CN101345212B - 晶片的分割方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶片的分割方法，其可在不增大间隔道的间隔的情况下将在半导体基板的表面上通过层叠体而形成有多个器件的晶片分割成一个个器件。该晶片的分割方法用切削刀具将晶片沿该间隔道切断从而分割为一个个器件，所述晶片形成为在半导体基板的表面上，通过层叠绝缘膜和功能膜所成的层叠体而形成的器件被间隔道划分开来，其特征在于，所述晶片的分割方法包括以下工序：激光加工槽形成工序，从晶片的层叠体侧沿间隔道照射激光光线，在层叠体上形成到达半导体基板的激光加工槽，所述激光光线形成为外径比切削刀具的宽度大、且比间隔道的宽度小的环状光斑；和切断工序，利用切削刀具将半导体晶片的半导体基板沿在间隔道上形成的激光加工槽切断。

Description

晶片的分割方法

技术领域

本发明涉及用切削刀具将晶片沿间隔道切断从而分割为一个个器件的晶片的分割方法，所述晶片形成为在半导体基板的表面上，通过层叠绝缘膜和功能膜所成的层叠体而形成的器件被间隔道划分开来。

背景技术

如本领域技术人员所公知的那样，在半导体晶片制造工序中形成有这样的半导体晶片：在硅等半导体基板的表面上，通过层叠绝缘膜和功能膜所成的层叠体，而呈矩阵状地形成了多个IC(Integrated Circuit：集成电路)、LSI(large scale integration：大规模集成电路)等器件。如此形成的半导体晶片的上述器件由称为间隔道的分割预定线划分开来，通过沿该间隔道进行分割，来制造出一个个器件。

沿此类半导体晶片的间隔道进行的分割通常利用切削装置来进行。该切削装置具有：保持作为被加工物的半导体晶片的卡盘工作台；用于切削在该卡盘工作台上保持的半导体晶片的切削构件；以及使卡盘工作台和切削构件相对移动的移动构件。切削构件包括高速旋转的旋转主轴和在该主轴上安装的切削刀具。切削刀具由圆盘状的基座和在该基座的侧面外周部安装的环状的切削刃构成，切削刃通过将例如粒径为3μm左右的金刚石磨粒利用电铸固定而形成。

近来，为了提高IC、LSI等器件的处理能力，以下形式的半导体晶片正被实用化：在硅等半导体基板的表面上，通过层叠低介电常数绝缘体覆膜(Low-k膜)以及形成电路的功能膜所成的层叠体，来形成器件，其中所述低介电常数绝缘体覆膜(Low-k膜)由SiOF、BSG(SiOB)等无机物系的膜、或作为聚酰亚胺系、聚对二甲苯系等的聚合物膜的有机物系的膜所构成。

由于上述Low-k膜与晶片的原材料不同，所以难以用切削刀具同时进行切削。即，由于Low-k膜如云母那样非常脆，所以当用切削刀具沿间隔道切削时，Low-k膜会剥离，存在该剥离到达电路而对器件造成致命的损伤的问题。

为解决上述问题，在下述专利文献1中公开了这样的晶片的分割方法：沿在半导体晶片上形成的间隔道来形成激光加工槽，将层叠体分割开，并在该激光加工槽处定位切削刀具，使切削刀具和半导体晶片相对移动，从而沿间隔道切断半导体晶片。

专利文献1：日本特开2005-64231号公报

然而，通过通常所使用的具有聚光透镜的聚光器而会聚的激光光线的能量分布呈中心部强、越靠外侧越弱的高斯分布。这样，通过形成高斯分布的激光光线加工而成的激光加工槽在侧壁下部会产生加工残余。因此，由于考虑到该加工残余需要形成间隔比切削刀具的厚度宽相当量的激光加工槽，所以必须增大在晶片上形成的间隔道的间隔。因此，间隔道在晶片上所占的比例变大，存在生产率差的问题。

发明内容

本发明鉴于上述问题而完成，其主要目的是提供一种晶片的分割方法，其可在不增大间隔道的间隔的情况下，将晶片分割成一个个器件，所述晶片在硅等半导体基板的表面上，通过层叠绝缘膜和功能膜所成的层叠体，而形成有多个器件。

为解决上述主要技术问题，根据本发明，提供一种晶片的分割方法，其利用切削刀具将晶片沿间隔道切断从而分割为一个个器件，所述晶片形成为在半导体基板的表面上，通过层叠绝缘膜和功能膜所成的层叠体而形成的器件被所述间隔道划分开来，其特征在于，

所述晶片的分割方法包括以下工序：

激光加工槽形成工序，从所述晶片的所述层叠体侧沿所述间隔道照射激光光线，在所述层叠体上形成到达所述半导体基板的激光加工槽，所述激光光线形成为外径比所述切削刀具的宽度大、且比所述间隔道的宽度小的环状光斑；和

切断工序，利用所述切削刀具将所述半导体晶片的所述半导体基板沿在所述间隔道上形成的所述激光加工槽切断。

本发明的晶片的分割方法，在激光加工槽形成工序中，从晶片的层叠体沿间隔道照射激光光线，在层叠体上形成到达该半导体基板的激光加工槽，所述激光光线形成为外径比切削刀具的宽度大、且比所述间隔道的宽度小的环状光斑，所以激光加工槽的侧壁相对于层叠体的加工面(上表面)垂直地形成，因而在侧壁下部不会产生加工残余。因此，由于不需要考虑加工残余而增大激光加工槽的侧壁间的宽度，所以可使在晶片上形成的间隔道的宽度尽可能地小。

附图说明

图1是表示利用本发明的晶片的分割方法而分割的半导体晶片的立体图。

图2是图1所示的半导体晶片的剖面放大图。

图3是表示图1所示的半导体晶片隔着切割带支撑于环状框架上的状态的立体图。

图4是用于实施本发明的晶片的分割方法中的激光加工槽形成工序的激光加工装置的主要部分立体图。

图5是简要地表示在图4所示的激光加工装置上装备的激光光线照射构件的构成的方框图。

图6是表示由图5所示的激光光线照射构件所照射的截面形状形成为环状光斑的激光光线的能量分布的说明图。

图7是表示本发明的晶片的分割方法中的激光加工槽形成工序的说明图。

图8是表示通过图7所示的激光加工槽形成工序而在半导体晶片的间隔道上形成的激光加工槽的半导体晶片的主要部分放大剖视图。

图9是用于实施本发明的晶片的分割方法中的切断工序的切削装置的主要部分立体图。

图10是表示本发明的晶片的分割方法中的切断工序的说明图。

图11是通过图10所示的切断工序切断了半导体基板后的半导体晶片的主要部分放大剖视图。

标号说明

2：半导体晶片；20：半导体基板；21：层叠体；211：激光加工槽；22：器件；23：间隔道；3：环状框架；30：保护带；4：激光加工装置；41：激光加工装置的卡盘工作台；42：激光光线照射构件；43；脉冲激光光线振荡构件；44：输出调整构件；45：环状光斑形成构件；46：聚光器；5：切削装置；51：切削装置的卡盘工作台；52：切削刀具。

具体实施方式

下面参照附图来对本发明的晶片的激光加工方法更详细地进行说明。

图1中表示了利用本发明的晶片的激光加工方法加工的作为晶片的半导体晶片的立体图，图2中表示了图1所示的半导体晶片的主要部分放大剖视图。图1及图2所示的半导体晶片2，在硅等半导体基板20的表面上，通过层叠绝缘膜和形成电路的功能膜所成的层叠体21，而呈矩阵状地形成有多个IC(Integrated Circuit：集成电路)、LSI(large scaleintegration：大规模集成电路)等器件22。而且，各器件22通过形成为格子状的间隔道23被划分开来。再有，在图示的实施方式中，形成层叠体21的绝缘膜由低介电常数绝缘体覆膜(Low-k膜)构成，该低介电常数绝缘体覆膜(Low-k膜)由SiO₂膜或SiOF、BSG(SiOB)等无机物系的膜、或作为聚酰亚胺系、聚对二甲苯系等的聚合物膜的有机物系的膜所构成。

要沿间隔道23分割上述半导体晶片2时，就要将半导体晶片2如图3所示那样粘贴到安装于环状框架3的切割带30上。此时，半导体晶片2使表面2a朝上并将背面侧粘贴在切割带30上。

接着，实施这样的激光加工槽形成工序：从半导体晶片2的层叠体21侧沿间隔道23，照射形成为外径比后述的切削刀具的宽度要大的环状光斑的激光光线，以在层叠体21上形成到达半导体基板20的激光加工槽。该激光加工槽形成工序使用图4及图5所示的激光加工装置4来实施。图4及图5所示的激光加工装置4具有：保持被加工物的卡盘工作台41；和向保持于该卡盘工作台41上的被加工物照射激光光线的激光光线照射构件42。卡盘工作台41构成为吸引保持被加工物，卡盘工作台41通过未图示的移动机构，在图4中箭头X所示的加工进给方向及箭头Y所示的分度进给方向上移动。

上述激光光线照射构件42包括实质上水平配置的圆筒形状的壳体421。在壳体421内，如图5所示配置有脉冲激光光线振荡构件43、输出调整构件44以及环状光斑形成构件45。脉冲激光光线振荡构件43构成具有：由YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器构成的脉冲激光光线振荡器431；以及附设在脉冲激光光线振荡器431上的重复频率设定构件432。如此构成的脉冲激光光线振荡构件43输出截面形状为圆形、例如直径D为2mm的脉冲激光光线LBa。上述输出调整构件44将从脉冲激光光线振荡构件43振荡出的脉冲激光光线的输出调整为期望的输出。所述脉冲激光光线振荡构件43及输出调整构件44由未图示的控制构件控制。

上述环状光斑形成构件45在图示的实施方式中由一对第一圆锥透镜451和第二圆锥透镜452构成。该环状光斑形成构件45使从脉冲激光光线振荡构件43振荡出、并由输出调整构件44调整为预定输出的、截面形状为圆形的脉冲激光光线LBa成为截面形状为环状的脉冲激光光线LBb。即，环状光斑形成构件45将直径为2mm的脉冲激光光线LBa扩展成例如外径D1为10mm、内径D2为8mm的环状脉冲激光光线LBb，并形成为平行的光线。

在上述壳体421的前端部安装有聚光器46。聚光器46具有方向转换镜461和物镜聚光透镜462。方向转换镜461将通过上述环状光斑形成构件45而形成为截面形状为环状的脉冲激光光线LBb朝向物镜聚光透镜462进行方向转换。物镜聚光透镜462使通过方向转换镜461进行了方向转换的脉冲激光光线LBb会聚，并以光斑S照射向保持在上述卡盘工作台41上的被加工物。该光斑S的截面形状如夸张地表示那样形成为外径为d1、内径为d2的环状。这里，关于形成为外径为d1、内径为d2的环状截面形状的光斑S的脉冲激光光线LBb的能量分布，参照图6来进行说明。如图6所示，形成为截面为环状的光斑S的脉冲激光光线LBb的能量分布为，外周部最强，越靠近内周部越弱。因此，在利用脉冲激光光线LBb进行加工时，在环状的光斑S的外周部加工最大。而且，环状的光斑S的外径d1和内径d2之间的关系优选为0.5≥(d1-d2)/d1。此外，环状的光斑S的外径d1设定为比后述的切削刀具的厚度要大，且比在半导体晶片2上形成的间隔道23的宽度要小的尺寸，但优选为100μm≥d1≥30μm。

图示的激光加工装置4如图4所示那样具有摄像构件47，该摄像构件47安装在构成上述激光光线照射构件42的壳体421的前端部。该摄像构件47对保持在卡盘工作台41上的被加工物进行摄像。摄像构件47由光学系统及摄像元件(CCD)等构成，其将拍摄到的图像信号发送向未图示的控制构件。

参照图4、图7及图8来对使用上述激光加工装置4实施的激光加工槽形成工序进行说明。

关于该激光加工槽形成工序，首先在上述图4所示的激光加工装置4的卡盘工作台41上装载半导体晶片2，并在该卡盘工作台41上吸附保持半导体晶片2。此时，半导体晶片2将切割带30侧装载于卡盘工作台41上。因此，半导体晶片2保持成使表面2a朝上侧。再有，在图4中，虽然省略表示了安装有切割带30的环状框架3，但环状框架3由在卡盘工作台41上配置的未图示的夹紧器固定。

如上所述吸引保持有半导体晶片2的卡盘工作台41，通过未图示的加工进给构件移动到摄像构件47的正下方。当卡盘工作台41位于摄像构件47的正下方时，通过摄像构件47及未图示的控制构件来执行检测半导体晶片2的应进行激光加工的加工区域的校准作业。即，摄像构件47及未图示的控制构件执行图案匹配等图像处理，以完成激光光线照射位置的校准，所述图案匹配等图像处理用于进行在半导体晶片2的预定方向上形成的间隔道23与沿间隔道23照射激光光线的激光光线照射构件42的聚光器46的对位。此外，对于在半导体晶片2上形成的与上述预定方向成直角地延伸的间隔道23，也同样地完成激光光线照射位置的校准。

如上述那样检测在保持于卡盘工作台41的半导体晶片2上形成的间隔道23，进行激光光线照射位置的校准，然后，如图7所示那样，使卡盘工作台41移动到照射激光光线的激光光线照射构件42的聚光器424所在的激光光线照射区域，并将预定的间隔道23定位于聚光器46的正下方。此时，如图7(a)所示，半导体晶片2被定位成间隔道23的一端(在图7(a)中为左端)位于聚光器46正下方。接着，从激光光线照射构件42的聚光器46对层叠体21照射具有吸收性的脉冲激光光线，并同时使卡盘工作台41在图7(a)中箭头X1所示的方向上以预定的加工进给速度移动。然后，如图7(b)所示，在间隔道23的另一端(在图7中为右端)到达聚光器46的正下方位置之后，停止脉冲激光光线的照射，并且停止卡盘工作台41的移动。在该激光加工槽形成工序中，使脉冲激光光线的聚光点P对准于间隔道23的表面附近。

其结果为，在半导体晶片10的层叠体21上，通过形成为上述环状截面形状的光斑S的脉冲激光光线LBb，如图8所示形成了到达半导体基板20的激光加工槽211。这样，形成激光加工槽211的具有环状截面形状的光斑S的脉冲激光光线LBb，如图6所示构成外周部最强的能量分布，所以激光加工槽211的侧壁相对于层叠体21的加工面(上表面)垂直地形成。这样，由于脉冲激光光线LBb的环状的光斑S的外径d1如上述那样设定成比后述的切削刀具的厚度要大、且比在半导体晶片10上形成的间隔道23的宽度要小的尺寸，所以在间隔道23上形成的激光加工槽211的两侧壁间的宽度E形成为比后述的切削刀具的厚度大。再有，由于沿间隔道23形成的激光加工槽211的侧壁相对于层叠体21的加工面(上表面)垂直地形成，所以在侧壁下部不会产生加工残余，因而不需要考虑加工残余而增大激光加工槽211的侧壁间的宽度E。因此，可使在半导体晶片10上形成的间隔道23的宽度尽可能地小。这样对在半导体晶片2上形成的所有间隔道23实施上述的激光光线照射工序。

上述激光加工槽形成工序的加工条件例如如下述那样设定。

激光光线的光源     ：YVO4激光器或YAG激光器

波长               ：355nm

输出               ：4～10W

重复频率           ：10～100kHz

光斑直径(外径)     ：30～100μm

加工进给速度       ：50～200mm/秒

再有，上述激光加工槽形成工序中的脉冲激光光线LBb的环状的光斑S的每1脉冲的能量密度优选为5.7J/cm²以上。此外，在上述激光光线照射工序中为了使形成的激光加工槽211的两侧壁形成为平面状，只要减慢加工进给速度即可，但生产率方面成为问题。因此，在将脉冲激光光线的重复频率设为H(Hz)，将加工进给速度设为X(μm/秒)，将环状的光斑S的外径设为d1(μm)的情况下，优选将加工进给速度及脉冲激光光线的重复频率设定成满足X/H≤0.1d1。

在如上述那样对在半导体晶片2上形成的所有间隔道23实施了上述激光加工槽形成工序之后，实施用切削刀具将半导体晶片2的半导体基板20沿着在间隔道23上形成的激光加工槽211切断的切断工序。该切断工序使用图9所示的切削装置来实施。图9所示的切削装置5具有：保持被加工物的卡盘工作台51；具有对在该卡盘工作台51上保持的被加工物进行切削的切削刀具521的切削构件52；以及对卡盘工作台51上保持的被加工物进行摄像的摄像构件53。卡盘工作台51构成为吸引保持被加工物，卡盘工作台51通过未图示的移动机构而在图9中箭头X所示的加工进给方向及箭头Y所示的分度进给方向上移动。切削刀具521安装在圆盘状的基座和该基座的侧面外周部，且形成为例如20～40μm的厚度。上述摄像构件53在图示的实施方式中由利用可视光线进行摄像的通常的摄像元件(CCD)等构成，其将摄像到的图像信号送至未图示的控制构件。

在使用如此构成的切削装置5来实施上述切断工序时，在卡盘工作台51上装载半导体晶片2，并在该卡盘工作台51上吸附保持半导体晶片2。此时，半导体晶片2将切割带30侧装载在卡盘工作台51上。因此，半导体晶片2保持成使表面2a朝向上侧。再有，在图9中，虽然省略了安装有切割带30的环状框架3进行表示，但环状框架3由在卡盘工作台51上配置的未图示的夹紧器来固定。

如上所述吸引保持有半导体晶片2的卡盘工作台51通过未图示的加工进给构件而被移动到摄像构件53的正下方。当卡盘工作台51定位于摄像构件53的正下方时，通过摄像构件53及未图示的控制构件来执行检测半导体晶片2的应进行切削的切削区域的校准作业。即，摄像构件53及未图示的控制构件执行图案匹配等图像处理，以完成切削区域的校准，所述图案匹配等图像处理用于进行通过上述激光光线照射工序而沿半导体晶片2的间隔道23形成的激光加工槽211与切削刀具521的对位。此外，对于在半导体晶片2上形成的相对于上述预定方向成直角地延伸的间隔道23，也同样地完成切削区域的校准。

如上述那样检测保持于卡盘工作台51上的半导体晶片2的沿间隔道23形成的激光加工槽211，进行切削区域的校准，然后，使保持有半导体晶片2的卡盘工作台51移动到切削区域的切削开始位置。此时，如图10(a)所示，半导体晶片2定位成使应切削的间隔道23(形成有激光加工槽211)的一端(在图10(a)中为左端)位于比切削刀具521的正下方向右侧离开预定量之处。然后，使切削刀具521向图10(a)中箭头521a所示的方向以预定的旋转速度旋转，并从双点划线所示的待机位置通过未图示的切入进给机构，如图10(a)中实线所示那样向下方进行预定量的切入进给。该切入进给位置如图10(a)及图10(b)所示设定为使切削刀具521的外周缘到达切割带30的位置。

在如上述那样实施切削刀具521的切入进给之后，边使切削刀具521向图10(a)中箭头521a所示的方向以预定的旋转速度旋转，同时使卡盘工作台51在图10(a)中箭头X1所示的方向上以预定的切削进给速度移动。然后，在保持于卡盘工作台51上的半导体晶片2的右端通过了切削刀具521的正下方之后，停止卡盘工作台51的移动。

再有，上述切断工序在例如以下的加工条件下进行。

切削刀具          ：外径52mm、厚度40μm

切削刀具的旋转速度：30000rpm

切削进给速度      ：50mm/秒

沿在形成于半导体晶片2的所有间隔道23上形成的激光加工槽211实施上述的切断工序。其结果为，如图11所示，半导体晶片2的半导体基板20沿在间隔道23上形成的激光加工槽211形成了切削槽212而被切断，从而分割成一个个器件22。

Claims (1)

1. 一种晶片的分割方法，利用切削刀具将晶片沿间隔道切断从而分割为一个个器件，所述晶片形成为在半导体基板的表面上，通过层叠绝缘膜和功能膜所成的层叠体而形成的器件被所述间隔道划分开来，其特征在于，

所述晶片的分割方法包括以下工序：

激光加工槽形成工序，从所述晶片的所述层叠体侧沿所述间隔道照射激光光线，在所述层叠体上形成到达所述半导体基板的激光加工槽，所述激光光线形成为外径比所述切削刀具的宽度大、且比所述间隔道的宽度小的环状光斑；和

切断工序，利用所述切削刀具将所述半导体晶片的所述半导体基板沿在所述间隔道上形成的所述激光加工槽切断。

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