CN110497094A - 对晶圆表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜的新工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种对晶圆表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜的新工艺，在使用激光束对晶圆表面贴覆的薄膜进行切割的过程中，因为没有如金属刀片等任何硬件物质与晶圆边缘的接触，从而可有效地避免了对晶圆边缘造成损伤、崩裂等问题；在激光束匀速移动切割薄膜的过程中，因为是利用激光束的热量将其聚焦点光斑内的薄膜全部气化、并由本激光切膜系统中的排风装置将气化的物质排出，因此不会出现在激光束切割薄膜的范围内残留下薄膜的飞边或毛刺等问题；该激光切膜工艺可通过切割轨迹编辑单元来编辑和设定所需要的切割形状和切割轨迹，即可以对晶圆表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜，也可以对任意二维多边形(包括但不限于方形、长方形、三角形、多边菱形)薄片表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜。

Description

对晶圆表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜的新工艺
技术领域
本发明是涉及半导体集成电路、电子元器件、各种传感器和各种MEMS器件等的生产制造领域，特别涉及一种用于对晶圆(或称晶片)表面贴覆的各种薄膜进行切割的新技术和新工艺。
背景技术
在半导体集成电路、电子元器件、各种传感器和各种MEMS器件等的生产制造过程中，其中一道加工工艺是在晶圆(或称晶片)的表面或背面上贴膜。贴膜工艺多采用专用的贴膜机进行贴膜，其贴膜机的工艺过程如下：首先将一段表面胶层具有黏性的薄膜(包括但不限于切割蓝膜、切割白膜、减薄保护膜、UV紫外膜、DAF导电膜等，厚度包括但不限于在0.02mm到1.5mm之间)从整卷薄膜中拉出，悬空置于晶圆之上；用橡胶压辊在薄膜上方向下擀压、挤压赶出薄膜与晶圆之间的空气并将薄膜粘贴在晶圆表面，一般薄膜的宽度尺寸稍大于晶圆的直径、从而可将晶圆全面覆盖；然后沿着晶圆的边缘将外围多余的薄膜切割断，再将晶圆边缘以外的薄膜揭起拿掉、最后将晶圆从贴膜机上取下。
在现有技术中，对晶圆表面贴覆的薄膜多是采用机械手带动锋利的刀片贴着晶圆边缘进行一周360度的圆形切割，将晶圆外围的薄膜切断。如中国发明专利(专利号：201010516841.X)就公开了一种切膜刀具，该切膜刀具(包括刀片)的特征在于，所述刀片角度可调地安装于支架上，还包括第一弹性复位装置，该弹性复位装置可随着刀片角度的变化而产生弹性变形力，该弹性变形力可使刀片回复至角度未变化的状态，从而保持刀片总是贴着晶圆的边缘对薄膜进行切割。但采用刀片贴着晶圆边缘切割薄膜一直存在着以下诸多弊端：
1)刀片在切割薄膜过程中金属刀身与晶圆的边缘接触、有时刀刃还会啃到晶圆的边缘，因而造成晶圆边缘的损伤、崩口、裂纹等问题，特别是在晶圆经过了多道半导体器件或集成电路工艺的加工后，在切膜前晶圆边缘已经有裂纹的情况下，则刀片切膜必然造成晶圆边缘的更大损伤、甚至破裂；
2)刀片在对薄膜进行切割过程中难以保持刀刃始终贴着晶圆边缘移动，有时刀刃会偏离晶圆的边缘，从而在晶圆的边缘留下薄膜的飞边(某处多出来一部分)、毛刺(与切割后晶圆上的薄膜连在一起的细长丝)等问题，这些飞边和毛刺等会影响下一步的晶圆减薄或晶圆切割工艺，造成加工质量问题；
3)对于一些对晶圆表面贴覆的薄膜进行切割时要缩进晶圆边缘内一定尺寸(包括但不限于数毫米)、或超出晶片边缘外一定尺寸(包括但不限于数毫米)的薄膜切割工艺要求，则刀片贴着晶圆边缘的切膜方式根本无法实现；
4)8英寸、12英寸和16英寸的晶圆为了定位在其边缘上都有一个缩进晶圆内部的V-Notch(V型缺口)，该V型缺口的宽度尺寸在2.00mm到3.00mm之间，刀片切割薄膜时在这样狭窄的范围内该刀片难以弯转切入其内，造成在V型缺口内薄膜的残留，影响后续的工艺；
5)对于一些晶圆(包括但不限于制造各种传感器的玻璃材质、晶体材质、陶瓷材质等的晶圆)的边缘未经倒角处理而呈90度边角、不光滑的状态下，刀片切割薄膜时因刀刃会不时啃到晶圆锐利的边缘而迅速变钝，根本无法顺利完成对整片晶圆的薄膜切割；对于那些经过减薄后边缘呈小角度锐角、很锋利的超薄晶圆，刀片切膜就更加困难和无法进行了。
6)对于任意二维多边形(包括但不限于方形、长方形、三角形、多边菱形)薄片表面贴覆的各种薄膜进行切割过程中，采用刀片切割薄膜时因刀片无法沿着尖锐的小角度锐角边自如转角运动，所以根本就无法完成薄膜切割。
发明内容
鉴于以上所述现有薄膜切割技术的缺陷和弱点，本发明的目的在于提供一种不会损伤晶圆边缘的、不会产生薄膜飞边或毛刺的、可对晶圆表面贴覆的各种薄膜进行任意形状和任意尺寸的、既可满足贴着晶圆边缘又可满足缩进晶圆边缘内一定尺寸(包括但不限于数毫米)或超出晶片边缘外一定尺寸(包括但不限于数毫米)的薄膜切割新工艺，其包括如下步骤：首先设置一个激光切膜系统和计算机控制系统(控制激光束的光斑和能量、编辑并控制切割轨迹)，所述激光切膜系统包括激光器、高速振镜扫描器、聚焦透镜组、排风装置等，该激光切膜系统的激光器沿Z轴垂直向下发出一束激光、其激光能量可以根据所要切割的薄膜材质和厚度进行调整，调控该系统中的高速振镜扫描器使激光束照射到需要切割的位置，再调整该系统中的聚焦透镜组使激光束聚焦在晶圆表面贴敷的薄膜里，然后按照切割轨迹要求，匀速移动该系统的激光束对晶圆表面贴敷的薄膜进行切割。
优选地，在使用激光束对晶圆(或称晶片)表面贴覆的薄膜进行切割的过程中，因为没有如金属刀片等任何硬件物质与晶圆边缘的接触，从而可有效地避免对晶圆的边缘所造成的损伤、崩裂等问题。
优选地，在激光束匀速移动切割薄膜的过程中，因为是利用激光束的热量将其聚焦点光斑内的薄膜全部气化、并由本激光切膜系统中的排风装置将气化的物质排出，因此不会出现在激光束切割薄膜的范围内残留下薄膜的飞边或毛刺等问题。
优选地，所述激光切膜的新工艺即可用于紧贴着晶圆(或称晶片)的边缘进行薄膜切割，也可用于缩进晶圆边缘内一定尺寸、或超出晶晶圆边缘外一定尺寸进行薄膜切割。
优选地，所述薄膜包括应用于在晶圆上制造集成电路或半导体元器件的切割蓝膜、切割白膜、减薄保护膜、UV紫外膜或DAF导电膜。
优选地，所述激光切膜的新工艺主要应用于直径尺寸为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸、16英寸等晶圆(或称晶片)，除了对晶圆(或称晶片)表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜外，还可以对任意二维多边形(包括但不限于方形、长方形、三角形、多边菱形)薄片表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜。
如上所述，本发明的对晶圆表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜的新工艺具有以下有益效果：在使用激光束对晶圆表面贴覆的薄膜进行切割的过程中，因为没有任何硬件物质与晶圆的边缘接触，从而可有效的避免对晶圆的边缘造成损伤、崩裂等情况；在激光束匀速移动不断切割薄膜的过程中，因为是利用激光束的热量将其聚焦点光斑内的薄膜全部气化、并由本激光切膜系统中的排风装置将气化的物质排出，因此不会出现在激光切割槽范围(切割槽宽度基本等于激光束聚焦点光斑的直径)内残留下薄膜的飞边或毛刺等问题；激光切膜技术可通过切割轨迹编辑单元和专用软件来编辑和设定所需要的切割形状或切割轨迹，然后由计算机控制单元调控由激光器、高速振镜扫描器和聚焦透镜组所产生的激光束，使其按切割轨迹要求进行自动切割，可满足客户对各种各样薄膜的切割要求；该激光切膜技术是在非接触状态下对晶圆表面贴敷的薄膜进行切割，所以对于那些边缘未经倒角处理而呈90度边角、不光滑的晶圆，甚至对于那些经过减薄后边缘呈小角度锐角、很锋利的超薄晶圆照样可以顺利完成对各种薄膜贴着晶圆边缘的切割。
附图说明
图1为本发明实施例激光切膜系统的结构示意图。
1、二氧化碳激光器 2、高速振镜扫描器 21、X轴折射振镜及其驱动电机 22、Y轴折射振镜及其驱动电机 3、聚焦透镜组 4、晶圆(或称晶片)
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所披露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，所以图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其各个组件的布局、型态和相互连接也可能更为复杂。
本发明公开了一种对晶圆表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜的新工艺，该工艺主要用于对贴敷在晶圆表面的薄膜进行激光切割，贴敷在晶圆表面的薄膜可以是应用于在晶圆上制造集成电路或半导体元器件的切割蓝膜、切割白膜、减薄保护膜、UV紫外膜或DAF导电膜等中的一种，但不仅限于以上几种薄膜，薄膜的厚度一般在0.02mm到1.5mm之间，这种薄膜是通过贴膜机粘贴在晶圆表面上的。在进行贴膜时，工作台模块自动伸出，由人工或机械手将待加工晶圆放置到工作台上；由视觉检测定位系统(采用三点定位)自动检测出晶圆在工作台上的具体位置(精度可达+/-0.01mm或更高)，并输出数据到激光切膜计算机控制系统内；贴膜系统自动运行，进行整卷薄膜的放膜、拉膜并伸展平整、贴覆、橡胶压辊擀压等动作，完成在晶圆表面的整个薄膜贴敷并粘牢的过程。
在随后对这些薄膜进行切割时，首先设置一个激光切膜系统，如图1所示，该激光切膜系统由二氧化碳激光器1、高速振镜扫描器2和聚焦透镜组3组成，高速振镜扫描器2包括X轴折射振镜及其驱动电机21和Y轴折射振镜及其驱动电机22两个部分。在进行薄膜切割时，首先由二氧化碳激光器1产出激光，其次调控高速振镜扫描器2使激光束位于薄膜上需要切割的位置，最后调整聚焦透镜组3使激光束聚焦在晶圆表面贴敷的薄膜里，其激光束光斑的直径小于0.2mm、能量可根据所要切割的薄膜材质和厚度进行调整，然后按照客户对切割轨迹的要求，移动激光切膜系统中的激光束对晶圆4表面贴敷的薄膜进行切割。
激光切膜系统可根据视觉检测定位系统传输过来的晶圆准确的位置数据，由其计算机控制系统调整激光器、高速振镜扫描器和聚焦透镜组，使形成的激光束位于并聚焦在晶圆表面贴敷的薄膜里，使激光束的运动轨迹与晶圆表面贴覆的薄膜需要进行切割的轨迹高度吻合(吻合精度可达+/-0.02mm或更高)。
激光束聚焦在需要被切割的薄膜里，聚焦中心点可以设定在薄膜底部靠近晶圆表面的位置(简称：深聚焦)，也可设定在稍微进入薄膜表面的位置(简称：浅聚焦)，具体的聚焦位置由薄膜材质、薄膜厚度、薄膜切割技术要求等工艺参数决定，其激光能量可以根据所要切割的薄膜材质和厚度进行调整。
激光束的运动轨迹(也就是激光切割轨迹)由计算机控制系统不断调控和驱动高速振镜扫描器中的X轴折射振镜驱动电机和Y轴折射振镜驱动电机，使X轴折射振镜和Y轴折射振镜的偏转角度按照激光切割轨迹的要求不断变化，从而使穿过X轴折射振镜和Y轴折射振镜的激光束在折射后到达需要进行切割的、晶圆表面所贴敷薄膜的位置。在计算机控制系统的持续调控和驱动下，激光束按照薄膜切割工艺所需要的切割速度持续匀速移动，最终完成对晶圆表面所贴敷薄膜的切割。在整个薄膜切割过程中，承载晶圆的工作台可以不移动，仅靠计算机控制系统不断调控和驱动高速振镜扫描器和聚焦透镜组的运动完成切膜加工过程；在需要的情况下(较大晶圆尺寸时)，承载晶圆的工作台盘也可以参与运动，在计算机控制系统的统一调控下，配合高速振镜扫描器和聚焦透镜组的运动，共同完成整个薄膜切割过程。
该激光切割系统还配有一套计算机控制系统，该计算机控制系统内安装有激光切割轨迹编辑单元和激光束控制单元，激光切割轨迹编辑单元用于对激光束的切割轨迹进行编辑和设定，计算机控制单元用于调控所述激光切膜系统中的激光器、高速振镜扫描器和聚焦透镜组，使所述激光束按照激光切割轨迹编辑单元事先设定好的、客户所需要的切割形状和切割轨迹自行匀速移动，最终完成对晶圆表面贴覆的薄膜的切割过程。
薄膜切割完成后通过贴膜机中的撕残膜模块及收残膜模块联动运行，将晶圆边缘外周边的残膜自动揭起并自动收集卷入到收膜模块中；最后承载晶圆的工作台自动伸出，由人工或机械手取走已贴好薄膜并完成薄膜切割的晶圆；
该激光切膜的新工艺，在使用激光束对晶圆表面贴覆的薄膜进行切割的过程中，因为没有任何硬件物质与晶圆的边缘接触，从而可有效的避免对晶圆的边缘造成损伤、崩裂等情况；在激光束匀速移动不断切割薄膜的过程中，因为是利用激光束的热量将其聚焦点光斑内的薄膜全部气化、并由本激光切膜系统中的排风装置将气化的物质排出，因此不会出现在激光切割槽范围(切割槽宽度基本等于激光束聚焦点光斑的直径)内残留下薄膜的飞边或毛刺等问题；该激光切膜技术可通过切割轨迹编辑单元和专用软件来编辑和设定所需要的切割形状或切割轨迹，然后由本激光切膜系统中的计算机控制单元调控由激光器、高速振镜扫描器和聚焦透镜组所产生的激光束按切割轨迹要求进行自动切割，可满足客户对各种各样薄膜的切割要求；该激光切膜技术是在非接触状态下对晶圆表面贴敷的薄膜进行切割，所以对于那些边缘未经倒角处理而呈90度边角、不光滑的晶圆，甚至对于那些经过减薄后边缘呈小角度锐角、很锋利的超薄晶圆照样可以顺利完成对各种薄膜贴着晶圆边缘的切割。所以，本发明有效地克服了目前现有的、对晶圆表面贴覆的薄膜进行刀片切割的技术和工艺中的种种缺点和问题，从而具有高度商品化和产业化的利用价值。
上述实施例仅示意性地说明了本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求人所涵盖。

Claims (5)

1.一种对晶圆表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜的新工艺，其特征在于，对该晶圆(或称晶片)表面贴覆的薄膜进行激光切膜的工艺包括如下步骤：首先设置一个激光切膜系统和计算机控制系统(控制激光束的光斑和能量、编辑并控制切割轨迹等)，所述激光切膜系统包括激光器、高速振镜扫描器、聚焦透镜组、排风装置等，该系统的激光器沿Z轴垂直向下发出一束激光、其激光能量可以根据所要切割的薄膜材质和厚度进行调整，调控该系统中的高速振镜扫描器使激光束照射到需要切割的位置，再调整该系统中的聚焦透镜组使激光束聚焦在晶圆表面贴敷的薄膜里，然后按照切割轨迹要求，匀速移动该系统的激光束对晶圆表面贴敷的薄膜进行切割。本专利所要求的权力1是，在使用激光束对晶圆(或称晶片)表面贴覆的薄膜进行切割的过程中，因为没有如金属刀片等任何硬件物质与晶圆边缘的接触，从而可有效地避免对晶圆的边缘所造成的损伤、崩裂等问题。
2.根据权利要求1所述的对晶圆表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜的新工艺，本专利所要求的权力2是，在激光束匀速移动切割薄膜的过程中，因为是利用激光束的热量将其聚焦点光斑内的薄膜全部气化、并由本激光切膜系统中的排风装置将气化的物质排出，因此不会出现在激光束切割薄膜的范围内残留下薄膜的飞边或毛刺等问题。
3.根据权利要求1所述的对晶圆表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜的新工艺，所述计算机控制系统内安装有对激光切割轨迹的编辑单元和控制单元，所述激光切割轨迹编辑单元用于对激光束的切割轨迹进行编辑和设定，所述计算机控制单元可以调控所述激光切膜系统中的激光器的发光、高速振镜扫描器和聚焦透镜组的运动，使所述激光束按事先编辑设定好的切割轨迹和光斑位置、光斑能量进行移动。本专利所要求的权力3是，所述激光切膜的新工艺即可用于紧贴着晶圆(或称晶片)的边缘进行薄膜切割，也可用于缩进晶圆边缘内一定尺寸、或超出晶晶圆边缘外一定尺寸进行薄膜切割。
4.根据权利要求1所述的对晶圆表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜的新工艺，所述薄膜包括但不限于应用于在晶圆上制造集成电路或半导体元器件的切割蓝膜、切割白膜、减薄保护膜、UV紫外膜或DAF导电膜。
5.根据权利要求1所述的对晶圆表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜的新工艺，所述激光切膜的新工艺主要应用于直径尺寸为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸、16英寸等晶圆(或称晶片)，除了对晶圆(或称晶片)表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜外，还可以对任意二维多边形(包括但不限于方形、长方形、三角形、多边菱形)薄片表面贴覆的各种薄膜进行激光切膜。
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