TW201539565A - 板狀物的加工方法 - Google Patents

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Yuki Ishida
Tsubasa Obata
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Abstract

本發明之課題為提供一種板狀物的加工方法，其可在不對由基板與形成在基板表面之積層體所構成之板狀物中的基板造成損傷的情形下，去除積層體並使基板露出。解決手段為對由基板與形成於基板表面之積層體所構成的板狀物進行加工的板狀物的加工方法，其會實施基板露出步驟，在板狀物之積層體欲去除的區域照射雷射光線去除積層體以使基板露出，其中雷射光線是設定成會破壞積層體但不會破壞基板的能量密度。

Description

板狀物的加工方法 發明領域
本發明是有關於一種將由矽等基板與形成於該基板的表面之積層體所構成的板狀物中的積層體予以去除而使基板露出的板狀物的加工方法。
發明背景
如所屬技術領域的通常知識者所熟知的，在半導體元件製程中，是藉由在矽等基板的表面積層絕緣膜與功能膜之功能層，而形成將複數個IC、LSI等元件形成矩陣狀的半導體晶圓。如此所形成之半導體晶圓是使上述元件受到稱之為切割道(street)的分割預定線區隔劃分，並藉由沿此分割預定線進行分割，而製造出一個個的半導體元件。
近來，為了提升IC、LSI等半導體晶片的處理能力，在矽等基板的表面上藉由功能層來形成半導體元件之形態的半導體晶圓正被實用化，該功能層是將由SiOF、BSG(SiOB)等之無機物類的膜，或是聚醯亞胺類、聚對二甲苯(parylene)類等之聚合物膜之有機物類的膜所構成之低介電常數絕緣體被覆膜(Low-k膜)積層而成。
沿著這種半導體晶圓之切割道所進行的分割，通 常是由稱之為切割鋸(dicing saw)的切削裝置來進行。此切削裝置具有保持作為被加工物之半導體晶圓的夾頭台、將保持於該夾頭台上之半導體晶圓予以切削的切削手段，以及使夾頭台與切削手段相對移動之移動手段。切削手段包含了使其高速旋轉之旋轉轉軸與裝設在該轉軸上的切削刀。切削刀是由圓盤狀之基台與裝設在該基台側面外周部的環狀切割刃所構成，切割刃是藉由電鑄將例如粒徑3μm左右的金鋼石研磨粒加以固定而形成。
然而，上述Low-k膜要以切削刀來切削是有困難的。亦即，Low-k膜像雲母般非常地脆弱，當以切削刀沿著分割預定線切削時，就會有Low-k膜剝離，該剝離甚至到達元件而對元件造成致命性的損傷的問題。
為了解決上述問題，以下之專利文獻1中揭示的晶圓之分割方法是，藉由在形成於半導體晶圓上之分割預定線的寬度方向的兩側，沿分割預定線照射雷射光線，並沿分割預定線除去積層體而進行分割，將切削刀定位在這2條雷射加工溝的外側之間而將切削刀與半導體晶圓相對移動，以沿著分割預定線切斷半導體晶圓。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2005-142398號公報
發明概要
然而，會有以下的問題：當沿分割預定線照射雷射光線以去除積層體而使矽等基板露出時，會因雷射光線的漏光或直射而對基板的上表面造成損傷，且當沿著已去除積層體之分割預定線以切削刀切削基板時，會從上表面的損傷處產生裂痕而導致元件的抗折強度降低。
這樣的問題普遍發生在要進行從板狀物中去除積層體之加工時，其中該板狀物在基板的上表面形成有TEG(Test Element Group)等金屬膜與鈍化膜等之積層體。
本發明是有鑒於上述事實而作成的，其主要之技術課題在於提供一種板狀物的加工方法，其可在不對由矽等基板與形成在該基板表面之積層體所構成之板狀物中的基板造成損傷的情形下，去除積層體並使基板露出。
為了解決上述之主要技術課題，根據本發明所提供的板狀物的加工方法，是對由基板與形成在該基板表面之積層體所構成之板狀物加工的板狀物的加工方法，其特徵在於：實施基板露出步驟，在板狀物之積層體欲去除的區域照射雷射光線去除積層體以使基板露出，其中雷射光線是設定成會破壞積層體但不會破壞基板的能量密度。
較理想的是，在上述基板露出步驟中所照射之雷射光線，是在將聚光點定位在比構成板狀物之積層體的上表面更上側的位置的聚焦點對積層體的上表面進行照射。
較理想的是，上述板狀物為具有積層體之晶圓，該積 層體為複數個元件以複數條分割預定線區劃而形成在基板的上表面，在上述基板露出步驟中沿分割預定線去除積層體後，會實施切斷步驟以沿分割預定線切斷已露出之基板。
本發明之板狀物的加工方法，由於實施基板露出步驟，在板狀物之積層體欲去除的區域照射已設定成會破壞積層體但不會破壞基板的能量密度的雷射光線，而去除積層體並使基板露出，所以可在不對基板造成損傷的情形下去除積層體。由於像這樣進行就可以在不對基板造成損傷的情形下將積層體去除，所以即使透過切削刀沿分割預定線切削已露出之基板，也不會有在基板上產生裂痕之情形，且不會有導致元件之抗折強度降低之情形。
2‧‧‧半導體晶圓
20‧‧‧基板
20a、21a‧‧‧表面
20b‧‧‧背面
21‧‧‧功能層
22‧‧‧元件
23‧‧‧分割預定線
24‧‧‧溝
3‧‧‧環狀框架
4‧‧‧切割膠帶
5‧‧‧實施功能層去除步驟之雷射加工裝置
51、61‧‧‧夾頭台
52‧‧‧雷射光線照射手段
521‧‧‧套管
522‧‧‧脈衝雷射光線振盪手段
522a‧‧‧脈衝雷射振盪器
522b‧‧‧重複頻率設定手段
523‧‧‧輸出調整手段
524‧‧‧傳送光學系統
525‧‧‧聚光器
525a‧‧‧方向變換鏡
525b‧‧‧對物透鏡
53、63‧‧‧攝像手段
6‧‧‧切削裝置
62‧‧‧切削手段
621‧‧‧轉軸機殼
622‧‧‧旋轉轉軸
623‧‧‧切削刀
623a、X、Y、X1、X2、Z1、Z2‧‧‧箭頭
624‧‧‧基台
625‧‧‧切割刃
LB‧‧‧脈衝雷射光線
P‧‧‧聚光點
S1、S2‧‧‧聚焦點
W‧‧‧被加工物
圖1(a)、(b)為表示以本發明之板狀物的加工方法加工之作為板狀物的半導體晶圓之立體圖以及主要部位放大截面圖。
圖2為立體圖，表示實施過晶圓支撐步驟之半導體晶圓的背面被黏貼在裝設於環狀框架之切割膠帶的表面上的狀態。
圖3為用於實施基板露出步驟之雷射加工裝置的主要部位立體圖。
圖4為裝備在圖3所示之雷射加工裝置中的雷射光線照射手段的構成圖。
圖5(a)~(d)為基板露出步驟之說明圖。
圖6為表示基板露出步驟之其他實施形態的說明圖。
圖7為用於實施切斷步驟之切削裝置的主要部位立體圖。
圖8(a)~(d)為切斷步驟之說明圖。
用以實施發明之形態
以下，針對本發明之板狀物的加工方法，參照附圖以更加詳細地說明。
圖1之(a)及(b)中所示為以本發明之板狀物的加工方法所加工之作為板狀物的半導體晶圓的立體圖以及主要部位放大截面圖。圖1之(a)及(b)中所示之半導體晶圓2，是在厚度為150μm之矽等基板20的表面20a上透過將形成絕緣膜與電路之功能膜積層而成之功能層21(積層體)以將複數個IC、LSI等之元件22形成為矩陣狀。並且，各元件22是被形成為格子狀之分割預定線23(在本實施形態中是設定成寬度為100μm)所區劃。再者，在本實施形態中，形成功能層21之絕緣膜是由以SiO2膜，或SiOF、BSG(SiOB)等之無機物類的膜，或是聚醯亞胺類、聚對二甲苯類等之聚合物膜的有機物類的膜所形成之低介電常數絕緣體被覆膜(Low-k膜)所構成，且是將厚度設定在10μm。
針對將作為上述板狀物之半導體晶圓2中的成為積層體的功能層21沿分割預定線23去除之板狀物的加工方法進行說明。
首先，實施晶圓支撐步驟，在構成半導體晶圓2之基板 20的背面貼上切割膠帶，並以環狀框架支撐該切割膠帶之外周部。亦即，如圖2所示，將構成半導體晶圓2之基板20的背面20b黏貼在切割膠帶4的表面，且該切割膠帶4是以覆蓋環狀框架3的內側開口部的方式裝設外周部。因此，黏貼在切割膠帶4的表面之半導體晶圓2會形成作為積層體之功能層21的表面21a在上側。
實施過上述之晶圓支撐步驟後，即可實施基板露出步驟，對欲去除作為積層體之功能層21的區域照射雷射光線去除積層體之功能層21而使基板20露出，其中該雷射光線是設定成會破壞作為積層體之功能層21但不會破壞基板20的能量密度。此基板露出步驟是使用圖3所示之雷射加工裝置5來實施。圖3所示之雷射加工裝置5具備有保持被加工物之夾頭台51、對保持於該夾頭台51上之被加工物照射雷射光線之雷射光線照射手段52，及對保持於該夾頭台51上之被加工物進行拍攝的攝像手段53。夾頭台51是構成為可吸引保持被加工物，且形成為可藉由圖未示之加工傳送手段使其在圖3中箭頭X所示之加工傳送方向上移動，並且可藉由圖未示之分度傳送手段使其在圖3中箭頭Y所示之分度傳送方向上移動。
上述雷射光線照射手段52包含有實質上為水平地配置之圓筒狀套管521。套管521內如圖4所示，配置有脈衝雷射光線振盪手段522、對從該脈衝雷射光線振盪手段522所振盪發出之脈衝雷射光線的輸出進行調整的輸出調整手段523，及將以該輸出調整手段523調整過輸出的脈衝 雷射光線予以傳送的傳送光學系統524。脈衝雷射光線振盪手段522是由脈衝雷射振盪器522a與附設在其上之重複頻率設定手段522b所構成。從如此所構成之脈衝雷射光線振盪手段522所振盪發出的脈衝雷射光線，是藉由輸出調整手段523調整輸出，並透過傳送光學系統524而被引導到裝設在套管521前端的聚光器525。
如圖4所示，聚光器525具備方向變換鏡525a與對物透鏡525b。方向變換鏡525a可將透過傳送光學系統524被引導之脈衝雷射光線變換方向成朝向對物透鏡525b為直角方向。對物透鏡525b可將以方向變換鏡525a進行過方向變換之脈衝雷射光線聚光於保持在夾頭台51上的被加工物W的上表面。聚光於被加工物W的上表面之脈衝雷射光線LB的聚焦點S1，在本實施形態中是以形成φ 40~50μm的形式構成。再者，在圖4所示之實施形態中，脈衝雷射光線LB是用從定位於比被加工物W之上表面(構成板狀物之積層體的上表面)還上側的聚光點P所擴徑形成之聚焦點S1進行照射。
裝設在構成上述雷射光線照射手段52之套管521的前端部的攝像手段53具備用於照明被加工物之照明手段、捕捉以該照明手段所照明之區域的光學系統，及拍攝被該光學系統所捕捉到的影像的攝像元件(CCD)等，並將所拍攝到的影像訊號傳送到圖未示之控制手段。
針對基板露出步驟，參照圖3及圖5來加以說明，該基板露出步驟是使用上述之雷射加工裝置5，以將脈衝雷 射光線的光區定位在分割預定線23的上表面而沿分割預定線23進行照射，去除積層於分割預定線23上之作為積層體的功能層21以使基板20露出。
首先，是將已實施過上述晶圓支撐步驟之黏貼有半導體晶圓2的切割膠帶4側載置在上述之圖3所示之雷射加工裝置5的夾頭台51上。然後，可藉由作動圖未示之吸引手段，以透過切割膠帶4將半導體晶圓2保持於夾頭台51上(晶圓保持步驟)。因此，被保持於夾頭台51上之半導體晶圓2會形成功能層21在上側。再者，圖3中雖然是將裝設有切割膠帶4之環狀框架3省略而表示，但是環狀框架3會受到配置於夾頭台51上之適當的框架保持手段保持。如此進行，以將已吸引保持有半導體晶圓2之夾頭台51，透過圖未示之加工傳送手段定位到攝像手段53的正下方。
當將夾頭台51定位到攝像手段53的正下方時，即可實行校準作業，藉由攝像手段53及圖未示之控制手段檢測半導體晶圓2之應當雷射加工的加工區域。亦即，攝像手段53及圖未示之控制手段會實行型樣匹配等之影像處理，以進行形成於半導體晶圓2之第1方向的分割預定線23，與沿該分割預定線23照射雷射光線之雷射光線照射手段52的聚光器525的對位，而完成雷射光線照射位置之校準(校準步驟)。又，對於半導體晶圓2上在與上述第1方向直交的方向上所形成之分割預定線23，也是同樣地將雷射光線照射位置之校準完成。
實施過上述校準步驟後，即可如在圖5(a)中所示 地，將夾頭台51移動到照射脈衝雷射光線之雷射光線照射手段52的聚光器525所在的雷射光線照射區域處，並將預定之分割預定線23定位於聚光器525的正下方。此時，如圖5(a)所示，是將半導體晶圓2定位成使分割預定線23的一端(圖5(a)中的左端)位於聚光器525的正下方。然後，如圖5(a)及(c)所示，將自聚光器525所照射之脈衝雷射光線LB的聚焦點S1定位於分割預定線23中的功能層21的上表面附近。接下來，從雷射光線照射手段52的聚光器525照射脈衝雷射光線LB，並且使夾頭台51以預定之加工傳送速度在圖5(a)中朝箭頭X1所示的方向移動，其中該脈衝雷射光線LB是設定成會破壞構成半導體晶圓2之功能層21但不會破壞基板20的能量密度。然後，如圖5(b)所示，當形成於半導體晶圓2上之分割預定線23的另一端(圖5(b)中的右端)到達聚光器525的正下方的位置時，即停止脈衝雷射光線LB的照射，並且停止夾頭台51的移動。
再者，上述基板露出步驟是以例如以下之加工條件來進行。
(加工條件1)
脈衝雷射光線之波長：355nm
重複頻率：200~1000kHz
脈衝寬度：1~5ns
能量密度：0.6~1.5J/cm2
光區直徑：φ 40~50μm
加工傳送速度：100~400mm/秒
(加工條件2)
脈衝雷射光線之波長：532nm
重複頻率：10MHz
脈衝寬度：10ps
能量密度：0.13~0.2J/cm2
光區直徑：φ 40~50μm
加工傳送速度：500mm/秒
在上述之基板露出步驟中，因為將脈衝雷射光線LB設定成會破壞功能層21但不會破壞基板20的能量密度，所以功能層21雖然受到燒蝕加工，但卻不會對基板20造成損傷。再者，在本實施形態中，脈衝雷射光線LB，是如圖4所示，將聚光點P定位在比被加工物W的上表面(半導體晶圓2之功能層21的上表面)還要上側處，並以形成圓錐形的聚焦點S1的狀態對功能層21的上表面進行照射，所以在將功能層21去除而對基板20的上表面進行照射時，光區S1會以照射在功能層21上的狀態被擴徑，因而增大面積。因此，由於可使照射於基板20之脈衝雷射光線LB的能量密度降低，所以可確實地防止對基板20造成損傷。其結果為，如圖5(d)所示，可在半導體晶圓2之分割預定線23上，形成已去除功能層21的溝24，並且在不對基板20造成損傷的情形下，使基板20的表面20a(上表面)露出。沿著形成於半導體晶圓2上的所有分割預定線23都實施此基板露出步驟。
再者，在上述實施形態中，雖然舉對半導體晶圓2之功能層21的上表面照射脈衝雷射光線LB的聚焦點S1為 例示說明，但也可以如圖6所示，以比藉由對物透鏡525b聚光之脈衝雷射光線LB的聚光點還要靠近對物透鏡525b側之聚焦點S2的狀態，對半導體晶圓2之功能層21的上表面進行照射。
實施過上述基板露出步驟之後，即可實施基板切斷步驟，將半導體晶圓2沿著已去除功能層21的溝24將露出的基板20切斷。此基板切斷步驟，在本實施形態中，是使用圖7所示之切削裝置6來實施。圖7所示之切削裝置6具備有保持被加工物之夾頭台61、將保持於該夾頭台61上之被加工物予以切削之切削手段62、對保持於該夾頭台61上之被加工物進行拍攝之攝像手段63。夾頭台61是構成為可吸引保持被加工物，且形成為可藉由圖未示之加工傳送手段使其在圖7中箭頭X所示之加工傳送方向上移動，並且可藉由圖未示之分度傳送手段使其在箭頭Y所示之分度傳送方向上移動。
上述切削手段62包含有實質上水平地配置之轉軸機殼621、被該轉軸機殼621支撐成旋轉自如的旋轉轉軸622，及裝設在該旋轉轉軸622的前端部的切削刀623，並形成為旋轉轉軸622可藉由配置在轉軸機殼621內之圖未示的伺服馬達而朝箭頭623a所示之方向旋轉。切削刀623是由以鋁等金屬材形成之圓盤狀的基台624，和裝設在該基台624的側面外周部之環狀的切割刃625所構成。環狀的切割刃625是在基台624側面外周部已用鍍鎳方式將粒徑為3~4μm之金鋼石研磨粒固定而成的電鑄刀片所構成，在圖示之實 施形態中是形成厚度為30μm，外徑為50mm。
上述攝像手段63是裝設在轉軸機殼621的前端部，具備用於照明被加工物之照明手段、捕捉被該照明手段照明之區域的光學系統、對被該光學系統所捕捉到的影像進行拍攝之攝像元件(CCD)等，並將所拍攝到的影像訊號傳送到圖未示之控制手段。
要使用上述之切削裝置6以實施基板切斷步驟時，是如圖8所示，將已實施過上述基板露出步驟之黏貼有半導體晶圓2的切割膠帶4側載置於夾頭台61上。然後，藉由作動圖未示之吸引手段，以透過切割膠帶4將半導體晶圓2保持於夾頭台61上(晶圓保持步驟)。因此，被保持於夾頭台61上之半導體晶圓2會形成沿分割預定線23而形成之溝24在上側。再者，在圖8中雖然是將裝設有切割膠帶4之環狀框架3省略而表示，但是環狀框架3會受到配置於夾頭台61上之適當的框架保持手段保持。如此進行而吸引保持有半導體晶圓2之夾頭台61，可透過圖未示之加工傳送手段定位到攝像手段63的正下方。
當將夾頭台61定位到攝像手段63的正下方時，即可實行校準步驟，藉由攝像手段63及圖未示之控制手段來檢測半導體晶圓2之應當切削的區域。在這個校準步驟中，是藉由攝像手段63對透過上述基板露出步驟而沿半導體晶圓2之分割預定線23形成之溝24進行拍攝而實行。亦即，攝像手段63及未圖示之控制手段會實行型樣匹配等之影像處理，以進行沿著形成於半導體晶圓2之第1方向的分割預定 線23而形成之溝24，與切削刀623的對位，而完成以切削刀623切削之切削區域的校準(校準步驟)。又，對於半導體晶圓2上在與上述第1方向直交的方向上形成的溝24，也是同樣地完成切削刀623所切削之切削區域的校準。
如以上所述地進行而檢測出保持於夾頭台61上的半導體晶圓2之沿著分割預定線23形成之溝24，並進行過切削區域之校準後，即可將保持有半導體晶圓2之夾頭台61移動到切削區域的切削開始位置。此時，如圖8(a)所示，半導體晶圓2會使應當切削之溝24的一端(圖8(a)中的左端)以位於比切削刀623的正下方還要靠右側預定量的形式進行定位。此時，在圖示之實施形態中，因為在上述的校準步驟中是對形成於分割預定線23上的溝24直接拍攝來檢測切削區域，所以可將形成於分割預定線23上之溝24的中心位置確實地定位在與切削刀623相向面對的位置上。
如此進行而將保持在切削裝置6之夾頭台61上的半導體晶圓2定位到切削加工區域之切削開始位置後，即可將切削刀623從圖8(a)中以2點鏈線表示之待機位置如箭頭Z1所示地朝向下方切入傳送，而在圖8(a)中如實線所示地定位在預定之切入傳送位置。如圖8(a)及圖8(c)所示，此切入傳送位置是設定在使切削刀623下端到達黏貼於半導體晶圓2的背面之切割膠帶4的位置。
其次，使切削刀623以高速(例如20000rpm)的旋轉速度在圖8(a)中朝箭頭623a所示之方向旋轉，並將夾頭台61以預定之切削傳送速度在圖8(a)中朝箭頭X1所示之方向 移動。然後，當夾頭台61如圖8(b)所示，到達使溝24之另一端(圖8(b)中的右端)位於比切削刀623的正下方還靠左側預定量之位置後，即停止夾頭台61之移動。像這樣藉由將夾頭台61切削傳送，以如圖8(d)所示，在形成於分割預定線23上之溝24內形成到達背面之切削溝25而將半導體晶圓2之基板20切斷(基板切斷步驟)。
其次，如圖8(b)中箭頭Z2所示地使切削刀623上升，以定位到2點鏈線所示之待機位置上，將夾頭台61在圖8(b)中朝箭頭X2所示之方向移動，以返回到圖8(a)所示之位置。然後，將夾頭台61往垂直於紙面之方向(分度傳送方向)分度傳送相當於溝24之間隔的量，將下一個應當切削之溝24定位到與切削刀623對應的位置上。如此進行而將下一個應當切削之溝24定位到與切削刀623對應的位置後，即可實施上述之切斷步驟。
再者，上述分割步驟是以例如以下之加工條件進行。
切削刀：外徑50mm，厚度30μm
切削刀之旋轉速度：20000rpm
切削傳送速度：50mm/秒
對沿著形成於半導體晶圓2上之所有的分割預定線23所形成的溝24實施上述的分割步驟。其結果，半導體晶圓2之基板20會沿著形成有溝24之分割預定線23被切斷，並被分割成一個個元件22。如此進行而被分割之元件22，由於藉由在上述基板露出步驟中照射脈衝雷射光線LB 因而不會在基板20上產生損傷，所以不會使抗折強度降低。
2‧‧‧半導體晶圓
20‧‧‧基板
21‧‧‧功能層
21a‧‧‧表面
22‧‧‧元件
23‧‧‧分割預定線
24‧‧‧溝
4‧‧‧切割膠帶
51‧‧‧夾頭台
525‧‧‧聚光器
LB‧‧‧脈衝雷射光線
S1‧‧‧聚焦點
X1‧‧‧箭頭

Claims (3)

  1. 一種板狀物的加工方法，是對由基板與形成於該基板表面之積層體所構成的板狀物加工的板狀物的加工方法，其特徵在於：實施基板露出步驟，在板狀物之積層體欲去除的區域照射雷射光線去除積層體以使基板露出，其中雷射光線是設定成會破壞積層體但不會破壞基板的能量密度。
  2. 如請求項1之板狀物的加工方法，其中，在該基板露出步驟中所照射之雷射光線，是在將聚光點定位在比構成板狀物之積層體的上表面更上側的位置的聚焦點對積層體的上表面進行照射。
  3. 如請求項1或2之板狀物的加工方法，其中，該板狀物為具有積層體之晶圓，該積層體為複數個元件以複數條分割預定線區劃而形成在基板的上表面，在該基板露出步驟中沿分割預定線去除積層體後，會實施切斷步驟以沿分割預定線切斷已露出之基板。
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