CN116001115A

CN116001115A - 切割机的磨刀方法及晶圆切割方法

Info

Publication number: CN116001115A
Application number: CN202310231544.8A
Authority: CN
Inventors: 李仁海; 盛维杰; 李文涛
Original assignee: Omnivision Semiconductor Shanghai Co Ltd
Current assignee: Omnivision Semiconductor Shanghai Co Ltd
Priority date: 2023-03-10
Filing date: 2023-03-10
Publication date: 2023-04-25

Abstract

本发明提供一种切割机的磨刀方法及晶圆切割方法，包括：提供切割机，切割机包括轴向设置的轮毂、切割刀片和电机；提供裸片晶圆作为磨刀器；全切裸片晶圆，采用切割刀片逐行切透裸片晶圆，形成第一切割槽；单侧切裸片晶圆，采用切割刀片的远离轮毂一侧的部分对第一切割槽远离轮毂一侧的裸片晶圆进行逐行切割，使切割刀片的远离轮毂一侧的部分被磨损；磨刀完成的切割刀片的径向上的最外侧边缘(刀刃)到轴线的距离从电机一侧到轮毂一侧逐渐增大，呈斜坡形。全切结合单侧切的磨刀方法形成的切割刀片的刀刃形状一致性较好。采用该切割刀片切割晶圆品质好。改善了纯刀片切割晶圆的可行性和晶圆的可靠性，省去了激光开槽制程降低了成本。

Description

切割机的磨刀方法及晶圆切割方法

技术领域

本发明属于晶圆切割技术领域，具体涉及一种切割机的磨刀方法及晶圆切割方法。

背景技术

晶圆包括衬底(例如为硅衬底)和位于衬底上的电路层，电路层通常由低介电绝缘膜(低k膜)和功能膜的叠层组成。晶圆划片通常采用两种方法，第一种先采用激光开槽方式切割电路层，再采用刀片切割方式切割衬底。第一种划片方法采用激光移除切割道内电路层，激光切割后在电路层中的切割槽内残留的熔融物在可靠性测试下有形成铜花或熔球风险。第二种采用纯刀片切割方式，常规刀片依次切割电路层和衬底。第二种纯刀片切割方法切割操作产生破坏性的力易使晶圆在叠层处分层(裂开有间隙)，由此损坏了晶圆。

发明内容

本发明的目的在于提供一种切割机的磨刀方法及晶圆切割方法，本发明全切结合单侧切的磨刀方法形成的切割刀片的刀刃形状一致性较好，形成稳定的斜坡形刀型。采用该切割刀片切割晶圆，切割品质好，解决了纯刀片切割过程中晶圆在叠层处分层的问题，提高了晶圆切割制程的合格率。省去了激光开槽制程从而降低了成本，不受激光开槽后铜花可靠性问题困扰，提升了纯刀片切割晶圆制程的稳定性。

本发明提供一种切割机的磨刀方法，包括：

提供切割机，所述切割机包括沿轴向依次设置的轮毂、圆环状的切割刀片和电机，所述切割刀片固定在所述轮毂上；

提供裸片晶圆作为磨刀器，所述裸片晶圆的背面粘贴有粘膜；

全切所述裸片晶圆，采用所述切割刀片沿一预设方向逐行切割所述裸片晶圆，从所述裸片晶圆的正面向背面切割，切透所述裸片晶圆至所述粘膜，形成若干平行的第一切割槽；

单侧切所述裸片晶圆，采用所述切割刀片的远离所述轮毂一侧的部分对所述第一切割槽远离所述轮毂一侧的所述裸片晶圆进行逐行切割，使所述切割刀片的远离轮毂一侧的部分被磨损；磨刀完成的所述切割刀片的径向上的最外侧边缘到所述切割刀片的轴线的距离从所述电机一侧到所述轮毂一侧逐渐增大，呈斜坡形。

进一步的，单侧切过程中所述裸片晶圆被切割的宽度小于所述第一切割槽的宽度。

进一步的，单侧切过程中所述裸片晶圆被切割的宽度为所述切割刀片宽度的1/4～2/3。

进一步的，所述切割机还包括：卡盘台，用于固定所述裸片晶圆；移动装置，用于以预定的切割供给速率使所述卡盘台和所述切割刀片相对彼此移动。

进一步的，在全切和单侧切所述裸片晶圆的过程中，所述切割刀片：外径为40mm～60mm，厚度为70μm～90μm；所述切割刀片的转数：25000rpm～50000rpm；所述切割供给速度：40mm/sec～70mm/sec。

进一步的，所述裸片晶圆的厚度为400μm～1000μm。

进一步的，所述切割机还包括主轴，所述轮毂套设在所述主轴上，所述切割刀片固定在所述轮毂径向周侧边缘，所述电机驱动所述主轴转动，通过所述轮毂带动所述切割刀片旋转。

本发明还提供一种晶圆切割方法，包括：

提供晶圆，所述晶圆包括衬底和位于所述衬底上的由介质膜和功能膜形成的叠层结构；

提供切割机，所述切割机包括沿轴向依次设置的轮毂、圆环状的切割刀片和电机，所述切割刀片采用上述磨刀方法完成磨刀，磨刀后的所述切割刀片的径向上的最外侧边缘到所述切割刀片的轴线的距离从所述电机一侧到所述轮毂一侧逐渐增大，呈斜坡形；

采用所述切割刀片沿预设的划片道切割所述晶圆，从所述晶圆正面向背面依次切割所述叠层结构和所述衬底。

进一步的，所述介质膜包括聚酰亚胺基膜或聚对二甲苯基聚合物膜形成的低介电绝缘膜。

进一步的，所述切割刀片：外径为40mm～60mm，厚度为70μm～90μm；所述切割刀片的转数：25000rpm～50000rpm；所述切割供给速度：40mm/sec～70mm/sec。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种切割机的磨刀方法及晶圆切割方法，包括：提供切割机，切割机包括沿轴向设置的轮毂、切割刀片和电机；提供裸片晶圆作为磨刀器；全切裸片晶圆，采用切割刀片逐行切透裸片晶圆，形成若干第一切割槽；单侧切裸片晶圆，采用切割刀片的远离轮毂一侧的部分对第一切割槽远离轮毂一侧的裸片晶圆进行逐行切割，使切割刀片的远离轮毂一侧的部分被磨损；磨刀完成的切割刀片的径向上的最外侧边缘(刀刃)到轴线的距离从电机一侧到轮毂一侧逐渐增大，呈斜坡形。本发明全切结合单侧切的磨刀方法形成的切割刀片的刀刃形状一致性较好，形成稳定的斜坡形刀型。通过切割刀片斜坡形刀型来平衡切割刀片相对于轮毂和电机的装配不对称性，斜坡形刀型有利于切割中排屑，切割品质好，解决了纯刀片切割过程中晶圆在叠层处分层的问题，提高了晶圆切割制程的合格率。改善了纯刀片切割晶圆的可行性和晶圆的可靠性，省去了激光开槽制程从而降低了成本，不受激光开槽后铜花可靠性问题困扰。提升了纯刀片切割晶圆制程的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例的一种切割机的磨刀方法流程示意图。

图2为本发明实施例的切割机磨刀前的结构示意图。

图3为本发明实施例的切割机的磨刀方法中完成全切裸片晶圆后的俯视示意图。

图4为本发明实施例的切割机的磨刀方法中完成全切裸片晶圆后的剖面示意图。

图5为本发明实施例的切割机的磨刀方法中完成单侧切裸片晶圆后的俯视示意图。

图6为本发明实施例的切割机的磨刀方法中完成单侧切裸片晶圆后的剖面示意图。

图7为本发明实施例的切割刀片完成磨刀后的形状示意图。

图8为完成磨刀后的不同刀型的切割刀片对应的首片被切割的晶圆缺陷率对比图。

图9为采用本发明实施例的磨刀方法形成的切割刀片切割晶圆示意图。

其中，附图标记如下：

10-主轴；11-轮毂；12-切割刀片；13-基座；14-电机；o-轴线；S1-第一投影区域；S2-第二投影区域；V1-第一切割槽；V2-第二切割槽；20-裸片晶圆；21-粘膜；30-晶圆；31-粘膜。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

为了便于描述，本申请一些实施例可以使用诸如“在…上方”、“在…之下”、“顶部”、“下方”等空间相对术语，以描述如实施例各附图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件之间的关系。应当理解的是，除了附图中描述的方位之外，空间相对术语还旨在包括装置在使用或操作中的不同方位。例如若附图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或部件“下方”或“之下”的元件或部件，随后将被定位为在其它元件或部件“上方”或“之上”。下文中的术语“第一”、“第二”、等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。

本发明实施例提供了一种切割机的磨刀方法，如图1所示，包括：

步骤S1、提供切割机，切割机包括沿轴向依次设置的轮毂、圆环状的切割刀片和电机，切割刀片固定在轮毂上；

步骤S2、提供裸片晶圆作为磨刀器，裸片晶圆的背面粘贴有粘膜；

步骤S3、全切裸片晶圆，采用切割刀片沿一预设方向逐行切割裸片晶圆，从裸片晶圆的正面向背面切割，切透裸片晶圆至粘膜，形成若干平行的第一切割槽；

步骤S4、单侧切裸片晶圆，采用切割刀片的远离轮毂一侧的部分对第一切割槽远离轮毂一侧的裸片晶圆进行逐行切割，使切割刀片的远离轮毂一侧的部分被磨损；磨刀完成的切割刀片的径向上的最外侧边缘到切割刀片的轴线的距离从电机一侧到轮毂一侧逐渐增大，呈斜坡形。

下面结合图2至图8详细介绍本发明实施例的切割机的磨刀方法的各步骤。

步骤S1、如图2所示，提供切割机，切割机包括沿轴向依次设置的轮毂11、圆环状的切割刀片12和电机14，切割刀片12固定在轮毂11上。切割刀片12与轮毂11可为一体结构，也可为分体结构。轮毂11套设在主轴10上，电机14驱动主轴10转动，通过轮毂11带动切割刀片12旋转。基座13位于切割刀片12远离轮毂11的一侧并将切割刀片12固定。切割刀片12例如为新的未使用的刀片或者使用过待修整磨刀的刀片。切割刀片12的宽度(厚度)即AB之间的距离例如为70μm～90μm。示例性的，切割刀片12呈圆环形薄片状，圆环的圆心在主轴10的轴线o上，切割刀片12的厚度方向与主轴10的轴向平行。轮毂11与切割刀片12同轴。

步骤S2、如图3和图4所示，提供裸片晶圆(光板晶圆)20作为磨刀器，裸片晶圆20的背面粘贴有粘膜21，裸片晶圆20的厚度例如为400μm～1000μm。

步骤S3、如图3和图4所示，全切裸片晶圆20，采用切割刀片12沿一预设方向逐行切割裸片晶圆20，从裸片晶圆20的正面向背面切割，切透全部厚度的(全切)裸片晶圆20至粘膜21，形成若干平行的第一切割槽V1。第一切割槽V1的宽度略大于或近似等于切割刀片12的宽度。全切过程中切割刀片12在裸片晶圆20的投影为第一投影区域S1，第一投影区域S1也为裸片晶圆20实际被切割的区域。

步骤S4、如图2、图5至图7所示，单侧切裸片晶圆20，采用切割刀片12的远离轮毂11一侧的部分对第一切割槽V1远离轮毂11一侧的裸片晶圆20进行逐行切割，使切割刀片12的远离轮毂11一侧的部分被磨损；磨刀完成的切割刀片12的径向上的最外侧边缘(刀刃)到切割刀片12的轴线o的距离从电机14一侧到轮毂11一侧逐渐增大，呈斜坡形。单侧切过程中切割刀片12在裸片晶圆20的投影为第二投影区域S2，裸片晶圆20实际被切割的区域位于第一切割槽V1远离轮毂11一侧。

第一切割槽V1在后续单侧切过程中远离轮毂11一侧的裸片晶圆20被切割，单侧切后第一切割槽V1被加宽形成第二切割槽V2。单侧切过程中第二投影区域S2覆盖第一切割槽V1靠右的部分和位于第一切割槽V1右侧的部分宽度的裸片晶圆20。单侧切过程中裸片晶圆20被切割的宽度小于第一切割槽V1的宽度。单侧切过程中裸片晶圆20被切割的宽度可为切割刀片12宽度的1/4～2/3。

单侧切过程中，切割刀片12靠近轮毂11一侧的部分(例如靠左部分)基本上没有切割裸片晶圆20，因此，单侧切过程中切割刀片12靠近轮毂11一侧的部分得以较好的保留。切割刀片12远离轮毂11一侧的部分(例如靠右部分)切割位于第一切割槽V1右侧(远离轮毂11一侧)的裸片晶圆20，因此，单侧切过程中切割刀片12远离轮毂11一侧的部分被磨损较多。本实施例通过全切裸片晶圆后再结合单侧切裸片晶圆，使切割刀片12被磨损(磨刀)后形成预期的斜坡形。

本实施例对切割刀片12磨刀的作用：第一、将切割刀片12修成大致圆环形；第二、开刃，将切割刀片12上的金刚石暴露；第三、刀型修整，最终形成的切割刀片12的径向上的最外侧边缘(刀刃)到轴线的距离从电机一侧到轮毂一侧逐渐增大，呈稳定的斜坡形，亦即切割刀片12靠近轮毂11侧突出。本发明实施例的全切结合单侧切的磨刀方法形成的刀刃形状一致性较好，可以形成稳定的斜坡形。

深入研究发现刀型对晶圆切割品质有很大的影响，特别是晶圆在叠层处分层的失效率与刀型相关性很大。发生机理是：切割刀片12相对于轮毂11和电机14的装配不对称性以及切割中排屑效果的差异。

常规磨刀方法采用半切或全切的磨刀方式。半切磨刀方式具体为采用切割刀片12切割部分厚度的裸片晶圆20或研磨板，用于切割刀片12修圆和开刃(金刚石暴露)。全切磨刀方式具体为采用切割刀片12切割全部厚度的裸片晶圆20或研磨板，用于切割刀片12修圆和开刃。常规的磨刀方法采用半切或全切方式磨刀后的实际切割刀片12的刀刃形状随机性较大，难以管控，难以形成一致性形状的刀刃。

如图8所示，采用上述常规磨刀方法可形成圆弧形刀型，包括弧形、椭圆形、子弹头刀型，实测各自用于切割晶圆的首片缺陷率分别为15％、6％以及8％。采用上述常规磨刀方法还可形成方形刀型，包括对称方形刀型和不对称方形刀型，实测各自用于切割晶圆的首片缺陷率分别为0.3％和10％。缺陷率指切割晶圆时层叠处分层超出规格。

实际验证下来，理想的刀型为本实施例的轮毂11侧突出的斜形，即本发明最终形成的切割刀片12的径向上的最外侧边缘(刀刃)到轴线的距离从电机14一侧到轮毂11一侧逐渐增大，呈稳定的斜坡形。采用本实施例的切割机的磨刀方法，可以快速稳定的达成理想刀型。采用本实施例的切割机的磨刀方法形成的斜坡形刀型(轮毂11侧突出的斜形)，用于切割晶圆的首片缺陷率小于0.1％，通过切割刀片12斜坡形刀型来平衡切割刀片12相对于轮毂11和电机14的装配不对称性，斜坡形刀型有利于切割中排屑，从而解决了纯刀片切割过程中晶圆在叠层处分层的问题，提高了晶圆切割制程的合格率。

常规磨刀方式，磨刀后用于切割首片晶圆品质不可控，异常率达70％，平均分层缺陷率高达15％。本实施例的磨刀方式，切割品质好，磨刀后用于切割首片晶圆品质可控，异常率1％，平均分层缺陷良率<0.1％。

本发明还提供一种晶圆切割方法，如图9所示，包括：

提供晶圆30，晶圆30包括衬底和位于衬底上的由介质膜和功能膜形成的叠层结构；介质膜例如为由无机材料诸如SiOF或BSG(SiOB)的膜，或有机材料诸如聚酰亚胺基或聚对二甲苯基聚合物的膜形成的低介电绝缘膜。

提供切割机，切割机包括沿轴向依次设置的轮毂11、圆环状的切割刀片12和电机14，切割刀片12采用上述的磨刀方法完成磨刀，磨刀后的切割刀片12的径向上的最外侧边缘到切割刀片的轴线o的距离从电机14一侧到轮毂11一侧逐渐增大，呈斜坡形；

采用切割刀片12沿预设的划片道切割晶圆30，从晶圆30正面向背面依次切割叠层结构和衬底。

采用本实施例的切割机的磨刀方法形成的切割刀片12为斜坡形刀型(轮毂11侧突出的斜形)，用于切割晶圆30，晶圆30的背面粘贴有粘膜31。电机14控制主轴10旋转通过轮毂11带动切割刀片12旋转，从而完成切割划片。通过切割刀片12斜坡形刀型来平衡切割刀片12相对于轮毂11和电机14的装配不对称性，斜坡形刀型有利于切割中排屑，从而解决了纯刀片切割过程中晶圆在叠层处分层的问题，提高了晶圆切割制程的合格率。

本实施例的切割机还包括：具有吸持装置的卡盘台，用于固定作为工件的晶圆(裸片晶圆或功能晶圆)；图像拾取装置，用于拾取在该卡盘台上固定的晶圆的图像；以及一个移动装置，用于使卡盘台和切割刀片12相对彼此移动。该切割机具有以高速旋转的主轴10和装配到该主轴10上的轮毂11，切割刀片12固定在轮毂11径向周侧边缘。切割刀片12用于切割卡盘台上固定的晶圆。

将该卡盘台设置在该图像拾取装置的正下方之后，通过图像拾取装置和移动装置来执行晶圆的待切割区域的对准操作。也就是说，该图像拾取装置和该移动装置执行诸如图案匹配等的图像处理，沿着预定方向切割道的切割刀片12对准，由此进行待切割区域的对准。

在检测到该卡盘台上固定的晶圆上进行了待切割区域的对准之后，将固定晶圆的卡盘台移动到待切割区域的切割起始位置。以预定的转数旋转切割刀片12，并且移动装置以预定的切割供给速率使卡盘台和切割刀片12相对彼此移动。沿着切割道区域，自晶圆正面向背面进行切割。例如，在下面的加工条件下进行上述切割步骤。切割刀片12：外径为40mm～60mm，厚度为70μm～90μm。切割刀片12的转数：25000rpm～50000rpm。切割供给速度：40mm/sec～70mm/sec。

采用本实施例的切割机的磨刀方法形成的斜坡形刀型(轮毂11侧突出的斜形)切割晶圆，切割品质好。推动改善了晶圆30(例如背照式图像传感器晶圆)纯刀片切割的可行性和产品可靠性，省去了激光开槽制程降低了成本，不受激光开槽后铜花可靠性问题困扰，提升了纯刀片切割晶圆30例如低介电绝缘膜(低k膜)背照式图像传感器产品时制程的稳定性。

综上所述，本发明提供一种切割机的磨刀方法及晶圆切割方法，包括：提供切割机，切割机包括沿轴向设置的轮毂、切割刀片和电机；提供裸片晶圆作为磨刀器；全切裸片晶圆，采用切割刀片逐行切透裸片晶圆，形成若干第一切割槽；单侧切裸片晶圆，采用切割刀片的远离轮毂一侧的部分对第一切割槽远离轮毂一侧的裸片晶圆进行逐行切割，使切割刀片的远离轮毂一侧的部分被磨损；磨刀完成的切割刀片的径向上的最外侧边缘(刀刃)到轴线的距离从电机一侧到轮毂一侧逐渐增大，呈斜坡形。本发明全切结合单侧切的磨刀方法形成的切割刀片的刀刃形状一致性较好，形成稳定的斜坡形刀型。采用该切割刀片切割晶圆，切割品质好，解决了纯刀片切割过程中晶圆在叠层处分层的问题，提高了晶圆切割制程的合格率。改善了纯刀片切割晶圆的可行性和晶圆的可靠性，省去了激光开槽制程从而降低了成本，提升了纯刀片切割晶圆制程的稳定性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的器件相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种切割机的磨刀方法，其特征在于，包括：

单侧切所述裸片晶圆，采用所述切割刀片的远离所述轮毂一侧的部分对所述第一切割槽远离所述轮毂一侧的所述裸片晶圆进行逐行切割，使所述切割刀片的远离所述轮毂一侧的部分被磨损；磨刀完成的所述切割刀片的径向上的最外侧边缘到所述切割刀片的轴线的距离从所述电机一侧到所述轮毂一侧逐渐增大，呈斜坡形。

2.如权利要求1所述的切割机的磨刀方法，其特征在于，单侧切过程中所述裸片晶圆被切割的宽度小于所述第一切割槽的宽度。

3.如权利要求1所述的切割机的磨刀方法，其特征在于，单侧切过程中所述裸片晶圆被切割的宽度为所述切割刀片宽度的1/4～2/3。

4.如权利要求1所述的切割机的磨刀方法，其特征在于，所述切割机还包括：卡盘台，用于固定所述裸片晶圆；移动装置，用于以预定的切割供给速率使所述卡盘台和所述切割刀片相对彼此移动。

5.如权利要求4所述的切割机的磨刀方法，其特征在于，在全切和单侧切所述裸片晶圆的过程中，所述切割刀片：外径为40mm～60mm，厚度为70μm～90μm；所述切割刀片的转数：25000rpm～50000rpm；所述切割供给速度：40mm/sec～70mm/sec。

6.如权利要求1所述的切割机的磨刀方法，其特征在于，所述裸片晶圆的厚度为400μm～1000μm。

7.如权利要求1所述的切割机的磨刀方法，其特征在于，所述切割机还包括主轴，所述轮毂套设在所述主轴上，所述切割刀片固定在所述轮毂径向周侧边缘，所述电机驱动所述主轴转动，通过所述轮毂带动所述切割刀片旋转。

8.一种晶圆切割方法，其特征在于，包括：

提供切割机，所述切割机包括沿轴向依次设置的轮毂、圆环状的切割刀片和电机，所述切割刀片采用如权利要求1至7任意一项的磨刀方法完成磨刀，磨刀后的所述切割刀片的径向上的最外侧边缘到所述切割刀片的轴线的距离从所述电机一侧到所述轮毂一侧逐渐增大，呈斜坡形；

9.如权利要求8所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述介质膜包括聚酰亚胺基膜或聚对二甲苯基聚合物膜形成的低介电绝缘膜。

10.如权利要求8所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述切割刀片：外径为40mm～60mm，厚度为70μm～90μm；所述切割刀片的转数：25000rpm～50000rpm；所述切割供给速度：40mm/sec～70mm/sec。