TWI697946B - 晶圓的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的課題為提供晶圓的加工方法，其可在將至少一方的分割預定線為非連續地形成的晶圓雷射加工時，在一方的分割預定線之端部與另一方的分割預定線成為T字路並碰抵的交點附近，抑制雷射光束被照射到已經形成之改質層的情形，而防止在改質層之雷射光束的反射或散射，並且防止洩漏之光所造成的元件之損傷。解決手段為將垂直相交而形成的第1分割預定線和第2分割預定線之中至少第2分割預定線為非連續地形成之晶圓分割成一個個的元件晶片之晶圓的加工方法，其包含有沿著第1分割預定線在晶圓內部形成第1方向改質層的第1方向改質層形成步驟、和對晶圓賦予外力而以第1方向改質層作為破斷起點來將晶圓沿著第1分割預定線破斷，以分割成複數個條狀的分割片，且將相鄰的分割片之間隔擴寬。晶圓的加工方法更包含有實施第1分割步驟後，於晶圓內部形成第2方向改質層的第2方向改質層形成步驟、和對晶圓賦予外力以將晶圓分割成一個個的元件晶片的第2分割步驟。
Description
本發明是有關於一種矽晶圓、藍寶石晶圓等之晶圓的加工方法。
將IC、LSI、LED等複數個元件以分割預定線來劃分且形成在表面上之矽晶圓、藍寶石晶圓等的晶圓，是藉由加工裝置而被分割成一個個的元件晶片，並且已分割的元件晶片被廣泛地利用於手機、個人電腦等的各種電子機器上。
在晶圓的分割上，廣泛地被採用的是一種使用了稱為切割機(dicing saw)的切削裝置之切割方法。在切割方法上，是使以金屬或樹脂固定鑽石等磨粒而形成厚度30μm左右的切削刀以30000rpm左右的高速旋轉，並且使其切入晶圓，藉此來切削晶圓、並且將晶圓分割成一個個元件晶片。
另一方面，近年來已開發並實用化的有使用雷射光束來將晶圓分割成一個個的元件晶片之方法。作為使用雷射光束來將晶圓分割成一個個的元件晶片的方法，已知
的有以下所說明的第1及第2加工方法。
第1加工方法是下述之方法：將對於晶圓具有穿透性之波長的雷射光束之聚光點定位在對應於分割預定線之晶圓的內部，並且沿著分割預定線照射雷射光束以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，而將晶圓以改質層作為分割起點來分割成一個個的元件晶片(參照例如日本專利特許第3408805號)。
第2加工方法是下述之方法：將對於晶圓具有吸收性之波長(例如355nm)的雷射光束照射在對應於分割預定線之區域以藉由燒蝕(ablation)加工來形成加工溝，之後賦予外力將晶圓以加工溝作為分割起點來分割成一個個的元件晶片(參照例如日本專利特開平10-305420號)。
在上述第1加工方法中，沒有加工屑的產生，且與於以往一般使用至今之切削刀所進行的切割相比，具有切割線(cut line)的極小化及無水加工等之優點，而普遍地被使用。
又，在由雷射光束之照射所進行的切割方法中，具有下述優點：可以將被代用於投射晶圓(projection wafer)之類的分割預定線(切割道(street))為非連續之構成的晶圓加工(參照例如日本專利特開2010-123723號)。在分割預定線為非連續之晶圓的加工上，是依照分割預定線之設定將雷射光束之輸出設成開(ON)/關(OFF)來進行加工。
專利文獻1：日本專利特許第3408805號公報
專利文獻2：日本專利特開平10-305420號公報
專利文獻3：日本專利特開2010-123723號公報
然而，在朝第2方向伸長之分割預定線與朝第1方向連續地伸長之分割預定線成為T字路並碰抵之交點附近，存有如下的問題。
(1)在對平行於元件之一邊的第1分割預定線之內部中先形成有第1改質層的第1分割預定線形成T字路並相交的第2分割預定線之內部形成第2改質層時，會隨著雷射光束之聚光點靠近T字路的交點而使加工第2分割預定線的雷射光束之一部分被照射到已形成的第1改質層上，並產生雷射光束之反射或散射，使光洩漏到元件區域，而存有由於此洩漏之光而對元件造成損傷且使元件的品質降低之問題。
(2)相反地，當在平行於元件之一邊的第1分割預定線上形成改質層之前，沿著對第1分割預定線形成T字路並碰抵的第2分割預定線先在晶圓的內部形成改質層時，會因為將形成於T字路之交點附近之從改質層產生的裂隙(crack)之進行阻斷的改質層不存在於T字路之交點上，而存有下述問題：使裂隙從T字路的交點伸長1~2mm左右並到達元件，使元件的品質降低。
本發明是有鑒於像這樣的問題點而作成的發明，其目的在於提供一種晶圓的加工方法，其可在將至少一方的分割預定線為非連續地形成的晶圓雷射加工時，在一方的分割預定線之端部與另一方的分割預定線成為T字路並碰抵的交點附近，抑制雷射光束被照射到已經形成之改質層的情形，而防止在改質層之雷射光束的反射或散射，並且防止洩漏之光所造成的元件之損傷。
依據本發明，可提供的一種將晶圓分割成一個個的元件晶片之晶圓的加工方法，該晶圓是在以形成於第1方向上的複數條第1分割預定線、和形成於與該第1方向交叉之第2方向上的複數條第2分割預定線所劃分出的各個區域中形成元件，並且該第1分割預定線和該第2分割預定線之中至少該第2分割預定線為非連續地形成，該晶圓的加工方法之特徵在於具備：第1方向改質層形成步驟，沿著該第1分割預定線，將對於晶圓具有穿透性之波長的雷射光束從晶圓之背面側聚光於晶圓的內部並照射，以在晶圓之內部形成沿著該第1分割預定線的複數層第1方向改質層；第1分割步驟，在實施該第1方向改質層形成步驟之後，對晶圓賦予外力，而以該第1方向改質層作為破斷起點，將晶圓沿第1分割預定線破斷以將晶圓分割成複數個條狀分割片，且將相鄰的條狀分割片之間隔擴寬；第2方向改質層形成步驟，在實施該第1分割步驟之後，
沿著該第2分割預定線，將對於晶圓具有穿透性之波長的雷射光束從晶圓之背面側聚光於晶圓的內部並照射，以在晶圓之內部形成沿著該第2分割預定線的複數層第2方向改質層；及第2分割步驟，在實施該第2方向改質層形成步驟之後，對已分割成複數個條狀分割片的晶圓賦予外力，並且以該第2方向改質層作為破斷起點，將晶圓沿著該第2分割預定線破斷以將晶圓分割成一個個的元件晶片。
依據本發明之晶圓的加工方法，由於是在實施第1分割步驟而將晶圓分割成複數個條狀的分割片並將相鄰的條狀分割片的間隔擴寬之後，實施第2方向改質層形成步驟及第2分割步驟，所以在實施第2方向改質層形成步驟之時，在第2分割預定線與第1分割預定線成為T字路並碰抵的部分會形成有間隙，因此即使將雷射光束照射於此間隙部分，也不會有攻擊元件之洩漏之光產生，因而可以解決洩漏之光攻擊元件並對元件造成損傷之問題。因此，不會有使元件的品質降低之情形，而能夠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(基座)
6、16‧‧‧導軌
8‧‧‧Y軸移動塊
10、20‧‧‧滾珠螺桿
11‧‧‧晶圓
11a‧‧‧表面
11b‧‧‧背面
12、22‧‧‧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
15‧‧‧元件
17‧‧‧第1方向改質層
17a‧‧‧間隔(間隙)
18‧‧‧X軸移動塊
19‧‧‧第2方向改質層
21‧‧‧元件晶片
24‧‧‧工作夾台
25‧‧‧吸引保持部
26‧‧‧夾具
28‧‧‧X軸進給機構
30‧‧‧圓筒狀支持構件
32‧‧‧支柱
34‧‧‧雷射光束照射單元
35‧‧‧雷射光束產生單元
36‧‧‧套殼
38‧‧‧聚光器
40‧‧‧攝像單元
42‧‧‧雷射振盪器
44‧‧‧重複頻率設定設備
46‧‧‧脈衝寬度調整設備
48‧‧‧功率調整設備
50‧‧‧分割裝置
52‧‧‧框架保持設備
54‧‧‧膠帶擴張設備
56‧‧‧框架保持構件
56a‧‧‧載置面
58‧‧‧夾具
60‧‧‧擴張圓筒
62‧‧‧蓋子
64‧‧‧支撐凸緣
66‧‧‧驅動設備
68‧‧‧氣缸
70‧‧‧活塞桿
F‧‧‧環狀框架
LB‧‧‧雷射光束
T‧‧‧切割膠帶
X1‧‧‧箭頭
X、Y、Z‧‧‧方向
圖1是適合於實施本發明之晶圓的加工方法的雷射加工裝置的立體圖。
圖2是雷射光束產生單元的方塊圖。
圖3是適合於以本發明之晶圓的加工方法加工的半導
體晶圓的立體圖。
圖4是顯示第1方向改質層形成步驟的立體圖。
圖5是顯示第1方向改質層形成步驟的示意剖面圖。
圖6是顯示第1方向改質層形成步驟的示意平面圖。
圖7是實施第1分割步驟後的晶圓的示意平面圖。
圖8是說明第2改質層形成步驟之示意平面圖。
圖9是分割裝置之立體圖。
圖10(A)、(B)是顯示第2分割步驟的剖面圖。
以下，參照圖式詳細地說明本發明的實施形態。參照圖1，所示為適合於實施本發明實施形態之晶圓的加工方法的雷射加工裝置2的立體圖。雷射加工裝置2包含有搭載於靜止基台4上之於Y軸方向上伸長的一對導軌6。
Y軸移動塊8是利用由滾珠螺桿10及脈衝馬達12所構成的Y軸進給機構(Y軸進給設備)14而朝分度進給方向(亦即Y軸方向)移動。Y軸移動塊8上固定有於X軸方向上伸長的一對導軌16。
X軸移動塊18是利用由滾珠螺桿20及脈衝馬達22所構成的X軸進給機構(X軸進給設備)28，而受導軌16所導引並朝加工進給方向(亦即X軸方向)移動。
於X軸移動塊18上透過圓筒狀支持構件30而搭載有工作夾台24。工作夾台24上配設有複數個(在本實施形態中為4個)可夾持圖4所示之環狀框架F的夾具26。
基座4的後方豎立設置有支柱32。支柱32上固定有雷射光束照射單元34之套殼36。雷射光束照射單元34包含有被收容於套殼36中的雷射光束產生單元35、和安裝於套殼36之前端的聚光器(雷射頭)38。聚光器38是以可在上下方向(Z軸方向)上微動之方式安裝到套殼36。
如圖2所示，雷射光束產生單元35包含有：可振盪產生波長1342nm之脈衝雷射的YAG雷射振盪器或YVO4雷射振盪器等的雷射振盪器42、重複頻率設定設備44、脈衝寬度調整設備46、可調整雷射振盪器42所振盪產生的脈衝雷射光束的功率的功率調整設備48。
雷射光束照射單元34的套殼36的前端裝設有拍攝被保持在工作夾台24上之晶圓11之具備有顯微鏡及相機的攝像單元40。聚光器38與攝像單元40是在X軸方向上成行而配設。
參照圖3，所示為適合於以本發明之晶圓的加工方法加工的半導體晶圓(以下有時簡稱為晶圓)11的表面側立體圖。在晶圓11的表面11a上形成有複數條在第1方向上連續地形成的第1分割預定線13a、和複數條在與第1分割預定線13a垂直相交的方向上非連續地形成的第2分割預定線13b，並且在以第1分割預定線13a與第2分割預定線13b所劃分出的區域中形成有LSI等的元件15。
適用於實施本發明實施形態之晶圓的加工方法，是將晶圓11做成將其表面貼附於已將外周部貼附到環狀框架F之作為黏著膠帶的切割膠帶T上的框架單元之形態，並
且以此框架單元之形態將晶圓11載置於工作夾台24上且隔著切割膠帶T吸引保持，並藉由夾具26將環狀框架F夾持固定。
雖然沒有特別圖示，但是在本發明之晶圓的加工方法中，首先是將被吸引保持在工作夾台24上的晶圓11定位到雷射加工裝置2的攝像單元40的正下方，並藉由攝像單元40拍攝晶圓11，而實施使第1分割預定線13a與聚光器38在X軸方向上成行的校準。
其次，將工作夾台24旋轉90。之後，對於在與第1分割預定線13a垂直相交之方向上伸長的第2分割預定線13b也實施同樣的校準，並且將校準之資料儲存到雷射加工裝置2的控制器之RAM。
由於雷射加工裝置2的攝像單元40通常具備有紅外線相機，所以能夠藉由此紅外線相機從晶圓11的背面11b側穿透晶圓11，而檢測形成在表面11a的第1及第2分割預定線13a、13b。
實施校準之後，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。在此第1方向改質層形成步驟中，如圖4及圖5所示，是藉由聚光器38將對於晶圓具有穿透性之波長(例如1342nm)的雷射光束之聚光點定位在晶圓11的內部，並藉由從晶圓11的背面11b側對第1分割預定線13a照射，而將工作夾台24在圖5中朝箭頭X1方向加工進給，以在晶圓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。
較理想的是，將聚光器38分階段地朝上方移動，以在晶圓11的內部形成複數層沿著第1分割預定線13a的第1方向改質層17，例如5層的第1方向改質層17。圖6是實施第1方向改質層形成步驟後的晶圓11的示意平面圖。
改質層17是指密度、折射率、機械強度或其他的物理上的特性已變得與周圍相異之狀態的區域，且作為熔融再固化層而被形成。此第1方向改質層形成步驟中的加工條件是設定為例如以下所示。
光源：LD激發式Q開關Nd：YVO4脈衝雷射
波長：1342nm
重複頻率：50kHz
平均輸出：0.5W
聚光點點徑：φ 3μm
加工進給速度：200mm/秒
實施第1方向改質層形成步驟之後，將晶圓11從切割膠帶T剝離，並將晶圓11的表面11a側貼附到具有擴張性之黏著膠帶上。然後，藉由將黏著膠帶的兩端朝與第1分割預定線13a垂直相交的方向拉伸，以將晶圓11以第1方向改質層17作為破斷起點而破斷並分割成複數個條狀的分割片，且如圖7所示，將相鄰的分割片的間隔(間隙)17a擴寬(第1分割步驟)。
在實施第1分割步驟之後，將已分割成複數個條狀的分割片的晶圓11的表面11a如圖4所示，貼附到已將外周部貼附於環狀框架F之作為黏著膠帶的切割膠帶T上而形
成框架單元之形態。
接著，將此框架單元的晶圓11隔著切割膠帶T吸引保持在雷射加工裝置2的工作夾台24上。然後，實施第2方向改質層形成步驟，該第2方向改質層形成步驟是沿著第2分割預定線13b，將對於晶圓11具有穿透性之波長的雷射光束從晶圓11的背面11b側聚光於晶圓11的內部並照射，以在晶圓11之內部形成複數層沿著第2分割預定線13b的第2方向改質層19。圖8是顯示實施第2方向改質層形成步驟後的晶圓11的示意平面圖。
在此第2方向改質層形成步驟中，宜將雷射光束的照射在相鄰的條狀之分割片之間的間隙17a部分停止。即使雷射光束稍微超出而照射於間隙17a部分，也不會有雷射光束的洩漏之光產生的情形，而可以解決洩漏之光攻擊元件15並對元件15造成損傷之問題。
在實施第2方向改質層形成步驟之後，實施第2分割步驟，該第2分割步驟是對晶圓11賦予外力，並且以第2方向改質層19作為破斷起點，將晶圓11沿著第2分割預定線13b破斷，以分割成一個個的元件晶片。
在此第2分割步驟中是使用如例如圖9所示之分割裝置(擴張裝置)50來實施。圖9所示之分割裝置50具備有保持環狀框架F的框架保持設備52、及將裝設在框架保持設備52所保持的環狀框架F上的切割膠帶T擴張的膠帶擴張設備54。
框架保持設備52是由環狀的框架保持構件56、和
配置於框架保持構件56的外周之作為固定設備的複數個夾具58所構成。框架保持構件56之上表面形成有載置環狀框架F之載置面56a，而可在此載置面56a上載置環狀框架F。
並且，已載置於載置面56a上的環狀框架F是藉由夾具58而被固定在框架保持設備52上。如此所構成之框架保持設備52是藉由膠帶擴張設備54而可朝上下方向移動地被支撐。
膠帶擴張設備54具備有配置於環狀的框架保持構件56內側的擴張圓筒60。擴張圓筒60的上端被蓋子62所封閉。此擴張圓筒60具有比環狀框架F的內徑小且比貼附在裝設於環狀框架F之切割膠帶T上的晶圓11的外徑大的內徑。
擴張圓筒60具有在其下端一體地形成的支撐凸緣64。膠帶擴張設備54還具備有使環狀的框架保持構件56朝上下方向移動的驅動設備66。此驅動設備66是由配置於支撐凸緣64上的複數個氣缸68所構成，且是將其活塞桿70連結於框架保持構件56之下表面。
由複數個氣缸68所構成的驅動設備66會將環狀的框架保持構件56在使其載置面56a與作為擴張圓筒60之上端的蓋子62之表面成為大致相同高度的基準位置、及比擴張圓筒60的上端更下方預定量的擴張位置之間朝上下方向移動。
參照圖10來說明關於使用如以上所構成的分割裝置50而實施的晶圓11之第2分割步驟。如圖10(A)所示，
將透過切割膠帶T而支撐有晶圓11的環狀框架F載置在框架保持構件56的載置面56a上，並藉由夾具58固定於框架保持構件56。此時，框架保持構件56是將其載置面56a定位在與擴張圓筒60的上端為大致同高之基準位置上。
其次，驅動氣缸68以將框架保持構件56下降至圖10(B)所示的擴張位置。藉此，將固定於框架保持構件56之載置面56a上的環狀框架F降下，因此裝設於環狀框架F上的切割膠帶T會抵接於擴張圓筒60的上端緣而主要朝半徑方向被擴張。
其結果，拉伸力會放射狀地作用在貼附於切割膠帶T的晶圓11。像這樣使拉伸力放射狀地作用在晶圓11上時，就會使沿著第2分割預定線13b所形成的第2方向改質層19成為破斷起點來將晶圓11沿著第2分割預定線13b破斷，而分割成一個個的元件晶片21。
在上述實施形態中，雖然是針對成為本發明的加工方法之加工對象的半導體晶圓11作為晶圓來進行說明，但是成為本發明之加工對象的晶圓並不限定於此，對於將藍寶石做成基板之光元件晶圓等之其他的晶圓，本發明的加工方法也可以同樣地適用。
11‧‧‧晶圓
11b‧‧‧背面
17a‧‧‧間隔(間隙)
19‧‧‧第2方向改質層
Claims (1)
- 一種晶圓的加工方法，可將晶圓分割成一個個的元件晶片，該晶圓是在以形成於第1方向上的複數條第1分割預定線、和形成於與該第1方向交叉之第2方向上的複數條第2分割預定線所劃分出的各個區域中形成元件，並且該第1分割預定線和該第2分割預定線之中至少該第2分割預定線為非連續地形成，該晶圓的加工方法之特徵在於具備：第1方向改質層形成步驟，沿著該第1分割預定線，將對於晶圓具有穿透性之波長的雷射光束從晶圓之背面側聚光於晶圓的內部並照射，以在晶圓之內部形成沿著該第1分割預定線的複數層第1方向改質層；第1分割步驟，在實施該第1方向改質層形成步驟之後，對晶圓賦予外力，而以該第1方向改質層作為破斷起點，將晶圓沿該第1分割預定線破斷以將晶圓分割成複數個條狀分割片，且將相鄰的條狀分割片之間隔擴寬；第2方向改質層形成步驟，在實施該第1分割步驟之後，沿著該第2分割預定線，將對於晶圓具有穿透性之波長的雷射光束從晶圓之背面側聚光於晶圓的內部並照射，以在晶圓之內部形成沿著該第2分割預定線的複數層第2方向改質層；及第2分割步驟，在實施該第2方向改質層形成步驟之 後，對已分割成複數個條狀分割片的晶圓賦予外力，並且以該第2方向改質層作為破斷起點，將晶圓沿著該第2分割預定線破斷以將晶圓分割成一個個的元件晶片，在實施該第2方向改質層形成步驟時，在該第2分割預定線與該第1分割預定線成為T字路並碰抵的部分形成有間隙，且以雷射光束橫穿過條狀分割片的方式，使雷射光束的照射在相鄰的條狀分割片之間的間隙部分停止。
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