CN110648906B - 晶片的加工方法 - Google Patents

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Abstract

提供晶片的加工方法，能够降低分割晶片所需的外力，抑制加工不良的产生。该晶片的加工方法将晶片沿着分割预定线分割成多个芯片，其中，包含如下的步骤：保护通道形成步骤，将具有对于晶片来说为透过性的波长的脉冲激光束的聚光点定位在晶片的内部而照射脉冲激光束，沿着分割预定线形成由细孔和围绕细孔的非晶质区域构成的保护通道；以及晶片分割步骤，对晶片赋予外力，沿着分割预定线对形成有保护通道的晶片进行分割，脉冲激光束具有沿着与分割预定线平行的方向的两个以上的聚光点，聚光点间的距离小于3μm。

Description

晶片的加工方法
技术领域
本发明涉及在沿着分割预定线对晶片进行分割时使用的晶片的加工方法。
背景技术
在半导体器件芯片的制造工序中，形成在由分割预定线划分的区域中具有IC、LSI等器件的半导体晶片。通过沿着分割预定线对该半导体晶片进行分割，得到分别具有器件的多个半导体器件芯片。同样，通过对形成有LED等光器件的光器件晶片进行分割而制造出光器件芯片。
在以上述半导体晶片、光器件晶片等为代表的晶片的分割中，例如使用对晶片照射激光束的激光加工装置。在专利文献1中公开了通过激光束的照射而在晶片的内部形成改质层的方法。由于形成有改质层的区域比晶片的其他区域脆，所以当对该晶片赋予外力时，以改质层为起点对晶片进行分割。
在使用上述方法对例如厚度为300μm左右的晶片进行分割的情况下，为了通过外力的赋予而适当地对晶片进行分割，在晶片的内部重叠地形成多层改质层。因此，需要沿着一条分割预定线进行多次激光束的扫描，晶片的加工效率降低。
因此，提出了如下的方法：通过照射透过晶片的波长的激光束，在晶片上形成被称为保护通道(shield tunnel)的细丝状的区域(例如，参照专利文献2)。该保护通道由沿着晶片的厚度方向的细孔和围绕该细孔的非晶质区域构成。由于形成有保护通道的区域比晶片的其他区域脆，所以保护通道作为晶片的分割起点发挥功能。
为了形成上述保护通道，只要沿着分割预定线扫描一次激光束即可，由此，在晶片的厚度方向的整个范围内形成保护通道。因此，与前述的形成改质层的方法相比，能够简化激光束的照射工序。
专利文献1：日本特开2002-192370号公报
专利文献2：日本特开2014-168790号公报
在沿着晶片的分割预定线形成了保护通道之后，当对晶片赋予外力时，晶片以保护通道为起点而被分割。但是，当以保护通道为分割起点的情况下，存在如下的问题：在晶片的分割中需要赋予比较大的外力。当对晶片赋予较大的外力时，在晶片的分割时容易产生崩边、裂纹等加工不良，芯片的生产率下降。
发明内容
本发明是鉴于该问题而完成的，其目的在于提供晶片的加工方法，能够降低分割晶片所需的外力，抑制加工不良的产生。
根据本发明的一个方式，提供晶片的加工方法，将晶片沿着分割预定线分割成多个芯片，其中，该晶片的加工方法包含如下的步骤：保护通道形成步骤，将具有对于该晶片来说为透过性的波长的脉冲激光束的聚光点定位在该晶片的内部而照射该脉冲激光束，沿着该分割预定线形成由细孔和围绕该细孔的非晶质区域构成的保护通道；以及晶片分割步骤，对该晶片赋予外力，沿着该分割预定线对形成有该保护通道的该晶片进行分割，该脉冲激光束具有沿着与该分割预定线平行的方向的两个以上的该聚光点，该聚光点间的距离小于3μm。
另外，根据本发明的一个方式，提供晶片的加工方法，将晶片沿着分割预定线分割成多个芯片，其中，该晶片的加工方法包含如下的步骤：保护通道形成步骤，将具有对于该晶片来说为透过性的波长的脉冲激光束的聚光点定位在该晶片的内部而照射该脉冲激光束，沿着该分割预定线形成由细孔和围绕该细孔的非晶质区域构成的保护通道；以及晶片分割步骤，对该晶片赋予外力，沿着该分割预定线对形成有该保护通道的该晶片进行分割，该脉冲激光束具有椭圆形的束斑，该椭圆形具有沿着与该分割预定线平行的方向的长轴。
另外，在本发明的一个方式中，该脉冲激光束也可以被衍射光学元件分支。
本发明的一个方式的晶片的加工方法通过沿着分割预定线照射具有两个以上的聚光点的脉冲激光束或具有椭圆形的束斑的脉冲激光束而在晶片上形成保护通道。由此，能够降低分割晶片所需的外力，抑制加工不良的产生。
附图说明
图1是示出晶片的立体图。
图2是示出框架单元的立体图。
图3是示出激光加工装置的立体图。
图4是示出光学系统的示意图。
图5是示出光学系统的示意图。
图6的(A)是示出对晶片照射脉冲激光束的情形的局部剖视侧视图，图6的(B)是示出在晶片上形成保护通道的情形的局部剖视侧视图，图6的(C)是示意性示出保护通道的立体图。
图7是示出聚光点间的距离与分割强度的关系的曲线图。
图8是示出延迟时间与分割强度的关系的曲线图。
标号说明
11：晶片；11a：正面；11b：背面；13：分割预定线；15：器件；17：带；19：环状框架；19a：开口；21：框架单元；31：保护通道；33：细孔；35：非晶质区域；2：激光加工装置；4：卡盘工作台；6：激光加工单元；8：拍摄单元；10：光学系统；12：激光振荡器；14：反射镜；16：衍射光学元件；18：聚光透镜；20：光学系统；22：激光振荡器；24：λ/2板；26：偏振分束器；28：λ/4板；30：反射镜；32：反射镜；34：反射镜；36：λ/2板；38：反射镜；40：偏振分束器；42：反射镜；44：反射镜；46：反射镜；48：反射镜；50：透镜；52：透镜；54：反射镜；56：物镜；60：脉冲激光束；60a、60b：聚光点。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。首先，对能够通过本实施方式的晶片的加工方法进行加工的晶片的结构例进行说明。图1是示出晶片11的立体图。晶片11形成为圆盘状，具有正面11a和背面11b。
晶片11被以互相交叉的方式呈格子状排列的多条分割预定线(间隔道)13划分成多个区域，在该多个区域的正面11a侧分别形成有由IC、LSI等构成的器件15。通过沿着分割预定线13对晶片11进行分割，得到分别包含器件15的多个芯片。
另外，对于晶片11的材质、形状、构造、大小等没有限制。例如晶片11可以由半导体(硅、GaAs、InP、GaN、SiC等)、玻璃、陶瓷、树脂、金属等材料形成。另外，对于器件15的种类、数量、形状、构造、大小、配置等也没有限制。
通过利用环状框架对晶片11进行支承而构成框架单元。图2是示出框架单元21的立体图。如图2所示，晶片11的背面11b侧粘贴在圆形的带17的中央部，其中，该带17由树脂等材料制成，直径比晶片11大。另外，带17的外周部粘贴于在中央部具有圆形的开口19a的环状框架19上。由此，构成具有借助带17而支承于环状框架19的晶片11的框架单元21。
在本实施方式中，通过沿着分割预定线13照射激光束而在晶片11上形成分割起点。该分割起点是在后面的工序中对晶片11赋予了外力时成为对晶片11进行分割的起点(开端)的区域。对晶片11的激光束的照射使用激光加工装置来进行。
图3是示出激光加工装置2的立体图。激光加工装置2具有：卡盘工作台4，其对晶片11进行保持；以及激光加工单元6，其对卡盘工作台4所保持的晶片11照射激光束。
卡盘工作台4隔着带17而对晶片11进行吸引保持。具体来说，卡盘工作台4的上表面构成对晶片11进行保持的保持面，该保持面通过形成于卡盘工作台4的内部的吸引路(未图示)而与吸引源(未图示)连接。
在卡盘工作台4的周围设置有对环状框架19进行把持而固定的多个夹具(未图示)。另外，卡盘工作台4与设置于卡盘工作台4的下部侧的移动机构(未图示)和旋转机构(未图示)连结。卡盘工作台4通过移动机构在X轴方向(加工进给方向)和Y轴方向(分度进给方向)上移动，通过旋转机构绕与Z轴方向(铅直方向)大致平行的旋转轴进行旋转。
晶片11以正面11a向上方露出的方式隔着带17而被卡盘工作台4的保持面支承。另外，通过在卡盘工作台4的周围所具有的夹具来固定环状框架19。当在该状态下使吸引源的负压作用于卡盘工作台4的保持面时，晶片11被卡盘工作台4吸引保持。
在卡盘工作台4的上方配置有激光加工单元6。激光加工单元6构成为使具有对于晶片11来说为透过性的波长的脉冲激光束(至少一部分透过晶片11的波长的脉冲激光束)会聚在规定的位置。另外，在激光加工单元6的侧方配置有用于对晶片11等进行拍摄的拍摄单元8。根据由该拍摄单元8取得的图像来控制卡盘工作台4和激光加工单元6的位置，调节激光束相对于晶片11的照射位置。
在本实施方式中，通过从激光加工单元6向晶片11照射脉冲激光束，沿着分割预定线13形成被称为保护通道的细丝状的区域。该保护通道由沿着晶片11的厚度方向的细孔和围绕该细孔的非晶质区域构成。
由于形成有保护通道的区域比晶片11的其他区域脆，所以保护通道作为晶片的分割起点发挥功能。然后，通过对沿着分割预定线13形成有保护通道的晶片11赋予外力，晶片11被分割成分别包含器件15的多个芯片。
保护通道是通过将具有对于晶片11来说为透过性的波长的脉冲激光束的聚光点定位在晶片11的内部进行照射而形成的。但是，已知在使脉冲激光束会聚于一处而形成了保护通道的情况下，在后面的工序中对晶片11进行分割时需要赋予比较大的外力。当在分割时对晶片11赋予较大的外力时，容易产生崩边、裂纹等加工不良，芯片的生产率下降。
针对该问题，本发明人进行了深入研究，结果发现，当向晶片11照射具有两个以上的聚光点的脉冲激光束而形成保护通道时，能够降低分割晶片11所需的外力。据推测该现象的原因在于：当通过具有两个以上的聚光点的脉冲激光束形成保护通道时，晶片11的残留应力增大，由此容易对晶片11进行分割。
因此，在本实施方式中，通过沿着晶片11的分割预定线13照射具有两个以上的聚光点的脉冲激光束，在晶片11形成保护通道。由此，能够降低分割晶片11所需的外力，抑制加工不良的产生。
具有两个以上的聚光点的脉冲激光束是通过激光加工单元6而生成的，并且照射在晶片11上。图4是示出能够使用在激光加工单元6中的光学系统10的示意图。
光学系统10具有脉冲振荡出激光束的激光振荡器12。作为激光振荡器12，例如可以使用YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器等。由激光振荡器12脉冲振荡出的激光束被反射镜14反射而入射到衍射光学元件(DOE)16，并被衍射光学元件16分支成两束。然后，脉冲激光束被聚光透镜18会聚在规定的位置。
通过上述光学系统10来生成具有两个聚光点的脉冲激光束。另外，这里对生成具有两个聚光点的脉冲激光束的情况进行了说明，但激光加工单元6也可以构成为生成具有3个以上的聚光点的脉冲激光束。
另外，在图4中示出了通过衍射光学元件16使脉冲激光束分支的光学系统10，但例如也可以通过偏振分束器(PBS)使脉冲激光束分支。图5是示出具有偏振分束器的光学系统20的示意图。
光学系统20具有激光振荡器22，该激光振荡器22具有与激光振荡器12(参照图4)同样的结构和功能。从激光振荡器22脉冲振荡出的激光束在其偏振方位被可以改变角度的λ/2板24控制之后，入射到偏振分束器26。然后，将脉冲激光束分支成透过偏振分束器26的P偏振光的激光束LB1和被偏振分束器26反射的S偏振光的激光束LB2。
透过了偏振分束器26的激光束LB1在通过λ/4板28而被反射镜30反射之后，再次通过λ/4板28而入射到偏振分束器26。由此，激光束LB1的偏振面旋转90°，激光束LB1被偏振分束器26反射。
另外，反射镜30能够在与偏振分束器26接近、远离的方向上移动。通过变更该反射镜30的位置，能够调整激光束LB1的光路长度。
被偏振分束器26反射的激光束LB1在被反射镜32和反射镜34反射之后，入射到λ/2板36。由此，激光束LB1的偏振面旋转90°。然后，激光束LB1被反射镜38反射并透过偏振分束器40。
另一方面，被偏振分束器26反射的激光束LB2在被反射镜42、44、46、48反射之后，被偏振分束器40反射。然后，透过了偏振分束器40的激光束LB1和被偏振分束器40反射的激光束LB2在分别通过透镜50和透镜52并被反射镜54反射后，被物镜56会聚在规定的位置。另外，通过透镜50和透镜52来调整激光束LB1和激光束LB2入射到物镜56的位置和角度。
这样，通过使用光学系统20，能够生成具有两个聚光点的脉冲激光束。另外，反射镜38能够变更反射面的角度，通过变更反射镜38的角度，能够调节两个聚光点间的距离。另外，通过对反射镜30的位置进行调整来改变激光束LB1的光路长度，从而能够对激光束LB1和激光束LB2在聚光点处会聚的时间差(延迟时间)进行控制。
另外，在上述内容中对使用衍射光学元件和偏振分束器使脉冲激光束分支的例子进行了说明，但只要能够使脉冲激光束分支，则对于使用在激光加工单元6中的光学系统的结构没有限制。例如，也可以使用空间光相位调制器、双折射元件等使脉冲激光束分支。
使用上述激光加工单元6对卡盘工作台4所吸引保持的晶片11照射具有两个以上的聚光点的脉冲激光束，在晶片11上形成保护通道。参照图6对在晶片11上形成保护通道的方法的具体例进行说明。
首先，按照正面11a向上方露出的方式通过卡盘工作台4对晶片11进行吸引保持，并使卡盘工作台4移动以便将晶片11定位于激光加工单元6的下方。然后，根据由拍摄单元8(参照图3)取得的图像来进行卡盘工作台4与激光加工单元6的对位，调整脉冲激光束对晶片11的照射位置。
接着，从激光加工单元6朝向晶片11照射具有对于晶片11来说为透过性的波长的脉冲激光束60。图6的(A)是示出对晶片11照射脉冲激光束60的情形的局部剖视侧视图。
脉冲激光束60具有两个聚光点60a、60b，按照聚光点60a、60b分别定位在晶片11的内部的不同位置的方式进行照射。在图6的(A)中，示出了聚光点60a、60b被大致定位在晶片11的正面11a与背面11b的中间的状态。另外，脉冲激光束60的聚光点的数量也可以是3个以上。
然后，使卡盘工作台4沿着分割预定线13的长度方向(加工进给方向)移动，以使脉冲激光束60沿着晶片11的分割预定线13(参照图1)进行照射。由此，卡盘工作台4和激光加工单元6沿着加工进给方向相对地移动，沿着分割预定线13照射脉冲激光束60。
另外，按照使聚光点60a、60b沿着与加工进给方向(被脉冲激光束60照射的分割预定线13的长度方向)平行的方向配置的方式照射脉冲激光束60。聚光点60a、60b之间的距离例如可以大于0μm且小于3μm，优选为0.5μm以上2μm以下。另外，脉冲激光束60照射于两个聚光点60a、60b的时间差(脉冲激光束60的延迟时间)例如可以小于33ps，优选为16ps以下。
当沿着分割预定线13照射脉冲激光束60时，在晶片11上沿着分割预定线13形成多个保护通道(保护通道形成步骤)。图6的(B)是示出在晶片11上形成保护通道31的情形的局部剖视侧视图。
保护通道31从聚光点60a、60b所定位的位置朝向晶片11的正面11a侧和背面11b侧形成为细丝状。在图6的(B)中示出了保护通道31形成在从晶片11的正面11a到背面11b的厚度方向整个区域的例子。
图6的(C)是示意性示出保护通道31的立体图。保护通道31由沿着晶片11的厚度方向形成的细孔33和围绕细孔33的非晶质区域35构成。另外，例如细孔33的直径为小于1μm的程度，非晶质区域35的直径为5μm左右，相邻的保护通道31的非晶质区域35也可以互相结合。
然后，对其他分割预定线13也同样地照射脉冲激光束60。然后，当沿着晶片11中所包含的全部分割预定线13照射了脉冲激光束60时，保护通道31的形成工序完成。
由于形成有保护通道31的区域比晶片11的其他区域脆，所以保护通道31作为晶片11的分割起点发挥功能。因此，通过对沿着分割预定线13形成有保护通道31的晶片11赋予外力，能够将晶片11分割成多个芯片(晶片分割步骤)。
该保护通道31可以通过使脉冲激光束60沿着分割预定线13扫描一次而形成。因此，与使用了在晶片11的内部重叠地形成多层改质层的方法等的情况相比，能够简化激光束的照射工序，能够实现晶片11的加工效率的提高。
另外，当如上述那样照射具有两个以上的聚光点的脉冲激光束60而形成保护通道31时，与使脉冲激光束会聚于一处的情况相比，可降低分割晶片11所需的外力的大小。因此，通过使用本实施方式的晶片11的加工方法，能够降低分割时对晶片11赋予的外力。由此，能够抑制崩边、裂纹等加工不良的产生，能够提高芯片的成品率。
接着，对使用本实施方式的晶片的加工方法形成了保护通道的晶片的评价结果进行说明。在本评价中，在通过照射具有两个聚光点的脉冲激光束而在晶片上形成了保护通道之后，赋予外力而对晶片进行分割，并对此时的外力的大小进行了测量。
在评价中，使用了长度为100mm、宽度为25mm、厚度为0.3mm的由硼硅酸玻璃制成的晶片。另外，具有两个聚光点的脉冲激光束是通过使从激光振荡器脉冲振荡出的激光束分支成两束而生成的。
对上述晶片一边照射具有两个聚光点的脉冲激光束一边进行加工进给，从而得到了沿着分割预定线形成有保护通道的晶片。另外，使脉冲激光束会聚于晶片的深度方向的大致中间位置，两个聚光点被定位成沿着与加工进给方向平行的方向排列。另外，激光束的照射条件如下设定。
光源：YAG脉冲激光器
波长：1064nm
能量：40μJ(分支前)
重复频率：10kHz
加工进给速度：100mm/s
在上述保护通道的形成中，使用了两个聚光点间的距离D不同的五种脉冲激光束。聚光点间的距离D分别为0μm(两个聚光点的位置相同)、0.5μm、1.0μm、2.0μm、3.0μm。然后，使用各脉冲激光束而分别在10张晶片中形成保护通道，得到形成有保护通道的共计50张晶片。
然后，通过赋予外力而分别对晶片进行分割，并对在分割时赋予给晶片的外力(分割强度)进行了测量。图7是示出聚光点间的距离D与分割强度的关系的曲线图。另外，在图7中示出了表示分割强度的平均值的圆圈标记和表示分割强度的误差范围的误差棒。
如图7所示，在将两个聚光点定位于晶片内部的不同位置的情况下(D＞0μm)，与两个聚光点的位置相同(D＝0μm)的情况相比，分割强度下降。由此可知，通过对脉冲激光束进行分支而在晶片内部的不同位置会聚，能够降低分割晶片所需的外力。
不过，当达到D＝3.0μm时，分割强度增加到与D＝0μm的情况相同程度的值。因此，优选脉冲激光束的聚光点间的距离大于0μm且小于3μm。另一方面可知与D＝0μm的情况相比，在D＝0.5μm、1.0μm、2.0μm的情况下，分割强度被抑制得较低。因此，更优选脉冲激光束的聚光点间的距离为0.5μm以上2μm以下。
另外，分割强度在D＝1.0μm的情况下特别地下降。另外，在D＝1.0μm的情况下，在照射了脉冲激光束后的晶片中可观察到俯视时为椭圆形的加工痕。因此认为，当设定为D＝1.0μm时，两个聚光点相连，形成了与脉冲激光束的行进方向(在图6的(A)中为下方向)垂直的截面中的形状为椭圆形的束斑。并且，确认到当对晶片照射这样的脉冲激光束时，分割强度大幅下降。
接着，对激光束照射到两个聚光点的时间差(延迟时间T)所带来的影响进行了评价。在评价中使用了延迟时间T为0ps(同时照射)、2ps、4ps、8ps、16ps、33ps这6种脉冲激光束。另外，两个聚光点间的距离统一为1μm，使用图5所示的光学系统20来进行延迟时间T的调节。然后，使用各脉冲激光束在10张晶片中分别形成保护通道，得到形成有保护通道的共计60张晶片。
然后，通过赋予外力而对晶片分别进行分割，并对分割强度进行了测量。图8是示出延迟时间T与分割强度的关系的曲线图。另外，在图8中示出了表示分割强度的平均值的圆圈标记和表示分割强度的误差范围的误差棒。另外，在图8中，作为参考例，也示出了延迟时间T为1min的情况下的分割强度。
如图8所示，可知当延迟时间T达到33ps时，与同时照射(T＝0ps)的情况相比分割强度增大。据推测这是因为，当激光束照射到一个聚光点之后经过一定以上的时间时，激光束的照射区域周边被改质，然后容易妨碍照射到另一个聚光点的激光束的加工。因此，优选延迟时间T小于33ps。
另一方面，即使激光束的照射存在延迟(T＞0ps)，只要该值为16ps以下，则分割强度被抑制为小于或等于同时照射(T＝0ps)的情况。因此，更优选延迟时间T为16ps以下。
根据以上的结果，确认到通过将两个聚光点间的距离设定为规定的值的脉冲激光束的照射来形成保护通道，能够降低分割晶片所需的外力。
另外，在本实施方式中对使用具有两个以上的聚光点的脉冲激光束的情况进行了说明，但即使使用具有与激光束的行进方向垂直的截面中的形状为椭圆形的束斑的脉冲激光束，也预期得到同样的效果。在使用具有椭圆形的束斑的脉冲激光束的情况下，按照束斑的长轴方向沿着与加工进给方向(被照射脉冲激光束的分割预定线的长度方向)平行的方向的方式对晶片照射脉冲激光束，从而形成保护通道。
另外，束斑的尺寸可以根据分割预定线13的尺寸等而适当设定。另外，束斑的短轴的长度例如可以是长轴的长度的1/5以上1/2以下。另外，对于具有椭圆形的束斑的脉冲激光束的形成方法没有限制，例如可以使用柱面透镜等形成。
另外，上述实施方式的构造、方法等只要不脱离本发明的目的的范围，便能够适当变更而实施。

Claims (3)

1.一种晶片的加工方法，将晶片沿着分割预定线分割成多个芯片，其特征在于，该晶片的加工方法包含如下的步骤：
保护通道形成步骤，将具有对于该晶片来说为透过性的波长的脉冲激光束的聚光点定位在该晶片的内部而照射该脉冲激光束，沿着该分割预定线形成由细孔和围绕该细孔的非晶质区域构成的保护通道；以及
晶片分割步骤，对该晶片赋予外力，沿着该分割预定线对形成有该保护通道的该晶片进行分割，
该脉冲激光束具有沿着与该分割预定线平行的方向的两个以上的该聚光点，
该脉冲激光束从具备光学系统的激光加工单元照射，
该光学系统具备通过变更角度而能够调节两个以上的该聚光点间的距离的反射镜，
该聚光点间的距离小于3μm。
2.一种晶片的加工方法，将晶片沿着分割预定线分割成多个芯片，其特征在于，该晶片的加工方法包含如下的步骤：
保护通道形成步骤，将具有对于该晶片来说为透过性的波长的脉冲激光束的聚光点定位在该晶片的内部而照射该脉冲激光束，沿着该分割预定线形成由细孔和围绕该细孔的非晶质区域构成的保护通道；以及
晶片分割步骤，对该晶片赋予外力，沿着该分割预定线对形成有该保护通道的该晶片进行分割，
该脉冲激光束具有沿着与该分割预定线平行的方向的两个以上的该聚光点，
该脉冲激光束从具备光学系统的激光加工单元照射，
该光学系统具备通过调整位置而能够控制该脉冲激光束在两个以上的该聚光点会聚的时间差的反射镜，
该聚光点间的距离小于3μm。
3.根据权利要求1或2所述的晶片的加工方法，其特征在于，
该脉冲激光束被衍射光学元件分支。
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