CN101992507B - 晶圆切割工具及使用该工具切割晶圆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆切割工具，包括：外围支架和晶圆承载台，两者中至少一个四周带有刻度，所述外围支架环绕在所述晶圆承载台的外侧，并和晶圆承载台之间留有空隙，作为滑块轨道；滑块，可沿着所述滑块轨道滑动；滑杆，具有内槽，所述内槽套在滑块上，使所述滑杆能在两个滑块的连线方向上滑动，所述滑杆的长度使晶圆上的每一处都能被切割到；切割器，位于所述滑杆上两个滑块的位置之间，可沿着所述滑杆的内槽滑动，以切割晶圆，所述滑杆和切割器中至少一个在高度方向上可调。相应地，本发明还提供一种切割晶圆的方法。采用本发明的晶圆切割工具可以快速和精确地确定晶圆上所感兴趣的区域的切割线位置并切割。

Description

晶圆切割工具及使用该工具切割晶圆的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别地，涉及一种晶圆切割工具及使用该工具切割晶圆的方法。
背景技术
在半导体制造工艺中，为了准确地定位晶圆的旋转方向，通常在晶圆外边缘<110>方向上定义一个晶圆的定位槽口(notch)，所述定位槽口与晶圆中各芯片(die)的朝向相对应。
然而，随着应用于硅90nm以下特征尺寸的制造工艺的发展，更多新的工艺技术被引入CMOS工艺中来增加半导体器件的性能。其中，芯片的朝向从原来的<110>方向改为采用<100>方向，与之相应的晶圆的定位槽口的方向也从原来的<110>方向改为<100>方向。上述方向的改变是因为半导体器件沿着<100>方向上的载流子(包括电子和空穴)的迁移率要大于沿着<110>方向上的迁移率，而载流子迁移率的提高，可以提高半导体器件的响应速度，进而提高电子产品的性能。
通常地，在对芯片进行失效分析(Failure Analysis，FA)的过程中，需要从晶圆上取下一块特定区域的硅片作为样品，例如晶圆接受度测试(Wafer Accept Testing，WAT)的测试键区域(test-key area)，有时甚至其中必须包括完整的一块芯片。所述取下芯片的过程需要使用切割器从晶圆的外边缘向内开始切割，而切割线的方向一般与晶圆的自然分裂线方向<110>方向相同，这是因为顺着晶体的晶向<110>方向的切割最容易使晶圆分裂开，可以极大地简化切割过程。
图1为晶圆上芯片的朝向为<110>方向时，所述切割线与芯片切割道之间的位置关系的示意图。如图所示，晶圆100上的芯片切割道101、定位槽口102和对于所感兴趣的区域(Region Of Interested，ROI)106的起始的切割线108或110的方向与晶圆100的自然分裂线方向<110>方向都相同。因此，在芯片切割道101的帮助下，失效分析人员可以通过裸眼目测的方法根据将晶圆100分成多个芯片104的芯片切割道101的走向来确定ROI 106的起始的切割线108或110的位置，然后开始切割。在将ROI
106所在的长条状的硅片与晶圆100的本体分开后，接下来就可以很容易地将ROI 106从晶圆100上取下(实际上是从上述长条状的硅片上取下)。图中ROI 106中包括完整的一块芯片105，用于后续的芯片测试用途。
而图2为晶圆上芯片的朝向改为<100>方向后，所述切割线与芯片切割道之间的位置关系的示意图。如图所示，晶圆200上的ROI 206的起始的切割线208或214的方向与晶圆200的自然分裂线方向<110>方向相同，而晶圆200上的芯片切割道201、定位槽口202的方向与晶圆200的自然分裂线方向<110>方向不相同，两者之间呈45度夹角。因此，在失去了芯片切割道201的帮助下，失效分析人员面对现今在生产制造的过程中日益普及的300mm及300mm以上的大直径的晶圆，只通过裸眼目测的方法很难准确地确定其中包含有完整的一块芯片205的ROI 206的起始的切割线208或214的位置。事实上，在实际的操作过程中，经常发生由于无法准确地确定ROI 206的起始的切割线208或214的位置，使得实际的切割线210或212偏离了ROI 206的应该的切割位置，造成无法准确地获取芯片205所在的ROI 206，这给实际的生产实践过程带来了麻烦。特别是，当实际的切割线偏离为图中所示的210时，还会造成将所需要研究的完整的一块芯片205碎裂的后果，使得失效分析人员无法对上述芯片进行进一步的研究和分析，从而可能无法发现在前端制造过程中所产生的影响芯片良率的问题，给实际的生产实践带来了巨大的安全隐患。
为此，迫切需要一种可以快速和精确地确定晶圆上ROI的切割线位置的晶圆切割工具。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种晶圆切割工具及使用该工具切割晶圆的方法，解决了在芯片测试过程中从晶圆上提取感兴趣的区域时所遇到的对切割线的位置确定困难而造成不能准确切割的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种晶圆切割工具，包括：外围支架和晶圆承载台，两者中至少一个四周带有刻度，所述外围支架环绕在所述晶圆承载台的外侧，并和晶圆承载台之间留有空隙，作为滑块轨道；滑块，可沿着所述滑块轨道滑动；滑杆，具有内槽，所述内槽套在滑块上，使所述滑杆能在两个滑块的连线方向上滑动，所述滑杆的长度使晶圆上的每一处都能被切割到；切割器，位于所述滑杆上两个滑块的位置之间，可沿着所述滑杆的内槽滑动，以切割晶圆，所述滑杆和切割器中至少一个在高度方向上可调。
可选地，所述晶圆切割工具还包括工具底座，其与外围支架和晶圆承载台分别相连接。
可选地，所述外围支架的形状为正四边形、正八边形、圆形或者其他规则的多边形。
可选地，所述晶圆承载台的形状与外围支架的形状相对应，使所述滑块轨道的宽度在整个滑动平面内保持一致。
可选地，所述晶圆承载台上具有真空吸孔，用于固定放置于晶圆承载台上的晶圆。
可选地，所述滑块能使滑杆在高度方向上可调。
可选地，所述滑块为具有工字形底部的柱体。
可选地，所述切割器为金刚石笔。
另外，本发明还提供一种使用上述晶圆切割工具切割晶圆的方法，包括：将晶圆以所需要的晶向放置在晶圆承载台上并固定；沿着滑块轨道调整滑块的位置，使滑杆的长度方向与晶圆的晶向形成所需要的角度；在垂直于滑块轨道所在平面的方向上调整滑杆或切割器的高度，使切割器充分接触晶圆表面；以合适大小的压力沿着滑杆内槽移动切割器来切割晶圆。
可选地，所述滑杆的长度方向与晶圆的<100>晶向形成45度或者135度的夹角。
可选地，使用真空吸附的方式将晶圆吸附在晶圆承载台上，来固定晶圆。
可选地，通过调整滑块的高度，来调整滑杆或切割器的高度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所提供的晶圆切割工具可以在芯片测试过程中快速和精确地确定大直径的晶圆上感兴趣的区域的切割线位置，进而容易地从晶圆上切割出所感兴趣的区域，用于后续的芯片测试过程。
另外，所述外围支架和与之相对应的晶圆承载台的形状为正四边形、正八边形、圆形或者其他规则的多边形，可以使得滑块的运动轨迹多样化，更加方便地符合所需要的切割线的角度和位置。而外围支架和晶圆承载台之间的滑块轨道的宽度保持一致则有益于滑块在滑块轨道方向上的精确滑动。
再者，在晶圆承载台上设置有真空吸孔，用于与真空泵相连，便于采用真空吸力来固定放置于晶圆承载台上的晶圆，而避免采用其他机械固定方式可能对晶圆造成的机械损伤。
进一步地，滑块能使滑杆在高度方向上可调，而切割器又位于滑杆上，这样便于在不单独调整切割器的情况下，直接调整滑杆的高度，即能改变切割器与位于晶圆承载台上的晶圆之间的接触程度，便于根据操作需要在晶圆承载台上方便地取放晶圆和切割晶圆，以及。
更进一步地，采用具有工字形底部的柱体作为滑块，可以使滑块在滑块轨道内充分而精确地滑动，而防止滑块在对切割线的定位精确度有害的其他方向上作任何干扰性质的运动，从而最大限度地保证了滑块对确定晶圆上ROI的切割线位置的精确度。
最后，本发明所提供的晶圆切割工具成本低廉、制造简便、使用便利，可应用于在芯片测试过程中针对200mm、300mm以及300mm以上的大直径的晶圆切割过程中，使用范围十分广泛，具有相当强的实用性。
附图说明
图1为晶圆上芯片的朝向为<110>方向时，所述切割线与芯片切割道之间的位置关系的示意图；
图2为晶圆上芯片的朝向为<100>方向时，所述切割线与芯片切割道之间的位置关系的示意图；
图3为本发明的一个实施例的具有正四边形的外围支架和晶圆承载台的晶圆切割工具的结构示意图；
图4为本发明的一个实施例的正八边形的外围支架和晶圆承载台的结构示意图；
图5为本发明的一个实施例的圆形的外围支架和晶圆承载台的结构示意图；
图6为本发明的一个实施例的十字形的外围支架和晶圆承载台的结构示意图；
图7为本发明的一个实施例的晶圆切割工具的滑块的结构示意图；
图8为本发明的一个实施例的晶圆切割工具的切割器的结构示意图；
图9为本发明的一个实施例的使用上述晶圆切割工具切割晶圆的方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
图3为本发明的一个实施例的晶圆切割工具的结构示意图，所述晶圆切割工具包括：工具底座302；外围支架304和晶圆承载台306，分别通过支柱308与所述工具底座302相连接，所述外围支架304和晶圆承载台306中至少一个四周带有刻度310，所述外围支架304环绕在所述晶圆承载台306的外侧，并和晶圆承载台306之间留有空隙，作为滑块轨道312；滑块314、315，可沿着所述滑块轨道312滑动；滑杆316，具有内槽318，所述内槽318套在滑块314、315上，使所述滑杆316能在两个滑块314、315的连线方向上滑动，所述滑杆316的长度使晶圆305上的每一处都能被切割到；切割器320，位于所述滑杆316上两个滑块314、315的位置之间，可沿着所述滑杆316的内槽318滑动，以切割晶圆305，所述滑杆316和切割器320中至少一个在高度方向上可调。
在本实施例中，所述外围支架304的形状可以为正四边形、正八边形、圆形或者其他规则的多边形。图3至图6分别示出了本发明的多个实施例的外围支架的形状，依次分别为正四边形、正八边形、圆形和十字形。而所述晶圆承载台306的形状可以与外围支架304的形状相对应，使所述滑块轨道312的宽度在整个滑动平面内保持一致，如图3至图6所示。
在本实施例中，所述晶圆承载台306上可以具有与真空泵相连接的真空吸孔322，用于固定放置于晶圆承载台306上的晶圆305，所述真空吸孔322的数量可以为4个。
在本实施例中，所述滑块314、315能使滑杆316在高度方向上可调。图7为本发明的一个实施例的晶圆切割工具的滑块的结构示意图。如图7所示，所述滑块314、315包括：滑块底盘402，其上具有螺纹；柱体形状的滑块本体404，与滑块底盘402相配合，所述滑块底盘402依靠其上的螺纹，部分地旋入滑块本体404的体内，使所述滑块底盘402和滑块本体404具有工字形底部，便于所述滑块314、315在滑块轨道312内充分而精确地滑动；滑轴406，沿着滑块本体404的长度方向延伸一定的长度，用于架设滑杆316；滑轴旋盖408，其上具有螺纹，可以在所述滑轴406的长度方向上上下旋动，以使滑杆316的内槽318套在滑块314、315的滑轴406上，并使滑杆316在垂直于滑块轨道312所在平面的方向上可移动，便于将晶圆305放置在晶圆承载台306上或者从晶圆承载台306上取走晶圆305，以及使滑杆316上的切割器320充分接触晶圆305表面。
在本实施例中，所述切割器320在垂直于晶圆承载台306的方向上位置可调。图8为本发明的一个实施例的晶圆切割工具的切割器的结构示意图。如图8所示，所述切割器320为金刚石笔，包括：笔尖502，其上镶嵌有金刚石等坚硬物质，用于在晶圆305表面直接刻划出切割线；石笔本体506，其上具有托环504；石笔旋盖508。所述托环504、石笔本体506和石笔旋盖508也构成工字形的形状，用于使所述切割器320在滑杆316的内槽318内充分而精确地滑动。所述石笔本体506的两端分别与笔尖502和石笔旋盖508螺纹连接，分别用于方便地更换笔尖502与使切割器320在垂直于晶圆承载台306的方向上高度可调，便于将晶圆305放置在晶圆承载台306上或者从晶圆承载台306上取走晶圆305，以及使滑杆316上的切割器320充分接触晶圆305表面。
图9为本发明的一个实施例的使用上述晶圆切割工具切割晶圆的方法流程图。如图9所示，包括：执行步骤S201，将晶圆以所需要的晶向放置在晶圆承载台上并固定；执行步骤S202，沿着滑块轨道调整滑块的位置，使滑杆的长度方向与晶圆的晶向形成所需要的角度；执行步骤S203，在垂直于滑块轨道所在平面的方向上调整滑杆或切割器的高度，使切割器充分接触晶圆表面；执行步骤S204，以合适大小的压力沿着滑杆内槽移动切割器来切割晶圆。
在本实施例中，所述滑杆的长度方向<110>方向与晶圆的<100>晶向形成45度或者135度的夹角。当然本发明所提供的晶圆切割工具并不局限于以某个具体的角度切割晶圆上的任何一部分，这完全可以根据实际使用需要来通过调整滑块的位置，获得想切割的任何角度。
本发明所提供的晶圆切割工具可以在芯片测试过程中快速和精确地确定大直径的晶圆上感兴趣的区域的切割线位置，进而容易地从晶圆上切割出所感兴趣的区域，用于后续的芯片测试过程。
另外，所述外围支架和与之相对应的晶圆承载台的形状为正四边形、正八边形、圆形或者其他规则的多边形，可以使得滑块的运动轨迹多样化，更加方便地符合所需要的切割线的角度和位置。而外围支架和晶圆承载台之间的滑块轨道的宽度保持一致则有益于滑块在滑块轨道方向上的精确滑动。
再者，在晶圆承载台上设置有真空吸孔，用于与真空泵相连，便于采用真空吸力来固定放置于晶圆承载台上的晶圆，而避免采用其他机械固定方式可能对晶圆造成的机械损伤。
进一步地，滑块能使滑杆在高度方向上可调，而切割器又位于滑杆上，这样便于在不单独调整切割器的情况下，直接调整滑杆的高度，即能改变切割器与位于晶圆承载台上的晶圆之间的接触程度，便于根据操作需要在晶圆承载台上方便地取放晶圆和切割晶圆。
更进一步地，采用具有工字形底部的柱体作为滑块，可以使滑块在滑块轨道内充分而精确地滑动，而防止滑块在对切割线的定位精确度有害的其他方向上作任何干扰性质的运动，从而最大限度地保证了滑块对确定晶圆上ROI的切割线位置的精确度。
最后，本发明所提供的晶圆切割工具成本低廉、制造简便、使用便利，可应用于在芯片测试过程中针对200mm、300mm以及300mm以上的大直径的晶圆切割过程中，使用范围十分广泛，具有相当强的实用性。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种晶圆切割工具，其特征在于，包括：
外围支架和晶圆承载台，两者中至少一个四周带有刻度，所述外围支架环绕在所述晶圆承载台的外侧，并和晶圆承载台之间留有空隙，作为滑块轨道；
滑块，可沿着所述滑块轨道滑动；
滑杆，具有内槽，所述内槽套在滑块上，使所述滑杆能在两个滑块的连线方向上滑动，所述滑杆的长度使晶圆上的每一处都能被切割到；
切割器，位于所述滑杆上两个滑块的位置之间，可沿着所述滑杆的内槽滑动，以切割晶圆，所述滑杆和切割器中至少一个在高度方向上可调。
2.根据权利要求1所述的晶圆切割工具，其特征在于，所述晶圆切割工具还包括工具底座，其与外围支架和晶圆承载台分别相连接。
3.根据权利要求1所述的晶圆切割工具，其特征在于，所述外围支架的形状为正四边形、正八边形、圆形或者其他规则的多边形。
4.根据权利要求3所述的晶圆切割工具，其特征在于，所述晶圆承载台的形状与外围支架的形状相对应，使所述滑块轨道的宽度在整个滑动平面内保持一致。
5.根据权利要求1所述的晶圆切割工具，其特征在于，所述晶圆承载台上具有真空吸孔，用于固定放置于晶圆承载台上的晶圆。
6.根据权利要求1或4所述的晶圆切割工具，其特征在于，所述滑块能使滑杆在高度方向上可调。
7.根据权利要求6所述的晶圆切割工具，其特征在于，所述滑块具有滑块底盘和滑块本体，所述滑块底盘上具有螺纹，所述滑块本体为柱体形状并与所述滑块底盘相配合，所述滑块底盘依靠其上的螺纹，部分地旋入所述滑块本体的体内，使所述滑块底盘和所述滑块本体具有工字形底部。
8.根据权利要求1所述的晶圆切割工具，其特征在于，所述切割器为金刚石笔。
9.一种使用权利要求1至8中任一项所述的晶圆切割工具切割晶圆的方法，其特征在于，包括：
将晶圆以所需要的晶向放置在晶圆承载台上并固定；
沿着滑块轨道调整滑块的位置，使滑杆的长度方向与晶圆的晶向形成所需要的角度；
在垂直于滑块轨道所在平面的方向上调整滑杆或切割器的高度，使切割器充分接触晶圆表面；
以合适大小的压力沿着滑杆内槽移动切割器来切割晶圆。
10.根据权利要求9所述的切割晶圆的方法，其特征在于，所述滑杆的长度方向与晶圆的<100>晶向形成45度或者135度的夹角。
11.根据权利要求9所述的切割晶圆的方法，其特征在于，使用真空吸附的方式将晶圆吸附在晶圆承载台上，来固定晶圆。
12.根据权利要求9所述的切割晶圆的方法，其特征在于，通过调整滑块的高度，来调整滑杆或切割器的高度。
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