TWI485763B - Component processing method - Google Patents

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TWI485763B
TWI485763B TW099107583A TW99107583A TWI485763B TW I485763 B TWI485763 B TW I485763B TW 099107583 A TW099107583 A TW 099107583A TW 99107583 A TW99107583 A TW 99107583A TW I485763 B TWI485763 B TW I485763B
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Hiroshi Morikazu
Noboru Takeda
Hirokazu Matsumoto
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Disco Corp
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Description

構件之加工方法 發明領域
本發明係關於一構件之加工方法，係對構件外周照射脈波雷射光束以實施去角加工者。
 發明背景
半導體構件之製程中，於大約圓板狀之矽晶圓或砷化鎵晶圓等半導體晶圓之表面形成有藉由稱為徑道之分割預定線而畫分之複數區域，並於經畫分之區域形成IC、LSI等構件。接著，藉由切割裝置或雷射加工裝置將半導體晶圓分割為各個構件，而經分割之構件可廣泛利用於行動電話或電腦等各種電器機器。
切割裝置係使用一般稱為切割晶圓裝置之切割裝置，該切割裝置係藉由金屬板一邊以約30000rpm高速旋轉一邊朝半導體晶圓切入來執行切割，該金屬板係將鑽石或CBN等之超砥粒以金屬或樹脂固定且厚度呈約30~300μm之左右者。
另一方面，雷射加工裝置至少包含有工作台，係用已固持半導體晶圓者；雷射光束照射機構，係對固持於該工作台之半導體晶圓照射脈波雷射光束者；及加工運送機構，係相對地輸送該工作台與該雷射光束照射機構者，且，沿著形成於半導體晶圓表面之分割預定線照射對半導體晶圓具有吸收性波長之脈波雷射光束而形成雷射加工溝，接著，賦予外力而沿著雷射加工溝破斷半導體晶圓使其分為各個構件。(例如，特開2007-19252號公報)。
 發明概要
惟，藉由具有切割刀片之切割晶圓裝置來切割半導體晶圓所形成之構件的抗彎強度係800Mpa，相對地，藉由習知之雷射加工方法所形成之構件之抗彎強度則低到400Mpa，而會導致有電器機器品質彽落之問題。
本發明係有鑒於如前述問題點，目的為提供一種可提高抗彎強度之構件之加工方法。
根據本發明，提供一種構件之加工方法，係用以使藉由分割半導體晶圓所形成之構件的抗彎強度提升者，於構件之外周照射脈波寬度為2ns以下、峰值能量密度為5GW/cm2 ~200GW/cm2 且對構件具有吸收性之波長脈波雷射束以實施去角加工。
其中宜於聚光於構件外周之點徑有16/20以上重疊的情形下，對半導體晶圓進行加工運送而實施去角加工。且雷射光束之點徑宜為於ψ5μm~ψ15μm之範圍內。
根據本發明，將對構件具有吸收性波長之脈波雷射光束的脈波寬度設定在2ns以下，並更進一步將脈波雷射光束之每個脈波之峰值能量密度設定為5GW/cm2 ~200GW/cm2 ，而對構件之外周實施去角加工，藉此可使構件之抗彎強度為800Mpa以上。
圖式簡單說明
第1圖係適於實施本發明之雷射加工裝置之外觀立體圖。
第2圖係透過黏合膠帶以環狀框架所支撐之半導體晶圓之立體圖。
第3圖係雷射光束照射單元之方塊圖。
第4圖係雷射加工程序之立體圖。
第5(A)圖係雷射加工程序之說明圖，第5(B)圖係藉由雷射加工分割為構件之半導體晶圓之剖面圖。
第6圖係切割晶圓程序之說明圖。
第7圖係去角加工程序之說明圖。
第8圖係說明光束點之重疊量之圖。
 較佳實施例之詳細說明
以下參考圖式詳細地說明本發明之實施型態。第1圖係顯示適於實施本發明之加工方法之雷射加工裝置之概略構成圖。
雷射加工裝置2，包含搭載於靜止基台4上而可朝X方向移動之第1滑件6。第1滑件6係可藉由以滾珠螺桿8及脈波馬達10所構成之加工運送機構12，而沿一對導引軌道14朝加工運送方向亦即X方向移動。
第2滑件16搭載於第1滑件6上而可朝Y方向移動。亦即第2滑件16係可藉由滾珠螺桿18及脈波馬達20所構成之分度運送機構22，而沿一對導引軌道24朝分度方向亦即Y方向移動。
第2滑件16上透過圓筒支撐構件26搭載有卡合台28，卡合台28可藉由加工運送機構12及分度運送機構22朝X軸方向及Y軸方向。卡合台28設置有夾持器30，該夾持器30可夾持吸引固持於卡合台28之半導體晶圓。
於靜止機台4立設有柱32，於該柱32安裝有可收容雷射光束照射單元34之套管35，雷射光束照射單元34，如第3圖所示，包含有振盪YAG雷射或YVO4雷射之雷射振盪器62、反覆頻率設定機構64、脈波寬度調整機構66及功率調整機構68。
已藉由雷射光束照射單元34之功率調整機構68，朝預定功率調整調整之脈波雷射光束，係以安裝於套管35前端之聚光器36的反射鏡70來反射，並進一步以聚光用物鏡72聚光而照射固持於卡合台28之半導體晶圓。
於套管35之前端部，配設有攝影機構38，該攝影機構38可檢出聚光器36與應朝X軸方向整列而進行雷射加工之加工區域。且該攝影機構38，係包含通常之CCD等攝影元件，而可藉由可見光攝影半導體晶圓之加工區域。
攝影機構38更進一步包含有：紅外線照射機構，係對半導體晶圓照射紅外線者；光學系統，係用於捕捉藉由紅外線照射機構所照射之紅外線者；及紅外線攝影機構，係由用於輸出電子訊號之紅外線CCD等紅外線攝影元件所構成，該電子訊號係對應以前述光學系統所捕捉之紅外線；已攝影之影像訊號係傳送至控制器(控制機構)40。
控制器40係以電腦所構成，包含有：中央處理裝置(CPU)42，係根據控制程式進行演算處理者；唯獨記憶體(ROM)44，用以儲存控制訊號等；隨機存取記憶體(RAM)46，可讀寫儲存之演算結果等；計數器48；輸入介面50；及輸出介面52等。
56係由沿引導軌14而配設之線性比例尺54以及配設於第1滑件6之未圖示之讀取頭所構成之加工運送量檢出機構，加工運送量檢出機構56之檢出訊號係輸入於控制器40之輸入介面50。
60係由沿引導軌24而配設之線性比例尺58以及配設於第2滑件16之未圖示之讀取頭所構成之分度運送量檢出機構，分度運送量檢出機構60之檢出訊號係輸入於控制器40之輸入介面50。
以攝影機構38所攝影之影像訊號亦輸入控制器40之輸入介面50。另一方面，由控制器40之輸出介面52則輸出控制訊號至脈波馬達10、脈波馬達20及雷射光束照射單元34等。
如第2圖所示，於作為雷射加工裝置2之加工對象的半導體晶圓W之表面，正交而形成有第1界道S1及第2界道S2，並於以第1界道S1與第2界道S2所劃分之區域形成有多數之構件D。
晶圓W貼合於作為黏合膠帶之切割膠帶T，而切割膠帶T之外周部貼合於環狀框架F。藉此，晶圓W係成為透過切割膠帶T固持於環狀框架F之狀態，並藉由以第1圖中所示之夾持器30夾持環狀框架F而固持固定於卡合台28。
接著，參考第4圖及第5圖，而針對使用已於第1圖所示之雷射加工裝置來實施半導體晶圓之雷射加工方法而加以說明。該雷射加工方法係如第4圖及第5(A)圖所示，一面將對半導體晶圓W具有吸收性之脈波雷射光束37利用聚光器36聚光並照射於半導體晶圓W之表面，一面使卡合台28以預定之加工速度由第5(A)圖中所示界道S1之一端(第5(A)圖中之左端)朝以箭頭X1所示之方向移動。
接著，當界道S1之另一端(第5(A)圖中之右端)到達聚光器36之照射位置時，停止雷射光束之照射並停止卡合台28之移動。半導體晶圓W係以如第5(B)圖所示沿著界道S1之分割溝74來進行分割。
當已沿著所有的第1界道S1形成分割溝74時，將卡合台28旋轉90度。接著，沿著與第1界道S1直交之所有第2界道S2形成同樣之分割溝74。其結果，於半導體晶圓W係沿著所有之界道S1、S2形成有分割溝74而分割為各個構件D。
又，雷射加工程序中係以例如之加工條件而實施。
光源：YAG雷射或者YVO4雷射
波長：355nm(前述光源之第3諧波產生)
平均輸出：7W
重複頻率：10kHz
脈波寬度：30ns
加工運送速度：200mm/s
分割溝形成程序中，雖然當分割溝74到達半導體晶圓W之內面時脈波雷射光束會照射到黏合膠帶T，但由於黏合膠帶T係聚烯等合成樹脂膠帶所構成者，因此脈波雷射光束不會透過而熔斷黏合膠帶。
半導體晶圓W之切割如一般所知亦可藉由切割晶圓裝置來實施。如第6圖所示，切割晶圓裝置之切割單元76之心軸殼78中收容有心軸80並可旋轉，而心軸80之前端部安裝有切割刀片82。
在已進行使欲切割之第1界道S1與切割刀片82呈對準之狀態下，將卡合台朝X軸方向移動，並一面使切割刀片82高速旋轉一面使切割單元76進行加工，而可切割經對準之界道S1。
由記憶於記憶體中之界道間距一面將切割單元76朝Y軸方向定位運送一面進行切割，藉此可切割所有同方向之界道S1。又，將卡合台旋轉90度再進行與上述同樣之切割，亦可切割所有界道S2，而將半導體晶圓W分割為各個構件D。
如上所述，藉由具有切割刀片之切割晶圓裝置切割半導體晶圓W所形成之構件的抗彎強度為800MPa。惟，藉由參照第4及5圖所說明之雷射加工方法所形成之構件之抗彎強度低了400MPa，而會存在電器機器品質低落之問題。
本發明係發現藉由於構件外周以預定之條件下照射脈波雷射光束而進行去角加工，可藉此提高構件之抗彎強度者。該構件之抗彎強度的提高，亦可應用於以如第6圖所示之切割晶圓裝置所分割之構件D。
本發明之構件之加工方法如第7圖所示，係計畫沿著構件D之外周，亦即沿著分割溝84之邊緣照射對半導體晶圓W具有吸收性波長之脈波雷射光束，而對構件D施行去角加工，藉此提高構件之抗彎強度者。
本發明之構件之加工方法，宜藉由進行由聚光器36輸出之脈波雷射光束之反覆頻率、脈波寬度、點徑D1及加工運送速度之最佳設定，如第8圖所示，將鄰接之脈波雷射光束之點之加工運送方向之重疊量(overlap量)OL調整為以下之範圍。當點徑為D1時，16D1/20≦OL≦19D1/20。
本發明之構件之加工方法，其目的係提高分割半導體晶圓W所得之構件D之抗彎強度，而為求得以雷射加工方法所製造之構件D之抗彎強度可成為80MPa以上之加工條件，進行了以下實驗。
針對波長1064nm、532nm、355nm之各雷射光束一面將脈波寬度變化為30ns、10ns、5ns、2ns、1ns、100ps、50ps、10ps，一面變化各脈波寬度之輸出，而藉由實驗求得可實施期望之加工之每個脈波的能量，並一面將該能量除以脈波寬度，一面除以點之面積算出峰值能量之密度，來調查脈波寬度與峰值能量密度與抗彎強度間之關係。
在此，有峰值能量密度(W/cm2 )=平均輸出(W)/(反覆頻率(Hz)×點面積(cm2 )×脈波寬度(s))之關係。其結果，針對波長1064nm、532nm、355nm之各雷射光束可得大致同樣以下之結果。
(實驗1)以反覆頻率：10kHz、平均輸出：0.1W、脈波寬度：2ns、點徑：ψ10μm、運送速度：10mm/s、峰值能量密度：6.35GW/cm2 來於半導體晶圓形成雷射加工溝並分割為各個構件，經測定構件之抗彎強度為800MPa。
(實驗2)以反覆頻率：100kHz、平均輸出：0.1W、脈波寬度：10ps、點徑：ψ10μm、運送速度：100mm/s、峰值能量密度：63.66GW/cm2 來於半導體晶圓形成雷射加工溝並分割為各個構件，經測定構件之抗彎強度為1800MPa。
(實驗3)以反覆頻率：100kHz、平均輸出：0.3W、脈波寬度：10ps、點徑：ψ10μm、運送速度：100mm/s、峰值能量密度：190.9GW/cm2 來於半導體晶圓形成雷射加工溝並分割為各個構件，經測定構件之抗彎強度為1000MPa。
(實驗4)以反覆頻率：100kHz、平均輸出：0.4W、脈波寬度：10ps、點徑：ψ10μm、運送速度：100mm/s、峰值能量密度：254.6GW/cm2 來於半導體晶圓形成雷射加工溝並分割為各個構件，經測定構件之抗彎強度為500MPa。
(實驗5)以反覆頻率：10kHz、平均輸出：1.0W、脈波寬度：10ns、點徑：ψ10μm、運送速度：10mm/s、峰值能量密度：12.7GW/cm2 來於半導體晶圓形成雷射加工溝並分割為各個構件，經測定構件之抗彎強度為400MPa。
(實驗6)以反覆頻率：10kHz、平均輸出：1.0W、脈波寬度：5ns、點徑：ψ10μm、運送速度：10mm/s、峰值能量密度：25.4GW/cm2 來於半導體晶圓形成雷射加工溝並分割為各個構件，經測定構件之抗彎強度為500MPa。
(實驗7)以反覆頻率：10kHz、平均輸出：0.1W、脈波寬度：3ns、點徑：ψ10μm、運送速度：10mm/s、峰值能量密度：4.2GW/cm2 來於半導體晶圓形成雷射加工溝並分割為各個構件，經測定構件之抗彎強度為550MPa。
(實驗8)以反覆頻率：10kHz、平均輸出：0.2W、脈波寬度：3ns、點徑：ψ10μm、運送速度：10mm/s、峰值能量密度：8.2GW/cm2 來於半導體晶圓形成雷射加工溝並分割為各個構件，經測定構件之抗彎強度為500MPa。
(實驗9)以反覆頻率：10kHz、平均輸出：0.07W、脈波寬度：2ns、點徑：ψ10μm、運送速度：10mm/s、峰值能量密度：4.5GW/cm2 來於半導體晶圓形成雷射加工溝並分割為各個構件，經測定構件之抗彎強度為550MPa。
由以上之實驗結果，得到結論係為求抗彎強度為800MPa以上之構件，必須要於所照射之脈波雷射光束之脈波寬度為2ns以下，且峰質密度為5GW/cm2 ~200GW/cm2 之範圍內來實施去角加工。
本發明之構件加工方法，係特別適用於提高以雷射光束照射由半導體晶圓W分割之構件D的抗彎強度，但以切割晶圓裝置由半導體晶圓W分割之構件D之外周亦可以本發明方法來實施去角加工。此情況下，可更加提高去角加工前之抗彎強度800MPa。
本發明之構件加工方法，如參照第8圖所說明，鄰接點S朝加工方向之重疊率宜在16/20~19/20之範圍內。又，於半導體晶圓上之雷射光束之點徑宜於ψ5μm~ψ15μm之範圍內。
W．．．半導體晶圓
T．．．黏合膠帶(切割膠帶)
F．．．環狀框架
D．．．構件
OL．．．重疊量(Overlap量)
S1、S2．．．界道
X1．．．箭頭
2．．．雷射加工裝置
4．．．靜止基台
6．．．第1滑件
8．．．滾珠螺桿
10、20．．．脈波馬達
12．．．加工運送機構
14、24．．．導引軌道
16．．．第2滑件
22．．．分度運送機構
26．．．圓筒支撐構件
28．．．卡合台
30．．．夾持器
32．．．柱
34．．．雷射光束照射單元
35．．．套管
36．．．聚光器
38．．．攝影機構
40．．．控制器(控制機構)
42．．．中央處理裝置(CPU)
44．．．唯獨記憶體(ROM)
46．．．隨機存取記憶體(RAM)
48．．．計數器
50．．．輸入介面
52．．．輸出介面
54、58．．．線性比例尺
56．．．加工運送量檢出機構
60．．．分度運送量檢出機構
62．．．雷射振盪器
64．．．反覆頻率設定機構
66．．．脈波寬度調整機構
68．．．功率調整機構
70．．．反射鏡
72．．．聚光用物鏡
74．．．分割溝
76．．．切割單元
78．．．心軸殼
80．．．心軸
82．．．切割刀片
第1圖係適於實施本發明之雷射加工裝置之外觀立體圖。
第2圖係透過黏合膠帶以環狀框架所支撐之半導體晶圓之立體圖。
第3圖係雷射光束照射單元之方塊圖。
第4圖係雷射加工程序之立體圖。
第5(A)圖係雷射加工程序之說明圖，第5(B)圖係藉由雷射加工分割為構件之半導體晶圓之剖面圖。
第6圖係切割晶圓程序之說明圖。
第7圖係去角加工程序之說明圖。
第8圖係說明光束點之重疊量之圖。
74．．．分割溝
D．．．構件
S1、S2．．．界道

Claims (3)

  1. 一種構件之加工方法，係用以提升藉由分割半導體晶圓所形成之構件的抗彎強度，其特徵在於：在前述半導體晶圓的表面上形成有格子狀的界道，藉由前述格子狀的界道將前述半導體晶圓的表面劃分出複數個區域，在前述複數個區域內分別形成有構件，在前述半導體晶圓上沿著全部的界道形成分割溝而分割成各個前述構件後，沿著前述分割溝的邊緣於分割後的各個構件之外周照射脈波寬度為2ns以下、峰值能量密度為5GW/cm2 ~200GW/cm2 且對構件具有吸收性之波長脈波雷射束而實施去角加工。
  2. 如申請專利範圍第1項之構件之加工方法，其係在聚光於構件外周之點徑有16/20以上重疊的情形下，對半導體晶圓進行加工運送而實施去角加工。
  3. 如申請專利範圍第2項之構件之加工方法，其中前述點徑係於ψ5μm~ψ15μm之範圍內。
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