CN103943567A

CN103943567A - 晶片加工方法

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Publication number: CN103943567A
Application number: CN201410026087.XA
Authority: CN
Inventors: 小川雄辉; 北原信康; 小田中健太郎; 大浦幸伸
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2034-01-21
Also published as: JP2014143285A; TW201430932A; US20140206177A1; TWI621164B; CN103943567B; KR20140095424A; JP6178077B2

Abstract

本发明提供一种晶片加工方法，其能够对在基板表面通过层叠的功能层而形成有器件的晶片沿着划分器件的多条间隔道在器件侧不发生功能层的剥离的情况下进行分割。一种晶片加工方法，其对在基板表面通过层叠的功能层而形成有器件的晶片沿着划分器件的多条间隔道进行分割，所述晶片加工方法包括：功能层切断工序，在所述功能层切断工序中，沿着间隔道的两侧照射激光光线，形成到达基板的2条激光加工槽从而切断功能层；以及分割槽形成工序，在所述分割槽形成工序中，在沿着间隔道形成的2条激光加工槽的中央部处，在功能层以及基板上形成分割槽，在所述功能层切断工序中照射的激光光线的波长被设定为相对于钝化膜具有吸收性的300nm以下。

Description

晶片加工方法

技术领域

本发明涉及一种晶片加工方法，该加工方法是对在基板表面通过层叠的功能层而形成有器件的晶片沿着划分器件的多条间隔道进行分割。

背景技术

正如本领域技术人员所周知，在半导体器件制造过程中，形成这样的半导体晶片：在硅等基板的表面通过层叠绝缘膜和功能膜而成的功能层，将多个IC、LSI等器件形成为矩阵状。这样形成的半导体晶片的上述器件被称为间隔道的分割预定线划分开来，通过沿着该间隔道进行分割而制造出一个个半导体器件。

最近，为了提高IC、LSI等半导体芯片的处理能力，在硅等基板的表面通过层叠低介电常数绝缘体覆膜（Low-k膜）所形成的功能层而形成半导体器件的方式的半导体晶片被实用化，所述低介电常数绝缘体覆膜（Low-k膜）由SiOF、BSG(SiOB)等无机物类膜、或为聚酰亚胺系、聚对二甲苯系等聚合物膜的有机物类膜构成。

这样沿着半导体晶片的间隔道的分割通常利用称为切割锯的切削装置进行。该切削装置具有：卡盘工作台，其保持作为被加工物的半导体晶片；切削单元，其用于切削被保持在该卡盘工作台上的半导体晶片；以及移动单元，其使卡盘工作台和切削单元相对移动。切削单元包括能够高速旋转的旋转主轴和安装在该主轴上的切削刀具。切削刀具由圆盘状的基座和安装在该基座的侧面外周部上的环状的切削刃组成，切削刃例如通过电铸来固定粒径为3μm左右的金刚石磨粒而形成。

然而，上述的Low-k膜与晶片的材料不同，因此，很难利用切削刀具同时进行切削。即，由于Low-k膜像云母一样非常脆，所以利用切削刀具沿着间隔道进行切削时，Low-k膜会剥离，该剥离到达电路而存在给器件带来致命性损伤的问题。

为了解决上述问题，在下述的专利文献1中公开了一种晶片分割方法，该晶片分割方法中，沿着形成在半导体晶片上的间隔道向间隔道的两侧照射激光光线，沿着间隔道形成2条激光加工槽，切断层叠体，通过将切削刀具定位在该2条激光加工槽的外侧之间，并相对移动切削刀具和半导体晶片，而沿着间隔道切断半导体晶片。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2005-142398号公报

而且，如上述专利文献1中记载的晶片分割方法那样，通过沿着形成在半导体晶片上的间隔道向间隔道的两侧照射激光光线，来沿着间隔道形成2条激光加工槽时，存在在器件侧发生功能层的剥离而降低器件的品质的问题。即，在功能层的表面形成有包含SiO2、SiO、SiN、SiNO的钝化膜，所以，照射激光光线时，会透过钝化膜而到达功能层的内部。其结果是，可以想到因到达功能层的内部的激光光线的照射而产生的热被钝化膜暂时封闭，所以在形成电路的密度低的器件侧产生剥离。

发明内容

本发明鉴于上述事实而完成，其主要的技术课题在于提供一种晶片加工方法，该晶片加工方法是能够对在基板表面通过层叠的功能层而形成有器件的晶片沿着划分器件的多条间隔道在器件侧不发生功能层的剥离的情况下进行分割。

为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供一种晶片加工方法，用于对在基板表面通过层叠的功能层而形成有器件的晶片沿着划分所述器件的多条间隔道进行分割，其特征在于，

所述晶片加工方法包括：

功能层切断工序，在所述功能层切断工序中，沿着间隔道的两侧照射激光光线，形成到达基板的2条激光加工槽，从而切断功能层；以及

分割槽形成工序，在所述分割槽形成工序中，在沿着间隔道形成的2条激光加工槽的中央部处，在功能层以及基板上形成分割槽，

该功能层切断工序中照射的激光光线的波长被设定为相对于钝化膜具有吸收性的300nm以下。

所述分割槽形成工序中，向沿着间隔道形成的2条激光加工槽的中央部照射激光光线，在功能层以及基板上形成分割槽。

优选的是，在所述功能层切断工序中照射的激光光线的波长被设定为266nm，在所述分割槽形成工序中照射的激光光线的波长被设定为532nm。

发明效果

在本发明的晶片加工方法中，包括：功能层切断工序，沿着间隔道的两侧照射激光光线，形成到达基板的2条激光加工槽，从而切断功能层；和分割槽形成工序，在沿着间隔道形成的2条激光加工槽的中央部处，在功能层和基板上形成分割槽，功能层切断工序中照射的激光光线的波长被设定为相对于钝化膜具有吸收性的300nm以下，因此形成在功能层的表面的钝化膜在被激光光线照射时瞬间被进行烧蚀加工，不会将热封闭在功能层的内部，所以不会在形成电路的密度低的器件侧发生剥离。

附图说明

图1是示出利用本发明的晶片加工方法被分割的半导体晶片的立体图以及主要部分放大剖视图。

图2是示出半导体晶片被粘贴在安装于环状框架的切割带的表面上的状态的立体图。

图3是用于实施功能层切断工序的激光加工装置的主要部分立体图。

图4是功能层切断工序的说明图。

图5是示出二氧化硅（SiO2）的相对于激光光线的波长的吸收率的曲线图。

图6是用于实施分割槽形成工序的第1实施方式的激光加工装置的主要部分立体图。

图7是示出分割槽形成工序的第1实施方式的说明图。

图8是用于实施分割槽形成工序的第2实施方式的切削装置的主要部分立体图。

图9是示出分割槽形成工序的第2实施方式的说明图。

标号说明

2：半导体晶片；20：基板；21：功能层；22：器件；23：间隔道；24、24：激光加工槽；25、26：分割槽；3：环状框架；30：切割带；4：激光加工装置；41：激光加工装置的卡盘工作台；42：激光光线照射单元；422：聚光器；5：切削装置；51：切削装置的卡盘工作台；52：切削单元；523：切削刀具。

具体实施方式

以下，参照附图进一步详细说明本发明的晶片加工方法。

图1的（a）和（b）中，示出了利用本发明的晶片加工方法被分割成一个个器件的半导体晶片的立体图以及主要部分放大剖视图。关于图1的（a）和（b）中示出的半导体晶片2，通过在厚度为140μm的硅等基板20的表面20a上，通过层叠绝缘膜和形成电路的功能膜而成的功能层21，呈矩阵状形成了多个IC、LSI等器件22。而且，各个器件22被呈格子状地形成的间隔道23划分开来。另外，在图示的实施方式中，形成功能层21的绝缘膜是由低介电常数绝缘体覆膜（Low-k膜）构成，厚度设定为10μm，所述低介电常数绝缘体覆膜（Low-k膜）由SiO₂膜或者SiOF、BSG（SiOB）等无机物类膜、或为聚酰亚胺系、聚对二甲苯系等的聚合物膜的有机物类膜构成。这样结构的功能层21在表面形成有包含SiO₂、SiO、SiN、SiNO的钝化膜。

对沿着间隔道分割上述半导体晶片2的晶片加工方法进行说明。

首先，实施晶片支承工序，在该晶片支承工序中，将构成半导体晶片2的基板20的背面20b粘贴到安装在环状框架上的切割带的表面。即，如图2所示，切割带30以覆盖环状框架3的内侧开口部的方式在外周部进行安装，在该切割带30的表面粘贴构成半导体晶片2的基板20的背面20b。因此，粘贴在切割带30的表面上的半导体晶片2的功能层21的表面21a处于上侧。

在实施了上述的晶片支承工序后，实施功能层切断工序，在该功能层切断工序中，沿着半导体晶片2的间隔道23的两侧照射激光光线，形成到达基板20的2条激光加工槽，从而切断功能层21。该功能层切断工序使用图3所示的激光加工装置4来实施。图3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；向保持在该卡盘工作台41上的被加工物照射激光光线的激光光线照射单元42；以及对保持在卡盘工作台41上的被加工物进行摄像的摄像单元43。卡盘工作台41的结构为，吸引保持被加工物，卡盘工作台41通过未图示的加工进给单元而沿着图3中箭头X所示的加工进给方向移动，并且通过未图示的分度进给单元而沿着图3中箭头Y所示的分度进给方向移动。

上述激光光线照射单元42包括实质上水平配置的圆筒状壳体421。壳体421内配设有脉冲激光光线振荡单元，所述脉冲激光光线振荡单元具有未图示的脉冲激光光线振荡器和重复频率设定单元。在上述壳体421的末端部安装有聚光器422，所述聚光器422用于对由脉冲激光光线振荡单元振荡发出的脉冲激光光线进行会聚。另外，激光光线照射单元42具有聚光点位置调整单元（未图示），所述聚光点位置调整单元用于调整通过聚光器422而会聚的脉冲激光光线的聚光点位置。

安装在构成上述激光光线照射单元42的壳体421的末端部上的摄像单元43具有：照明被加工物的照明单元；捕捉由该照明单元照明的区域的光学系统；以及拍摄由该光学系统捕捉到的像的摄像元件（CCD）等，摄像单元43将拍摄得到的图像信号发送到未图示的控制单元。

参照图3和图4说明功能层切断工序，所述功能层切断工序中，使用上述激光加工装置4，沿着半导体晶片2的间隔道23的两侧照射激光光线，形成到达基板20的2条激光加工槽，从而切断功能层21。

首先，在上述图3所示的激光加工装置4的卡盘工作台41上载置粘贴有半导体晶片2的切割带30侧。然后，通过使未图示的吸引单元工作，使半导体晶片2隔着切割带30保持在卡盘工作台41上（晶片保持工序）。因此，保持在卡盘工作台41上的半导体晶片2的功能层21的表面21a处于上侧。另外，在图3中，省略了安装有切割带30的环状框架3，但是，环状框架3被保持在配置于卡盘工作台41的适当的框架保持单元上。这样吸引保持了半导体晶片2的卡盘工作台41通过未图示的加工进给单元而被定位于摄像单元43的正下方。

卡盘工作台41被定位于摄像单元43的正下方后，通过摄像单元43以及未图示的控制单元执行校准工序，所述校准工序是检测半导体晶片2的应该进行激光加工的加工区域的工序。即，摄像单元43以及未图示的控制单元执行图案匹配等图像处理，完成激光光线照射位置的校准（校准工序），所述图案匹配用于进行间隔道23与沿着该间隔道23照射激光光线的激光光线照射单元42的聚光器422的位置对准，所述间隔道23形成在半导体晶片2的第1方向上。另外，对于在半导体晶片2上形成于与第1方向垂直的方向上的间隔道23，也同样完成激光光线照射位置的校准。

实施了上述的校准工序后，如图4所示将卡盘工作台41移动到照射激光光线的激光光线照射单元42的聚光器422所在的激光光线照射区域，将规定的间隔道23定位于聚光器422的正下方。此时，如图4的（a）所示，半导体晶片2被定位成使间隔道23的一端（图4的（a）中的左端）位于聚光器422的正下方。接着，从激光光线照射单元42的聚光器422照射脉冲激光光线，同时，使卡盘工作台41沿着图4时（a）中箭头X1所示的方向以规定的加工进给的速度移动。然后，在如图4的（b）所示间隔道23的另一端（图4的（b）中的右端）到达聚光器422的正下方位置后，停止照射脉冲激光光线，并且停止移动卡盘工作台41。在该激光加工槽形成工序中，将脉冲激光光线的聚光点P对准到间隔道23的表面附近。

接着，将卡盘工作台41沿着与纸面垂直的方向（分度进给方向）在图示的实施方式中移动40μm。然后，从激光光线照射单元42的聚光器422照射脉冲激光光线，同时，使卡盘工作台41沿着图4的（b）中箭头X2所示的方向以规定的加工进给速度移动，到达图4的（a）所示的位置后，停止照射脉冲激光光线，并且停止移动卡盘工作台41。

通过实施上述的功能层切断工序，在半导体晶片2的间隔道23上如图4的（c）所示形成有比功能层21的厚度深即到达基板20的2条激光加工槽24、24。其结果为，功能层21被2条激光加工槽24、24切断。而且，沿着形成在半导体晶片2上的所有的间隔道23实施上述功能层切断工序。

在上述功能层切断工序中，从功能层21的表面（上表面）侧照射脉冲激光光线时，由于在功能层21的表面形成有钝化膜，因此透过钝化膜而到达功能层21的内部。其结果为，因到达功能层21的内部的激光光线的照射而产生的热被钝化膜暂时封闭，所以有在形成电路的密度低的器件侧发生剥离的问题。因此，在本发明中，照射的激光光线是相对于形成在功能层21的表面的钝化膜具有吸收性的300nm以下的波长的激光光线。在图5中，示出了相对于激光光线的波长的钝化膜的吸收率。在图5中，横轴表示激光光线的波长，纵轴表示钝化膜的吸收率。从图5可知，激光光线的波长在300nm以下时，钝化膜的吸收率急剧上升。因此，在功能层切断工序中照射的脉冲激光光线的波长被设定为300nm以下是非常重要的。其结果为，形成在功能层21的表面的钝化膜被激光光线照射时，瞬间被进行烧蚀加工，而不会将热封闭在功能层21的内部，所以不会在形成电路的密度低的器件侧发生剥离。

另外，上述功能层切断工序是在例如以下的加工条件下进行。

激光光线的波长：266nm

脉冲宽度：12ps

重复频率：200kHz

输出：2w

聚光点直径：10μm

加工进给速度：400mm/秒

如上述那样实施了功能层切断工序后，实施分割槽形成工序，在所述分割槽形成工序中，在沿着间隔道23形成的2条激光加工槽24、24的中央部处，在功能层21以及基板20上形成分割槽。参照图6以及图7说明该分割槽形成工序的第1实施方式。

分割槽形成工序的第1实施方式可以使用与上述图3所示的激光加工装置4相同的激光加工装置实施。即，在实施分割槽形成工序时，如图6所示，在激光加工装置4的卡盘工作台41上，载置粘贴有实施了上述功能层切断工序的半导体晶片2的切割带30侧。然后，通过使未图示的吸引单元工作，使半导体晶片2隔着切割带30保持在卡盘工作台41上（晶片保持工序）。因此，保持在卡盘工作台41上的半导体晶片2的表面2a处于上侧。另外，在图6中，省略了安装有切割带30的环状框架3，但是，环状框架3被保持在配置于卡盘工作台41的适当的框架保持单元上。这样吸引保持光了光器件晶片2的卡盘工作台41通过未图示的加工进给单元而被定位于摄像单元43的正下方。然后，实施上述校准工序。

接着，将卡盘工作台41移动到照射激光光线的激光光线照射单元42的聚光器422所在的激光光线照射区域，将规定的间隔道23定位于聚光器422的正下方。然后，使形成在间隔道23上的上述2条激光加工槽24、24之间的中央位置处于从聚光器422照射的激光光线的照射位置。此时，如图7的（a）所示，半导体晶片2被定位成间隔道23的一端（图7的（a）中的左端）位于聚光器422的正下方。接着，从激光光线照射单元42的聚光器422照射脉冲激光光线，同时，使卡盘工作台41沿着图7的（a）中箭头X1所示的方向以规定的加工进给速度移动。在该分割槽形成工序中照射的脉冲激光光线设定为相对于硅基板具有吸收性的波长，并且输出被设定为比上述功能层切断工序大的值。然后，如图7的（b）所示，间隔道23的另一端（图7的（b）中的右端）到达聚光器422的正下方位置后，停止照射脉冲激光光线，并且停止移动卡盘工作台41。在该分割工序中，将脉冲激光光线的聚光点P对准到间隔道23的表面附近。

通过实施上述的分割槽形成工序，在半导体晶片2的间隔道23上，如图7的（c）所示，在2条激光加工槽24、24之间的中央位置处，在功能层21以及基板20上形成规定的深度的分割槽25。在分割工序中，间隔道23的功能层21被半导体晶片2断开，因此即使功能层21通过照射脉冲激光光线而剥离，该剥离不会影响到2条激光加工槽24、24的外侧，即不会影响到器件22侧。因此，能够增大脉冲激光光线的输出，能够将分割槽36形成为容易分割的期望的深度。然后，对实施了第1激光加工槽形成工序的半导体晶片2的全部的间隔道23实施上述分割工序实施。

另外，上述分割槽形成工序是在例如以下的加工条件下进行。

光源：YVO4激光或者YAG激光

波长：532nm

脉冲宽度：12ps

重复频率：200kHz

输出：30W

聚光点直径：10μm

加工进给速度：400mm/秒

将如上实施了分割槽形成工序的半导体晶片2搬送到作为下一个工序的分割工序。而且，在分割工序中，沿着半导体晶片2的间隔道23形成的分割槽25形成为能够容易地进行分割的深度，因此能够通过机械切断容易地进行分割。

接着，参照图8和图9说明分割槽形成工序的第2实施方式。该分割槽形成工序的第2实施方式使用图8所示的切削装置5实施。图8所示的切削装置5具有：保持被加工物的卡盘工作台51；切削保持在该卡盘工作台51上的被加工物的切削单元52；以及对保持在该卡盘工作台51上的被加工物进行摄像的摄像单元53。卡盘工作台51的结构为吸引保持被加工物，卡盘工作台51通过未图示的加工进给单元而沿着图8中箭头X所示的加工进给方向移动，并且通过未图示的分度进给单元而沿着箭头Y所示的分度进给方向移动。

上述切削单元52包括：实质上水平配置的主轴外壳521；旋转自如地支持在该主轴外壳521中的旋转主轴522；安装在该旋转主轴522的末端部的切削刀具523，旋转主轴522通过配置在主轴外壳521内的未图示的伺服电机而向箭头523a所示的方向旋转。切削刀具523具有：由铝形成的圆盘状的基座524；和安装在该基座524的侧面外周部上的环状切削刃525。环状切削刃525由在基座524的侧面外周部上通过镀镍而固定有粒径在3～4μm的金刚石磨粒的电铸刀具构成，在图示的实施方式中，环状切削刃525形成为厚度为30μm外径为52mm。

上述摄像单元53被安装在主轴外壳521的末端部，并具有：照明被加工物的照明单元；捕捉由该照明单元照明的区域的光学系统；以及拍摄由该光学系统捕捉到的像的摄像元件（CCD）等，上述摄像单元53将拍摄得到的图像信号发送到未图示的控制单元。

当使用上述切削装置5实施分割槽形成工序时，如图8所示，在卡盘工作台51上载置粘贴有实施了上述功能层切断工序的半导体晶片2的切割带30侧。然后，通过使未图示的吸引单元工作，使半导体晶片2隔着切割带30保持在卡盘工作台51上（晶片保持工序）。因此，保持在卡盘工作台51上的半导体晶片2的表面2a处于上侧。另外，在图8中，省略了安装有切割带30的环状框架3，但是，环状框架3被保持在配置于卡盘工作台51的适当的框架保持单元上。这样吸引保持了半导体晶片2的卡盘工作台51通过未图示的加工进给单元而被定位于摄像单元53的正下方。

卡盘工作台51被定位于摄像单元53的正下方后，利用摄像单元53以及未图示的控制单元执行校准工序，所述校准工序是检测半导体晶片2的应该切削的区域的工序。在该校准工序中，利用摄像单元53对通过上述激光加工槽形成工序而沿着半导体晶片2的间隔道23形成的2条激光加工槽24、24进行摄像来实施该校准工序。摄像单元53以及未图示的控制单元执行图案匹配等图像处理，完成切削刀具523进行切削的切削区域的校准（校准工序），所述图案匹配用于对2条加工槽24、24和切削刀具523进行位置对准，所述2条加工槽24、24沿着形成在半导体晶片2的规定的方向的间隔道23而形成。另外，对于在半导体晶片2上形成于与上述规定的方向垂直的方向上的2条激光加工槽24、24，也同样完成切削刀具523的切削位置的校准。

在如上检测沿着保持在卡盘工作台51上的半导体晶片2的间隔道23形成的2条激光加工槽24、24，并进行切削区域的校准后，将保持了半导体晶片2的卡盘工作台51移动至切削区域的切削开始位置。此时，如图9的（a）所示，半导体晶片2被定位成应该切削的间隔道23的一端（图9的（a）中的左端）位于比切削刀具523的正下方靠右侧规定的量的位置。此时，在图示的实施方式中，在上述的校准工序中直接拍摄形成在间隔道23上的2条激光加工槽24、24来检测切削区域，因此形成在间隔道23上的2条激光加工槽24、24的中心位置间即中央部被可靠的定位于与切削刀具523对置的位置。

这样将卡盘工作台51即半导体晶片2定位于切削加工区域的切削开始位置后，将切削刀具523从在图9的（a）中双点划线所示的待机位置如箭头Z1所示向下方进行切入进给，并如图9的（a）中实线所示定位到规定的切入进给位置。该切入进给位置被设定这样的位置：如图9的（a）和图9的（c）所示，切削刀具523的下端到达粘贴在半导体晶片2的背面的切割带30。

接着，使切削刀具523向图9的（a）中箭头523a所示的方向以规定的旋转速度旋转，使卡盘工作台51沿着图9的（a）中箭头X1所示的方向以规定的切削进给速度移动。然后，如图9的（b）所示，在卡盘工作台51到达间隔道23的另一端（在图9的（b）中的右端）比切削刀具523的正下方靠左侧规定的量的位置时，停止移动卡盘工作台51。通过这样对卡盘工作台51进行切削进给，如图9的（d）所示，半导体晶片2的基板20在形成于间隔道23的激光加工槽24、24的两侧之间形成到达背面的分割槽26而被切断（分割槽形成工序）。

接着，如图9的（b）中箭头Z2所示，使切削刀具523上升，并定位于双点划线所示的待机位置，使卡盘工作台51沿着图9的（b）中箭头X2所示的方向移动而回到图9的（a）所示的位置。然后，在垂直于纸面的方向（分度进给方向）对卡盘工作台51进行相当于间隔道23的间隔的量的分度进行，接着将应该切削的间隔道23定位于与切削刀具523对应的位置。这样接着将应该切削的间隔道23定位于与切削刀具523对应的位置后，实施上述切断工序。

切削刀具：外径52mm、厚度30μm

切削刀具的旋转速度：40000rpm

切削进给速度：50mm/秒

对形成在半导体晶片2的所有的间隔道23实施上述的分割槽形成工序。其结果为，半导体晶片2沿着间隔道23被切断，而分割成一个个器件22。

Claims

1.一种晶片加工方法，用于对在基板表面通过层叠的功能层而形成有器件的晶片沿着划分所述器件的多条间隔道进行分割，其特征在于，

所述晶片加工方法包括：

2.根据权利要求1所述的晶片加工方法，其中，

所述分割槽形成工序中，向沿着间隔道形成的所述2条激光加工槽的中央部照射激光光线，在功能层以及基板上形成分割槽。

3.根据权利要求2所述的晶片加工方法，其中，

在所述功能层切断工序中照射的激光光线的波长被设定为266nm，在所述分割槽形成工序中照射的激光光线的波长被设定为532nm。