CN101086975A - 半导体晶片的结晶方位指示标记检测机构 - Google Patents

半导体晶片的结晶方位指示标记检测机构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种半导体晶片的结晶方位指示标记检测机构，所述半导体晶片在器件区域的周围具有圆形的外周剩余区域，所述器件区域将多个器件形成在或者预定形成在正面上，在上述外周剩余区域的外周边缘部的面加工部的区域内，作为表示该半导体晶片的结晶方位的标记而形成有与该半导体晶片的面方向正交的平坦面，该半导体晶片的结晶方位指示标记检测机构检测该半导体晶片的该平坦面，其特征在于，包括：具有与该半导体晶片的面方向平行的光轴的光学式传感器、和保持该半导体晶片的能够旋转的保持台。

Description

半导体晶片的结晶方位指示标记检测机构
技术领域
本发明涉及对在半导体晶片的侧面所设置的表示结晶方位的指示标记进行检测的机构，尤其涉及用来对下述指示标记进行检测的机构，所述指示标记落入在半导体晶片的外周边缘部上形成的曲面状面加工部的区域内，平坦并表示结晶方位。
背景技术
作为使在硅等单晶半导体晶片(以下简单称为“晶片”)的正面上形成有半导体器件的半导体晶片变薄的方法，公知的方法是仅将相当于器件形成区域的背面加工到必要的厚度，而外周剩余区域与该器件形成区域相比被较厚地保留(例如，参照特开2004-281551号公报、特开2005-123425号公报)。记载在特开2004-281551号公报以及特开2005-123425号公报中的现有方法是：使用具有表示半导体晶片的结晶方位的三角形状的凹口或定向平面等结晶方位指示标记的半导体晶片，配合该结晶方位而在半导体晶片正面上形成半导体器件，仅对相当于该器件形成区域的背面进行薄化加工。在该情况下，由于凹口或定向平面形成为向半导体晶片的径向中心方向切入的形状，所以，为了在晶片整周充分确保外周剩余区域的宽度，则外周剩余区域的宽度自然需要加大。为此，在具有凹口或定向平面的晶片的情况下，外周剩余区域的宽度相应需更宽些，因而器件区域的面积减少，可由一张半导体晶片生产的器件片的数量也减少，导致成本增加。
为此，本发明人提出了一种半导体晶片，其在半导体晶片的外周剩余区域的外周边缘部具有平坦面作为表示半导体晶片的结晶方位的标记，该平坦面不但与半导体晶片的面方向正交而且落入在外周边缘部上所形成的凸面状面加工部的区域内。
在半导体晶片的正面上形成器件时，通过传感器来检测定向平面等结晶方位指示标记，配合结晶方位来描绘器件电路，但是，现有的具有凹口或定向平面的半导体晶片，是将半导体晶片同轴地吸附在可转动的吸附台上，并通过以夹持半导体晶片的缘部的方式配置的光学传感器来检测结晶方位指示标记。该光学传感器具备投光部和受光部，从投光部投射的光，透过结晶方位指示标记的空隙而被受光部接受，由此检测结晶方位指示标记。
但是，在本发明人此前提出的具有结晶方位指示标记的半导体晶片中，结晶方位指示标记相对于半导体晶片的外周圆凹进的量较小，所以从半导体晶片的正面和背面进行投光、受光的情况下，光量的变化较小，因此，存在结晶方位指示标记检测较难这样的问题。
发明内容
因而，本发明的目的是，提供一种即使是从外周圆到结晶方位指示标记的凹进量较小的半导体晶片，也能可靠检测结晶方位识别标记的半导体晶片的结晶方位指示标记检测机构。
本发明是一种半导体晶片的结晶方位指示标记检测机构，所述半导体晶片在器件区域的周围具有圆形的外周剩余区域，所述器件区域将多个器件形成在或者预定形成在正面上，在外周剩余区域的外周边缘部的面加工部的区域内，作为表示该半导体晶片的结晶方位的标记而形成有与该半导体晶片的面方向正交的平坦面，该半导体晶片的结晶方位指示标记检测机构检测该半导体晶片的该平坦面，其特征在于，包括：具有与该半导体晶片的面方向平行的光轴的光学式传感器、和保持该半导体晶片的能够旋转的保持台。
在本发明中，当边以保持台保持半导体晶片(以下简称为“晶片”)并使其旋转，边使光从光学式传感器投射到晶片的侧面时，在光学式传感器的光轴变得与平坦面垂直时，光学式传感器接受到被平坦面反射的反射光，从而检测到平坦面。因而，即使是从晶片的外周圆到结晶方位指示标记的凹进量较小的晶片，也能可靠检测结晶方位识别标记(以下简称为“标记”)。
可以设计成，由本发明的结晶方位指示标记检测机构检测到标记时，使保持台立即停止。或者可以使保持台旋转既定角度之后再停止。为了进行这样的动作，例如可以设计成，在保持台的旋转轴上具备编码器，并且包括：存储机构，对光学式传感器对反射光有反应的位置上的旋转轴的编码器值进行存储；和旋转机构，使该保持台旋转，并与根据该有反应的位置预先指定的位置相吻合地停止。
在检测出标记并对晶片进行定位后，晶片保持着该方位而被从保持台搬送到例如器件形成机构上，以对应于半导体的结晶方位的配置来形成器件。用于形成器件的工序涉及数十个步骤，因而在各工序中均配置本发明的晶片的结晶方位指示标记检测机构，进行标记的检测和晶片的定位。或者是，在形成器件后进行晶片的薄化，并在之后将晶片粘贴在切块带(dicing tape)上时，在对粘贴在切块带周围的切块框和晶片的方位进行定位时，也进行标记的检测。另外，在将晶片粘贴在切割带上之后，利用切块框上形成的定位用的缺口进行晶片的定位，以该位置为基准进行切块。
本发明中所说的外周边缘部是晶片外周侧的宽度极小的曲面状部分，在将从正面侧到背面侧加工成截面呈圆弧状的面加工部定义为外周边缘部的情况下，标记形成在该面加工部的区域内。在面加工部中形成平坦面而得到的标记是椭圆状。此外，如果对标记的外形边缘进行面加工而除去棱角的部分，则不易产生裂纹、缺损或者粉尘，所以是优选的方式。而且，表示结晶方位的标记朝向径向内侧切入的量，优选在能确保平坦面具有一定程度的面积的范围内尽可能小，具体而言，可以是从外周端部的最外周边缘起在径向内侧形成在0.3mm的范围内。
作为本发明对象的晶片，包括其外周剩余区域的背面侧以肋状突出、从而呈该外周剩余区域比器件区域厚的形状的晶片。通过在这种晶片上形成上述这样的标记，能尽可能缩小呈肋状且相当于外周剩余区域的壁厚部的宽度，结果，能实现器件区域的扩大以及所能生产的器件数量的增加。
本发明中，包括具有与该半导体晶片的面方向平行的光轴的光学式传感器、和保持半导体晶片的能够旋转的保持台，因而，即使是从晶片的外周圆凹进的量较小的晶片，也能可靠检测标记。
附图说明
图1A～1C表示按照本发明的一个实施方式处理的半导体晶片，图1A是俯视图、图1B是侧视图、图1C是立体图。
图2A、2B是将在一个实施方式中处理的半导体晶片放大的图，图2A是局部俯视图，图2B是立体图。
图3A、3B表示在一个实施方式中处理的半导体晶片，图3A是形成有标记的部分以外的面加工部的剖视图，图3B是形成有标记的部分的面加工部的剖视图。
图4是磨削装置的立体图。
图5是磨削装置的侧视图。
图6A、6B表示将外周剩余区域形成为壁厚部的半导体晶片，图6A是立体图，图6B是剖视图。
图7是相对于在本实施方式中处理的晶片，对形成了凹口或定向平面的情况下的壁厚部的宽度差异加以比较的晶片的俯视图。
图8是表示本发明的一个实施方式的半导体晶片的结晶方位指示标记检测机构的侧视图。
图9是表示本发明的一个实施方式的半导体晶片的结晶方位指示标记检测机构的立体图。
具体实施方式
1晶片的结构
以下参照附图来说明本发明的一个实施方式。
图1A～1C表示由单结晶硅等构成的、在本实施方式中处理的晶片1。呈圆盘状且具有结晶方位性的该晶片1的厚度例如是600um左右。在晶片1的正面上，由格子状的预定分割线2来划分矩形的半导体芯片(器件)3。在这些半导体芯片3的正面上形成有电子电路。形成多个半导体芯片3的区域是与晶片1同心的大致圆形的器件区域4，环状的外周剩余区域5存在于该器件区域4的周围。
如图2A、2B以及图3A、3B所示，晶片1的外周端部从正面侧到背面侧被进行了面加工(面取り)，由此在形成正圆的正面边缘6a与背面边缘6b之间形成有截面呈圆弧状的面加工部7。通过形成面加工部7，可以防止因不小心受到的冲击而造成裂纹、缺损或粉尘的产生。如图3A所示，外周剩余区域5是指器件区域外周边缘4a与晶片1的最外周边缘1a之间的环状区域，该器件区域外周边缘4a是从正面边缘6a向径向内侧进入既定长度的位置。如图2A、2B以及图3B所示，在面加工部7的既定部位形成有结晶方位识别标记8，该结晶方位识别标记8通过从最外周边缘1a起削去内侧而形成。该标记8，作为表示结晶方位的标记形成在使得连接晶片1的中心和标记8的直线与格子状的预定分割线2平行或者正交的位置上。
如图3B所示，标记8是与晶片1的面方向(平行的正面以及背面)正交的平坦面，如图2B所示，呈长径方向与晶片1的切线方向平行的椭圆状。该标记8如图3B所示，形成在面加工部7的区域内，例如，在晶片1的外径为Φ200mm、面加工部7的宽度从最外周边缘1a起在径向上为0.5mm的情况下，标记8从最外周边缘1a起向径向内侧形成在0.3mm的范围内。在该尺寸下，标记8的长径大约为22mm。此外，描绘标记8的椭圆形状的外形边缘8a也被加工成截面圆弧状，从而其外形边缘8a不是以棱角状态存在，根据这一点，晶片1也不易产生裂纹、缺损或粉尘。
标记8按下面的方法形成。晶片1可通过将硅等半导体材料做成圆柱状而得到锭料，再将该锭料切成圆片来制造，在切片前的锭料的周面的、应形成与结晶方位对应的标记8的圆周方向的既定部位，按照既定宽度(例如上述22mm)形成沿着轴向带状延伸的平坦面，然后将锭料切片以得到晶片1，接下来对该晶片1的外周端部进行面加工。由此初次形成的带状平坦面作为椭圆状的标记8保留下来。
本实施方式中处理的晶片1中，表示结晶方位的标记8由形成在作为外周端部的面加工部7上的平坦面构成。因此，能将外周剩余区域5限制在尽量小的宽度区域内而不受标记8朝向径向内侧切除的量影响，并且还可以最大限度地确保大的器件区域4。其结果是，与以往的凹口或定向平面这一类的结晶方位识别标记相比，可使器件区域4内划分的半导体芯片的数量增加。
接下来，对器件区域4形成得极薄(例如，200～100μm左右或者50μm左右)而在外周剩余区域5的背面侧突出地形成有加强用的肋状壁厚部的晶片进行说明。为了制造这样的晶片，而在正面上贴附保护半导体3的电子电路的保护带，然后对晶片1的与器件区域4对应的背面侧进行磨削，使该器件4薄到上述厚度。
图4以及图5表示适合于晶片1的磨削的磨削装置10。该磨削装置10具备进行旋转驱动的真空夹盘式的夹台11和磨削组件12。夹台11呈比晶片1大的圆盘状，通过空气吸引来吸附其上表面上所放置的晶片1并对其进行保持。该夹台11以中心为轴通过未图示的马达旋转。
磨削组件12按照如下方式进行工作，即，组装在圆筒状的壳体13内的主轴被马达15驱动而旋转时，经凸缘16固定在主轴的末端的杯形砂轮17旋转，环状排列并固定在杯形砂轮17下表面的整个外周部的多个磨具18对工件进行磨削。磨具18的圆形磨削轨迹的外径大体上等于晶片1的器件区域4的直径的半径。
夹台11和磨削组件12中，磨削组件12相对于夹台11偏置。详细而言，如图5所示，相对位置设定成，环状排列的多个磨具18之中最靠夹台11内侧的磨具的刃尖的刃厚(径向长度)的大致中央部分，位于通过夹台11的中心的垂直线上。
晶片1，使其贴有保护带的正面面对夹台11的上表面，且其中心与夹台11的旋转中心相一致，而保持在夹台11上。然后，一边使杯形砂轮17旋转一边使磨削组件12下降，将磨具18推压在露出的晶片1的背面上且使夹台11旋转，由此对背面的与器件区域4对应的部分进行磨削以使其变薄。晶片1由此如图6A、6B所示，被加工成截面呈凹状，在器件区域4周围的与外周剩余区域5对应的部分上形成有保留原来的厚度而向背面侧突出的环状壁厚部9。
另外，这样形成的壁厚部9在经过必要的工序后，最后用适当的机构切断并除去。此外，壁厚部9的宽度根据晶片1的直径、壁厚部9的厚度以及背面的加工状态适当设定。例如，在直径200mm、厚度725μm的晶片的情况下，壁厚部9的宽度取为2mm，在厚度薄至300μm左右之后形成壁厚部9的情况下，宽度优选为3mm左右。
图7中，相对于这样形成了壁厚部9的晶片1，对将凹口21以及定向平面22作为标记形成的情况下的壁厚部的宽度差异进行表示。在图7中，以附图标记8表示形成标记的部分，形成该标记8的情况下的壁厚部9的内径(内圆周)为虚线9a，虚线9a的内侧是器件区域4。在晶片1的直径为Φ200mm的情况下，其内径9a被设定在与最外周边缘1a距离2～3mm的位置。
另一方面，在将凹口21形成在相同直径的晶片1上的情况下，凹口21的最深部距最外周边缘1a大约1mm，因而，作为内径21a的与壁厚部的凹口21对应的部分的宽度，有2～3mm余量而取为3～4mm。而在形成定向平面22的情况下，距最外周边缘1a的最大切除量大约为2.2mm，因而，作为内径22a的与壁厚部的定向平面22对应的部分的宽度，有2～3mm余量而取为5.2～6.2mm。
与这样形成凹口或者定向平面的情况相比，在本实施方式中处理的晶片的标记8，因为形成在面加工部7的范围内且朝向径向内侧切除的量极小，所以可以将壁厚部9的宽度缩小，其结果是，可以扩大器件区域4并增加半导体芯片3的生产数。
2.标记检测机构的结构
接下来，参照图8以及图9对本发明的一个实施方式的标记检测机构进行说明。在图8中，附图标记30是标记检测机构的底架。例如，器件形成装置的框架等被用作底架30。内置有编码器的AC伺服马达31安装在底架30上，在AC伺服马达31的输出轴上经台柱32而安装有旋转台33。在旋转台33的上表面上配置有多孔质部34。而在台柱32以及旋转台33的内部形成有与多孔质部34相连通的孔，未图示的真空吸引装置与孔连接，由此将晶片1吸附在多孔质部34上。
托架42经传感器柱41安装在底架30上，在托架42上安装有光学传感器43。光学传感器43具备投光部和受光部，它们的光轴L朝向晶片1的侧面，光轴L的高度与晶片1的厚度方向中心相一致。在图8中，附图标记44是控制标记检测机构的动作的控制部、45是马达驱动器。从光学传感器43的投光部投射的光被晶片1的侧面反射，在晶片1旋转而使得标记8到达光学传感器43的正对面时，受光部接受的反射光的量最大。控制部44从光学传感器43输入对应于受光量的反射光量信息，基于该信息来控制马达驱动器45。此外，来自AC伺服马达31的编码器的编码器值信息被输入到控制部44。
3.标记检测机构的工作原理
接下来，说明上述结构的标记检测机构的工作原理。
首先，晶片1被定位成其中心与旋转台33的旋转中心一致，而载置在旋转台33上。在该时刻开始旋转台33的吸引，所以晶片1被吸附在旋转台33上。接下来，AC伺服马达31旋转，旋转台33的方位作为编码器的值而被输入到控制部44中。此外，光学传感器43将光从投光部投射到晶片1的侧面，在标记8到达光学传感器43的正对面时，受光部接受到的反射光的量最大。即，从光学传感器43输入到控制部44的反射光量信息最大，控制部44将此时的旋转台33方位作为编码器的值记录下来。
控制部44，在反射光量为最大后，在预定的方位上使旋转台33停止。例如，在反射光量信息为最大的瞬间使旋转台33停止，或者也可在从反射光量信息为最大时的旋转台33位置转动既定角度之后，使旋转台33停止。不管是何种方式，晶片1的方位一定，晶片1一直保持着该方位向后续工序搬送。
在上述的标记检测机构中，由于光从光学传感器43投射到晶片1的侧面并根据反射光检测标记8，所以，如上所述，即使是在晶片1的外周圆到标记8的凹进量较小的情况下，也能可靠地检测标记8。

Claims (2)

1.一种半导体晶片的结晶方位指示标记检测机构，所述半导体晶片在器件区域的周围具有圆形的外周剩余区域，所述器件区域将多个器件形成在或者预定形成在正面上，在上述外周剩余区域的外周边缘部的面加工部的区域内，作为表示该半导体晶片的结晶方位的标记而形成有与该半导体晶片的面方向正交的平坦面，该半导体晶片的结晶方位指示标记检测机构检测该半导体晶片的该平坦面，其特征在于，
包括：具有与该半导体晶片的面方向平行的光轴的光学式传感器、和保持该半导体晶片的能够旋转的保持台。
2.如权利要求1所述的半导体晶片的结晶方位指示标记检测机构，其特征在于，在上述保持台的旋转轴上具备编码器，并且包括：存储机构，对上述光学式传感器对反射光有反应的位置上的旋转轴的编码器值进行存储；和旋转机构，使该保持台旋转，并与根据该有反应的位置预先指定的位置相吻合地停止。
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