CN109848587B - 晶片的加工方法 - Google Patents

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Abstract

提供晶片的加工方法，将由玻璃基板构成的晶片分割成各个芯片而不降低器件的品质。晶片的加工方法将由玻璃基板构成的晶片(10)沿着分割预定线(12)分割成各个芯片，其中，晶片的加工方法包含如下工序：盾构隧道形成工序，将对于晶片具有透过性的波长的脉冲激光光线(LB1)的聚光点(P1)定位于与分割预定线对应的区域而进行照射，沿着分割预定线形成由细孔(101)和围绕细孔的变质区域(102)构成的多个盾构隧道(100)；改质层形成工序，将对于晶片具有透过性的波长的脉冲激光光线(LB2)的聚光点(P2)定位于与分割预定线对应的区域而进行照射，在形成盾构隧道的基础上形成改质层(110)；以及分割工序，对晶片赋予外力而将晶片分割成各个芯片。

Description

晶片的加工方法
技术领域
本发明涉及晶片的加工方法，将由玻璃基板构成的晶片分割成各个芯片。
背景技术
在由玻璃基板构成的晶片的正面的由相互交叉的多条分割预定线划分的各区域形成有例如MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)等医疗用传感器(以下称为“医疗用传感器”)的器件的晶片通过加工装置分割成各个器件芯片，分割得到的器件芯片被用于医疗用设备、检查用设备等电气设备。
当通过以能够旋转的方式具有切削刀具的切割装置将该晶片分割成各个芯片时，会在切断区域产生细小的缺损(崩边)而导致芯片的品质不被接受，因此在对该晶片进行分割时，使用照射激光光线而进行分割的激光加工装置。
激光加工装置例如已知有下述三种类型。
类型(1)：将对于晶片具有吸收性的波长的激光光线的聚光点定位于晶片的分割预定线的正面上而进行照射，通过所谓烧蚀加工形成分割槽，将晶片分割成各个芯片(例如，参照专利文献1)。
类型(2)：将对于晶片具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位于晶片的与分割预定线对应的内部而进行照射，在晶片的内部连续地形成作为分割的起点的改质层，将晶片分割成各个芯片(例如，参照专利文献2)。
类型(3)：使用照射激光光线时的聚光透镜的数值孔径(NA)除以被加工物(晶片)的折射率(n)而得到的值为0.05以上0.2以下的聚光透镜将对于被加工物具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位于被加工物的与分割预定线对应的内部而进行照射，沿着分割预定线连续地形成多个盾构隧道，该盾构隧道由细孔和围绕细孔的非晶质区域构成，将晶片分割成各个芯片(例如，参照专利文献3)。
专利文献1：日本特开平10-305420号公报
专利文献2：日本特许第3408805号公报
专利文献3：日本特开2014-221483号公报
但是，在通过上述的实施烧蚀加工的类型的激光加工装置对由玻璃基板构成的晶片进行分割的情况下，存在如下的问题：碎屑从晶片的正面飞散并附着在周围，从而使器件的品质降低。
另外，根据通过在晶片的内部连续地形成作为分割起点的改质层的激光加工装置来形成改质层然后对晶片赋予外力而将晶片分割成各个芯片的类型的加工方法，能够沿着分割预定线呈直线地进行分割，但在被加工物是由非晶质的玻璃基板构成的晶片的情况下，存在如下的问题：由于玻璃基板是非晶质的，因此从正面到背面的分割面弯曲行进，难以形成为垂直的侧壁。
另外，根据通过激光加工装置沿着分割预定线形成多个盾构隧道并对晶片赋予外力而将晶片分割成各个芯片的类型的加工方法，能够将晶片垂直地分割，但在相邻的盾构隧道之间存在规定的间隔，从而在俯视观察的芯片尺寸相对于晶片的厚度较小的情况下，存在难以进行分割的问题。
发明内容
由此，本发明的目的在于提供晶片的加工方法，将由玻璃基板构成的晶片分割成各个芯片而不降低器件的品质。
根据本发明，提供晶片的加工方法，将由玻璃基板构成的晶片沿着交叉形成的多条分割预定线分割成各个芯片，其中，该晶片的加工方法具有如下的工序：盾构隧道形成工序，将对于晶片具有透过性的波长的第一脉冲激光光线的聚光点定位于与分割预定线对应的晶片内部的区域而进行照射，沿着该分割预定线形成由细孔和围绕该细孔的变质区域构成的多个盾构隧道；改质层形成工序，将对于晶片具有透过性的波长的第二脉冲激光光线的聚光点定位于与分割预定线对应的晶片内部的区域而进行照射，在形成该盾构隧道的基础上形成改质层；以及分割工序，对晶片赋予外力而将晶片分割成各个芯片。
优选该晶片具有如下的厚度：该厚度为芯片的俯视时的一条边的长度的1/2以上。另外，优选在该芯片的正面上具有医疗用传感器。
根据本发明，在将晶片分割成各个芯片时，分割得到的芯片的侧面不会弯曲行进，而是形成从正面到背面的垂直的面，因此即使在要得到尺寸相对于晶片的厚度较小的芯片的情况下，也能够良好地进行分割。
附图说明
图1是用于实施本发明实施方式的晶片的加工方法的激光加工装置的整体立体图。
图2是将通过图1所述的激光加工装置实施盾构隧道形成工序时的主要部分放大而得的剖视图。
图3是将通过图1所述的激光加工装置实施改质层形成工序时的主要部分放大而得的剖视图。
图4是示出通过分割装置对晶片赋予外力而实施分割工序的状态的剖视图。
标号说明
1A、1B：激光加工装置；10：晶片；12：分割预定线；14：器件；22：保持单元；23：移动机构；24A、24B：激光光线照射单元；241A、241B：聚光器；242A、242B：聚光透镜；26：拍摄单元；34：卡盘工作台；35：吸附卡盘；40：X方向移动机构；42：Y方向移动机构；70：分割装置。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的激光加工方法以及实现该激光加工方法的激光加工装置进行更详细的说明。
在图1中示出在本发明实施方式的激光加工方法中按照实施盾构隧道形成工序的方式构成的激光加工装置1A以及按照实施改质层形成工序的方式构成的激光加工装置1B的整体立体图。另外，激光加工装置1A和激光加工装置1B的外形相同，因此作为整体立体图，记载了一个激光加工装置，与在内部结构中不同的结构相对应地一并标记不同的标号，从而记载了激光加工装置1A、1B。
对用于形成盾构隧道的激光加工装置1A进行说明。激光加工装置1A具有：保持单元22，其对在本实施方式中作为被加工物的晶片10进行保持；移动机构23，其配设在静止基台2a上，使保持单元22移动；激光光线照射单元24A，其对保持单元22所保持的晶片10照射激光光线；以及框体50，其由垂直壁部51和水平壁部52构成，该垂直壁部51在静止基台2a上的移动机构23的侧方沿箭头Z所示的Z方向竖立设置，该水平壁部52从垂直壁部51的上端部沿水平方向延伸。
在框体50的水平壁部52内部内置有构成激光加工装置1A的主要部分的激光光线照射单元24A的光学系统，在水平壁部52的前端部下表面侧配设有构成激光光线照射单元24A的聚光器241A。另外，在相对于聚光器241A在图中箭头X所示的方向上相邻的位置配设有拍摄单元26。另外，保持单元22对在图中左上方放大而示出的借助粘接带T而保持于环状的框架F的晶片10进行保持。另外，在本实施方式中，构成晶片10的玻璃基板由非晶质的玻璃材料构成，该非晶质的玻璃材料由硅酸化合物(硅酸盐矿物)构成。
保持单元22包含：矩形状的X方向可动板30，其在图中箭头X所示的X方向上移动自如地搭载于基台2a；矩形状的Y方向可动板31，其在图中箭头Y所示的Y方向上移动自如地搭载于X方向可动板30；圆筒状的支柱32，其固定于Y方向可动板31的上表面上；以及矩形状的罩板33，其固定于支柱32的上端。在罩板33上配设有卡盘工作台34，该卡盘工作台34对通过形成于该罩板33上的长孔而向上方延伸的圆形状的被加工物进行保持，构成为能够通过未图示的旋转驱动单元进行旋转。在卡盘工作台34的上表面上配置有圆形状的吸附卡盘35，其由多孔质材料形成，实质上水平延伸。吸附卡盘35经由通过支柱32的流路而与未图示的吸引单元连接。另外，X方向是图1中箭头X所示的方向，Y方向是箭头Y所示的方向，是与X方向垂直的方向。X方向、Y方向所限定的平面实质上是水平的。
移动机构23包含X方向移动机构40和Y方向移动机构42。X方向移动机构40借助滚珠丝杠将电动机的旋转运动转换成直线运动而传递至X方向可动板30，使X方向可动板30沿着基台2a上的导轨在X方向上进退。Y方向移动机构42借助滚珠丝杠将电动机的旋转运动转换成直线运动而传递至Y方向可动板31，使Y方向可动板31沿着X方向可动板30上的导轨在Y方向上进退。另外，虽省略了图示，但在X方向移动机构40、Y方向移动机构42上分别配设有位置检测单元，准确地检测卡盘工作台34的X方向的位置、Y方向的位置、周向的旋转位置，根据从未图示的控制单元指示的信号，对X方向移动机构40、Y方向移动机构42以及未图示的旋转驱动单元进行驱动，从而能够将卡盘工作台34准确地定位于任意的位置和角度。
如图1的左上方所示，作为被加工物的晶片10在由多条分割预定线12划分的多个区域中形成有器件14，晶片10在借助粘接带T而支承于环状的框架F的状态下保持于卡盘工作台34。并且，一边使激光光线照射单元24A进行动作而从聚光器241A对晶片10照射脉冲激光光线，一边使上述的X方向移动机构40、Y方向移动机构42进行动作，从而对分割预定线12实施激光加工而形成盾构隧道。另外，本实施方式的器件14是医疗用传感器，例如是搭载有医疗用的加速度传感器的医疗用MEMS传感器。
激光光线照射单元24A根据构成晶片10的玻璃基板的材质、厚度、分割后的芯片形状而适当进行设定，例如包含射出波长为1030nm的激光光线的激光振荡器以及用于调整输出的衰减器等(均省略图示)。另外，聚光器241A所具有的聚光透镜的数值孔径(NA)设定为0.25。由此，用该数值孔径除以构成晶片10的玻璃基板的折射率1.5而得到的值为0.17。另外，通过对用于形成盾构隧道的聚光透镜的数值孔径按照聚光透镜的数值孔径除以玻璃基板的折射率而得到的值为0.05以上且0.2以下的方式进行设定，从而可形成良好的盾构隧道。
在图1中还记载了按照实施本实施方式的激光加工方法中的改质层形成工序的方式构成的激光加工装置1B的整体立体图。激光加工装置1B中，仅激光光线照射单元24B和构成激光光线照射单元24B的一部分的聚光器241B与上述的激光加工装置1A不同，因此仅对不同的结构一并标记标号，对于其余的结构以相同的标号记载。
实现改质层形成工序的激光光线照射单元24B根据构成晶片10的玻璃基板的材质、厚度、分割后的芯片形状而适当进行设定，例如包含射出波长为532nm的激光光线的激光振荡器以及用于调整输出的衰减器等(均省略图示)。另外，构成激光光线照射单元24B的聚光器241B的聚光透镜的数值孔径例如为0.8。
本实施方式的激光加工装置1A、1B大致如上述那样构成，下面对通过上述激光加工装置1A、1B而实施的激光加工方法的作用进行说明。
[第一实施方式]
首先，对第一实施方式进行说明。在第一实施方式中，作为被加工物的晶片10的厚度为1000μm(1mm)，芯片尺寸俯视时为2mm×2mm。在实施激光加工时，准备借助粘接带T而保持于环状的框架F的未加工的晶片10，实施如下的保持工序：将晶片10保持于激光加工装置1A的卡盘工作台34上。更具体而言，使粘接带T侧向下而载置于图1所示的激光加工装置1A的卡盘工作台34上，使未图示的吸引单元进行动作而借助吸附卡盘35进行吸引保持，使晶片10向上方露出，通过夹具等对框架F进行夹持固定。
若在吸附卡盘35上对晶片10进行了吸引保持，则使X方向移动机构40、Y方向移动机构42进行动作而使卡盘工作台34移动，从而将晶片10定位于拍摄单元26的正下方。当卡盘工作台34定位于拍摄单元26的正下方时，通过拍摄单元26和未图示的控制单元执行对准工序，对晶片10的要进行激光加工的区域进行检测。即，拍摄单元26和未图示的控制单元执行用于进行形成于晶片10的第一方向的分割预定线12与沿着分割预定线12照射激光光线的激光光线照射单元24A的聚光器241A的对位的图案匹配等图像处理而进行激光光线照射位置的对准。另外，沿着形成于与该第一方向垂直的第二方向的分割预定线12也执行同样的对准工序。
若执行了上述的对准工序，则使卡盘工作台34移动至聚光器241A所位于的激光光线照射区域，按照使形成于第一方向的分割预定线12的一端位于聚光器241A的正下方的方式进行定位。并且，使未图示的聚光点位置调整单元进行动作，对聚光器241A的光轴方向(Z轴方向)上的位置进行调整，由示出盾构隧道形成工序的激光加工时的概略剖视图的图2可理解，将聚光点P1定位于晶片10的内部的规定的位置。
若如上述那样对聚光点P1进行了定位，则使激光光线照射单元24A进行动作，通过激光振荡器振荡出用于在晶片10内形成盾构隧道的脉冲激光。从未图示的激光振荡器射出的脉冲激光光线LB1通过未图示的衰减器将输出调整为规定的值，通过聚光器241A的聚光透镜242A进行会聚而照射至晶片10的分割预定线12的一个端部。当开始激光光线LB1的照射时，使X方向移动机构40进行动作而使卡盘工作台34沿图2的箭头X所示的X方向移动，从而沿着分割预定线12照射激光光线LB1。由此，沿着分割预定线12连续地形成多个盾构隧道100，该盾构隧道100由在上下方向上延伸的细孔101和围绕细孔101的区域发生变质而脆弱化的变质区域102构成。
使激光光线照射单元24A、卡盘工作台34、X方向移动机构40、Y方向移动机构42进行动作而沿着在晶片10的正面上呈格子状形成的所有分割预定线12连续地形成盾构隧道100。这样，盾构隧道形成工序完成。另外，在本实施方式中，按照盾构隧道100的细孔101的直径为1μm、围绕细孔101的变质区域102的直径为10μm的方式设定加工条件。细孔101形成于变质区域102的中心，因此相邻的盾构隧道100的细孔101之间的间隔S1为10μm。
上述盾构隧道形成工序中的激光加工条件例如如下进行设定。另外，离焦为-500μm是指将聚光点定位于距离晶片10的正面位于下方500μm的位置。
Figure BDA0001879591420000071
若实施了上述的盾构隧道形成工序，则实施改质层形成工序。更具体而言，使激光加工装置1A的与卡盘工作台34连接的吸引单元停止，将沿着分割预定线12形成有盾构隧道100的晶片10与框架F一起取出，搬送至实施改质层形成工序的激光加工装置1B，载置并保持于激光加工装置1B的卡盘工作台34的吸附卡盘35上。
若在激光加工装置1B的吸附卡盘35上对框架F所保持的晶片10进行了吸引保持，则实施在盾构隧道形成工序中实施的对准工序。若通过对准工序进行了聚光器24B与晶片10的分割预定线12的对位，则使卡盘工作台34移动至聚光器241B所位于的激光光线照射区域，按照使形成于第一方向的分割预定线12的一端位于聚光器241B的正下方的方式进行定位。并且，使未图示的聚光点位置调整单元进行动作，由示出改质层形成工序中的加工状态的概略剖视图的图3可理解，通过使聚光器241B沿光轴方向(Z轴方向)移动，从而将聚光点P2定位于构成晶片10的玻璃基板的内部的规定的位置。
若如上述那样对聚光点P2进行了定位，则使激光光线照射单元24B进行动作，通过激光振荡器振荡出在晶片10内形成改质层110的脉冲激光。从未图示的激光振荡器射出的脉冲激光光线LB2通过未图示的衰减器将输出调整为规定的值，通过配设于聚光器241B的聚光透镜242B进行会聚而照射至晶片10的分割预定线12的一端部。当开始激光光线LB2的照射时，使X方向移动机构40进行动作而使卡盘工作台34在图3的箭头X所示的X方向上移动，从而沿着已经形成有盾构隧道100的分割预定线12照射激光光线LB2。由此，沿着分割预定线12连续地形成改质层110。
使激光光线照射单元24B、卡盘工作台34、X方向移动机构40、Y方向移动机构42进行动作而沿着在晶片10的正面上呈格子状形成的所有分割预定线12形成改质层110。这样，改质层形成工序完成。
上述改质层形成工序中的加工条件例如如下进行设定。
Figure BDA0001879591420000081
根据上述的改质层形成工序的加工条件，形成改质层110时的脉冲激光光线LB2的照射间隔S2为14μm。由此，按照与相邻的盾构隧道100间的间隔S1＝10μm不同的间隔S2形成改质层110，因此可适当地实现分割预定线12的脆弱化。
若实施了上述的盾构隧道形成工序和改质层形成工序，则实施分割工序，对从激光加工装置取出的晶片10赋予外力而将晶片10分割成各个芯片。参照图4对为了在本实施方式中实施分割工序而构成的分割装置70进行说明。
图示的分割装置70具有：框架保持部件71，其对保持晶片10的环状的框架F进行保持；作为固定单元的多个夹具72，它们配设在框架保持部件71的外周；以及扩展鼓75，其配设在框架保持部件71的内侧。该扩展鼓75具有比环状的框架F的内径小且比粘贴于安装在环状的框架F的粘接带T的晶片10的外径大的内径和外径。另外，扩展鼓75在沿径向突出而形成于下端部的未图示的支承凸缘上配设有使框架保持部件71在上下方向上进退的多个气缸73，通过气缸73在上下方向上进退的活塞杆74与框架保持部件71的下表面连结。这样由多个气缸73、活塞杆74构成的支承单元构成为能够选择性地移动至基准位置和扩展位置，该基准位置如图4中实线所示那样是环状的框架保持部件71与扩展鼓75的上端为大致相同高度的位置，该扩展位置如双点划线所示那样是环状的框架保持部件71距离扩展鼓75的上端按照规定的量位于下方的位置。
对上述的分割装置70的作用进行说明。将沿着分割预定线12形成有盾构隧道100和改质层110的晶片10与借助粘接带T而对该晶片10进行支承的环状的框架F一起载置于框架保持部件71的载置面上，通过夹具72固定于框架保持部件71。此时，框架保持部件71定位于图4中实线所示的基准位置。
若在定位于图中实线所示的基准位置的框架保持部件71上固定了支承着晶片10的环状的框架F，则使构成带扩展单元的多个气缸73进行动作而使环状的框架保持部件71下降。由此，固定于框架保持部件71的载置面上的环状的框架F也下降，因此如图中双点划线所示那样安装于环状的框架F的粘接带T与相对上升的扩展鼓75的上端缘抵接而被扩展。其结果是，对粘贴于粘接带T的晶片10呈放射状作用拉伸力，通过盾构隧道100和改质层110进行了脆弱化的分割预定线12成为分割起点，晶片10被分割成各个芯片。如上所述，分割工序完成。
若完成了上述的分割工序，则应用适当的拾取单元，从粘接带T拾取各个分割得到的器件14，适当地收纳在收纳容器中或者搬送至下一工序。
本发明不限于上述的第一实施方式，也可以根据晶片10的厚度以及所生成的芯片的大小，将盾构隧道形成工序和改质层形成工序中的激光加工条件设定为以下所示的第二实施方式、第三实施方式。另外，关于激光加工条件以外的作用，与上述的第一实施方式中的晶片的加工方法相同，因此对于详细内容省略了其说明。
[第二实施方式]
晶片的构造 ：厚度500μm
芯片尺寸1mm×1mm
用途 ：医疗用传感器
＜盾构隧道形成工序＞
Figure BDA0001879591420000091
＜改质层形成工序＞
Figure BDA0001879591420000101
[第三实施方式]
晶片的构造 ：厚度300μm、
芯片尺寸0.5mm×0.5mm
用途 ：医疗用传感器
＜盾构隧道形成工序＞
Figure BDA0001879591420000102
＜改质层形成工序＞
Figure BDA0001879591420000103
如上所述，在上述的各实施方式中进行分割的晶片具有如下的厚度：该厚度为芯片的俯视时的一条边的长度的1/2以上。这样，即使在将具有厚度的晶片按照较小的芯片尺寸进行分割的情况下，根据上述的晶片的加工方法，分割得到的芯片的侧面也不会弯曲行进，而是形成从正面至背面的垂直的面。特别是，在医疗用传感器的技术领域中，设想相对于芯片尺寸，晶片的厚度尺寸比较大的情况，但通过上述的晶片的加工方法，能够得到品质良好的芯片。
在上述实施方式中，在对晶片10实施了形成盾构隧道100的盾构隧道形成工序之后，实施形成改质层110的改质层形成工序，但不限于此，也可以在实施了改质层形成工序之后，实施盾构隧道形成工序。但是，若在实施了盾构隧道形成工序之后实施改质层形成工序，则不会由于改质层110阻碍盾构隧道100的形成，因此优选先实施盾构隧道形成工序。
在上述各实施方式中，在对相邻的盾构隧道100间的间隔S1和相邻的改质层110的间隔S2进行设定时，将间隔S2设定为比间隔S1大的值，但不限于此，也可以使间隔S2为比间隔S小的值，从而致密地形成改质层110。

Claims (3)

1.一种晶片的加工方法，将由非晶质的玻璃基板构成的晶片沿着交叉形成的多条分割预定线分割成各个芯片，其中，
该晶片的加工方法具有如下的工序：
盾构隧道形成工序，将对于晶片具有透过性的波长的第一脉冲激光光线的聚光点定位于与分割预定线对应的晶片内部的区域而进行照射，沿着该分割预定线形成由细孔和围绕该细孔的变质区域构成的多个盾构隧道；
改质层形成工序，将对于晶片具有透过性的波长的第二脉冲激光光线的聚光点定位于与形成有该盾构隧道的分割预定线对应的晶片内部的区域而进行照射，在形成该盾构隧道的基础上形成改质层；以及
分割工序，对晶片赋予外力而将晶片分割成各个芯片。
2.根据权利要求1所述的晶片的加工方法，其中，
该晶片具有如下的厚度：该厚度为芯片的俯视时的一条边的长度的1/2以上。
3.根据权利要求1所述的晶片的加工方法，其中，
在该芯片的正面上具有医疗用传感器。
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