CN105818283B - 切削刀具和切削装置以及晶片的加工方法 - Google Patents

切削刀具和切削装置以及晶片的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种切削刀具和切削装置以及晶片的加工方法。对在切割道上形成有Low‑k膜和TEG等的晶片等，利用切削刀具进行切削的情况下，不会降低器件的品质。切削被加工物的切削刀具包括：基台；以及切削刃，其固定安装于基台的外周部上，将磨粒与光催化剂粒混合并通过粘结剂固定。在利用该切削刀具切削被加工物时，供给切削水并对该切削刀具照射光以激励光催化剂量。在对切削刀具供给的切削水与激励后的光催化剂粒接触时，会对切削水施加基于羟自由基的氧化力。

Description

切削刀具和切削装置以及晶片的加工方法
技术领域
本发明涉及切削被加工物的切削刀具和具有切削刀具的切削装置以及晶片的加工方法。
背景技术
IC、LSI等的多个器件被分割预定线(切割道)划分而在表面上形成的晶片通过具有能够旋转的切削刀具的切削装置(例如，参照专利文献1)而被分割为各个器件，用于各种电子设备等。而且，为了实现IC和LSI的处理的高速化，需要削减器件的配线的电阻和电容。这是因为，例如对处理速度带来较大影响的信号延迟是通过电阻和电容之积而确定的。于是，如下的晶片得以实际使用，其在硅等的半导体基板的上表面层叠有：由无机物系的SiOF膜(添加有氯的氧化硅膜)和BSG膜或有机物系的聚酰亚胺系和聚对二甲苯系等的聚合物膜构成的低介电常数绝缘体；以及铜或铝等的金属箔，且通过分割预定线而被划分以形成有器件。
这里，层叠有低介电常数绝缘体和铜以及铝等的金属箔的层叠体由于比介电常数k的值较低而被称作Low-k膜，不仅层叠于器件表面上还会层叠于切割道上。而且，由于Low-k膜的层间的间隙较多而非常脆，因而如云母般容易从器件表面剥离。因此，如果通过切削刀具切削切割道，则由于金属箔层的金属的延展性，会在从切割道起到器件的范围内产生膜剥离，使得各个器件的品质显著降低。作为防止波及该器件的膜剥离的手段，具有如下方法，沿着切割道照射激光光线以去除切割道上的Low-k膜，此后通过切削刀具切削沿着切割道而露出的半导体基板(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-144034号公报
专利文献2：日本特开2008-4822号公报
然而，在上述专利文献2所述的方法中，由于激光光线的照射而在半导体基板上残留有热变形，会产生降低器件的抗折强度的问题。
此外，在对切割道上形成有被称作TEG(Test Element Group：测试元件组)的金属膜的晶片进行切削的情况下，如果通过切削刀具切削切割道，则会出现由于金属的延展性等而产生飞边，或者TEG剥离而降低器件品质的问题。
进而，如果通过切削刀具切削氮化镓(GaN)基板或碳化硅(SiC)基板等的难切削材料，则通过切削会从切割道起对器件产生裂缝，或者容易产生器件表面的剥离，因而以往较难进行切削刀具的切削。
因此，在对于Low-k膜和TEG形成于切割道上的晶片、以及GaN基板和SiC基板等的难切削材料，不对该切割道进行使用激光光线的前处理等而通过切削刀具进行切削的情况下，存在不使器件的品质和抗折强度降低的课题。
发明内容
根据本发明的第1方面，提供一种切削被加工物的切削刀具，其具有：基台；以及切削刃，其固定安装于该基台的外周部上，将磨粒与光催化剂粒混合并通过粘结剂固定。
优选所述磨粒由金刚石磨粒构成，所述光催化剂粒由氧化钛(TiO2)粒构成。
根据本发明的第2方面，提供一种切削被加工物的切削刀具，该切削刀具呈垫圈形状，整体由将磨粒与光催化剂粒混合并通过粘结剂固定的磨石构成。
优选所述磨粒由金刚石磨粒构成，所述光催化剂粒由氧化钛(TiO2)粒构成。
根据本发明的第3方面，提供一种晶片的加工方法，其特征在于，包括：晶片保持工序，通过卡盘台保持晶片；切削工序，使高速旋转的含有光催化剂粒的切削刀具切入到晶片，供给切削水并使该卡盘台与该切削刀具进行相对的加工进给来切削晶片；以及光照射工序，在该切削工序中对该切削刀具照射光来激励该光催化剂粒，使对该切削刀具供给的切削水与激励后的该光催化剂粒接触，从而对该切削水施加基于羟自由基的氧化力。
根据本发明的第4方面，提供一种切削装置，其特征在于，具有：卡盘台，其保持晶片；切削单元，其利用切削刀具对保持在该卡盘台上的晶片进行切削，该切削刀具所具有的切削刃含有光催化剂粒；以及切削水供给喷嘴，其对该切削刀具供给切削水，该切削单元包括：主轴；以能够拆装的方式安装于该主轴的末端部上的该切削刀具；以及照射对该光催化剂粒进行激励的光的光照射单元，从该光照射单元对该切削刀具的该切削刃照射对该光催化剂粒进行激励的光，从而对从该切削水供给喷嘴供给至该切削刀具的切削水施加基于羟自由基的氧化力。
发明的效果
本发明的切削刀具在外周部具有将磨粒与光催化剂粒混合并通过粘结剂固定的切削刃。因此，例如，在通过本发明的切削刀具，对切割道上存在Low-k膜或TEG的晶片进行切削加工的情况下，对切削刀具的切削刃照射光以激励光催化剂粒，使对切削刀具供给的切削水与激励后的光催化剂粒接触，从而对供给至切削刀具的切削水施加基于羟自由基的氧化力，使层叠于切割道上的Low-k膜上的金属箔或TEG氧化，能够在切断存在于切割道与器件之间的金属所具备的延展性的同时完成切削，因此能够抑制Low-k膜或TEG从器件表面剥离，并且能够抑制飞边的发生。此外，在所切削的晶片为GaN基板和SiC基板的情况下，能够在该切割道上利用较强的氧化力使其变得脆弱并通过切削刀具切削，因此能够实现切削刀具的切削。
此外，作为磨粒而采用金刚石磨粒，作为光催化剂粒而采用氧化钛(TiO2)粒，从而对切削刀具的切削刃照射紫外线以激励氧化钛粒，使对切削刀具供给的切削水与激励后的氧化钛粒接触，从而能够对供给至切削刀具的切削水施加羟自由基的更为强大的氧化力。
本发明的晶片的加工方法在使用所述切削刀具的晶片的切削工序中，对所述切削刀具供给切削水，并对在晶片上切入的所述切削刀具的切削刃照射使光催化剂粒激励的光，从而使对切削刀具供给的切削水与激励后的光催化剂粒接触，能够使切削水氧化以生成羟自由基，通过所生成的羟自由基，使在切割道上的Low-k膜上层叠的金属箔或TEG氧化，能够在切断存在于切割道与器件之间的金属所具备的延展性的同时完成切削，因此能够抑制Low-k膜或TEG从器件表面剥离，并且能够抑制飞边的发生。
进而，在本发明的切削装置中，切削装置所具备的切削单元具有所述切削刀具、以及照射使光催化剂粒激励的光的光照射单元，因而通过对切削刀具的切削刃照射使光催化剂粒激励的光，从而能够使对切削刀具供给的切削水与激励后的光催化剂粒接触，对所供给的切削水施加基于羟自由基的氧化力，使在切割道上的Low-k膜上层叠的金属箔或TEG氧化，能够在切断金属的延展性的同时完成切削，因此能够抑制Low-k膜或TEG从器件表面剥离，还能够防止飞边的发生等。
附图说明
图1是表示将第1实施方式的切削刀具固定于主轴上的情形的分解立体图。
图2是将在第1实施方式的切削刀具的外周上设置的切削刃的一部分放大后的正面图。
图3是表示将第2实施方式的切削刀具固定于主轴上的情形的分解立体图。
图4是将在第2实施方式的切削刀具的外周上设置的切削刃的一部分放大后的正面图。
图5是具有第1实施方式的切削刀具的切削单元的分解立体图。
图6是表示具有第1实施方式的切削刀具的切削单元的外观的立体图。
图7是表示具有第1实施方式的切削刀具的切削装置的外观的立体图。
图8是在使用切削装置的切削工序中，从侧面侧观察向切削刀具切削进给保持晶片的卡盘台的状态的示意图。
标号说明
1：切削装置，10：升降机构，11：晶片盒，12：搬入搬出单元，13：暂放区域，14：定位单元，15a：第一搬送单元，15b：第二搬送单元，16：清洗单元，17：校准单元，170：摄像单元，20：切削水喷嘴，21：流入口，220：喷射口，30：卡盘台，300：吸附部，300a：保持面，301：壳体，31：罩，32：固定单元，A：拆装区域，B：切削区域，6：切削单元，60：切削刀具，600：基台，601：切削刃，61：切削刀具，611：切削刃，62：主轴组件，620：主轴外壳，621：主轴，622：安装凸缘，623：凸缘部，624：凸部，625：拆装凸缘，63：螺母，64：刀具罩，64a：螺纹孔，64b：螺纹孔，65：刀具检测块，65a：孔，65b：螺纹，65c：调整螺纹，66：拆装罩，66a：孔，66b：螺纹，67：光照射单元，P1：金刚石磨粒，P2：氧化钛粒，B1：电铸粘结剂，B2：树脂粘结剂，W：晶片，Wa：晶片上表面，S：切割道，D：器件，F：环状框架，T：切割带。
具体实施方式
(切削刀具的第1实施方式)
图1所示的切削刀具60例如是电铸晶圆切割刀，具有形成为圆盘状的铝制的基台600、以及固定于基台600的外周部上的切削刃601。如图2所示，切削刃601通过将金刚石磨粒P1与作为光催化剂粒的氧化钛粒P2混合起来，并通过镀镍的电铸粘结剂B1固定而形成。
切削刀具60的制造方法例如如下所述。首先，在镀镍液中将粒径10μm左右的金刚石磨粒P1与粒径10μm左右的氧化钛粒P2以按照重量比为金刚石磨粒30:氧化钛粒40的比例混入并搅拌使它们混合起来。接着，将成型为圆盘状且直径为50mm左右的铝制的基台600和镍杆浸泡于金刚石磨粒P1和氧化钛粒P2混合存在的镀镍液中，并使镍杆连接阳极，铝制的基台600连接阴极，从外部电源施加规定的电压。于是，镀镍的电铸粘结剂B1与金刚石磨粒P1和氧化钛粒P2一起作为电沉积层而堆积在基台600的表面上，将该电沉积层形成为达到规定的厚度(第1实施方式的切削刀具中约为50μm)。此后，将基台600从镀镍液中取出，蚀刻去除基台600的外周部，使得刃厚约为50μm且刃前端长度为0.5～2mm左右的切削刃突出。由此，如图2所示，能够制造出在外周具有切削刃601的切削刀具60，该切削刃601是将金刚石磨粒P1与氧化钛粒P2混合，并通过镀镍的电铸粘结剂B1固定的。另外，金刚石磨粒P1与氧化钛粒P2的重量比可根据氧化钛粒P2的种类等而适当变更。
图1所示的主轴组件62具有：主轴外壳620；以能够旋转的方式被收纳于主轴外壳620中且轴方向是相对于X轴方向在水平方向上正交的方向(Y轴方向)的主轴621；以及以能够拆装的方式安装于主轴621的前端的安装凸缘622。安装凸缘622具有：凸缘部623；以及从凸缘部623在厚度方向(Y轴方向)上突出且在其侧表面上设置有螺纹的凸部624。切削刀具60通过被插入到凸部624内且与凸部624的螺纹螺合的螺母63，而被螺母63和凸缘部623以从Y轴方向两侧夹住的方式固定于主轴621。而且，通过未图示的电动机对主轴621进行旋转驱动，切削刀具60也随之进行高速旋转。
(切削刀具的第2实施方式)
图3所示的切削刀具61例如是外形为环状的垫圈型的树脂结合刀具，如图4所示，其将金刚石磨粒P1与作为光催化剂粒的氧化钛粒P2混合，并通过酚醛树脂的树脂粘结剂B2成型、固定而整体由磨石(切削刃)611构成。
切削刀具61的制造方法例如如下所述。首先，向作为树脂粘结剂B2的酚醛树脂重量比100，将粒径10μm左右的金刚石磨粒P1以重量比30混入，进而将粒径10μm左右的氧化钛粒P2以重量比40混入并搅拌以使它们混合起来。接着，将该混合物以大约160℃的温度加热，加压10～20分左右而成型为规定的厚度(例如，约0.15mm)，外形也成型为环状(例如，外径约为50mm，内径约为40mm)。此后，通过180℃到200℃的温度煅烧数小时。由此，如图4所示，能够制造出将金刚石磨粒P1与氧化钛粒P2混合，并通过酚醛树脂的树脂粘结剂B2固定的刃厚约为0.15mm的整体由磨石(切削刃)611构成的切削刀具61。另外，树脂粘结剂B2、金刚石磨粒P1和氧化钛粒P2的重量比可根据氧化钛P2的种类等而适当变更。
如图3所示，切削刀具61插入到构成主轴组件62的安装凸缘622的凸部624内，进而将拆装凸缘625插入凸部624内，接着使螺母63螺合于凸部624的螺纹并紧固，从而被安装凸缘622的凸缘部623和拆装凸缘625以从Y轴方向两侧夹住的方式而固定于主轴621。而且，通过未图示的电动机对主轴621旋转驱动，切削刀具61也随之高速旋转。
图5、图6所示的切削单元6具有：主轴组件62；在设置于主轴组件62上的主轴621上固定且能够旋转的第1实施方式的切削刀具60；覆盖切削刀具60的刀具罩64；安装于刀具罩64上的刀具检测块65；安装于刀具罩64上的拆装罩66；以及安装于刀具罩64上的光照射单元67。
刀具罩64以从+Z方向越过的方式覆盖切削刀具60。此外，刀具检测块65将螺纹65b通过设置于刀具检测块65的上表面的孔65a而螺合于在刀具罩64的上表面设置的螺纹孔64a，从而从+Z方向起被安装于刀具罩64上。刀具检测块65安装有由发光元件和受光元件构成的未图示的刀具传感器，能够通过调整螺纹65c调整刀具传感器的Z方向的位置。而且，通过该刀具传感器检测切削刀具60的切削刃601的状态。
拆装罩66使螺纹66b通过设置于拆装罩66的侧表面上的孔66a而螺合于在刀具罩64的Y轴方向侧表面设置的螺纹孔64b内，从而从-Y方向被安装于刀具罩64上。
光照射单元67是例如能够照射波长为280nm～380nm左右的紫外线的紫外线照射灯，其以从+X方向与切削刃601相对且能够拆装的方式而配设于刀具罩64的下部，在切削刀具60对晶片的切削工序中对切削刀具60的切削刃601照射激励氧化钛粒P2的紫外线。另外，作为光照射单元67，根据氧化钛粒P2的种类，不限于照射紫外线的紫外线照射等，例如，氧化钛粒P2只要是掺入了通过可见光线的照射而发现光催化剂活性的氮的掺氮型氧化钛粒等，则也可以是照射波长400nm～740nm左右的可见光线的氙灯和荧光灯等。此外，光照射单元67的配设位置不限于刀具罩64的下部，然而优选配设于紫外线不会分散地能够直接入射到切削刃601在晶片W上切入的加工点的位置处。
此外，在切削刀具60的Y轴方向前后，分别设有1个对切削刀具60供给切削水的切削水喷嘴20。
各切削水喷嘴20例如与供切削水流入的切削水流入口21连通。各切削水喷嘴20和各切削水流入口21分别被拆装罩66、刀具罩64支承。此外，各切削水喷嘴20的长度方向为沿着切削刀具60的面的X轴方向，在面对切削刀具60的位置处，以整齐排列于X轴方向上的方式而设置有多个对切削刀具60所具备的切削刃601在晶片W上的加工点喷射切削水的喷射口220。
通过图7所示的切削装置1而被切削的晶片W例如是半导体晶片，在晶片W的晶片上表面Wa上，硅基板的上表面层叠有Low-k膜，在由切割道S划分出的格子状的区域内形成有多个器件D。而且，晶片W的未图示的晶片底面贴附于切割带T的粘结面上，切割带T的外周部贴附于环状框架F上，从而晶片W隔着切割带T而被支承于环状框架F上。另外，晶片W的形状和种类不做特别限定，还包括在切割道上配设有TEG的晶片、GaN基板、SiC基板等。
图7所示的切削装置1是对被保持于卡盘台30上的晶片W，利用图5和图6所示的切削单元6实施切削加工的装置。卡盘台30通过未图示的切削进给单元而能够在X轴方向上移动。此外，切削单元6通过未图示的分度进给单元而能够在Y轴方向上移动，且通过未图示的切入进给单元而能够在Z轴方向上移动。
在切削装置1的前表面侧设置有在沿Z轴方向往返移动的升降机构10上设置的晶片盒11。晶片盒11收纳多个被环状框架F支承的晶片W。晶片盒11的后方(+Y方向侧)配设有从晶片盒11内进行晶片W的搬入搬出的搬入搬出单元12。晶片盒11与搬入搬出单元12之间设置有供搬入搬出对象的晶片W暂时載置的暂放区域13，在暂放区域13内配设有将晶片W定位于一定的位置上的定位单元14。
在暂放区域13的附近，卡盘台30与暂放区域13之间配设有搬送晶片W的第一搬送单元15a。通过第一搬送单元15a而被吸附的晶片W从暂放区域13被搬送至卡盘台30。
在第一搬送单元15a的附近，配设有清洗切削加工后的晶片W的清洗单元16。此外，清洗单元16的上方配设有从卡盘台30向清洗单元16吸附并搬送切削加工后的晶片W的第二搬送单元15b。
图7所示的卡盘台30例如其外形为圆形状，具有吸附晶片W的吸附部300、以及支承吸附部300的壳体301。吸附部300与未图示的吸引源连通，在作为吸附部300的露出面的保持面300a上吸引保持晶片W。卡盘台30能够旋转，且被罩31从周围包围。此外，卡盘台30的周围配设有固定环状框架F的固定单元32。
卡盘台30在作为进行晶片W的拆装的区域的拆装区域A与作为进行切削单元6对晶片W的切削的区域的切削区域B之间，通过配设于罩31的下方的未图示的切削进给单元而能够在X轴方向上往返移动，并且在卡盘台30的移动路径的上方配设有检测晶片W的待切削的切割道S的校准单元17。校准单元17具有对晶片上表面Wa摄像的摄像单元170，根据通过摄像单元170取得的图像而能够检测待切削的切割道S。此外，在校准单元17的附近，切削区域B内配设有对被保持于卡盘台30上的晶片W实施切削加工的切削单元6。切削单元6与校准单元17构成为一体，两者连动地在Y轴方向和Z轴方向上移动。
以下，使用图7和图8，说明通过切削装置1切削图7所示的晶片W的情况下的切削装置1的动作、具有切削刀具60的切削单元6的动作和晶片W的加工方法。另外，在图8的示意图中，简化了图7所示的切削装置1的各结构和图6所示的切削单元6的各结构，并且省略了图7所示的环状框架F和切割带T等。
(1)晶片保持工序
如图7所示，首先，在通过搬入搬出单元12而将一个晶片W隔着切割带T支承于环状框架F上的状态下，从晶片盒11起被搬出到暂放区域13。然后，在暂放区域13内，在通过定位单元14将晶片W定位于规定的位置处后，第一搬送单元15a吸附晶片W并使其从暂放区域13起移动至卡盘台30的保持面300a。接着，环状框架F被固定部32固定，晶片W也被吸引于保持面300a上，从而通过卡盘台30保持晶片W。
(2)切削工序
保持工序结束后，开始通过切削单元6切削在保持工序中被保持于卡盘台30上的晶片W的切削工序。在切削工序中，通过未图示的切削进给单元，将被保持于卡盘台30上的晶片W在-X方向上搬送，并且通过摄像单元170对晶片上表面Wa摄像以检测待切削的切割道S的位置。随着切割道S被检测出，切削单元6被未图示的分度进给单元在Y轴方向上驱动，进行待切削的切割道S与切削刀具60的在Y轴方向上的定位。
如图8所示，在通过未图示的分度进给单元进行了切削刀具60与检测出的切割道S的在Y轴方向上的定位后，未图示的切削进给单元使保持晶片W的卡盘台30进一步以例如约50mm/s的进给速度在-X方向上送出，并且由未图示的切入进给单元使切削单元6在-Z方向上下降。此外，未图示的电动机使主轴621以约20000rpm的旋转速度进行高速旋转，在主轴621上固定的切削刀具60随着主轴621的旋转而高速旋转并切入晶片W，对切割道S进行切削。在本切削工序中，在切削刀具60切入晶片W时，切削水喷嘴20对切削刀具60的切削刃601与晶片W的切割道S的接触部位，从喷射口220喷射从图5和图6所示的流入口21流入的切削水，从而对切削刀具60以例如2000cc/分的比例供给切削水。
进而，如图8所示，在本切削工序中，光照射单元67对于高速旋转的切削刀具60的切削刃601，至少在从切削刃601即将切入晶片W的切割道S前起到切削刃601离开晶片W为止的期间内照射例如波长365nm左右的紫外线，激励在切削刃601中混合存在的氧化钛粒P2。即，对混合存在于切削刃601的氧化钛粒P2的表面照射紫外线，激励氧化钛粒P2的价电子带的电子以产生电子和空穴的2个载波。
从切削刃601和切削水喷嘴20喷射的切削水至少在晶片W的切割道S上接触，因此在混合存在于切削刃601的氧化钛粒P2上产生的空穴会氧化位于氧化钛粒P2的表面上的切削水，生成氧化力较高的羟自由基。因此，从切削水喷嘴20喷射的切削水至少在切割道S上被施加基于羟自由基的氧化力。而且，还层叠于晶片W的切割道S上的Low-k膜中的金属箔层被所生成的羟自由基而氧化，从而切断在隔着切割道S而彼此相邻的器件D之间存在的Low-k膜中的金属箔层的延展性。
切削刀具60能够在切断切割道S上的金属的延展性的同时对晶片W进行切削，因此能够抑制可能由切割道S起而在器件D上产生的Low-k膜的膜剥离，还能够防止卷刃和飞边的发生。此外，所产生的羟自由基的存在时间非常短，因而不会产生切削水对器件D的表面的氧化等。此外，所喷射的切削水还冷却切削刀具60与晶片W的接触部位并去除在晶片W的加工点产生的切削屑。
在晶片W沿-X方向行进至切削刀具60结束对切割道S的切削的X轴方向上的规定的位置处时，暂时停止未图示的切削进给单元对晶片W的切削进给，未图示的切入进给单元使切削刀具60从晶片W离开，接着，未图示的切削进给单元将卡盘台30向+X方向送出并返回原来的位置。而且，使切削刀具60按照相邻的切割道S的间隔在Y轴方向上分度进给并依次进行同样的切削，从而切削同方向上的所有的切割道S。进而，通过未图示的旋转单元使卡盘台30旋转90度后进行同样的切削，使得所有的切割道S都沿纵横方向被切割。

Claims (2)

1.一种晶片的加工方法，其特征在于，包括：
晶片保持工序，通过卡盘台来保持晶片；
切削工序，使高速旋转的含有光催化剂粒的切削刀具切入到晶片内，供给切削水并使该卡盘台与该切削刀具进行相对的加工进给来切削晶片；以及
光照射工序，在该切削工序中对该切削刀具照射光来激励该光催化剂粒，
使对该切削刀具供给的切削水与激励后的该光催化剂粒接触，从而对该切削水施加基于羟自由基的氧化力。
2.一种切削装置，其特征在于，具有：
卡盘台，其保持晶片；
切削单元，其利用具有切削刃的切削刀具对保持在该卡盘台上的晶片进行切削，该切削刃含有光催化剂粒；以及
切削水供给喷嘴，其对该切削刀具供给切削水，
该切削单元包括：主轴；以能够拆装的方式安装于该主轴的末端部上的该切削刀具；以及照射对该光催化剂粒进行激励的光的光照射单元，
从该光照射单元对该切削刀具的该切削刃照射对该光催化剂粒进行激励的光，从而对从该切削水供给喷嘴供给至该切削刀具的切削水施加基于羟自由基的氧化力。
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