CN1817603B - 晶片的分割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的晶片的分割方法，将由层叠在衬底表面上的层叠体形成了器件的晶片，利用切削刀片沿着划分该器件的多个切割道切断，其特征在于，包括如下工序：激光加工槽形成工序，沿着晶片上形成的切割道照射激光光线，以比该切削刀片的厚度大的间隔形成比该层叠体的厚度深的两条激光加工槽；对准工序，对通过该激光加工槽形成工序而形成在晶片的切割道中的该两条激光加工槽进行拍摄，根据该拍摄到的图像，使该切削刀片定位于该两条激光加工槽之间的中央位置；和切断工序，实施了该对准工序之后，一边旋转该切削刀片一边相对移动该切削刀片和晶片，沿着形成了该两条激光加工槽的切割道切断晶片。

Description

晶片的分割方法
技术领域
本发明涉及一种沿着半导体晶片等晶片的表面上形成的切割道分割晶片的晶片分割方法。
背景技术
如本领域技术人员所公知，在半导体器件制造工序中，用绝缘膜和功能膜被层叠在硅等半导体衬底的表面上的层叠体形成半导体晶片，该半导体晶片矩阵状地形成了多个IC、LSI等半导体芯片。这样形成的半导体晶片由被称为切割道的分割预定线划分为半导体芯片，通过沿着该切割道进行分割，制造各半导体芯片。
这种沿着半导体晶片的切割道的分割通常利用称为划片机的切削装置进行。该切削装置具有：保持被加工物即半导体晶片的卡盘台、用于对该卡盘台上保持的半导体晶片进行切削的切削机构、以及用于使卡盘台和切削机构相对地移动的移动机构。切削机构包括高速旋转的旋转轴和安装在该旋转轴上的切削刀片。切削刀片包括圆盘状的底座和安装在该底座的侧面外周部的环状的切削刀刃构成，切削刀刃通过电铸来固定例如粒径为3μm左右的金刚石磨粒而形成。
近来，为了提高IC、LSI等半导体芯片的处理能力，如下形式的半导体晶片已被实用化，该半导体晶片用低介电常数的绝缘体被膜(低-k膜)和形成电路的功能膜被层叠在硅等半导体衬底的表面上的层叠体来形成半导体芯片，上述绝缘体被膜由SiOF、BSG(SiOB)等无机物系的膜、和聚酰亚胺系、聚对亚苯基二甲基系等聚合物膜即有机物系膜构成。
另外，如下结构的半导体晶片也已被实用化，该半导体晶片在半导体晶片的切割道中局部地设置称为测试元件组(TEG，Test ElementGroup)的金属图案，在分割半导体晶片之前，通过金属图案来测试电路功能。
上述低-k膜和测试元件组(TEG)与晶片的材料不同，所以难以用切削刀片同时切削。即，因为低-k膜如云母那样非常脆，所以用切削刀片沿着切割道进行切削时，有低-k膜剥离、该剥离到达电路并对半导体晶片造成致命损伤的问题。此外，由于测试元件组(TEG)由金属来形成，因此，用切削刀片进行切削时会发生变化。
为了消除上述问题，本申请人在日本特愿2003-292189中提出了一种晶片分割方法，沿着半导体晶片上形成的切割道形成两条激光加工槽来截断层叠体，使切削刀片定位于这两条激光加工槽的外侧之间，使切削刀片与半导体晶片相对移动，从而沿着切割道切断半导体晶片。
然而，利用激光加工装置在半导体晶片上形成的切割道中形成激光加工槽时，检测切割道并对加工区域实施对准操作，但是，由于切割道中没有特征点，难以直接检测出切割道。因而，将半导体晶片上形成的电路(半导体芯片)的特征点作为特征图案(key pattern)，并将与切割道的位置关系预先存储在控制机构的存储器中，拍摄该特征图案，并且利用图案匹配法间接地检测出切割道。此外，切削装置在检测应切削的切割道时，也利用上述图案匹配法间接地检测出切割道。然而，在根据激光加工装置的图案匹配的切割道的检测，与根据切削装置的图案匹配的切割道的检测多少会产生误差。其结果，如图14所示，在利用激光加工装置沿着切割道S切削半导体晶片W时，存在不能将切削刀片B准确地定位在激光加工槽G、G之间的中央位置的情况。因此，有切削刀片B在切削阻力小的一侧倾斜并损伤电路(半导体芯片)C的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶片的分割方法，利用激光加工装置在晶片的切割道的宽度方向两侧形成两条激光加工槽，能够使切削装置的切削刀片准确地定位在该激光加工槽之间的中央位置，从而沿着切割道切断晶片。
为了实现上述目的，根据本发明，提供一种半导体晶片的分割方法，将由层叠在衬底表面上的层叠体形成了器件的半导体晶片，利用切削切片沿着划分该器件的多个切割道切断该半导体晶片，其特征在于，包括以下工序：激光加工槽形成工序，通过执行为了与沿着切割道照射激光光线的激光光线照射机构的聚光器之间的对准而进行的基于图案匹配的图像处理，来执行激光光线照射位置的对准，并且，沿着半导体晶片上形成的切割道照射激光光线，以比该切削刀片的厚度大的间隔来形成比该层叠体厚度深的两条激光加工槽；对准工序，对通过该激光加工槽形成工序而形成在半导体晶片的切割道中的该两条激光加工槽进行拍摄，根据该拍摄到的图像，使该切削刀片对准该两条加工槽之间的中央位置；以及切断工序，实施该对准工序之后，一边旋转该切削刀片一边相对移动该切削刀片和半导体晶片，沿着形成了该两条激光加工槽的切割道切断半导体晶片。
在本发明的晶片切割方法中，对通过激光加工槽形成工序而形成在晶片的切割道中的两条激光加工槽进行拍摄，根据所拍摄的图像实施使切削刀片对准两条激光加工槽之间的中央位置的对准工序，因此，在切断工序中，能够使切削刀片准确地定位于两条激光加工槽之间的中央位置，从而进行切削。因而，能够防止切断工序中的切削刀片的倾斜，并且可以事先防止由切削刀片倾斜引起的芯片损伤。
附图说明
图1是表示利用本发明的晶片分割方法来分割的半导体晶片的斜视图；
图2是图1所示的半导体晶片的截面放大图；
图3是表示图1所示的半导体晶片隔着保护带被支承在环状框架上的状态的斜视图；
图4是在本发明的晶片分割方法中实施激光加工槽形成工序的激光加工装置的主要部分斜视图；
图5是简略地表示图4所示的激光加工装置所配备的激光光线照射机构的结构的框图；
图6是用于说明激光光线的聚光点直径的简略图；
图7是表示在本发明的晶片分割方法中的激光加工槽形成工序的说明图；
图8是表示通过图7所示的激光加工槽形成工序在半导体晶片的切割道中形成的激光加工槽的半导体晶片的主要部分的放大截面图；
图9是在本发明的晶片分割方法中实施切断工序的切削装置的主要部分斜视图；
图10是利用图9所示的切削装置中所配备的摄像机构所拍摄的图像的放大图；
图11是表示在本发明的晶片分割方法中的切断工序的说明图；
图12是表示在图11所示的切削工序中将半导体晶片定位于切削起始位置的状态的说明图；
图13是表示通过本发明的半导体晶片的分割加工的切削工序，沿着激光加工槽切削半导体晶片的状态的说明图；
图14是表示现有晶片的分割方法中的切断工序中，切削刀片倾斜的状态的说明图。
具体实施方式
下面，参照附图更详细地说明本发明的晶片分割方法。
图1表示利用本发明的晶片分割方法分割成各芯片的半导体晶片的斜视图，图2表示了图1所示的半导体晶片的主要部分放大截面图。图1和图2所示的半导体晶片2，用绝缘膜和形成电路的功能膜被层叠在硅等半导体衬底20的表面上的层叠体21，矩阵状地形成有多个IC、LSI等半导体芯片22(器件)。而且，各半导体芯片22由形成为格子状的 切割道23来划分。而且，在图示的实施方式中，形成层叠体21的绝缘膜由低介电常数绝缘体被膜(低-k膜)构成，该绝缘体被膜由SiO2膜或SiOF、BSG(SiOB)等无机物膜、和聚酰亚胺类、异戊氨酰类等聚合物膜即有机物膜构成。
沿着切割道23分割上述半导体晶片2，如图3所示，在环状框架3上安装的保护带4上粘贴半导体晶片2。这时，半导体晶片2使表面2a朝上地将背面侧粘贴在保护带4上。
接着，实施如下的激光加工槽形成工序：沿着半导体晶片2的切割道23照射激光光线，以比后述的切削刀片的厚度大的间隔形成比层叠体21的厚度深的两条激光加工槽。该激光加工槽形成工序使用图4至图6所示的激光加工装置5来实施。图4至图6所示的激光加工装置5具有保持被加工物的卡盘台51、和对该卡盘台51上保持的被加工物照射激光光线的激光光线照射机构52。卡盘台51构成为可吸引保持被加工物，并且通过未图示的加工进给机构，在图4中以箭头X表示的加工进给方向上移动，并通过未图示的分度进给机构，在以箭头Y表示的分度进给方向上移动。
上述激光光线照射机构52包括实质上水平设置的圆筒形状的外壳521。如图5所示，在外壳521内配置有脉冲激光光线振荡机构522和传输光学系统523。脉冲激光光线振荡机构522包括由YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器构成的脉冲激光振荡器522a、以及附设于此的重复频率设定机构522b。传输光学系统523包括如分束器那样的适当的光学元件。在上述外壳521的前端部安装有收容了由其自身为公知形态即可的聚光透镜(未图示)构成的聚光器524。从上述脉冲激光光线振荡机构522振荡出的激光光线，通过传输光学系统523到达聚光器524，从聚光器524以预定聚光点直径D对保持在上述卡盘台51上的被加工物进行照射。如图6所示，显示高斯分布的脉冲激光光线通过聚光器524的聚光物镜524a被照射的情况下，该聚光点直径D为D(μm)＝4×λ×f/(π×W)，此处λ为脉冲激光光线的波长(μm)，W为入射 到聚光物镜524a的脉冲激光光线的直径(mm)，f是聚光物镜524a的焦距(mm)。
如图4所示，图示的激光加工装置5具有构成上述激光光线照射机构52的、安装在外壳521的前端部的摄像机构53。该摄像机构53对保持在卡盘台51上的被加工物进行拍摄。该摄像机构53由光学系统和摄像元件(CCD)等构成，将拍摄后的图像信号送到未图示的控制机构。
参照图4、图7和图8对利用上述激光加工装置5实施的激光加工槽形成工序进行说明。
该激光加工槽形成工序中，首先在上述图4所示的激光加工装置5的卡盘台51上放置半导体晶片2，在该卡盘台51上吸附保持半导体晶片2。此时，半导体晶片2被保持为表面2a朝上。此外，在图4中，省略安装有保护带4的环状框架3进行表示，但由卡盘台51上设置的适当的框架保持机构保持环状框架3。
如上所述地吸引保持半导体晶片2的卡盘台51，通过未图示的加工进给机构定位于摄像机构53的正下方。当卡盘台51定位在摄像机构53的正下方时，通过摄像机构53和未图示的控制机构，执行对半导体晶片2应做激光加工的加工区域进行检测的对准操作。即，为了进行沿半导体晶片2的预定方向形成的切割道23、与沿着切割道23照射激光光线的激光光线照射机构52的聚光器524的对准，摄像机构53和未图示的控制机构执行图案匹配等图像处理，执行激光光线照射位置的对准。而且，即使对半导体晶片2上形成的、与上述预定方向成直角延伸的切割道23，也同样执行激光光线照射位置的对准。此外，因为在切割道23中没有特征点，所以上述对准与以往同样，以半导体芯片22(器件)的特征点作为特征图案，将与切割道23的位置关系预先存储在控制机构的存储器中，利用图案匹配法间接地检测出切割道23。
通过上述这样，若检测出卡盘台51上保持的半导体晶片2上形成的切割道23，并已进行激光光线照射位置的对准，如图7所示，将卡盘台51移动到照射激光光线的激光光线照射机构52的聚光器524所在的 激光光线照射区域，使预定切割道23定位于聚光器524的正下方。此时，如图7(a)中所示，将半导体晶片2定位成切割道23的一端(图7(a)中的左端)位于聚光器524的正下方。接着，从激光光线照射机构52的聚光器524一边照射脉冲激光光线，一边在图7(a)中以箭头X1表示的方向上以预定加工进给速度移动卡盘台51即半导体晶片2。而且，如图7(b)所示，当切割道23的另一端(图7(b)中的右端)到达聚光器524的正下方位置时，停止脉冲激光光线的照射，并且停止卡盘台51即半导体晶片2的移动。在该激光加工槽形成工序中，使脉冲激光光线的聚光点P对准切割道23的表面附近。
接着，将卡盘台51即半导体晶片2在垂直于纸面的方向(分度进给方向)上移动30～40μm程度。而且，从激光光线照射机构52的聚光器524照射脉冲激光光线，并且在图7(b)中以箭头X2表示的方向上以预定加工进给速度移动卡盘台51即半导体晶片2，当到达图7(a)所示的位置时，停止脉冲激光光线的照射，并且停止卡盘台51即半导体晶片2的移动。
通过实施上述激光加工形成工序，如图8所示，在半导体晶片2的切割道23中形成比层叠体21厚度深的两条激光加工槽24、24。其结果，层叠体21被两条激光加工槽24、24分断。而且，将切割道23中形成的两条激光加工槽24、24的两个外侧之间的间隔(B)设定为比后述的切削刀片的厚度大。并且，对形成在半导体晶片2上的所有切割道23实施上述激光加工槽形成工序。
而且，例如以如下加工条件进行上述激光加工槽形成工序。
激光光线的光源：YVO4激光器或YAG激光器
波长：355nm
输出功率：2.0W
重复频率：200kHz
脉冲宽度：300ns
聚光点直径：φ10μm
加工进给速度：600mm/秒
若对形成在半导体晶片2上的所有切割道23实施了上述激光加工槽形成工序，则实施沿着切割道23切断的切断工序。如图9所示，该切断工序可以使用一般用作切割装置的切削装置6。即，切削装置6包括具有吸引保持机构的卡盘台61、具有切削刀片621的切削机构62和对保持在卡盘台61上的被加工物进行拍摄的摄像机构63。卡盘台61通过未图示的切削进给机构，可以在图9中以箭头X表示的切削进给方向上移动，并且通过未图表示的分度进给机构，在以箭头Y表示的分度进给方向上移动。另外，卡盘台61可以通过未图示的旋转机构旋转。上述切削刀片621优选使用如下的切削刀片：在电镀液中，在底座的表面上形成镍等金属电镀层，并且在该电镀层内分散金刚石等超级磨粒，形成由磨石层构成的切削刀刃，接着，在上述磨石层的电镀生长侧的表面上仅实施不含超级磨粒的金属电镀，然后进行修整，在切削刀刃的两侧面均匀地露出超级磨粒。即，这样形成的切削刀片621在切削刀刃两侧的切削阻力均匀，在切削时不会倾斜。上述摄像机构63在以箭头X表示的切削进给方向上与切削刀片621配置在同一直线上。该摄像机构63由光学系统和摄像元件(CCD)等构成，将拍摄到的图像信号传送到未图示的控制机构。
参照图9至图13对使用上述切削装置6来实施的切断工序进行说明。
即，如图9所示，将实施过上述激光加工槽形成工序的半导体晶片2使表面2a朝上地放置在切削装置6的卡盘台61上，通过未图示的吸引机构在卡盘台61上保持半导体晶片2。吸引保持了半导体晶片2的卡盘台61通过未图示的切削进给机构定位在摄像机构63的正下方。
当卡盘台61定位在摄像机构63的正下方时，通过摄像机构63和未图示的控制机构执行对半导体晶片2应切削的区域进行检测的对准工序。在该对准工序中，重要的是利用摄像机构63对通过上述激光加工槽形成工序而沿着半导体晶片2的切割道23形成的激光加工槽24、24 进行拍摄执行。即，摄像机构63对形成在半导体晶片2的预定方向上的切割道23进行拍摄，将该图像信号传送到未图示的控制机构。此时，通过上述激光加工槽形成工序，在切割道23中形成了激光加工槽24、24，所以如图10所示，激光加工槽24、24被拍摄为黑色。而且，未图示的控制机构根据从摄像机构63被传送的图10所示的图像信号，使保持着半导体晶片2的卡盘台61工作，以便激光加工槽24、24之间的中间点位于设置在摄像机构63的微细测量线(hair line)(L)上(对准工序)。其结果，在以箭头X表示的切削进给方向上与摄像机构63配置在同一直线上的切削刀片621，被定位于激光加工槽24、24之间的中央位置。通过这样，若是对半导体晶片2的预定方向上形成的切割道23实施了切削区域的对准工序，即使对半导体晶片2上形成的、与上述预定方向成直角延伸的切割道23，也同样地实施切削区域的对准工序。
上述那样对卡盘台61上保持的半导体晶片2上形成的切割道23进行检测，进行了切削区域的对准，则将保持半导体晶片2的卡盘台61移动到切削区域的切削起始位置。此时，如图11(a)所示，半导体晶片2被定位成应切削的切割道23的一端(图11(a)的左端)位于比切削刀片621的正下方偏右侧预定量的位置。此时，在本发明中，在上述对准工序中，对切割道23中形成的两条激光加工槽24、24进行直接拍摄而检测出切削区域，所以如图12所示，切割道23中形成的两条激光加工槽24、24之间的中央位置确实被定位在与切削刀片621相对置的位置。
这样，若卡盘台61即半导体晶片2被定位在切削加工区域的切削起始位置，则切削刀片621从图11(a)中以点划线表示的待机位置向下方切入进给，被定位在图11(a)中以实线表示的预定切入进给位置。如图13(a)所示，该切入进给位置被设定在切削刀片621的下端到达半导体晶片2背面粘贴的保护带4的位置。
接着，沿图11(a)中以箭头621a表示的方向，以预定旋转速度旋转切削刀片621，沿着图11(a)中以箭头X1表示的方向，以预定切削 进给速度移动卡盘台61即半导体晶片2。而且，如图11(b)所示，如果卡盘台61即半导体晶片2的切割道23的另一端(图11(b)中的右端)到达比切削刀片621的正下方偏左侧预定量的位置，则停止卡盘台61即半导体晶片2的移动。这样通过切削进给卡盘台61即半导体晶片2，如图13(b)所示，半导体晶片2形成切削槽25并被切断，该切削槽25到达切割道23中形成的激光加工槽24、24两侧之间的背面(切断工序)。此时，因为切削刀片621被定位在切割道23中形成的两条激光加工槽24、24之间的中央位置，所以不会变曲而沿着两条激光加工槽24、24切断半导体晶片2。
接着，将切削刀片621定位在图11(b)中以点划线表示的待机位置，在图11(b)中以箭头X2表示的方向上移动卡盘台61即半导体晶片2，回到图11(a)表示的位置。而且，将卡盘台61即半导体晶片2在与纸面垂直的方向(分度进给方向)上仅分度进给相当于切割道23的间隔的量，接着，将应切削的切割道23定位在与切削刀片621对应的位置。这样，当接着将应切削的切割道23定位在与切削刀片621对应的位置时，实施上述切断工序。
而且，例如以如下加工条件进行上述切削工序。
切削刀片：外径52mm、厚40μm
切削刀片的旋转速度：40000rpm
切削进给速度：50mm/秒
对半导体晶片2上形成的全部切割道23实施上述切断工序。其结果，半导体晶片2沿着切割道23被切断，分割为各半导体芯片(器件)。

Claims (1)

1.一种半导体晶片的分割方法，将由层叠在衬底表面上的层叠体形成了器件的半导体晶片，利用切削刀片沿着划分该器件的多个切割道切断，其特征在于，包括如下工序：
激光加工槽形成工序，通过执行为了与沿着切割道照射激光光线的激光光线照射机构的聚光器之间的对准而进行的基于图案匹配的图像处理，来执行激光光线照射位置的对准，并且，沿着半导体晶片上形成的切割道照射激光光线，以比该切削刀片的厚度大的间隔形成比该层叠体的厚度深的两条激光加工槽；
对准工序，对通过该激光加工槽形成工序而形成在半导体晶片的切割道中的该两条激光加工槽进行拍摄，根据该拍摄到的图像，使该切削刀片定位于该两条激光加工槽之间的中央位置；和
切断工序，实施了该对准工序之后，一边旋转该切削刀片一边相对移动该切削刀片和半导体晶片，并沿着形成了该两条激光加工槽的切割道切断半导体晶片。
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