CN105479019B - 晶片的加工方法 - Google Patents
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Abstract
提供晶片的加工方法，对在正面上通过多条分割预定线划分而形成有多个器件的由硅构成的晶片进行加工，具有：改质层形成步骤，将对于晶片具有透过性的波长的脉冲激光束的聚光点定位在晶片的内部，从晶片的背面对与该分割预定线对应的区域照射脉冲激光束并且对保持机构与激光束照射机构相对地进行加工进给而在晶片的内部形成改质层；分割步骤，在改质层形成步骤之后，对晶片施加外力而以该改质层为分割起点沿着该分割预定线分割晶片，在该改质层形成步骤中，在从照射到晶片的脉冲激光束的中心到加工进给方向下游侧外周的部分使脉冲激光束的一部分欠缺，且将脉冲激光束的聚光点定位在晶片的内部。
Description
技术领域
本发明涉及晶片的加工方法，在照射对于晶片具有透过性的波长的脉冲激光束而在晶片内部形成了改质层后，对晶片施加外力而以改质层为起点将晶片分割成多个器件芯片。
背景技术
在硅晶片(以下，有时简称为晶片)的正面上通过分割预定线划分而形成有IC、LSI等多个器件，通过加工装置将该硅晶片分割成各个器件芯片，分割后的器件芯片广泛应用于移动电话、个人计算机等各种电子设备。
关于晶片的分割，广泛采用使用被称为划片锯的切削装置的划片方法。在划片方法中，使由金属或树脂将金刚石等磨粒固化并形成为厚度30μm左右的切削刀具以30000rpm左右的高速旋转并且切入晶片，从而切削晶片，并分割成各个器件芯片。
另一方面，近年来提出了如下的方法：将相对于晶片具有透过性的波长的脉冲激光束的聚光点定位在与分割预定线对应的晶片的内部，沿着分割预定线照射脉冲激光束而在晶片内部形成改质层，然后施加外力将晶片分割成各个器件芯片(例如，参照专利第4402708号公报)。
改质层是指密度、折射率、机械性强度和其他的物理特性成为与周围不同的状态的区域，除了熔融再硬化区域、折射率变化区域、绝缘破坏区域，还包含裂纹区域和这些区域混杂的区域。
硅的光学吸收端位于相当于硅的带隙(1.1eV)的光的波长1050nm附近，会利用松散的硅吸收波长比其短的光。
在以往的改质层形成方法中，通常使用掺杂了钕(Nd)的Nd：YAG脉冲激光(例如，参照日本特开2005-95952号公报)，该钕(Nd)对接近光学吸收端的波长1064nm的激光进行振荡。
但是，由于Nd：YAG脉冲激光的波长1064nm接近硅的光学吸收端，因此存在激光束的一部分在夹着聚光点的区域中被吸收而无法形成充分的改质层、从而无法将晶片分割成各个器件芯片的情况。
因此，本申请人发现了如下事实：当使用设定为波长1300～1400nm的范围的例如波长为1342nm的YAG脉冲激光在晶片的内部形成改质层时，能够在夹着聚光点的区域中降低激光束的吸收而形成良好的改质层，并且能够顺畅地将晶片分割成各个器件芯片(参照日本特开2006-108459号公报)。
专利文献1：日本特许第4402708号公报
专利文献2：日本特开2005-95952号公报
专利文献3：日本特开2006-108459号公报
发明内容
但是，研究发现产生了如下这样的新问题：当以与之前形成的改质层相邻的方式沿着分割预定线将脉冲激光束的聚光点定位在晶片的内部来进行照射而在晶片内部形成改质层时，激光束会在照射了脉冲激光束的面的相反侧的面、即晶片的正面上发生散射而攻击形成在正面上的器件使其受到损伤。
在验证了该问题后，推测可能是如下情况：微细的裂纹从之前形成的改质层传播到晶片的正面侧，该裂纹使接下来照射的脉冲激光束的透过光折射或者反射而攻击器件。验证出这种问题并不在波长1342nm左右产生但在波长1064nm的脉冲激光束中产生。
本发明是鉴于这一点而完成的，其目的在于提供一种晶片的加工方法，在照射相对于硅晶片具有透过性的波长的脉冲激光束而在晶片内部形成改质层时，能够抑制透过光使晶片正面的器件受到损伤的情况。
根据本发明，提供一种晶片的加工方法，通过激光加工装置对由硅构成的晶片进行加工，所述晶片在正面上通过多条分割预定线划分而形成有多个器件，所述激光加工装置具有：保持机构，其保持被加工物；激光束照射机构，其照射对于由该保持机构保持的被加工物具有透过性的波长的脉冲激光束而在被加工物的内部形成改质层；以及加工进给机构，其对该保持机构与该激光束照射机构相对地进行加工进给，该晶片的加工方法的特征在于，具有如下的步骤：改质层形成步骤，将对于晶片具有透过性的波长的脉冲激光束的聚光点定位在晶片的内部，从晶片的背面对与该分割预定线对应的区域照射脉冲激光束并且对该保持机构与该激光束照射机构相对地进行加工进给而在晶片的内部形成改质层；以及分割步骤，在实施该改质层形成步骤之后，对晶片施加外力而以该改质层为分割起点沿着该分割预定线分割晶片，在该改质层形成步骤中，在从照射到晶片的脉冲激光束的中心到加工进给方向下游侧外周的部分使脉冲激光束的一部分欠缺，且将脉冲激光束的聚光点定位在晶片的内部。
根据本发明的晶片的加工方法，在改质层形成步骤中，由于在从脉冲激光束的中心到加工进给方向下游侧外周的部分使脉冲激光束的一部分欠缺且将其聚光点定位在晶片的内部，因此能够确保对形成改质层来说充分的能量，并且即使在晶片的正面侧存在从改质层传播来的微细的裂纹，也由于使通过了聚光点的脉冲激光束以聚光点为中心以点对称的方式发生反转，而将脉冲激光束的一部分欠缺的泄露光定位在形成于正面侧的裂纹处，因此脉冲激光束的散射极少，能够解决使形成于晶片的正面的器件受到损伤这样的问题。
附图说明
图1是适于实施本发明的晶片的加工方法的激光加工装置的立体图。
图2是激光束产生单元的框图。
图3是硅晶片的正面侧立体图。
图4是示出将硅晶片的正面侧粘贴于划片带的状态的立体图，该划片带的外周部被粘贴于环状框架。
图5是借助于划片带而被环状框架支承的硅晶片的背面侧立体图。
图6的(A)是说明改质层形成步骤的局部剖面侧视图，图6的(B)是图6的(A)所示的掩模的左侧视图。
图7是说明照射到晶片的脉冲激光束的功率的强弱的示意图。
图8是说明改质层形成步骤的立体图。
图9是分割装置的立体图。
图10的(A)、(B)是示出分割步骤的剖视图。
标号说明
2：激光加工装置；11：硅晶片；13a：第1分割预定线；13b：第2分割预定线；15：器件；19：改质层；21：器件芯片；23：裂纹；28：卡盘工作台；34：激光束照射单元；35：激光束产生单元；37：聚光器；39：摄像单元；62：激光振荡器；64：重复频率设定机构；70：掩模；70a：遮光部分；70b：透明部分；74：聚光透镜；75：光束截面积75a：功率较强的部分；75b：功率较弱的部分；75b′：功率较弱的泄露光；80：分割装置；T：划片带；F：环状框架。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。当参照图1时，示出适合实施本发明的晶片的加工方法的激光加工装置2的概略立体图。
激光加工装置2包含以能够在X轴方向上移动的方式搭载在静止基台4上的第1滑块6。第1滑块6借助由滚珠丝杠8和脉冲电机10构成的加工进给机构12而沿着一对导轨14在加工进给方向、即X轴方向上移动。
第2滑块16以能够在Y轴方向上移动的方式搭载在第1滑块6上。即，第2滑块16借助由滚珠丝杠18和脉冲电机20构成的分度进给机构22沿着一对导轨24在分度进给方向、即Y轴方向上移动。
在第2滑块16上隔着圆筒支承部件26搭载有卡盘工作台28，卡盘工作台28能够旋转，并且能够借助加工进给机构12和分度进给机构22在X轴方向和Y轴方向上移动。在卡盘工作台28上设置有夹持环状框架的夹具30，该环状框架支承由卡盘工作台28吸引保持的晶片。
在静止基台4上竖立设置有柱32，在该柱32上安装有激光束照射单元34。激光束照射单元34由容纳在外壳33内的图2所示的激光束产生单元35和安装在外壳33的末端的聚光器37构成。
如图2所示，激光束产生单元35包含振荡出YAG脉冲激光的激光振荡器62、重复频率设定机构64、脉冲宽度调整机构66以及功率调整机构68。在本实施方式中，作为激光振荡器62采用了振荡出波长1342nm的脉冲激光的YAG脉冲激光振荡器。
如图1所示，在外壳33的末端部配设有摄像单元39，该摄像单元39与聚光器37在X轴方向上对齐，检测应该进行激光加工的加工区域。摄像单元39包含通过可见光对半导体晶片11的加工区域进行拍摄的通常的CCD等摄像元件。
摄像单元39还包含：对被加工物照射红外线的红外线照射机构；捕捉由红外线照射机构照射的红外线的光学系统；以及输出与由该光学系统捕捉到的红外线对应的电信号的由红外线CCD等红外线摄像元件构成的红外线摄像机构，摄像单元39拍摄到的图像信号被发送给控制器(控制机构)40。
控制器40由计算机构成，其具有：根据控制程序进行运算处理的中央处理装置(CPU)42；保存控制程序等的只读存储器(ROM)44；保存运算结果等的能够读写的随机存取存储器(RAM)46；计数器48；输入接口50；以及输出接口52。
56是由沿着导轨14配设的直线标尺54和配设在第1滑块6上的未图示的读取头构成的加工进给量检测单元，加工进给量检测单元56的检测信号被输入到控制器40的输入接口50。
60是由沿着导轨24配设的直线标尺58和配设在第2滑块16上的未图示的读取头构成的分度进给量检测单元，分度进给量检测单元60的检测信号被输入到控制器40的输入接口50。
由摄像单元39拍摄的图像信号也被输入到控制器40的输入接口50。另一方面，控制信号从控制器40的输出接口52输出到脉冲电机10、脉冲电机20、激光束产生单元35等。
当参照图3时，示出作为本发明的加工方法的加工对象的半导体晶片11的正面侧立体图。图3所示的半导体晶片11由例如厚度为100μm的硅晶片构成。
半导体晶片11在正面11a上形成有沿第1方向延伸的多条第1分割预定线(间隔道)13a以及沿与第1方向垂直的第2方向延伸的多条第2分割预定线13b，并且在由第1分割预定线13a和第2分割预定线13b划分出的各区域中形成有IC、LSI等器件15。并且，在半导体晶片11的外周形成有作为表示硅晶片的结晶方位的标记的缺口17。
在本发明实施方式的晶片的加工方法中，如图4所示，将半导体晶片(以下简称为晶片)11的正面11a侧粘贴于划片带T，并将划片带T的外周粘贴于环状框架F，如图5所示，采用晶片11的背面11b露出的方式来执行加工。
在本发明的晶片的加工方法中，首先，将对于硅晶片11具有透过性的脉冲激光束的波长设定为1300nm～1400nm的范围(波长设定步骤)。
在本实施方式中，作为图2所示的激光束产生单元35的激光振荡器62，采用振荡出波长1342nm的脉冲激光的YAG激光振荡器。但是，在本发明的晶片的加工方法中，激光束的波长并不是必须在1300nm～1400nm的范围内，也可以使用波长1064nm的脉冲激光束。
接着，利用激光加工装置2的卡盘工作台28隔着划片带T吸引保持晶片11，使晶片11的背面11b露出。并且，利用摄像单元39的红外线摄像元件从晶片11的背面11b侧拍摄晶片11，实施使对应于第1分割预定线13a的区域在X轴方向上与聚光器37对齐的对准。该对准中使用公知的模式匹配等图像处理。
在实施第1分割预定线13a的对准后，在将卡盘工作台28旋转90度后，对在与第1分割预定线13a垂直的方向上延伸的第2分割预定线13b也实施相同的对准。
在实施对准后，使用例如波长1342nm的脉冲激光束来实施在晶片11的内部形成改质层的改质层形成步骤。在该改质层形成步骤中，使用图6所示的掩模70，以使脉冲激光束的一部分欠缺的方式对晶片11进行照射。
图6的(B)是图6的(A)所示的掩模70的左侧视图，掩模70具有遮光部分70a和透明部分70b。利用掩模70的遮光部分70a使从脉冲激光束的中心到加工进给下游侧外周的部分的脉冲激光束的一部分欠缺。
即，在由聚光透镜74会聚的脉冲激光束75中，从脉冲激光束75的中心到加工进给方向下游侧外周的部分77是欠缺的。优选该欠缺部分在脉冲激光束75的截面积的1/20～1/50的范围内。
在实施对准步骤后，如图8所示利用聚光器37将光束截面积的一部分欠缺的脉冲激光束的聚光点定位在与第1分割预定线13a对应的晶片内部，从晶片11的背面11b侧照射脉冲激光束，且在箭头X1方向上对卡盘工作台28进行加工进给，由此在晶片11的内部形成改质层19(改质层形成步骤)。
在该改质层形成步骤中，如图7的示意图所示，照射到晶片11上的脉冲激光束75具有功率较强的部分75a和功率较弱的部分75b，但通过了聚光点19的脉冲激光束以聚光点19为中心以点对称的方式发生反转，因而激光束欠缺的泄露光(透过光)75b′被定位于形成在正面11a侧的裂纹23处，因此泄露光75b′的扩散极少，防止形成于晶片11的正面11a的器件15发生损伤。
一边在Y轴方向上对卡盘工作台28进行分度进给，一边在与所有的第1分割预定线13a对应的晶片11的内部形成改质层19。接着，在使卡盘工作台28旋转90°后，沿着与第1分割预定线13a垂直的所有的第2分割预定线13b形成相同的改质层19。
改质层19是指密度、折射率、机械性强度或其他的物理特性成为与周围不同的状态的区域。例如，包含熔融再硬化区域、裂纹区域、绝缘破坏区域、折射率变化区域等，也包含这些区域混杂的区域。
改质层形成步骤的加工条件例如以如下的方式被设定。
光源：YAG脉冲激光
波长：1342nm
平均输出：0.5W
重复频率：100kHz
光斑直径：
进给速度：300mm/s
在改质层形成步骤实施后，实施分割步骤，使用图9所示的分割装置80对晶片11施加外力，将晶片11分割成各个器件芯片21。图9所示的分割装置80具有：保持环状框架F的框架保持机构82；以及扩张划片带T的带扩张机构84，该划片带T安装于由框架保持机构82保持的环状框架F。
框架保持机构82由环状的框架保持部件86和配设于框架保持部件86的外周的作为固定机构的多个夹具88构成。框架保持部件86的上表面形成载置环状框架F的载置面86a，在该载置面86a上载置有环状框架F。
并且，载置在载置面86a上的环状框架F被夹具88固定于框架保持机构86。这样构成的框架保持机构82以能够在上下方向上移动的方式被带扩张机构84支承。
带扩张机构84具有配设于环状的框架保持机构86的内侧的扩张滚筒90。扩张滚筒90的上端被盖92封闭。该扩张滚筒90具有比环状框架F的内径小且比粘贴在安装于环状框架F的划片带T上的晶片11的外径大的外径。
扩张滚筒90具有一体形成在其下端的支承凸缘94。带扩张机构84还具有使环状的框架保持部件86在上下方向上移动的驱动机构96。该驱动机构96由配设在支承凸缘94上的多个气缸98构成，其活塞杆100与框架保持部件86的下表面连结。
由多个气缸98构成的驱动机构96使环状的框架保持部件86在基准位置和扩张位置之间沿上下方向移动，在该基准位置，其载置面86a成为与作为扩张滚筒90的上端的盖92的表面大致相同高度，该扩张位置位于距扩张滚筒90的上端规定量的下方。
参照图9说明使用以如上方式构成的分割装置80实施的晶片11的分割步骤。如图10的(A)所示，将借助划片带T支承晶片11的环状框架F载置在框架保持部件86的载置面86a上，通过夹具88固定框架保持部件86。此时，将框架保持部件86定位在其载置面86a与扩张滚筒90的上端大致相同高度的基准位置。
接着，驱动气缸98而使框架保持部件86下降到图10的(B)所示的扩张位置。由此，由于固定在框架保持部件86的载置面86a上的环状框架F也下降，因此安装于环状框架F的划片带T以与封闭扩张滚筒90的上端的盖92抵接的方式主要在径向上扩张。
其结果为，拉伸力呈放射状作用于与划片带T粘贴的晶片11。当拉伸力这样呈放射状作用于晶片11时，以沿着第1、第2分割预定线13a、13b形成的改质层19作为分割起点，晶片11被沿着第1、第2分割预定线13a、13b割断，而被分割成各个器件芯片21。
根据上述的实施方式，在改质层形成步骤中，由于使从脉冲激光束的中心到加工进给方向下游侧外周的部分欠缺而将脉冲激光束的聚光点定位在晶片11的内部，因此能够确保对形成改质层19来说充分的能量，并且即使在晶片11的正面11a侧存在从改质层19传播来的微细的裂纹23，也由于使通过了聚光点19的脉冲激光束以聚光点19为中心以点对称的方式发生反转，而将脉冲激光束的一部分欠缺的泄露光75b′定位在形成于正面侧的裂纹23处，因此泄露光的散射极少，能够防止形成于晶片11的正面11a的器件15发生损伤。
Claims (1)
1.一种晶片的加工方法，通过激光加工装置对由硅构成的晶片进行加工，所述晶片在正面上通过多条分割预定线划分而形成有多个器件，所述激光加工装置具有：保持机构，其保持被加工物；激光束照射机构，其照射对于由该保持机构保持的被加工物具有透过性的波长的脉冲激光束而在被加工物的内部形成改质层；以及加工进给机构，其对该保持机构与该激光束照射机构相对地进行加工进给，该晶片的加工方法的特征在于，
该晶片的加工方法具有如下的步骤：
改质层形成步骤，将对于晶片具有透过性的波长的脉冲激光束的聚光点定位在晶片的内部，从晶片的背面对与该分割预定线对应的区域照射脉冲激光束并且对该保持机构与该激光束照射机构相对地进行加工进给而在晶片的内部形成改质层；以及
分割步骤，在实施该改质层形成步骤之后，对晶片施加外力而以该改质层为分割起点沿着该分割预定线分割晶片，
在该改质层形成步骤中，在从照射到晶片的脉冲激光束的中心到加工进给方向下游侧外周的部分使脉冲激光束的一部分欠缺，且将脉冲激光束的聚光点定位在晶片的内部。
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