TW201707911A - 切割裝置及晶圓的切割方法 - Google Patents

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Abstract

對於在切割道上形成有Low-k膜或TEG等之晶圓等，當以切割刀進行切割的情形下，設法不令裝置的品質降低。 將切割裝置的切割手段(6)做成為，係由：可旋轉的切割刀(60)，裝配於心軸，而在外周具有刀刃(601)；及切割水供給噴嘴(67)，對切割刀(60)供給切割水(L)；及光觸媒(68)，與切割水(L)接觸；及光照射器(69)，令光觸媒(68)激發而對所供給的切割水(L)賦予羥自由基所造成之氧化力；所構成。

Description

切割裝置及晶圓的切割方法
本發明有關具備切割刀之切割裝置及晶圓的切割方法。
表面形成有藉由分割預定線(切割道(street))被區隔之IC、LSI等複數個裝置之晶圓，是藉由配備有可旋轉的切割刀之切割裝置(例如參照專利文獻1)被分割成各個裝置，而利用於各種電子機器等。而為了謀求IC或LSI之處理的高速化，必須削減裝置的配線的電阻或電容。這是因為，例如對處理速度帶來很大影響之訊號延遲，是由電阻與電容的積所決定之緣故。鑑此，下述這樣的晶圓漸趨實用化，即，在矽等半導體基板的上面，形成將由無機物系的SiOF膜(氟添加氧化矽膜)或BSG膜或是有機物系的聚醯亞胺系或聚對二甲苯(parylene)系等聚合物膜所構成之低介電率絕緣膜、與銅或鋁等金屬箔予以層積而成之層積體，並於該層積體上在藉由以格子狀交錯之複數個分割預定線區隔出的各區域形成有裝置。
此處，低介電率絕緣膜，由於相對介電係數k 的值低因此被稱為Low-k膜，不僅在裝置表面，在切割道上也層積有複數層。又，Low-k膜因層間的間隙多而非常脆，因此容易如雲母般從裝置表面剝離。因此，若以切割刀切割切割道，則會因為金屬箔層的金屬的延展性，導致膜剝離會從切割道發生而波及到裝置，而使各個裝置的品質顯著降低。作為防止該波及到裝置的膜剝離之手段，有一種將雷射光線沿著切割道照射以除去切割道上的Low-k膜，其後將沿著切割道露出的半導體基板以切割刀切割之方法(例如參照專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2001-144034號公報
[專利文獻2]日本特開2008-4822號公報
但，如上述專利文獻2記載般的方法中，會由於雷射光線的照射而在半導體基板殘留熱應變，會發生使裝置的抗折強度降低這樣的問題。
此外，當切割在切割道形成有稱為TEG(Test Element Group；評估用元件)的金屬膜之晶圓的情形下亦同，若以切割刀切割切割道，則會由於金屬的延展性等而產生毛邊，或發生TEG剝離而使裝置的品質降低之問 題。
又，若以切割刀切割氮化鎵(GaN)基板或碳化矽(SiC)基板等難割材，則會由於切割而從切割道對裝置產生裂痕，或產生裝置表面的剝離，因此難以以切割刀實施切割。
故，本發明之目的，在於提供一種切割裝置及晶圓的切割方法，對於在切割道上形成有Low-k膜或TEG之晶圓，或對於GaN基板或SiC基板等難割材，即使不對其切割道上進行雷射光線所做之前處理等而以切割刀進行切割的情形下，仍不會使裝置的品質降低。
依照本發明的第1面向，係提供一種切割裝置，具備：夾盤平台，保持被加工物；及切割單元，將被保持於該夾盤平台之被加工物予以切割；及加工饋送機構，將該夾盤平台與該切割單元予以相對地加工饋送；該切割單元，包含：可旋轉的切割刀，裝配於心軸，而在外周具有刀刃；切割水供給噴嘴，對該切割刀供給切割水；光觸媒，配設成會與從該切割水供給噴嘴供給之切割水接觸；及光照射器，令該光觸媒激發而對切割水賦予羥自由基所造成之氧化力。
較佳是，前述光觸媒為氧化鈦(TiO2)。
依照本發明的另一面向，係提供一種晶圓的切割方法，具備：晶圓保持工程，將晶圓以夾盤平台保 持；切割工程，將在外周具有刀刃而高速旋轉之切割刀定位至應切割的區域，並且一面對該切割刀供給切割水一面將該切割刀對該夾盤平台予以相對地加工饋送，以切割晶圓；及光照射工程，於該晶圓切割中，令切割水接觸光觸媒並且照射令該光觸媒激發之光，以對切割水賦予羥自由基所造成之氧化力。
本發明之切割裝置，將切割裝置所具備之切割手段做成為，係由：可旋轉的切割刀，裝配於心軸，而在外周具有刀刃；及切割水供給噴嘴，對切割刀供給切割水；及光觸媒，與切割水接觸；及光照射器，令光觸媒激發而對切割水賦予羥自由基所造成之氧化力；所構成。因此，當藉由本發明之切割裝置，對在切割道上具有Low-k膜或TEG之晶圓進行切割加工的情形下，對與切割水接觸之光觸媒照射光(較佳為紫外線)而令光觸媒激發，並令供給至切割刀的切割水與激發的光觸媒接觸，藉此對供給至切割刀的切割水賦予羥自由基所造成之氧化力，使層積於切割道上之金屬箔或TEG氧化，便能一面將橫跨切割道與裝置之間之金屬所具有的延展性予以屏蔽一面以切割刀遂行切割，故能抑制Low-k膜或是TEG從裝置表面剝離，並且能抑制毛邊的發生。此外，即使欲切割之晶圓為GaN基板或SiC基板的情形下，仍能藉由強氧化力使其切割道上變脆弱同時以切割刀切割，因此便可以切割刀實施 切割。
此外，藉由將光觸媒做成氧化鈦(TiO2)，照射紫外線令氧化鈦激發，使所供給的切割水與激發的氧化鈦接觸，藉此能夠對所供給的切割水賦予羥自由基所造成之更強的氧化力。
又，本發明之晶圓的切割方法，在晶圓的切割工程中，對切割刀供給切割水，又，照射令光觸媒激發之光而使激發的光觸媒與供給至切割刀的切割水接觸，藉此令切割水生成羥自由基，並藉由生成的羥自由基，令層積於切割道上的金屬箔或TEG氧化，便能一面將橫跨切割道與裝置之間之金屬所具有的延展性予以屏蔽一面以切割刀遂行切割，故能夠抑制Low-k膜或是TEG從裝置表面剝離，並且能夠抑制毛邊的發生。
1‧‧‧切割裝置
10‧‧‧升降機構
11‧‧‧晶圓匣
12‧‧‧搬出入手段
13‧‧‧暫放區域
14‧‧‧對位手段
15a‧‧‧第一搬運手段
15b‧‧‧第二搬運手段
16‧‧‧洗淨手段
17‧‧‧校準手段
170‧‧‧拍攝手段
3‧‧‧保持手段
30‧‧‧夾盤平台
300‧‧‧吸附部
300a‧‧‧保持面
301‧‧‧框體
31‧‧‧護罩
32‧‧‧固定手段
A‧‧‧裝卸區域
B‧‧‧切割區域
6‧‧‧切割手段
60‧‧‧切割刀
600‧‧‧基台
601‧‧‧刀刃
62‧‧‧心軸單元
620‧‧‧心軸外罩
621‧‧‧心軸
622‧‧‧座架凸緣
623‧‧‧凸緣部
624‧‧‧凸部
63‧‧‧螺帽
64‧‧‧刀護罩
64a‧‧‧螺絲孔
64b‧‧‧螺絲孔
65‧‧‧刀檢測區塊
65a‧‧‧孔
65b‧‧‧螺絲
65c‧‧‧調整螺絲
66‧‧‧裝卸護罩
66a‧‧‧孔
66b‧‧‧螺絲
67‧‧‧切割水供給噴嘴
67a‧‧‧切割水流入管
67b‧‧‧噴射口
68‧‧‧氧化鈦板(光觸媒)
69‧‧‧光照射器
69a‧‧‧光照射口
W‧‧‧晶圓
Wa‧‧‧晶圓上面
Wb‧‧‧晶圓底面
S‧‧‧切割道
D‧‧‧裝置
F‧‧‧環狀框
T‧‧‧切割膠帶
L‧‧‧切割水
U‧‧‧紫外線(光)
[圖1]切割裝置的外觀示意立體圖。
[圖2]切割手段的外觀示意立體圖。
[圖3]將切割刀裝配於心軸之情形示意分解立體圖。
[圖4]切割手段的分解立體圖。
[圖5]切割刀、光照射器、切割水供給噴嘴及光觸媒的配置示意截面圖。
[圖6]晶圓正在被切割之狀態示意截面圖。
藉由圖1所示之切割裝置1而被切割之晶圓W，例如為半導體晶圓，晶圓W的晶圓上面Wa上，於矽基板的上面層積著Low-k膜，在被切割道S區隔而成的格子狀區域形成有多數個裝置D。又，晶圓W的晶圓底面Wb貼附於切割膠帶T的貼附面，切割膠帶T的外周部貼附於環狀框F，藉此晶圓W透過切割膠帶T受到環狀框F支撐。另，晶圓W的形狀及種類並無特別限定，亦包含在切割道上配置有TEG之晶圓、或GaN基板、或SiC基板等。
圖1所示之切割裝置1，為對被保持手段3保持的晶圓W藉由切割手段(切割單元)6施以切割加工之裝置。保持手段3，可藉由未圖示之加工饋送手段(加工饋送機構)而往X軸方向移動。此外，切割手段6，可藉由未圖示之分度(indexing)饋送手段(分度饋送機構)而往Y軸方向移動，可藉由未圖示之切入饋送手段而於Z軸方向移動。
在切割裝置1的前面側，配備有設置在於Z軸方向來回移動的升降機構10上之晶圓匣11。晶圓匣11，收容複數片受到環狀框F支撐之晶圓W。在晶圓匣11的後方(+Y方向側)，配設有從晶圓匣11進行晶圓W的搬出入之搬出入手段12。在晶圓匣11與搬出入手段12之間，設有供搬出入對象的晶圓W臨時地載置之暫放區域13，在暫放區域13，配設有將晶圓W對位至一定的位 置之對位手段14。
在暫放區域13的鄰近，配設有在保持手段3與暫放區域13之間搬運晶圓W之第一搬運手段15a。藉由第一搬運手段15a而被吸附的晶圓W，會從暫放區域13被搬運至保持手段3。
在第一搬運手段15a的鄰近，配設有將切割加工後的晶圓W予以洗淨之洗淨手段16。此外，在洗淨手段16的上方，配設有將切割加工後的晶圓W予以吸附並從保持手段3往洗淨手段16搬運之第二搬運手段15b。
圖1所示之保持手段3，例如為夾盤平台(chuck table)30。夾盤平台30，例如其外形為圓形狀，具備吸附晶圓W之吸附部300、及支撐吸附部300之框體301。吸附部300與未圖示之吸引源連通，在吸附部300的露出面亦即保持面300a上吸引保持晶圓W。夾盤平台30，周圍被護罩31圍繞，藉由未圖示之旋轉手段以可旋轉的方式受到支撐。此外，在夾盤平台30的周圍，配設有將環狀框F予以固定之固定手段32。
夾盤平台30，可在進行晶圓W的裝卸之區域亦即裝卸區域A、與進行由切割手段6所做之晶圓W的切割之區域亦即切割區域B之間，藉由配設於護罩31的下方之未圖示加工饋送手段而於X軸方向來回移動，在夾盤平台30的移動路徑的上方配設有檢測晶圓W的應切割的切割道S之校準手段17。校準手段17，具備拍攝晶圓 上面Wa之拍攝手段170，能夠依據藉由拍攝手段170取得的圖像來檢測應切割的切割道S。此外，在校準手段17的鄰近，配設有在切割區域B內對被保持於夾盤平台30的晶圓W施加切割加工之切割手段6。切割手段6係和校準手段17一體地構成，兩者連動往Y軸方向及Z軸方向移動。
圖2所示之切割手段6，係由：心軸(spindle)單元62；及可旋轉的切割刀60，裝配於心軸單元62所具備之心軸621，而在外周具有刀刃601；及刀護罩64，保護切割刀60；及刀檢測區塊65，組裝於刀護罩64；及裝卸護罩66，組裝於刀護罩64；及切割水供給噴嘴67，對切割刀60供給切割水；及光觸媒68，與切割水供給噴嘴67噴出之切割水接觸；及光照射器69，令光觸媒68激發而對供給至切割刀60的切割水賦予羥自由基所造成之氧化力；所構成。
圖3所示之心軸單元62，具備：心軸外罩620；及心軸621，以可旋轉的方式被收容於心軸外罩620中，軸方向為相對於X軸方向而言於水平方向正交之方向(Y軸方向)；及座架凸緣622，以可裝卸的方式裝配於心軸621的先端。座架凸緣622，具備：凸緣部623；及凸部624，從凸緣部623朝厚度方向(Y軸方向)突出而在其側面設有螺絲。切割刀60，插入至凸部624，藉由與凸部624的螺絲螺合之螺帽63，而被螺帽63與凸緣部623從Y軸方向兩側包夾並裝配於心軸621。又，心軸621藉由 未圖示之電動機受到旋轉驅動，伴隨此，切割刀60亦高速旋轉。
圖3所示之切割刀60，例如為電鑄(electroformed)輪轂型(hub)刀，具備：鋁製的基台600，形成為直徑50mm程度的圓盤狀；及刀刃601，固定於基台600的外周部。刀刃601，例如是將鑽石研磨粒以鍍鎳的電鑄黏結劑(binder)予以固定而形成，刃厚約50μm而刃尖長度0.5~2mm。另，切割刀60並不限定於電鑄輪轂型刀，例如亦可為外形為環狀的墊圈(washer)型的樹脂結合劑(resin bond)刀或金屬結合劑(metal bond)刀等。
如圖4所示，刀護罩64，是從+Z方向以橫跨的方式保護切割刀60。此外，刀檢測區塊65，是令螺絲65b穿通設於刀檢測區塊65的上面之孔65a而螺合至設於刀護罩64的上面之螺絲孔64a，藉此相對於刀護罩64從+Z方向組裝。在刀檢測區塊65，組裝有由發光元件及受光元件所構成之未圖示刀感測器，藉由調整螺絲65c能夠調整刀感測器的Z方向位置。然後，藉由此刀感測器檢測切割刀60的刀刃601的狀態。
裝卸護罩66，是令螺絲66b穿通設於裝卸護罩66的側面之孔66a而螺合至設於刀護罩64的Y軸方向側面之螺絲孔64b，藉此相對於刀護罩64從-Y方向組裝。
如圖4所示，在切割刀60的Y軸方向前後，各自設有一個對切割刀60供給切割水之切割水供給噴嘴 67。
各切割水供給噴嘴67，例如各自與供切割水流入之切割水流入管67a連通。各切割水流入管67a，各自藉由裝卸護罩66、刀護罩64而受到支撐。此外，各切割水供給噴嘴67，其長邊為沿著切割刀60的面之X軸方向，在與切割刀60相對面之位置，設有於X軸方向排列複數個之噴射口67b，該噴射口67b係對於切割刀60所具備之刀刃601的對晶圓W之加工點噴射切割水。
圖4所示之光觸媒68，例如為外形為板狀之氧化鈦板68，其長邊為沿著切割刀60的面之X軸方向，被固著於切割水供給噴嘴67而相對於切割水供給噴嘴67而言平行。又，如圖5所示，氧化鈦板68，接受從切割水供給噴嘴67的噴射口67b噴射之切割水，並以使得接受之切割水朝向切割刀60的刀刃601之角度被固著於切割水供給噴嘴67。另，氧化鈦板68的配設位置，凡為與供給至刀刃601前的切割水接觸之位置，且不妨礙切割水被引導至刀刃601之位置皆可，並不限定於圖示的例子。是故，氧化鈦板68例如亦可不固著於切割水供給噴嘴67。
圖4所示之光照射器69，例如為能夠照射波長280nm~380nm程度的紫外線之紫外線照射燈，以從Y軸方向前後包夾切割刀60的方式，配設於氧化鈦板68的上方，而以可裝卸的方式各自連接一根在裝卸護罩66及刀護罩64的下部，於切割刀60所做的晶圓的切割工程 中，從圖5所示之光照射口69a照射令氧化鈦板68激發之紫外線。另，光照射器69，依氧化鈦板68的種類不同，並不限定於照射紫外線之紫外線照射燈，例如，若氧化鈦板68為藉由可見光線的照射而展現光觸媒活性之摻入有氮氣的氮氣摻入型氧化鈦等，則光照射器69亦可為照射波長400nm~740nm程度的可見光線之氙燈或螢光燈等。此外，光照射器69的連接位置，並不限定在裝卸護罩66及刀護罩64的下部，相對於氧化鈦板68而言，例如來自光照射口69a的紫外線不會分散而直接入射之位置較佳。又，光照射器69，凡為能夠對光觸媒68照射光者，則其形狀及配設位置亦無特別限定。
以下，利用圖1~2及圖6，說明當藉由切割裝置1切割圖1所示之晶圓W的情形下之切割裝置1的動作及晶圓W的加工方法。
(1)晶圓保持工程
如圖1所示，首先，藉由搬出入手段12，一片晶圓W在透過切割膠帶T而受到環狀框F支撐的狀態下，從晶圓匣11被搬出至暫放區域13。然後，在暫放區域13，晶圓W藉由對位手段14被定位至規定的位置後，第一搬運手段15a吸附晶圓W並令晶圓W從暫放區域13往保持手段3亦即夾盤平台30的保持面300a移動。接下來，環狀框F藉由固定部32受到固定，晶圓W亦被吸引於保持面300a上，藉此晶圓W被夾盤平台30保持。
(2)切割工程
晶圓保持工程結束後，開始切割工程，亦即將藉由晶圓保持工程而被保持於夾盤平台30之晶圓W以切割手段6切割。切割工程中，藉由未圖示之加工饋送手段，被保持於夾盤平台30之晶圓W從裝卸區域A朝-X方向被饋送往切割區域B，並且晶圓上面Wa藉由拍攝手段170受到拍攝而檢測應切割的切割道S的位置。伴隨切割道S受到檢測，切割手段6藉由未圖示之分度饋送手段朝Y軸方向被驅動，以實施應切割的切割道S與切割刀60之Y軸方向上的定位。
藉由未圖示之分度饋送手段進行了圖1所示之切割刀60與檢測出的切割道S之Y軸方向的定位後，未圖示之加工饋送手段將保持晶圓W之夾盤平台30更以例如約50mm/秒的饋送速度朝-X方向饋送出，並且未圖示之切入饋送手段令切割手段6朝-Z方向逐漸下降。此外，未圖示之電動機令心軸621以旋轉速度約20000rpm高速旋轉，被固定於心軸621之切割刀60伴隨心軸621的旋轉而一面高速旋轉一面切入晶圓W，逐漸切割切割道S。如圖6所示，本切割工程中，當切割刀60切入至晶圓W時，對於切割刀60的刀刃601與晶圓W的切割道S之接觸部位，切割水供給噴嘴67從噴射口67b令從圖2所示之切割水流入管67a流入之切割水L噴射，藉此對切割刀60以例如2000cc/分鐘的比例供給切割水L。從噴射 口67b噴射出的切割水L，在到達切割刀60的刀刃601與晶圓W的切割道S之接觸部位前，會與氧化鈦板68接觸。
又，如圖6所示，本切割工程中，至少在從刀刃601切入至晶圓W的切割道S的前一刻至刀刃601從晶圓W離開為止之期間，光照射器69例如會對氧化鈦板68照射波長365nm程度的紫外線(光)U，令氧化鈦板68激發。也就是說，對氧化鈦板68的表面照射紫外線U，令氧化鈦板68的價帶(valence band)的電子激發而令其產生電子與電洞這2個載子。然後，在氧化鈦板68產生的電洞，會藉由羥自由基而對位於氧化鈦板68的表面之切割水L賦予高氧化力。
被賦予了羥自由基所造成之氧化力的切割水L，至少會到達切割刀60的刀刃601與晶圓W的切割道S之接觸部位。然後，在晶圓W的切割道S上也有層積之金屬箔層，會被生成的羥自由基氧化，藉此會將隔著切割道S而存在於相鄰裝置D間之金屬箔層的延展性予以屏蔽。
使用了切割裝置1之晶圓W的本加工方法中，切割刀60能夠對切割道S上的金屬延展性已被屏蔽之晶圓W進行切割，因此能夠抑制可能從切割道S波及至裝置D之Low-k膜的膜剝離，也會防止崩裂(chipping)或毛邊的發生。此外，在切割水L產生的羥自由基的存在時間非常短，因此也不會發生切割水L所造成之裝置D 的表面氧化等。此外，噴射出的切割水L，會將切割刀60與晶圓W之接觸部位予以冷卻L且亦將在晶圓W的加工點產生之切割屑進行除去。
一旦切割刀60將切割道S切割結束而晶圓W朝-X方向行進至X軸方向的規定位置，則令未圖示之加工饋送手段所做的晶圓W的加工饋送暫且停止，未圖示之切入饋送手段令切割刀60從晶圓W離開，接下來，未圖示之加工饋送手段將夾盤平台30往+X方向饋送出而回到原本位置。然後，將切割刀60於Y軸方向每隔相鄰切割道S的間隔一面予以分度饋送一面依序進行同樣的切割，藉此切割同方向的全部的切割道S。又，令夾盤平台30藉由未圖示之旋轉手段旋轉90度後進行同樣的切割，全部的切割道S於縱橫便全部受到切割。
6‧‧‧切割手段
60‧‧‧切割刀
600‧‧‧基台
601‧‧‧刀刃
67‧‧‧切割水供給噴嘴
67b‧‧‧噴射口
68‧‧‧氧化鈦板(光觸媒)
69‧‧‧光照射器
69a‧‧‧光照射口
W‧‧‧晶圓
Wa‧‧‧晶圓上面
Wb‧‧‧晶圓底面
S‧‧‧切割道
T‧‧‧切割膠帶
L‧‧‧切割水
U‧‧‧紫外線(光)

Claims (3)

  1. 一種切割裝置，具備：夾盤平台，保持被加工物；及切割單元，將被保持於該夾盤平台之被加工物予以切割；及加工饋送機構，將該夾盤平台與該切割單元予以相對地加工饋送；該切割單元，包含：可旋轉的切割刀，裝配於心軸，而在外周具有刀刃；切割水供給噴嘴，對該切割刀供給切割水；光觸媒，配設成會與從該切割水供給噴嘴供給之切割水接觸；及光照射器，令該光觸媒激發而對切割水賦予羥自由基所造成之氧化力。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之切割裝置，其中，前述光觸媒由氧化鈦(TiO2)所構成。
  3. 一種晶圓的切割方法，具備：晶圓保持工程，將晶圓以夾盤平台保持；切割工程，將在外周具有刀刃而高速旋轉之切割刀定位至應切割的區域，並且一面對該切割刀供給切割水一面將該切割刀對該夾盤平台予以相對地加工饋送，以切割晶圓；及光照射工程，於該晶圓切割中，令切割水接觸光觸媒並且照射令該光觸媒激發之光，以對切割水賦予羥自由基 所造成之氧化力。
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