TW201400220A - 加工方法及加工裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可容易地控制加工區域的加工方法及加工裝置。本發明之加工方法是對被加工物施行蝕刻加工的方法，一面將蝕刻氣體供給至將被保持在保持平台之保持面的被加工物收容的蝕刻腔室內，一面從保持平台之保持面的相反側，將對於保持平台及被加工物具有透過性之波長的雷射光線，把聚光點定位於被加工物中之加工區域的內部而進行照射，藉此，激發加工區域而誘發蝕刻。

Description

加工方法及加工裝置 發明領域
本發明係一種有關於對被加工物施行蝕刻加工的加工方法及加工裝置。
發明背景
在半導體元件製造製程中，在略呈圓板形狀之半導體晶圓的表面，藉由配列成格子狀之稱為切割道的分割預定線，區劃成複數的區域，在該等被區劃出的區域形成IC、LSI等元件(device)。然後，沿著切割道切斷半導體晶圓，藉此，將形成有元件的區域分割而製造各個元件。又，在藍寶石基板或碳化矽基板的表面積層有氮化鎵系化合物半導體等的光元件晶圓，也沿著切割道進行切斷，藉此，分割成各個發光二極體、雷射二極體等光元件，而廣泛地利用於電氣機器。
像上述這樣沿著晶圓之切割道所進行的切斷，通常是由稱為切塊機的切削裝置來進行。此切削裝置具備有：保持半導體晶圓或光元件晶圓等被加工物的夾盤台、用來將保持於該夾盤台之被加工物進行切削的切削手段、及使夾盤台與切削手段相對移動的切削送進手段。切削手 段包含有旋轉心軸、安裝於該心軸的切削刀以及具有將旋轉心軸旋轉驅動之驅動機構的心軸單元。切削刀是由圓盤狀的基台、以及安裝於該基台之側面外周部的環狀刀刃所構成，刀刃例如藉由電鑄將粒徑3μm左右的鑽石研磨粒固定於基台而形成厚度30μm左右。當藉由這樣的切削刀將晶圓沿著切割道切斷而分割成各個元件，則在元件的表面及背面會產生缺陷，而有使元件的橫裂(transverse)強度降低的問題。
又，沿著切割道分割晶圓的方法，已提出如下 之方法：沿著形成於晶圓之切割道，照射對於晶圓具有吸收性之波長的脈衝雷射光線，藉此形成雷射加工溝，再沿著該雷射加工溝，藉由機械斷裂裝置來進行割斷(例如，參照專利文獻1)。
但是，當把對於晶圓具有吸收性之波長的脈衝 雷射光線沿著晶圓的切割道照射時，則在所照射的區域熱能會集中而產生殘材(debris)，此殘材會附著於元件表面而使元件的品質降低，因而產生新的問題。
又，沿著切割道分割晶圓的方法，已嘗試了如 下之雷射加工方法：使用對於晶圓具有透過性之波長的脈衝雷射光線，使聚光點位於應進行分割的區域內部而照射脈衝雷射光線。使用了此雷射加工方法的分割方法，從晶圓的一面側，使聚光點位於內部而將對於晶圓具有透過性之波長的脈衝雷射光線沿著切割道進行照射，於晶圓內部連續地形成改質層，再沿著因為形成該改質層而使強度降 低的切割道施加外力，藉此，將晶圓分割成各個元件(例如，參照專利文獻2)。
但是，由於藉由記載於上述專利文獻2之分割方 法而分割的各個元件側面會殘存改質層，因此會有元件的橫裂強度降低而使元件的品質變差的問題。
為了解決上述問題，提出了如下的技術：對於 照射雷射光線的被加工部，供給用於使被加工物之熔融物質蒸發的溶液，藉此使因為照射雷射光線而飛散的熔融物質蒸發(例如，參照專利文獻3)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本發明公開公報特開平10-305420號
專利文獻2：日本發明專利公報第3408805號
專利文獻3：日本發明公開公報特開2004-247426號
發明概要
然而，在上述專利文獻3所揭示的技術中，有難以控制用以使已飛散之熔融物質蒸發的溶液的供給區域，而會使元件的品質變差的問題。
本發明是有鑑於上述事實而作成者，主要的技術課題在於提供一種可容易控制加工區域的加工方法及加工裝置。
為了解決上述主要的技術課題，根據本發明，提 供一種被加工物之加工方法，其特徵在於包含有：保持工程，以保持平台之保持面來保持被加工物；被加工物收容工程，將被保持在該保持平台之被加工物收容於蝕刻腔室內；蝕刻氣體供給工程，實施了該被加工物收容工程後，將蝕刻氣體供給至該蝕刻腔室內；及蝕刻誘發工程，一面供給該蝕刻氣體，一面從該保持平台之保持面的相反側，將對於該保持平台及被加工物具有透過性之波長的雷射光線，把聚光點定位於被加工物中之加工區域的內部而進行照射，藉此，激發該加工區域而誘發蝕刻。
上述加工區域是溝加工區域，將雷射光線把聚光 點定位於被加工物中之該溝加工區域的內部而沿著該溝加工區域進行照射。被加工物是矽基板，而蝕刻氣體包含氯氣或三氟化氯氣體。
又，根據本發明，提供一種加工裝置，是對於被 加工物施行蝕刻加工的加工裝置，其特徵在於具備有：保持平台，具有將被加工物進行保持的保持面；蝕刻腔室，將被保持在該保持平台之保持面的被加工物收容於內；蝕刻氣體供給手段，將蝕刻氣體供給至該蝕刻腔室；雷射光線照射手段，配設在該保持平台之保持面的相反側，向被保持在該保持平台之保持面的被加工物照射雷射光線；及加工送進手段，將該保持平台與該雷射光線照射手段相對地朝加工送進方向進行加工送進，一面使該蝕刻氣體供給手段作動而將蝕刻氣體供給至該蝕刻腔室內，一面使該雷 射光線照射手段作動而將對於該保持平台及被加工物具有透過性之波長的雷射光線，把聚光點定位於被加工物中之加工區域的內部而進行照射，藉此，激發加工區域而誘發蝕刻。
在本發明中，由於一面將蝕刻氣體供給至將被保持在保持平台之保持面的被加工物收容的蝕刻腔室內，一面從保持平台之保持面的相反側，將對於保持平台及被加工物具有透過性之波長的雷射光線，把聚光點定位於被加工物中之加工區域的內部而進行照射，藉此，激發加工區域而誘發蝕刻，因此在進行了蝕刻加工的溝等，不會產生缺陷或改質層。又，由於應進行蝕刻的區域被雷射光線激發，所以可容易控制加工區域。
2‧‧‧基台
3‧‧‧第1平台
4‧‧‧第2平台
5‧‧‧保持平台
6‧‧‧蝕刻腔室
7‧‧‧蝕刻氣體供給手段
8‧‧‧雷射光線照射手段
9‧‧‧校準手段
10‧‧‧半導體晶圓
10a‧‧‧表面
10b‧‧‧背面
21、22、33、34‧‧‧引導軌
31‧‧‧開口
32、43‧‧‧被引導軌
35‧‧‧加工送進手段
41‧‧‧孔
42‧‧‧嵌合溝
45‧‧‧分度送進手段
51‧‧‧圓環狀支持部
52‧‧‧保持部
53‧‧‧夾具
55‧‧‧旋動手段
60‧‧‧密封腔室
61‧‧‧環狀側壁
62‧‧‧頂壁
71‧‧‧蝕刻氣體收容槽
72‧‧‧送給泵
73‧‧‧配管
74、76‧‧‧電磁開閉閥
75‧‧‧配管
77‧‧‧無毒過濾器
81‧‧‧雷射光線振盪手段
82‧‧‧聚光器
100‧‧‧分割溝
101‧‧‧切割道
102‧‧‧元件
211、331‧‧‧引導溝
351、451‧‧‧公螺桿
352、452‧‧‧軸承
353、453、551‧‧‧脈衝馬達
354、454‧‧‧母螺塊
521、623‧‧‧玻璃板
552‧‧‧滑輪
553‧‧‧無端皮帶
621‧‧‧蝕刻氣體導入口
622‧‧‧蝕刻氣體排出口
Cl2‧‧‧氯氣
F‧‧‧環狀框
LB‧‧‧雷射光線
P‧‧‧聚光點
SiCl4‧‧‧氯化矽
T‧‧‧保護膠帶
X、Y、X1‧‧‧箭號
圖1是依照本發明所構成的加工裝置的立體圖。
圖2是圖1所示之加工裝置的截面圖。
圖3是將圖1及圖2所示之加工裝置的重要部分分解顯示的立體圖。
圖4是藉由本發明之加工方法而進行加工的半導體晶圓的立體圖。
圖5(a)、(b)是將圖4所示之半導體晶圓貼附於安裝在環狀框之保護膠帶表面的晶圓支持工程的說明圖。
圖6(a)~(c)是顯示本發明之加工方法中的加工工程的說明圖。
用以實施發明之形態
以下，參照附圖詳細地說明本發明之加工方法及加工裝置的較佳實施形態。
於圖1顯示依照本發明所構成之加工裝置的立體圖，於圖2顯示圖1所示之加工裝置的截面圖，於圖3顯示將圖1及圖2所示之加工裝置的重要部分分解而顯示的立體圖。本實施形態中之加工裝置具備有：基台2、可朝以箭號X所示之加工送進方向移動地配設於該基台2上的第1平台3、以及可朝與箭號X正交而以箭號Y所示之分度送進方向移動地配設於該第1平台3上的第2平台4。基台2形成為矩形，於其兩側部上面，朝以X箭號所示之加工送進方向彼此平行地配設有2根引導軌21、22。另外，在2根引導軌中之一引導軌21，於其上面形成有截面為V字狀的引導溝211。
上述第1平台3如圖3所示，形成為在中央部具有矩形狀開口31的窗框狀。在該第1平台3的一側部下面，設有被引導軌32，與形成在設於上述基台2之一引導軌21上的引導溝211可滑動地相嵌合。又，在第1平台3的兩側部上面，朝與上述被引導軌32正交的方向，彼此平行地配設有2根引導軌33、34。另外，在2根引導軌中之一引導軌33，於其上面形成有截面為V字狀的引導溝331。如上述般構成之第1平台3，如圖1所示，使被引導軌32與形成在設於基台2之一引導軌21上的引導溝211相嵌合，並且，將另一側部下面載置於設在基台2之另一引導軌22上。加工裝置具備有加 工送進手段35，使第1平台3沿著設在基台2之引導軌21、22朝以箭號X所示之加工送進方向移動。此加工送進手段35由以下所構成：公螺桿351，如圖3所示，與設於基台2之另一引導軌22平行地配設；軸承352，配設於基台2，使公螺桿351之一端部可旋轉地來支持之；脈衝馬達353，與公螺桿351之另一端連結，用以旋轉驅動公螺桿351；及母螺塊354，如圖2所示，設在上述第1平台3的下面，與公螺桿351螺合。如上述般構成的加工送進手段35藉由驅動脈衝馬達353而將公螺桿351旋動，使第1平台3朝圖1中以箭號X所示之加工送進方向移動。
上述第2平台4如圖3所示，形成為矩形狀，在中 央部具有圓形的孔41，並且，在圍繞該圓形的孔41的上表面，設有環狀的嵌合溝42。在該第2平台4的一側部下面，設有被引導軌43，與形成在設於上述第1平台3之一引導軌33上的引導溝331可滑動地相嵌合。如上述般構成之第2平台4，如圖1所示，使被引導軌43與形成在設於第1平台3之一引導軌33上的引導溝331相嵌合，並且，將另一側部下面載置於設在第1平台3之另一引導軌34上。加工裝置具備有分度送進手段45，使第2平台4沿著設在第1平台3之引導軌33、34朝以箭號Y所示之分度送進方向移動。此分度送進手段45由以下所構成：公螺桿451，如圖3所示，與設於第1平台3之另一引導軌34平行地配設；軸承452，配設於第1平台3，使公螺桿451之一端部可旋轉地來支持之；脈衝馬達453，與公螺桿451之另一端連結，用以旋轉驅動公螺桿 451；及母螺塊454，如圖2所示，設在上述第2平台4的下面，與公螺桿451螺合。如上述般構成的分度送進手段45藉由驅動脈衝馬達453而將公螺桿451旋動，使第2平台4朝圖1中以箭號Y所示之分度送進方向移動。
加工裝置具備有保持平台5，其配設在上述第2 平台4上，將被加工物保持住。保持平台5是由圓環狀的支持部51、及覆蓋該支持部51之上端的保持部52所構成，支持部51的下端部與設在上述第2平台4之上表面的環狀嵌合溝42可旋動地相嵌合。構成該保持平台5之保持部52，在圖示之實施形態中，保持被加工物的中央區域是由玻璃板521所形成，該玻璃板521的上表面的機能是作為保持被加工物的保持面。在如此構成之保持部52中圍繞玻璃板521的上表面，如圖3所示，配設有用以將後述之環狀框固定的夾具53。
參照圖1繼續說明，加工裝置具備有用以使上述 保持平台5旋動的旋動手段55。該旋動手段55係由以下所構成：配設於上述第2平台4的脈衝馬達551、裝接於該脈衝馬達551之旋轉軸的滑輪552、及捲繞於該滑輪552與保持平台5之圓環狀支持部51的無端皮帶553。如上述構成之旋動手段55藉由驅動脈衝馬達551，可透過滑輪552及無端皮帶553，使保持平台5沿著設在上述第2平台4上面的環狀嵌合溝42旋動。
加工裝置具備有蝕刻腔室6，該蝕刻腔室6可裝脫 地配設在構成上述保持平台5之保持部52外周部，可將被保持在保持平台5之保持面的被加工物收容。該蝕刻腔室6是 由環狀側壁61、及覆蓋該環狀側壁61上端的頂壁62所構成，在頂壁62設有蝕刻氣體導入口621及蝕刻氣體排出口622。又，構成蝕刻腔室6的頂壁62之中央部，是由透明的玻璃板623所形成。將如上述所構成的蝕刻腔室6之環狀側壁61的下端面，透過適宜的密封手段，可裝脫地裝接於構成保持平台5的保持部52之外周部，藉此，如圖2所示，形成密封腔室60。
參照圖1繼續說明，加工裝置具備有蝕刻氣體供 給手段7，用以將蝕刻氣體供給至上述蝕刻腔室6。蝕刻氣體供給手段7係由以下所構成：蝕刻氣體收容槽71；送給泵72，將收容於該蝕刻氣體槽71的蝕刻氣體進行送給；電磁開閉閥74，配設在連接該送給泵72與上述蝕刻腔室6之蝕刻氣體導入口621的配管73上；電磁開閉閥76及無毒過濾器77，配設在與上述蝕刻腔室6之蝕刻氣體排出口622連接的配管75上。另外，在上述蝕刻氣體供給手段7的蝕刻氣體收容槽71，在圖示之實施形態中，收容有適於蝕刻矽的氯Cl2氣體或三氟化氯ClF3氣體。
參照圖2及圖3繼續說明，在上述基台2的中央 部，配設有雷射光線照射手段8，將雷射光線照射在被保持於上述保持平台5之保持面的被加工物。雷射光線照射手段8具備有：雷射光線振盪手段81，將透過保持平台5之玻璃板521並且透過被加工物之後述半導體晶圓的波長的雷射光線進行照射；及聚光器82，將從該雷射光線振盪手段81所振盪出的雷射光線聚光，照射於被保持在保持平台5之保 持面的被加工物。
回到圖1繼續說明，加工裝置如圖1所示，具備有 配設在上述蝕刻腔室6之中央部上方的校準手段9。該校準手段9配設於構成上述雷射光線照射手段8的聚光器82之正上方。校準手段9是由顯微鏡或CCD攝影機等光學手段所構成，將所拍攝的圖像訊號送至未圖示的控制手段。
加工裝置構成如以上，以下說明其作用。圖4中 顯示了作為被加工物之半導體晶圓的立體圖。圖4所示之半導體晶圓10，在矽基板之表面10a藉由配列成格子狀的切割道101，區劃成複數的區域，在該等被區劃出的區域，形成有IC、LSI等元件102。說明沿著如上述構成之半導體晶圓10的切割道101來形成分割溝的方法。
要將上述半導體晶圓10沿著切割道101形成分割 溝，要把半導體晶圓10如圖5之(a)及(b)所示，貼附在裝接於環狀框F的保護膠帶T的表面。此時，半導體晶圓10是以表面10a為上，將背面10b側貼附於保護膠帶T。如此，半導體晶圓10透過保護膠帶T而被支持於環狀框F(晶圓支持工程)。另外，保護膠帶T在本實施形態中，是在厚度為100μm的由聚氯乙烯(PVC)所形成的片狀基材表面，將丙烯樹脂系的糊塗佈厚度5μm左右。
若已實施了上述晶圓支持工程，則取下上述蝕刻 腔室6，將透過保護膠帶T而被支持於環狀框F的半導體晶圓10載置於保持平台5上。此時，將半導體晶圓10定位於構成保持平台5之保持部52的玻璃板521上。然後，透過保護膠 帶T支持住半導體晶圓10的環狀框F被夾具53固定。如此，透過保護膠帶T而被保持在保持平台5上的半導體晶圓10，其表面10a為上側(晶圓保持工程)。
若如上述般實施了晶圓保持工程，則將蝕刻腔室 6裝接於保持平台5上的預定位置。如此將蝕刻腔室6裝接於保持平台5上的預定位置，藉此，如圖2所示，形成密閉腔室60(腔室密閉工程)。
接著，使校準手段9作動，執行校準作業：通過 設在蝕刻腔室6之頂壁62的玻璃板623，將保持在保持平台5上之半導體晶圓應形成分割溝的加工區域進行檢測。亦即，校準手段9及未圖示之控制手段執行用以將半導體晶圓10之形成於第1方向的切割道101、與沿著切割道101照射雷射光線的雷射光線照射手段8之聚光器82間進行對位的型樣匹配等圖像處理，來進行雷射光線照射位置的校準。此時，當切割道101與箭號X所示之加工送進方向不平行時，使上述旋動手段55作動，旋動保持平台5，進行調整以使切割道101與箭號X所示之加工送進方向平行。又，形成於半導體晶圓10之延伸於相對上述第1方向為直交之第2方向的切割道101，對於此種切割道101也同樣地進行雷射光線照射位置的校準(校準工程)。
若如上述實施了校準工程，則使加工送進手段35 及分度送進手段45作動，如圖6(a)所示，將保持平台5移動至照射雷射光線的雷射光線照射手段8之聚光器82所位在的雷射光線照射區域，使半導體晶圓10的預定的切割道101 之一端(在圖6(a)中為左端)，定位於雷射光線照射手段8之聚光器82的正上方。然後，使從聚光器82照射的雷射光線之聚光點P，定位於比半導體晶圓10之表面10a(上表面)稍微下方的位置(雷射光線照射手段定位工程)。接著，使蝕刻氣體供給手段7之送給泵72作動，使電磁開閉閥74為開路，將收容於蝕刻氣體收容槽71內的氯Cl2氣體或三氟化氯ClF3氣體等蝕刻氣體導入密閉腔室60，並且，使電磁開閉閥76為開路，將密閉腔室60內包含空氣的氣體通過無毒過濾器77排出(蝕刻氣體供給工程)。如此，在將氯Cl2氣體或三氟化氯ClF3氣體等蝕刻氣體供給至密閉腔室60內的狀態下，使雷射光線照射手段8作動，一面照射對構成上述保持平台5之保持部52的玻璃板521及保護膠帶T與構成半導體晶圓10之矽基板具有透過性之波長的雷射光線LB，一面使加工送進手段35作動，而使保持平台5朝圖6(a)中以箭號X1所示之方向依預定的送進速度移動。然後，如圖6(b)所示，當雷射光線照射手段8之聚光器82的照射位置已達切割道101的另一端的位置，則停止雷射光線的照射，並且停止保持平台5的移動。如此，使從聚光器82照射的雷射光線LB之聚光點P，定位於較半導體晶圓10之表面10a(上表面)稍微下方的位置而進行照射，藉此，激發切割道101應進行蝕刻的區域，來誘發蝕刻氣體所行之蝕刻。結果，如圖6(c)所示，當蝕刻氣體為氯Cl2氣體時，切割道101之應蝕刻區域被蝕刻為SiCl4，形成分割溝100(加工工程)。在如此藉由蝕刻而形成的分割溝100。不會產生缺陷或改質層。又，由於應進行蝕 刻的區域被雷射光線激發，故可容易控制形成溝的區域。
在上述加工工程中之雷射光線照射條件例如設定如下。
<照射條件：1>
光源：YAG連續波雷射
波長：1064nm
平均輸出：10W
聚光點(spot)徑：φ1μm
<照射條件：2>
光源：YAG脈衝雷射
波長：1064nm
重複頻率：10kHz
平均輸出：1W
脈衝幅：10ns
聚光點(spot)徑：φ1μm
如上所述沿著預定之切割道101實施了上述加工工程後，使分度送進手段45作動，將保持平台5朝箭號Y所示之分度送進方向分度送進形成於半導體晶圓10之切割道101的間隔，施行上述加工工程。如此，若沿著形成於第1方向所有的切割道101實施了上述加工工程，則使旋動手段55作動，將保持平台5旋動90度，沿著朝相對於形成為上述第1方向之切割道101為直交的第2方向延伸的切割道101，執行上述加工工程。
如以上，沿著切割道101形成了分割溝100的半導 體晶圓10，被搬送至沿著形成了分割溝100之切割道101而分割成各個元件102的分割工程。
以上，根據圖示之實施形態說明了本發明，但本 發明並不限定於實施形態，可在本發明之旨趣的範圍內進行各種變形。在上述實施形態中顯示了沿著半導體晶圓10之切割道101形成分割溝100之例，但本發明不限於進行溝加工，可廣泛地適用於孔加工等其他蝕刻加工。
10‧‧‧半導體晶圓
10a‧‧‧表面
52‧‧‧保持部
53‧‧‧夾具
82‧‧‧聚光器
100‧‧‧分割溝
101‧‧‧切割道
102‧‧‧元件
521‧‧‧玻璃板
Cl2‧‧‧氯氣
F‧‧‧環狀框
LB‧‧‧雷射光線
P‧‧‧聚光點
SiCl4‧‧‧氯化矽
T‧‧‧保護膠帶
X1‧‧‧箭號

Claims (4)

  1. 一種被加工物之加工方法，其特徵在於包含有：保持工程，以保持平台之保持面來保持被加工物；被加工物收容工程，將被保持在該保持平台之被加工物收容於蝕刻腔室內；蝕刻氣體供給工程，實施了該被加工物收容工程後，將蝕刻氣體供給至該蝕刻腔室內；及蝕刻誘發工程，一面供給該蝕刻氣體，一面從該保持平台之保持面的相反側，將對於該保持平台及被加工物具有透過性之波長的雷射光線，把聚光點定位於被加工物中之加工區域的內部而進行照射，藉此，激發該加工區域而誘發蝕刻。
  2. 如申請專利範圍第1項之加工方法，其中該加工區域是溝加工區域，將雷射光線把聚光點定位於被加工物中之該溝加工區域的內部而沿著該溝加工區域進行照射。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之加工方法，其中被加工物是矽基板，而蝕刻氣體包含氯氣或三氟化氯氣體。
  4. 一種加工裝置，是對於被加工物施行蝕刻加工的加工裝置，其特徵在於具備有：保持平台，具有將被加工物進行保持的保持面；蝕刻腔室，將被保持在該保持平台之保持面的被加工物收容於內；蝕刻氣體供給手段，將蝕刻氣體供給至該蝕刻腔室； 雷射光線照射手段，配設在該保持平台之保持面的相反側，向被保持在該保持平台之保持面的被加工物照射雷射光線；及加工送進手段，將該保持平台與該雷射光線照射手段相對地朝加工送進方向進行加工送進，且，該加工裝置一面使該蝕刻氣體供給手段作動而將蝕刻氣體供給至該蝕刻腔室內，一面使該雷射光線照射手段作動而將對於該保持平台及被加工物具有透過性之波長的雷射光線，把聚光點定位於被加工物中之加工區域的內部而進行照射，藉此，激發加工區域而誘發蝕刻。
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