。當處理條 件設成滿足L> (V/Y)(當中Y(Hz)爲脈衝雷射光束 之反覆頻率，V ( mm/ sec)爲處理饋入率（晶圓對脈衝 雷射光束之相對移動速度），且L爲脈衝雷射光束光點 〃在處理饋入方向之長度）時，如第8圖中所示，脈衝雷 射光束之相鄰光點S 〃在處理饋入方向X，即，沿深蝕 線23彼此份重疊。在第8圖中所示實例中，在處理饋入方 向X中脈衝雷射光束光點之重疊比爲50%。藉由變 更處理饋入比V ( mm/ sec)或脈衝雷射光束光點” S〃之 -12- (9) 1351715 處理饋入方向長度L可適當設定該重疊比。 例如，在以下處理條件下實施以上雷射溝槽形成步驟 雷射光束光源：YV04雷射或YAG雷射 波長：35 5 nm 輸出：1.0至2.0 W 反覆頻率：50 kHz Φ 脈衝寬度：10 ns

輸出：0.5 W 光束光點大小：高度20#mx長度40/im 亮度20/z mx長度20/z m 處理饋入比：50至500 mm / sec 如第19圖中所示，藉實施以上雷射溝槽形成步驟，觸 及半導體基底20之一雷射溝槽241和241之形成範圍不寬於 沿脈衝雷射23，以比稍後將說明之切割刀片寬度之較寬間 ^ 距形成半導體晶圓2深蝕線23之積層21深蝕線23寬度D。 因在形成半導體晶圓2之深蝕線23之積層21中所這般形成 之雷射溝槽241和241觸及半導體基底20，形成深蝕線23之 積層21與半導體晶片22側完全分離。在這圖解實施例中， 積層2 1部位2 1 1保持在雷射溝槽24 1和24 1對間之深蝕線23 中心部位。根據本發明，因使脈衝雷射光束形成矩形光束 並加以施加成使得相鄰光束光點、S 〃在處理饋入方向彼 此部份重疊’形成雷射溝槽20和241，故不像第14圖中所 示圓形光束光點、S 〃，三角形銳角部、T〃未形成在重疊 -13- (10) 1351715 部位外部上，且弭除積層21從銳角部< T〃剝落之問題。 在第9圖中所示實施例中，積層21部位211在雷射溝槽 形成步驟後，以一狀態保持在雷射溝槽24 1和24 1對間之半 導體晶圓2之深蝕線23中心部位。然而，藉施加一脈衝雷 射光束至積層21之剩餘部位211，如第10圖中所示可移除 積層21之剩餘部位211 * 在對形成在半導體晶圓2上之所有深蝕線23實施上述 φ 雷射溝槽形成步驟後，實施沿深蝕線23用以切割半導體晶 圓2之切割步驟。在這切割步驟中，可使用如第11圖中所 示，通常作爲晶圓切割機用之切割機6。亦即，切割機6含 一有吸入支撑裝置之基座板61’ 一具有切割刀片621之切 割裝置62，及一用以拾取支撑在基座板61上一工件影像之 影像拾取裝置63。 參考第11，12(a)和12(b)圖，及第13 (a)和13 (b )圖將說明以上切割機6所實施之切割步驟。 Φ 如第11圖中所示，即以半導體晶圓2之前表面2a朝上 並由一未示出之吸入裝置支撑在基座板61上之這種方式將 已受到上述雷射溝槽形成步驟之半導體晶圓2安置在切割 機6之基座板61上。以一未示出之移動機將吸入支撑半導 體晶圓2之基座板61就定位在影像拾取裝置63下方。 在將基座板61就定位在影像拾取裝置63下方後，即以 影像拾取裝置63及一未示出之控制裝置實施用以檢測要切 割半導體晶圓2區域之對準工作。即’影像拾取裝置63和 控制裝置（未示出）實施如圖案匹配等之影像處理，對準 -14- (11) 1351715 以切割刀片621沿深蝕線23加以切割，在半導體晶圓2預定 方向中所形成之深蝕線23，因此實施切割區之對準。針對 形成在半導體晶圓2上並在垂直於以上預定方向之方向延 伸之深蝕線23亦實施要切割區之對準。 在檢測形成在支撑於基座板61上之半導體晶圓2上之 深蝕線23，並如上述實施切割區之對準後，使支撑半導體 晶圓2之基座板61移至切割區之切割啓始位置。此時，如 • 第12 ( a )圖中所示，將半導體晶圓2帶入要切割之深蝕線 23之一端（第12(a)圖中左端）是位在距狀在切割刀片 621下方一預定距離右邊處之位置。半導體晶圓2亦定位成 切割刀片621是位在形成於深蝕線23中之雷射溝槽241和 2 4 1對間之中心。 將基座板61，即半導體晶圓2這般帶入切割區切割啓 始位置後，即從第12 ( a )圖中雙點鏈線所示之切割刀片 6 2 1待命位置向下移至第1 2 ( a )圖中實線所示之預定切割 # 位置。如第13 ( a )圖中所示將該切割位置設成切割刀片 621之下端觸及固定至半導體晶圓2背表面之保護帶4處之 位置。 然後，以預定轉數旋轉切割刀片62 1並以一預定切割 饋入比在第12 ( a)圖中箭頭XI所示方向移動基座板61 ’ 即，半導體晶圓2 »如第1 2 ( b )圖中所示’當基座板6 1， 即半導體晶圓2觸及深蝕線2 3另一端（第1 2 ( b )圖中右端 )是位在離就在切割刀片621下方一預定距離左側上處之 位置時，即停止移動基座板6 1 ’即半導體晶圓2。藉由這 -15- (12) 1351715 般移動基座板61，即半導體晶圓2，如第13(b)圖中所示 ，在形成於半導體晶片2深蝕線23中之雷射溝槽241和241 之間形成一觸及背表面之切割溝槽243。如上述，當切割 刀片621切割雷射溝槽241和241對間區域時，即以切割刀 片621切離留在雷射溝槽241和241間之積層21部位211。因 該部位211是由兩側上之雷射溝槽241和241從半導體晶片 2 2加以隔離，甚至當部位2 1 1剝離時，亦不影響半導體晶 ，片22。如第10圖中所示，當以溝槽形成步驟已移除形成深 蝕線23之積層21之留下部位211時，在切割步驟中以切割 刀片621只切割半導體基底20。 例如，在以下處理條件下實施以上切割步驟。 切割刀片：外徑52 1111«，厚度20以111 切割刀片轉數：30,000 rpm 切割饋入速度：50 mm / sec 然後’使切割刀片621向上移至第12(b)圖中之雙點 ® 鏈線所示之待命位置並以第12(b)圖中箭頭χ2所示方向 移動基座板61’即半導體晶圓2’回到第12 (a)圖中所示 位置。在垂直於薄片方向（索引饋入方向）以相當於深蝕 線23間間距之距離，以索引式饋入半導體晶圓2，在接鄰 相當於切割刀片6 2 1之位置帶入要切割之深触線2 3。在接 著要切割之深触線2 3是位在相當於切割刀片6 2 1位置後， 即實施上述切割步驟。 針對形成在半導體晶圓2上之所有深蝕線2 3實施以上 切割步驟。結果’沿形成在要分開之深蝕線Η中之雷射溝 -16- (13) 1351715 槽24 1將半導體晶圓2切成個別半導體晶片22。 【圖式簡單說明】 第1圖爲表示爲本發明半導體晶圓處理方法所分開之 半導體晶圓是由一保護帶安裝在一框架上之狀態之透視圖

I 第2圖爲第1圖中所示半導體晶圓之切面放大圖； • 第3圖爲實施本發明半導體晶圓處理方法中雷射溝槽 形成步驟之雷射光束主要部位之透視圖； 第4圖爲表示第3圖中所示雷射光束機中所設置雷射光 束應用裝置結構之示意方塊圖； 第5圖爲第4圖中所示雷射光束應用裝置中所設置之標 記構件之平面圖； 第6圖表示透過第5圖中所示罩幕構件所施加之脈衝雷 射光束光點形狀圖： ® 第7(a)和7(b)圖爲說明本發明半導體晶圓處理方 法中之雷射溝槽形成步驟圖； 第8圖爲表示施加在第7(a)和7(b)圖中所示雷射 溝槽形成步驟中之相鄰脈衝雷射光束光點彼此重疊之狀態 圖； 第9圖爲表示由本發明半導體晶圓處理方法中之雷射 雷射形成步驟形成在半導體晶圓中之雷射溝槽圖： 第10圖爲表示由本發明半導體晶圓處理方法中之雷射 溝槽形成步驟形成在半導體晶圓中之另一實例之雷射溝槽 -17- (14) 1351715 I,ο,I · 圖， 第11圖爲實施本發明半導體晶圓處理方法中切割步驟 之切割機主要部位之透視圖： 第12(a)和12(b)圖說明本發明半導體晶圓處理方 法中切割步驟圖； 第13(a)和13(b)圖爲表示由本發明半導體處理方 法中之切割步驟沿雷射溝槽所切割半導體晶圓之狀態；以 • 及 第14圖爲表示由先前技術之雷射光束應用裝置所施加 之相鄰脈衝雷射光束光點彼此重疊之狀態圖。 【主要元件符號說明】 2 :半導體晶圓 2a :前表面 3 :框架 • 4:保護帶 5 :雷射光束機 6 :切割機 20 :深蝕線 20 :半導體基底 20a :前表面 21 :積層. 22 :半導體晶片 23 :深蝕線 -18- (15) 1351715 50 :脈衝雷射光束 51 :基座板 52 :雷射光束施加裝置 53 :套管 54:脈衝雷射光束振盪裝置 5 5 :傳輸光學系統 56 :聚光器 # 5 8 :影像拾取裝置 61 :基座板 62 :切割裝置 63 :影像拾取裝置 2 1 1 :部位 2 4 1 :雷射溝槽 24 3 :切割溝槽 541 :雷射溝槽光束振盪器 Φ 542 :反覆頻率設定裝置 561 :偏光鏡片 5 62 :罩幕構件 562a :開口 5 63 :物體聚光鏡 621 :切割刀片 一 19一

Claims (1)

1351715 产3年心月χκ雙早 __二補无 第094101193號申請專利範圍修正本 民國100年6月20日修正 十、申請專利範圍 1. 一種半導體晶圓之處理方法，該方法沿著深蝕線 以一切割刀片藉切割晶圓將半導體晶片之半導體晶圓分成 個別半導體晶片，該半導體晶片是由含一絕緣膜及層積在 —半導體基底前表面上之作用膜之積層組成，並由深蝕線 φ 所分開，該方法包含： 一用以形成雷射溝槽之雷射溝槽形成步驟，該雷射溝 槽藉施加一寬度範圍寬於切割刀片寬度但不大於深蝕線寬 度之脈衝雷射光束至半導體晶圓深飩線而觸及半導體基底 :以及 —沿形成在半導體晶圓深蝕線中之雷射溝槽，以切割 刀片切割半導體基底之切割步驟，其中 在雷射溝槽形成步驟中，以罩幕構件使施加至深蝕線 φ 之脈衝雷射光束光點形成矩形光點，並設定處理條件使其 足L> (V/Y)(其中，Y(Hz)爲脈衝雷射光束之反覆 頻率，V ( m m / s e c )爲處理饋入比（晶圓對脈衝雷射光 束之相對運動速度），且L爲脈衝雷射光束光點在處理饋 入方向之長度），且 形成一對雷射溝槽，一切割刀片切割餘留於該對雷射 溝槽之間的部份。