CN106531689A - 玻璃钝化硅晶圆的背面切割对位线的制作方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃钝化硅晶圆的背面切割对位线的制作方法及设备，用于单台面二极管的背面切割定位标记的制作，采用激光垂直穿透的方式，在玻璃钝化硅晶圆背面制作了与正面沟槽对应的切割标记，硅晶圆背面切割可利用此标记进行背面定位切割。因此，不需要使用过去繁琐的二次光刻工艺制作背面定位切割标记，并且提高定位线的精确度、缩短工艺流程时间，通过实际生产对比：与原有双面光刻工艺相比，定位精度由原来的±30um提高到±1um，生产时间大幅缩短、节省多道双面光刻耗材和人力，具有十分显著的经济价值。

Description

玻璃钝化硅晶圆的背面切割对位线的制作方法及设备

技术领域

本发明属于玻璃钝化晶圆器件的制备技术、具体涉及一种玻璃钝化硅晶圆的背面切割对位线的制作方法及设备。

背景技术

如图1、图2所示，玻璃钝化硅晶圆背面具有金属层1，该金属层紧贴有一层硅材料2，硅材料2中有一个或多个PN结3，在玻璃钝化硅晶圆的正面均匀分布有多数个沟槽4，沟槽4内覆盖有玻璃钝化层5，以对玻璃钝化硅晶圆的核心若干PN结3进行表面钝化保护。

目前，对玻璃钝化晶圆器件的切割方式都是采用背面切割，以避开质地硬而脆的玻璃钝化层5。切割分离部分为沟槽4的中心线，由于硅材料为非透明材料，在背面切割时，需要依据背面的定位线进行准确定位后进行背面切割，切割完成后，芯片分离时，分离线处于沟槽4的中心位置。

现有的背面切割对位线的制作方法是采用双面光刻步骤，具体流程为：将正面沟槽光刻板与背面定位线光刻板进行重合定位、晶圆正面涂覆光刻胶、晶圆正面光刻胶烘干、晶圆背面涂覆光刻胶、晶圆背面光刻胶烘干、双面曝光、显影、背面定位线化学腐蚀、清洗、烘干、背面光刻涂胶保护、烘干、正面沟槽继续腐蚀到预定深度、玻璃钝化、表面金属化、背面切割、芯片分离。由于采用双面光刻的方法制作背面定位线工艺繁琐，复杂，工序流转程序多，需消耗人工、占用工时、消耗化学试剂、产能低下，并且双面光刻板套准精度在±20um以上，并且经常偏移，造成双面光刻偏移，直接导致后续背面切割工艺无法准确的切割在指定位置，造成芯片分离后，芯片存在芯片不居中等品质问题。因此，有必要对现有的玻璃钝化硅晶圆的背面切割对位线的制作方法进行改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种玻璃钝化硅晶圆的背面切割对位线的制作方法及设备,能够简化工艺流程，提高定位线的精确度。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一方面，一种玻璃钝化硅晶圆的背面切割对位线的制作方法，包括以下步骤：

a.采用机械手抓取一片硅晶圆并将硅晶圆正面送到成像装置镜头视野范围内；

b.由成像装置进行成像拍照并通过图像分析处理系统计算出该硅晶圆的切割道沟角度和硅晶圆的位置信息；

c.在硅晶圆正面选择目标点位置；

d.使用激光在目标点位置进行目标图形的垂直标刻，并穿透整个硅晶圆，且在硅晶圆背面形成与正面目标图形相对应的激光穿透图形，而激光穿透图形之间的对应连线即为背面切割对位线。

在步骤b中，所述成像装置包括相机和光源，该光源为由同轴点光源和环形光源构成，或为单独环形光源，或为单独点光源。

在步骤c中，所述目标点位置位于硅晶圆正面的最外圈无有效芯片的空白区域，且位于切割道的末端中心区域。

所述目标点位置为硅晶圆正面中心附近的横竖各1条或多条切割道的延长至没有芯片的空白区域的末端，或者为捕捉到的硅晶圆正面切割道末端在一次光刻时已经标记好的定位图形点。

在步骤d中，所述目标图形为有中心位置的几何图形，由相间隔的通孔、或通孔与通孔重叠成线、或间隔的通孔和线组合而成。

所述目标图形为“十”字形、“一”字形、“□”字形、“＝”形，“⊙”形，“×”形、“⊕”形或“※”形。

所述通孔的直径及线宽范围均在20微米到1毫米之间。

在步骤c与d之间，还具有调整硅晶圆角度与成像装置角度吻合的步骤。

在步骤d中，所述激光标刻采用硅晶圆静止不动，激光扫描的振镜方式，且标刻精度控制在±10um；或者采用激光固定不动，硅晶圆运动的聚焦切割穿孔方式，且标刻精度控制±1um。

另一方面，一种玻璃钝化硅晶圆的背面切割对位线的制作设备，包括：

机械手，用以抓取硅晶圆；

成像装置，用以对硅晶圆正面进行成像拍照，包括相机和光源，该光源为由同轴点光源和环形光源构成，或为单独环形光源，或为单独点光源；

图像分析处理系统，接收成像信号，并计算出硅晶圆的切割道沟角度和位置信息；

激光标刻装置，根据切割道沟角度和位置信息，在硅晶圆正面选择目标点位置，并通过激光在目标点位置进行目标图形的垂直标刻，并穿透整个硅晶圆，且在硅晶圆背面形成与正面目标图形相对应的激光穿透图形，而激光穿透图形之间的对应连线即为背面切割对位线。

采用本发明的玻璃钝化硅晶圆的背面切割对位线的制作方法及装置，具有如下优点：

1、由于采用激光垂直穿透的方式在玻璃钝化硅晶圆背面制作了与正面沟槽对应的切割标记，硅晶圆背面切割可利用此标记进行背面定位切割，因此，不需要使用过去繁琐的二次光刻工艺制作背面定位切割标记。

2、提高了标记制作精度，降低了生产成本和操作时间。

3、还减少了芯片不居中等品质问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式本发明进行详细说明：

图1是玻璃钝化硅晶圆的正面俯视图。

图2为玻璃钝化硅晶圆的局部侧视图。

图3为本发明的硅晶圆正面标刻图形的示意图。

图4为本发明的硅晶圆正面标刻图形的局部放大图。

图5为本发明的硅晶圆背面穿透图形的示意图。

图6为利用本发明的硅晶圆背面穿透图形做定位切割的示意图。

图7为本发明的激光标刻装置的立体示意图。

具体实施方式

本发明的玻璃钝化硅晶圆的背面切割对位线的制作方法，主要包括以下步骤：

a.采用机械手抓取一片硅晶圆并将硅晶圆正面送到成像装置镜头视野范围内，

b.由成像装置进行成像拍照并通过图像分析处理系统计算出该硅晶圆的切割道沟角度和硅晶圆的位置信息；

c.在硅晶圆正面选择目标点位置；

d.使用激光在目标点位置进行目标图形的垂直标刻，并穿透整个硅晶圆，且在硅晶圆背面形成与正面目标图形相对应的激光穿透图形，而激光穿透图形之间的对位线即为背面切割对位线，在后续的切割工序中，就可以依据激光穿透硅晶圆后在背面形成的图形作为基准线进行定位切割。

在步骤b中，所述成像装置包括相机和光源，该光源为由同轴点光源和环形光源构成，或为单独环形光源，或为单独点光源。

在步骤c中，所述目标点位置位于硅晶圆正面的最外圈无有效芯片的空白区域，且位于切割道的末端中心区域，或者特定的有矢量尺寸的特定区域，以不损坏芯片的切割道中心线末端延长至空白区域为优选。更具体的是，所述目标点位置可以为硅晶圆正面中心附近的横竖各1条或多条切割道的延长至没有芯片的空白区域的末端，或者为捕捉到的硅晶圆正面切割道末端在一次光刻时已经标记好的定位图形点。

在步骤d中，所述目标图形为有中心位置的几何图形，可由相间隔的通孔、或通孔与通孔重叠成线、或间隔的通孔和线组合而成。

所述目标图形具体可以采用“十”字形、“一”字形、“□”字形、“＝”形，“⊙”形，“×”形、“⊕”形或“※”形等图形为较优。

所述通孔的直径及线宽范围均在20微米到1毫米之间，且整体图案大小不大于成像装置采集放大后在电脑显示器屏幕所显示一个完整图形的尺寸，有利于后道工序的背面定位切割。

在步骤c与d之间，还具有调整硅晶圆角度与成像装置角度吻合的步骤。

在步骤d中，所述激光标刻采用硅晶圆静止不动，激光扫描的振镜方式，且标刻精度控制在±10um；或者采用激光固定不动，硅晶圆运动的聚焦切割穿孔方式，且标刻精度控制±1um。另外，激光标刻优选波长为红外的光纤脉冲激光。

下面进行具体举例说明：

实施例一

首先，通过机械手从晶圆料盒中使用真空吸附的方式抓取一片硅晶圆，通过机械运动将硅晶圆送到成像装置镜头下方，由成像装置进行拍照并识别切割道角度信息，通过旋转使硅晶圆的沟道与成像装置大致平行。对沟道进行左一点，右一点的精确识别，并且逐渐拉大左右两点间的距离，直到识别到同一沟槽的两端，将沟槽的两末端且没有效芯片的空白区域分别作为一目标点，使用激光在相应的目标点位置上进行“十”字图形的标刻，并穿透整个硅晶圆(横向)，旋转硅晶圆90度，继续对沟道进行左一点，右一点的精确识别，并且逐渐拉大左右两点间的距离，直到识别到同一沟槽的两端，同样将沟槽的末端没有效芯片的空白区域作为目标点，使用激光在目标点位置进行“十”字图形的标刻并穿透整个硅晶圆(纵向)，上述通孔的孔径或线宽范围控制在20微米到1毫米之间，如图3、4所示，硅晶圆10正面具有横竖各3条切割道6(沟槽)，每条切割道的两末端分别具有一“十”字激光刻标图形7，如图5所示，硅晶圆10背面通过刻透后也具有与正面相对应的12个“十”字激光刻标图形7，如图6中的“十”字激光刻标图形7之间的横竖对位线即为玻璃钝化硅晶圆10的背面切割对位线8，在后续的切割工序中，可依据该对位线作进行定位切割。

实施例二

事先在硅晶圆周围空白区域一次光刻好十字线，该十字线在制作硅晶圆时与切割道6一并光刻好，该十字线位于硅晶圆正面的最外圈无有效芯片的空白区域，且位于切割道的末端中心区域。

机械手从晶圆料盒中使用真空吸附的方式抓取一片光刻好十字线的硅晶圆，通过机械运动将硅晶圆送到成像装置镜头下方，通过成像装置直接对左边的十字进行拍照，然后对右边的十字进行拍照，两个点成一线，可计算出角度信息，通过机械部件的旋转使硅晶圆沟道与成像装置精确平行。通过激光在横向方向上的沟道头尾两端“十”字的位置进行重叠标刻并穿透整个硅晶圆，无需90度旋转硅晶圆，继续对纵向沟道两端的“十”字的位置进行重叠标刻并穿透整个硅晶圆，上述通孔的孔径或线宽范围在20微米到1毫米之间，如此，同样可获得如图5、图6所示的背面切割对位线。

本发明的玻璃钝化硅晶圆的背面切割对位线的制作设备主要包括：

机械手，用以抓取硅晶圆；

成像装置，用以对硅晶圆正面进行成像拍照，包括相机和光源，该光源为由同轴点光源和环形光源构成，或为单独环形光源，或为单独点光源；

图像分析处理系统，接收成像信号，并计算出硅晶圆的切割道沟角度和位置信息；

激光标刻装置，采用波长为红外的光纤脉冲激光标刻装置，可根据切割道沟角度和位置信息，在硅晶圆正面选择目标点位置，并通过激光在目标点位置进行目标图形的垂直标刻，并穿透整个硅晶圆，且在硅晶圆背面形成与正面目标图形相对应的激光穿透图形，而激光穿透图形之间的对应连接线即为背面切割对位线。

具体地，再如图7所示，本发明的制作设备包括底座512、大理石台面511、运动平台装置100、工控机514，送料装置200、图像分析处理系统500、激光标刻装置300、成像装置400和机械手(图中未显示)。

其中，激光标刻装置300由反射镜304、设于反射镜304旁的激光器301以及设于反射镜304下方的聚焦镜302构成。激光器301为一台红外激光器，优选为光纤脉冲激光器。

运动平台装置100由X/Y轴叠加运动平台101、θ轴旋转平台102以及Z轴升降调节机构103构成。

大理石台面511固定在底座512上，工控机514位于底座512内部。X/Y轴叠加运动平台101则固定在大理石台面511上，θ轴旋转平台102位于X/Y轴叠加运动平台101上。

在大理石台面511上还固定有悬臂架111，激光器301则固定在该悬臂架的顶部。聚焦镜302位于θ轴旋转平台102上方、固定在可上下调节的Z轴升降调节机构103上，实现调焦功能。加工材料被固定在θ轴旋转平台102上表面。激光器301射出脉冲激光光束，激光光束进入反射镜304进行45度折反后进入聚焦镜302。根据加工材料的厚度不同，将激光焦点调整到加工材料的表面上，聚焦镜302将激光汇聚成直径为40至100um的光斑焦点，焦点能量密度高度集中，可最大限度提高加工效率。

X/Y轴叠加运动平台101采用直线电机或者伺服电机或者步进电机驱动。θ轴旋转平台102采用涡轮蜗杆机构或者同步轮带机构或者DD马达直驱机构驱动。Z轴升降调节机构103采用电动调节或螺旋测微头手动调节。

在本实施例中，X/Y轴叠加运动平台101采用直线电机驱动；θ轴旋转平台102采用DD马达直驱机构驱动；Z轴升降调节机构103采用螺旋测微头手动调节。

在本实施例中，成像装置400包括相机401和光源402。相机401位于反射镜304的正上方，相机401通过成像镜筒403连接反射镜304。

反射镜304镀有不同膜层，既能反射激光也能进行成像光源透光。光源402采用LED灯，为点光源，设置在聚焦镜302旁。在本实施例中，激光标刻装置300和成像装置200共用反射镜304、聚焦镜302。

在θ轴旋转平台102上方设有与聚焦镜302同轴的吹气装置，在聚焦镜302的镜头旁设有朝向θ轴旋转平台102上表面的抽尘装置506。该抽尘装置506是一根抽灰管，该抽灰管与负压吸尘设备相连。在打孔过程中辅以吹气，可将打孔过程中的剥离物吹出，抽尘装置506及时把打孔时产生的剥离物吸走。

送料装置200位于大理石台面511上，位于运动平台装置100的前方，包括自动放料盒201、自动收料盒202以及设于自动放料盒201和自动收料盒202之间的晶圆传送带203，自动放料盒201、自动收料盒202均位于料盒升降电机204上。

图像分析处理系统200由显示器201和工控机514构成。

机械手、X/Y轴叠加运动平台101、θ轴旋转平台102、激光器301、相机401以及料盒升降电机204均与工控机514电连接，工控机514还电连接显示器201。

θ轴旋转平台102上设有真空吸附平台，工控机还与该真空吸附平台的真空控制开关电连接，可以通过软件来控制真空的开关。将要加工的半导体材料吸附于θ轴旋转平台的上表面上，加工运动时确保被加工材料不产生位移，确保加工的精度。

X/Y轴叠加运动平台101和θ轴旋转平台102均具有光栅尺，光栅尺与所述工控机514电连接。具体地，X/Y轴叠加运动平台101上的光栅尺为直线光栅尺，θ轴旋转平台102上的光栅尺为圆光栅尺。

以上就是本发明的本发明的玻璃钝化硅晶圆的背面切割对位线的制作设备，由于该制作设备工作方式与上述制作方法原理相同，在此不在赘述。

综上所述，本发明中的玻璃钝化硅晶圆的背面切割对位线的制作方法及设备，用于单台面二极管的背面切割定位标记的制作，可替代现有的玻璃钝化硅晶圆制作工艺中的双面光刻制作背面定位线工艺，并且提高定位线的精确度、缩短工艺流程时间，通过实际生产对比：与原有双面光刻工艺相比，定位精度由原来的±20um提高到±1um，生产时间大幅缩短、节省多道双面光刻耗材和人力，具有十分显著的经济价值。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种玻璃钝化硅晶圆的背面切割对位线的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.采用机械手抓取一片硅晶圆并将硅晶圆正面送到成像装置镜头视野范围内；

b.由成像装置进行成像拍照并通过图像分析处理系统计算出该硅晶圆的切割道沟角度和硅晶圆的位置信息；

c.在硅晶圆正面选择目标点位置；

d.使用激光在目标点位置进行目标图形的垂直标刻，并穿透整个硅晶圆，且在硅晶圆背面形成与正面目标图形相对应的激光穿透图形，而激光穿透图形之间的对应连线即为背面切割对位线。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：

在步骤b中，所述成像装置包括相机和光源，该光源为由同轴点光源和环形光源构成，或为单独环形光源，或为单独点光源。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：

在步骤c中，所述目标点位置位于硅晶圆正面的最外圈无有效芯片的空白区域，且位于切割道的末端中心区域。

4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于：

所述目标点位置为硅晶圆正面中心附近的横竖各1条或多条切割道的延长至没有芯片的空白区域的末端，或者为捕捉到的硅晶圆正面切割道末端在一次光刻时已经标记好的定位图形点。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：

在步骤d中，所述目标图形为有中心位置的几何图形，由相间隔的通孔、或通孔与通孔重叠成线、或间隔的通孔和线组合而成。

6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于：

所述目标图形为“十”字形、“一”字形、“□”字形、“＝”形，“⊙”形，“×”形、“⊕”形或“※”形。

7.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于：

所述通孔的直径及线宽范围均在20微米到1毫米之间。

8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：

在步骤c与d之间，还具有调整硅晶圆角度与成像装置角度吻合的步骤。

9.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：

在步骤d中，所述激光标刻采用硅晶圆静止不动，激光扫描的振镜方式，且标刻精度控制在±15um；或者采用激光固定不动，硅晶圆运动的聚焦切割穿孔方式，且标刻精度控制±1um。

10.一种玻璃钝化硅晶圆的背面切割对位线的制作设备，其特征在于，包括：

机械手，用以抓取硅晶圆；

成像装置，用以对硅晶圆正面进行成像拍照，包括相机和光源，该光源为由同轴点光源和环形光源构成，或为单独环形光源，或为单独点光源；

图像分析处理系统，接收成像信号，并计算出硅晶圆的切割道沟角度和位置信息；

激光标刻装置，根据切割道沟角度和位置信息，在硅晶圆正面选择目标点位置，并通过激光在目标点位置进行目标图形的垂直标刻，并穿透整个硅晶圆，且在硅晶圆背面形成与正面目标图形相对应的激光穿透图形，而激光穿透图形之间的对应连接线即为背面切割对位线。