CN101170075A - 晶片的分割方法以及分割装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶片的分割方法以及分割装置，根据本发明，在通过对晶片背面进行激光束照射来进行间隔道切断时，即使对经过了各种涂料处理或者热处理的晶片，也能正确地检测到晶片表面的间隔道进行切断。作为解决手段，从晶片(1)的表面侧用红外光源(50)照射红外光使其透射，通过配置在晶片(1)的背面侧的红外线显微镜(70)对透射像进行摄像，根据所拍摄的晶片表面的图像图案来检测间隔道(2)。沿着检测出的间隔道(2)，从激光头(60)向晶片背面照射激光束，对间隔道(2)实施用于切断的加工。

Description

晶片的分割方法以及分割装置
技术领域
本发明涉及适于通过激光束照射来将半导体晶片分割为多个半导体器件的方法和装置，特别涉及向没有形成器件的背面侧照射激光束的技术。
背景技术
表面形成有多个半导体器件的晶片，在通过背面磨削等而变薄为所需厚度之后，被贴在带有切割框架的切割带上，沿着称为半导体器件之间的间隔道的切断线被切断，从而分割为一个个半导体器件。作为分割晶片的装置，通常的切割装置是以30000rpm以上的高速使厚度为10～30μm程度的毂状刀片旋转，同时切入间隔道进行切断，之外也使用激光加工装置。激光加工装置沿着间隔道来照射激光束，其采用通过激光束的照射来直接切断，或者向内部照射激光束形成变质层，然后割断该变质部分等手法。
在使用激光加工装置来分割晶片的情况下，如果从形成有器件的表面侧向间隔道照射激光束，则容易产生被称为碎屑的熔融物飞散或流动而附着在器件表面上，或者是激光束在形成于间隔道表面侧上的金属制的作为测试图案的TEG(测试单元组)上反射这样的不良情况。于是，为了避免这种不良情况，提出了从晶片的背面侧照射激光束的技术。
专利文献1：日本特开2004-22936号公报
要沿着间隔道照射激光束，需要识别间隔道的位置，作为其方法，具有这样的方法：例如从晶片背面侧照射红外光，使用同样设置在晶片背面侧的显微镜接收来自晶片背面的反射光使其成像，根据所得的晶片表面的图案图像来识别间隔道。但在这种方法中，对于希望喷涂硼等的所谓磊晶片等晶片或者在上一工序中进行了各种涂料处理或热处理的晶片，有时由于红外光的漫反射而难以正确地获得表面的图案图像，其结果为产生了无法沿着间隔道正确地进行切断的问题。
发明内容
因而，本发明的目的在于，提供一种晶片的分割方法以及分割装置，根据该晶片的分割方法以及分割装置，在通过对晶片背面进行激光束照射来进行间隔道切断时，即使对经过了各种涂料处理或者热处理的晶片，也能正确地获得晶片表面的图案图像，从而可正确地切断间隔道。
本发明的晶片的分割方法是通过激光加工单元沿着间隔道切断晶片来将晶片分割为一个个器件的分割方法，在上述晶片的表面多个器件通过格子状的间隔道而被划分开来，其特征在于，上述晶片的分割方法具有以下工序：晶片保持工序，将晶片以背面侧与激光加工单元对置的方式保持到保持单元上；电磁波照射工序，从保持在该保持单元上的晶片的表面侧照射能够透射该晶片的电磁波；间隔道检测工序，根据通过透射过晶片的电磁波形成的像来检测间隔道；以及晶片加工工序，通过利用激光加工单元从晶片背面侧向在上述间隔道检测工序中检测到的间隔道照射激光束，来沿着该间隔道加工晶片。作为本发明的电磁波，主要优选其为红外线或者X射线。
根据本发明的晶片的分割方法，将晶片以背面侧朝向激光加工单元的方式保持在保持单元上，从这样的晶片的表面侧向晶片照射具有可透射晶片的波长的红外线或者X射线等电磁波，将透射像作为晶片表面的图案图像检测出来。在图像的检测中使用与电磁波对应的图像传感器，例如在电磁波为红外线的时候适于使用红外照相机或红外线显微镜等。根据图像传感器检测到的晶片表面的图案图像检测出间隔道，由激光加工单元从晶片背面侧沿着检测到的间隔道照射激光束，对所有的间隔道实施切断等加工，从而将晶片分割为多个器件。
根据本发明，要点在于从晶片的表面侧照射电磁波，并根据电磁波的透射像来检测间隔道，而不是如以往那样根据从晶片背面侧照射的红外线的反射像来检测间隔道。因此即使对经过了各种涂料处理或者热处理的晶片，也能正确地获得晶片表面的图案图像，由此可正确地切断间隔道。
接着，本发明的晶片分割装置是能够正好实施上述本发明的分割方法的装置，其特征在于，上述晶片的分割装置具有：保持单元，其以使晶片的背面侧与激光加工单元对置的方式保持晶片；对准单元，其检测保持在该保持单元上的晶片的间隔道；以及激光加工单元，其向由上述对准单元检测到的间隔道照射激光束，来加工该间隔道，对准单元具有：电磁波照射单元，其从保持在上述保持单元上的晶片的表面侧照射能够透射晶片的电磁波；和间隔道检测单元，其捕捉由上述电磁波照射单元照射并透射了晶片的电磁波，并且根据通过透射电磁波形成的像来检测间隔道。
在本发明中，优选使从电磁波照射单元照射出的电磁波为红外线或者X射线，如果是红外线，则间隔道检测单元使用红外线显微镜等光学系统传感器；如果是X射线，则间隔道检测单元使用适当的X射线传感器。
根据本发明，由于根据从晶片表面侧向晶片照射的电磁波的透射像来检测间隔道，所以即使对经过了各种涂料处理或者热处理的晶片，也能正确地检测间隔道，因此能够获得正确实施从晶片背面侧向间隔道照射激光束进行切断的作业的效果。
附图说明
图1是通过本发明的一个实施方式而被分割为多个半导体芯片的半导体晶片的立体图。
图2是本发明的一个实施方式的激光加工装置的整体立体图。
图3是表示一个实施方式的激光加工装置具备的XY移动台、加工台、红外光源和红外线显微镜的位置关系的局部剖面侧视图。
图4是加工台的剖面图。
图5是表示通过红外线显微镜对红外光透射过晶片后的像进行摄像的情况的立体图。
图6是通过激光束照射在间隔道内部形成变质层之后，割断间隔道而单片化成半导体芯片后的晶片的立体图。
标号说明
1：半导体晶片；2：间隔道；3：半导体芯片(器件)；10：激光加工装置(分割装置)；20：加工台(保持单元)；50：红外光源(电磁波照射单元、对准单元)；60：激光头(激光加工单元)；70：红外线显微镜(对准单元)；80：图像处理单元(间隔道检测单元、对准单元)
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的一个实施方式。
[1]半导体晶片
图1表示背面整个面被磨削而薄化加工至预定厚度(例如200um～50um的程度)的由单晶硅等构成的圆盘状的半导体晶片(下面简称为晶片)。在该晶片1的表面上，多个矩形形状的半导体芯片(器件)3通过格子状的间隔道2被划分开来，在这些半导体芯片3的表面上形成有IC(Integrated Circuit：集成电路)或LSI(large scale integration：大规模集成电路)等未图示的电路。在晶片1的周面上的预定部位形成有表示半导体的结晶方位的V字状的切口(缺口)4。晶片1通过图2所示的本实施方式的激光加工装置而被沿着间隔道2切断、分割，从而单片化为多个半导体芯片3。
[2]激光加工装置(分割装置)的结构
图2所示的激光加工装置10的上表面具有水平的基台11。在该基台11上设有可以在水平的X轴方向和Y轴方向上自由移动的XY移动台12，在该XY移动台12上水平设置有圆盘状的加工台(保持单元)20。上述晶片1以其背面朝上方露出的状态保持在加工台20上，所述晶片1通过从配置于上方的激光头(激光加工单元)60垂直朝下照射的激光束，而被分割为一个个半导体芯片3。
XY移动台12是由X轴基座30和Y轴基座40的组合构成的，其中上述X轴基座30可沿X轴方向自由移动地设置在基台11上，上述Y轴基座40可沿Y轴方向自由移动地设置在该X轴基座30上。X轴基座30可自由滑动地安装在一对平行的导轨31、31上，该导轨31、31固定于基台11上，并且沿X轴方向延伸，X轴基座30通过X轴驱动机构34而可以在X轴方向上移动，上述X轴驱动机构34通过电动机32使滚珠丝杠33工作。
Y轴基座40可自由滑动地安装在一对平行的导轨41、41上，该导轨41、41固定于X轴基座30上，并且沿Y轴方向延伸，Y轴基座40通过Y轴驱动机构44而可以在Y轴方向上移动，上述Y轴驱动机构44通过电动机42使滚珠丝杠43工作。加工台20以可自由旋转或者固定状态设置在Y轴基座40上，其可伴随X轴基座30和Y轴基座40的移动，而在X轴方向或者Y轴方向上移动。
如图3所示，在X轴基座30和Y轴基座40各自的中央部分分别形成有在上下方向敞开的彼此连通的开口30a、40a。并且虽然没有图示，但在这些开口30a、40a的下方部分的基台11上形成有空白区，在该空白区内配设有朝上方照射红外光的红外光源(电磁波照射单元)50。该红外光源50通过未图示的托架支撑在基台11上。
加工台20是真空夹具式的结构，如图3所示，其嵌入固定在阶梯部40b上，该阶梯部40b形成在Y轴基座40的上表面的开口周围。如图4所示，加工台20由上下板部21、22和连接这些板部21、22的环状的周壁部23构成，在加工台20内部形成有真空室24。在上侧板部21中形成有吸附区域25，在该吸附区域25利用真空作用将晶片1吸附在上表面上。
吸附区域25的上表面形成有均匀存在的槽25a，而且在上侧板部21中形成有使槽25a和真空室24连通的多个抽吸通道21a。槽25a构成为这样的方式：在吸附区域25可以准确地吸附晶片1的吸附面(此时为形成有半导体芯片3的一侧的表面)的整个面，例如是同心形状的多个槽或者格子状的槽这样的方式，也可以用圆形等的孔来代替槽。
在周壁部23上形成有至少一个真空抽吸口23a，在该真空抽吸口23a上连接有抽吸真空室24内的空气的未图示的压缩机。当该压缩机运转时，则从真空抽吸口23a抽吸真空室24内的空气，吸附区域25的上方的空气经过槽25a、抽吸通道21a而被抽吸到真空室24内。在该真空运转状态下，晶片1载置在吸附区域25上，并被吸附保持于吸附区域25中。在该加工台20中，至少上下板部21、22是由可透射红外光源50的光的材质(例如玻璃)构成的。
如图2所示，在基台11的上表面的XY移动台12的周围的预定部位，固定有向铅直方向(Z轴方向)上方延伸的立柱13，在该立柱13上设有沿着Y轴方向延伸到加工台20的上方的圆筒状的加工轴14。该加工轴14设置成可以沿着立柱13上下自由移动，该加工轴14通过收纳于立柱13内的未图示的上下驱动机构而可以上下移动。而且在该加工轴14的前端安装有上述激光头60。
在激光头60上连接有YAG激光振荡器等未图示的激光振荡器，通过该激光振荡器振荡出的激光作为激光束从激光头60铅直向下地照射。通过激光振荡器振荡出的激光为适于对晶片进行切断加工等的种类，例如优选使用具有输出为1～5W、波长为1064nm的特性的激光等。
在加工轴14的Y轴方向一侧配设有光轴朝向铅直下方的红外线显微镜70。该红外线显微镜70通过L字状的臂15安装在加工轴14上，并伴随加工轴14的上下移动而与激光头60一起上下移动。通过红外线显微镜70来拍摄从红外光源50照射并透射了保持于加工台20上的晶片1之后形成的透射像即晶片表面的图案图像。然后，将所拍摄的晶片表面的图案图像取入到图像处理单元(间隔道检测单元)80中，并且检测应该切断的间隔道2。在本实施方式中，通过上述红外光源50、红外线显微镜70和图像处理单元80来构成检测晶片1的间隔道2的本发明的对准单元。
[3]激光加工装置的动作
以上为本实施方式的激光加工装置10的结构，接着说明用该激光加工装置10沿着间隔道2切断来分割晶片1的动作。
首先使加工台20真空运转，使晶片1的表面(形成有半导体芯片3的面)吸附在该加工台20的吸附区域25上，将晶片1以背面露出的状态保持在加工台20上(保持工序)。此处，出于保护半导体芯片3的目的，也可以在晶片1的表面上贴上透明的保护带。
然后在X轴方向和Y轴方向上适当地移动XY移动台12，使晶片1进入到红外线显微镜70的视野之内，从红外光源50向晶片1的表面侧照射红外光(电磁波照射工序)。红外光通过X轴基座30和Y轴基座40的各开口30a、40a并透射加工台20的上下板部21、22，然后从晶片1的表面侧朝向背面透射。
接着，上下移动加工轴14来调节红外线显微镜70的高度，使红外线显微镜70的焦点对准晶片背面，通过红外线显微镜70拍摄红外光透射晶片1而成的像。图5是表示该摄像状态的示意图。通过红外光所成的透射像是除了包含半导体芯片3的电路之外，还包括用于检测间隔道2的电路图案的图案图像，该图案图像被取入到图像处理单元80中，根据图案图像来检测间隔道2(间隔道检测工序)。
接着上下移动加工轴14，将激光头60相对于晶片1的高度位置调节到适于激光加工的位置上。然后以沿着由图像处理单元80检测到的间隔道2照射激光束的方式，适当组合X轴基座30在X轴方向上的移动与Y轴基座40在Y轴方向上的移动，使晶片1在X轴方向和Y轴方向移动，同时从激光头60向间隔道2照射激光束。由此对所有间隔道2实施激光加工(晶片加工工序)。
此处的激光加工是用于切断间隔道2的加工，可以举出贯穿晶片1厚度的切断加工。在进行切断加工的情况下，为了防止形成为单片的多个半导体芯片3飞散，并且可以进行处理，将上述保护带等带预先贴在晶片1的表面上。
另外除了切断加工之外，还能举出形成槽的开槽处理、将激光束的焦点照在晶片1内部使照射部分变脆的变质层的形成。无论在何种情况下，都在激光加工之后通过破断装置等割断间隔道2来将半导体芯片3形成为单片。图6表示在形成了变质层之后，将晶片1贴在带有切割框架81的切割带82上，割断间隔道2而单片化成半导体芯片3的状态下的晶片1。图6中实线2A表示切断了间隔道2的部分(缝)。
根据以上的本实施方式，从晶片1的表面侧照射红外光并使其透射到晶片1的背面侧，根据其透射像检测间隔道2，从晶片背面侧向检测到的间隔道2照射激光束，而不是根据晶片背面的反射像来检测间隔道2。因此即使对经过了各种涂料处理或者热处理的晶片1，也能正确地获得晶片表面的图案图像和间隔道2，由此可正确地切断间隔道2。
并且，由于从晶片1的背面侧照射激光束，所以不会有由于激光束的照射而产生的碎屑附着在半导体芯片3的表面上，能进行完善的切断。而且当在间隔道2的表面侧形成有TEG的情况下，激光束不会反射到该TEG上，能正确地切断间隔道2。
在上述实施方式中，采用了红外光作为本发明的电磁波，但也可以使用X射线等其它电磁波来代替红外光。如果使用X射线，则采用捕捉透射过晶片1的X射线的适当的X射线传感器来代替上述红外线显微镜70，将由该X射线传感器检测到的晶片表面的图像图案取入到图像处理单元80中。

Claims (4)

1.一种晶片的分割方法，该晶片的分割方法是通过激光加工单元沿着间隔道切断晶片来将晶片分割为一个个器件的分割方法，在上述晶片的表面多个器件通过格子状的间隔道而被划分开来，其特征在于，上述晶片的分割方法具有以下工序：
晶片保持工序，将晶片以背面侧与上述激光加工单元对置的方式保持到保持单元上；
电磁波照射工序，从保持在该保持单元上的晶片的表面侧照射能够透射该晶片的电磁波；
间隔道检测工序，根据通过透射过晶片的电磁波形成的像来检测上述间隔道；以及
晶片加工工序，通过利用上述激光加工单元从晶片背面侧向在上述间隔道检测工序中检测到的间隔道照射激光束，来沿着该间隔道加工晶片。
2.根据权利要求1所述的晶片分割方法，其特征在于，
上述电磁波是红外线或者X射线。
3.一种晶片的分割装置，该晶片的分割装置是沿着间隔道切断晶片来将晶片分割为一个个器件的分割装置，在上述晶片的表面多个器件通过格子状的间隔道而被划分开来，其特征在于，上述晶片的分割装置具有：
保持单元，其以使晶片的背面侧与激光加工单元对置的方式保持晶片；
对准单元，其检测保持在该保持单元上的晶片的上述间隔道；以及
激光加工单元，其向由上述对准单元检测到的间隔道照射激光束，来加工该间隔道，
上述对准单元具有：
电磁波照射单元，其从保持在上述保持单元上的晶片的表面侧照射能够透射晶片的电磁波；和
间隔道检测单元，其捕捉由上述电磁波照射单元照射并透射了晶片的电磁波，并且根据通过透射电磁波形成的像来检测上述间隔道。
4.根据权利要求3所述的晶片分割装置，其特征在于，
从上述电磁波照射单元照射出的电磁波是红外线或者X射线。
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