TW201909259A - 晶圓的加工方法 - Google Patents

Abstract

[課題]提供一種晶圓的加工方法，其可將於正面具有器件區域與圍繞該器件區域之外周剩餘區域的晶圓，從晶圓的背面側隔著切割膠帶來照射雷射光束，而可在器件區域中形成一樣的改質層，其中該器件區域是各器件具有金屬凸塊的區域。 [解決手段]一種晶圓的加工方法，該晶圓於正面具備器件區域及圍繞器件區域之外周剩餘區域，前述器件區域是積層在正面之功能層被格子狀地形成之複數條分割預定線所區劃，且在被區劃之複數個區域中各自形成具有電極凸塊之器件的區域，前述晶圓的加工方法是從晶圓的正面側照射雷射光束，並藉由燒蝕加工以形成沿著外周剩餘區域的內周之環狀溝與沿著分割預定線之直線狀的雷射加工溝。接著，翻轉框架單元的正背面並以工作夾台保持晶圓的正面側，而從晶圓的背面側照射雷射光束，以在晶圓的內部形成對位於環狀溝之環狀改質層。當在晶圓的內部形成環狀改質層時，會使裂隙從環狀改質層朝環狀溝方向延伸，而將晶圓分割成外周剩餘區域與器件區域。在實施外周剩餘區域分割步驟之後，從晶圓的背面側隔著切割膠帶來照射雷射光束，而在晶圓內部形成沿著分割預定線之改質層。

Description

晶圓的加工方法

發明領域 本發明是有關於一種藉由雷射光束的照射而將晶圓分割成一個個的器件晶片之晶圓的加工方法。

發明背景 將半導體器件晶片組裝在主機板上時，雖然一般是藉由金屬線打線結合(wire bonding)來連接半導體器件晶片的電極與主機板的電極，但是，最近倒裝晶片接合(flip-chip bonding)也普遍地被使用，該倒裝晶片接合法是將在半導體器件的正面以銅等所形成之球狀的金屬凸塊(bump)作為電極，並且翻轉半導體器件晶片來將金屬凸塊連接在主機板的電極上。

作為將半導體晶圓分割成一個個的器件晶片之方法，除了以切割刀片進行切割之方法以外，藉由雷射光束進行的分割加工也是已知的。在藉由切割刀片進行的切割中，恐有從晶圓剝離之虞的作為層間絕緣膜的低介電常數絕緣膜(Low-k膜)，也可以利用雷射光束的燒蝕加工來確實地分割。

此外，下述的加工方法也是已知的：將對晶圓具有穿透性之波長的雷射光束朝晶圓照射，以在晶圓內部形成成為斷裂起點之改質層後，對晶圓賦與外力來將晶圓分割成一個個的器件晶片。

在日本專利特開2011-187479號公報中，已揭示下述方法：從晶圓的正面側沿著分割預定線照射對晶圓具有吸收性之波長的雷射光束而形成雷射加工溝之後，從晶圓的背面側沿著分割預定線照射對晶圓具有穿透性之波長的雷射光束而在晶圓內部形成改質層，之後對晶圓賦與外力以將於正面具有Low-k膜之晶圓分割成一個個的器件晶片。

在以雷射光束來加工如此之晶圓的正背面的方法中，有下述課題：在附有電極凸塊的晶圓的內部形成改質層時，由於電極凸塊的高度而從工作夾台的保持面懸空之外周剩餘區域，會因為切割膠帶的下拉而下垂，導致形成改質層之位置(深度方向)改變，且產生斷裂不良。

為了預防此情形，日本專利特開2017-050461號公報已揭示有一種專用的工作夾台，該工作夾台是用於以樹脂或橡膠等的環狀彈性構件來支撐晶圓的外周剩餘區域，並且從晶圓的背面隔著切割膠帶來照射雷射光束。 先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2011-187479號公報 專利文獻2：日本專利特開2017-050461號公報

發明概要 發明欲解決之課題 但是，電極凸塊的高度會根據器件而有些微的差異，且要以1種類型的環狀彈性構件的高度來平坦地支撐晶圓整體是困難的。尤其是，在藉由與電極凸塊不同的高度的環狀彈性構件來支撐晶圓的情況下，晶圓的外周剩餘區域會稍微地彎曲，而變得無法在晶圓整體將改質層形成於一樣的深度，且有導致產生晶圓的斷裂不良之問題。

本發明是有鑒於這樣的的問題點而作成的發明，其目的在於提供一種晶圓的加工方法，其可將於正面具有器件區域與圍繞該器件區域之外周剩餘區域的晶圓，從晶圓的背面側隔著切割膠帶來照射雷射光束，而可在器件區域形成一樣的改質層，其中該器件區域是各器件具有金屬凸塊的區域。 用以解決課題之手段

根據本發明，可提供一種晶圓的加工方法，該晶圓於正面具備器件區域及圍繞該器件區域之外周剩餘區域，前述器件區域是積層在正面之功能層被格子狀地形成之複數條分割預定線所區劃，且在被區劃之複數個區域中分別形成具有複數個電極凸塊之器件的區域，前述晶圓的加工方法的特徵在於具備有： 框架單元形成步驟，形成框架單元，前述框架單元是晶圓的背面貼附在切割膠帶上，前述切割膠帶是外周部被裝設在環狀框架以將該環狀框架之開口堵住； 第1保持步驟，以雷射加工裝置的工作夾台的保持面隔著該切割膠帶來保持該框架單元的晶圓； 雷射加工溝形成步驟，將對晶圓具有吸收性之波長的第1雷射光束從晶圓的正面側對在該第1保持步驟中所保持之晶圓進行照射，以在晶圓的正面形成沿著該分割預定線之直線溝、與沿著該外周剩餘區域的內周之環狀溝； 第2保持步驟，在實施該雷射加工溝形成步驟之後，使晶圓的正面側面對於該保持面並以該工作夾台保持該框架單元； 環狀改質層形成步驟，將對晶圓與該切割膠帶具有穿透性之波長的第2雷射光束沿著該環狀溝並隔著該切割膠帶來對在該第2保持步驟中所保持之晶圓進行照射，以在晶圓的內部形成成為環狀的斷裂起點的環狀改質層； 外周剩餘區域分割步驟，以從該環狀改質層延伸至該環狀溝之裂隙，將晶圓的該外周剩餘區域與該器件區域以原樣貼附於該切割膠帶的狀態來進行分割； 改質層形成步驟，將該第2雷射光束隔著該切割膠帶對該外周剩餘區域已被分割之晶圓的該器件區域進行照射，以在晶圓的內部形成沿著該分割預定線之改質層；及 分割步驟，在實施該改質層形成步驟之後，透過該切割膠帶來對晶圓賦與外力，以將晶圓的該器件區域分割成一個個的器件晶片。

較佳的是，晶圓的加工方法更具備環狀溝檢測步驟，該環狀溝檢測步驟是在實施該第2保持步驟之後，且在實施該環狀改質層形成步驟之前，以紅外線相機檢測晶圓的該環狀溝，並且為了形成該環狀改質層而將照射該第2雷射光束之位置對準該環狀溝來設定。 發明效果

在本發明的晶圓的加工方法中，當以工作夾台來吸引保持晶圓的正面側，並且隔著貼附在晶圓的背面之切割膠帶來對晶圓照射雷射光束，而在內部形成改質層時，為了抑制外周剩餘區域的撓曲，而形成將外周剩餘區域從器件區域分離之環狀溝、及對位於該環狀溝之環狀的改質層。

藉此，可以讓從環狀的改質層延伸之裂隙到達環狀溝，而將晶圓分離成外周剩餘區域與器件區域，而消除由外周剩餘區域的撓曲所造成之影響，以在被平坦地保持之器件區域於深度方向一樣的位置上形成改質層。

用以實施發明之形態 以下，參照圖式詳細地說明本發明的實施形態。圖1所顯示的是適合於實施本發明實施形態之晶圓的加工方法之雷射加工裝置2的概要構成圖。雷射加工裝置2包含有搭載於靜止基台4上之於Y軸方向上伸長的一對導軌6。

Y軸移動塊8是利用由滾珠螺桿10及脈衝馬達12所構成的Y軸進給機構(Y軸進給設備)14而朝分度進給方向(亦即Y軸方向)移動。Y軸移動塊8上固定有於X軸方向上伸長的一對導軌16。

X軸移動塊18是利用由滾珠螺桿20及脈衝馬達22所構成的X軸進給機構(X軸進給設備)28，而受導軌16所導引並朝加工進給方向(亦即X軸方向)移動。

於X軸移動塊18上是透過圓筒狀支撐構件30而搭載有工作夾台24。於工作夾台24上配設有複數個(在本實施形態中為4個)可夾持圖3所示之環狀框架F的夾具26。

於基座4的後方豎立設置有支柱32。支柱32上固定有雷射光束照射單元34之罩殼36。罩殼36中收容有包含了YAG雷射振盪器等的雷射光束振盪設備，於罩殼36的前端裝設有將雷射光束聚光於用來加工之晶圓上的聚光器(雷射頭)38。

雷射光束照射單元34之罩殼36的前端裝設有拍攝單元40，該拍攝單元40是拍攝已保持於工作夾台24的晶圓11。拍攝單元具備有對應於紅外光之拍攝元件。聚光器38與拍攝單元40是在X軸方向上成行而配設。

參照圖2，所顯示的是適合於以本發明實施形態之晶圓的加工方法來進行加工之半導體晶圓(以下，簡稱為晶圓)11的正面側立體圖。

半導體晶圓11在由矽等所形成之基板13的正面上積層有功能層15，並且在功能層15上，是在以格子狀地形成之複數條分割預定線17所區劃出的複數個區域中各自形成有具有複數個電極凸塊21的器件19。半導體晶圓11在其正面11a具有形成有複數個器件19之器件區域23、及圍繞器件區域23之外周剩餘區域25。

如圖3所示，在實施本發明實施形態的晶圓的加工方法時，是將晶圓11的背面貼附在外周部被裝設在環狀框架F以將環狀框架F的開口堵住的切割膠帶T上，而形成框架單元27，並且以框架單元27的形態來投入雷射加工裝置2。

如圖4(A)所示，在形成框架單元27之後，實施第1保持步驟，該第1保持步驟是以雷射加工裝置2的工作夾台24來隔著切割膠帶T保持框架單元27的晶圓11。

在第1保持步驟中，亦可在以工作夾台24保持晶圓11之後，於檢測3點以上的晶圓11的邊緣的座標而檢測出晶圓11的中心位置之後，重新放置成將晶圓11的中心對準於預先登錄之工作夾台24的保持面的中心座標，而以工作夾台24來保持晶圓11。

並且，從晶圓11的正面11a側對在第1保持步驟中所保持之晶圓11照射對晶圓11具有吸收性之波長(例如355nm)的第1雷射光束LB1，且將工作夾台24朝箭頭R方向旋轉，藉此，形成沿著晶圓11的外周剩餘區域25之環狀溝29。

接著，如圖4(B)所示，藉由從晶圓11的正面11a側沿著分割預定線17照射第1雷射光束LB1，且將工作夾台24朝箭頭X之方向加工進給，以藉由燒蝕加工沿著分割預定線17形成直線狀的雷射加工溝31。

將工作夾台24朝箭頭Y之方向依分割預定線的間距(pitch)逐次進行分度進給，以沿著朝第1方向伸長之所有的分割預定線17形成直線狀的雷射加工溝31。

接著，將工作夾台24旋轉90°之後，沿著在正交於第1方向之第2方向上伸長之所有的分割預定線17，藉由燒蝕加工而形成同樣的直線狀的雷射加工溝31。

在上述之實施形態中，雖然在形成環狀溝29之後，形成有直線狀的雷射加工溝31，但亦可將此順序設成相反。在本說明書中，是將環狀溝形成步驟與直線狀的雷射加工溝形成步驟統稱而稱為雷射加工溝形成步驟。

如圖5所示，在實施雷射加工溝形成步驟之後，翻轉框架單元27的正背面，使框架單元27的晶圓11的正面11a面對於工作夾台24的吸引保持部24a，並且以工作夾台24隔著保護晶圓11的正面11a側之片材構件33來吸引保持晶圓11，且以工作夾台24的夾具26夾持並固定框架單元27的環狀框架F(第2保持步驟)。

接著，以拍攝單元40的紅外線拍攝元件隔著切割膠帶T來拍攝晶圓11的外周剩餘區域25，以檢測環狀溝29。對準環狀溝29的位置，並從聚光器38隔著切割膠帶T來照射對晶圓11及切割膠帶T具有穿透性之波長(例如1064nm)的雷射光束LB2，並藉由以低速使工作夾台24旋轉，而在晶圓11的內部形成對位於環狀溝29之成為斷裂起點的環狀改質層35。

較佳的是，在將晶圓11的中心對準工作夾台24的保持面的中心來保持而形成環狀溝29的情況下，於對晶圓11形成環狀改質層35時，也是將晶圓11的中心對準工作夾台24的保持面的中心來保持，以形成改質層35。

當在晶圓11的內部形成環狀改質層35時，如圖5的局部放大圖所示，是使裂隙37從環狀改質層35朝環狀溝29方向延伸，且如圖6所示，是將外周剩餘區域25與器件區域23以原樣貼附於切割膠帶T之狀態來沿著分割線39分割或分離(外周剩餘區域分割步驟)。

在實施外周剩餘區域分割步驟之後，隔著切割膠帶T來沿著分割預定線17對外周剩餘區域25已被分割之晶圓11的器件區域23照射第2雷射光束LB2，且使工作夾台24朝箭頭X1方向加工進給，藉此，在晶圓11的內部形成沿著分割預定線17之改質層41 (改質層形成步驟)。

於該改質層形成步驟進行：使工作夾台24在正交於加工進給方向X1之Y軸方向上依分割預定線17的間隔逐次分度進給，並且沿著在第1方向上伸長之所有的分割預定線17在晶圓11的內部形成改質層41。

接著，將工作夾台24作90度旋轉後，沿著在正交於第1方向之第2方向上伸長之所有的分割預定線17，在晶圓11的內部形成同樣的改質層41。

接著，參照圖7及圖8，說明使用附凸塊之晶圓專用的工作夾台24A來實施的第2實施形態的環狀改質層形成步驟及改質層形成步驟。

如圖7及圖8的局部放大圖所示，晶圓11的外周剩餘區域25是抵接於作為外周剩餘區域支撐部的環狀彈性構件46，且該環狀彈性構件46是對應於電極凸塊17的高度而從工作夾台24的上表面突出而配設。環狀彈性構件46是被已固定於工作夾台24A之環狀支撐構件44所支撐。

根據具有如此的構造之工作夾台24A，因為以吸引保持部24a的保持面來保持晶圓11的電極凸塊17側，並且以環狀彈性構件46來支撐外周剩餘區域25，藉此，以環狀彈性構件46將晶圓11與吸引保持部24a的保持面之間密封，而可以充分地確保負壓，所以可以從電極凸塊17側來穩定保持具備電極凸塊17之晶圓11的器件區域23。

又，由於利用片材構件33來保護晶圓11的正面11a，因此可以在吸引保持晶圓11之時充分地保護晶圓11的正面11a。但是，當電極凸塊17的高度依據器件的種類而變更時，會在環狀保持構件46與電極凸塊之間產生高低差，而導致例如，如圖7所示地環狀彈性構件變得比電極凸塊更高而使晶圓的外周撓曲，但藉由實施外周剩餘區域分割步驟，即不會有晶圓的外周的撓曲成為問題之情形。

在使用圖7及圖8所示之工作夾台24A的第2實施形態中，也是與上述之第1實施形態同樣地，可以同樣地實施環狀改質層形成步驟、外周剩餘區域分割步驟及改質層形成步驟。藉此，不會有因晶圓的外周撓曲而使器件區域的外周也變高之情形，而可以到器件區域的外周緣為止都形成適當的高度的改質層。

在實施環狀改質層形成步驟、外周剩餘區域分割步驟及改質層形成步驟之後，實施分割步驟，該分割步驟是透過切割膠帶T對晶圓11賦與外力，而將晶圓11的器件區域23分割成一個個的器件晶片。

在該分割步驟中，如圖9(A)所示，是以分割擴張裝置50的外筒52來支撐框架單元27的環狀框架F，並且藉由夾具56夾持並固定環狀框架F。然後，使圓筒狀按壓構件54的上端抵接於切割膠帶T，其中該圓筒狀按壓構件54具有小於環狀框架F的開口並且大於晶圓11的外徑的直徑。

接著，如圖9(B)所示，將圓筒狀按壓構件54朝箭頭A方向頂推，以使貼附有晶圓11之切割膠帶T朝半徑方向擴張，而將晶圓11沿著形成有改質層41之分割預定線17分割成一個個的器件晶片43，並且在各晶片之間形成間隙。

在上述之實施形態中，在將框架單元27的環狀框架F以工作夾台24的夾具26來夾持並下拉時，為了抑制外周剩餘區域25的撓曲，而形成將外周剩餘區域25從器件區域23分離之雷射加工溝29與環狀改質層35。為了防止環狀的外周剩餘區域抑制擴張，亦可在例如東西南北的方向上形成將外周剩餘區域分割之形式的改質層。

藉此，可以讓從環狀改質層35延伸之裂隙37到達環狀的雷射加工溝29，而將晶圓11分離成外周剩餘區域25與器件區域23，而消除由外周剩餘區域25的撓曲所造成之影響，以在被工作夾台24平坦地保持之器件區域23，形成於晶圓的深度方向上一樣的改質層，來對晶圓11賦與外力而實施分割步驟，藉此，可以將晶圓11確實地分割成一個個的器件晶片43。

10、20‧‧‧滾珠螺桿

11‧‧‧半導體晶圓(晶圓)

11a‧‧‧正面

12、22‧‧‧脈衝馬達

13‧‧‧基板

14‧‧‧Y軸進給機構(Y軸進給設備)

15‧‧‧功能層

16、6‧‧‧導軌

17‧‧‧分割預定線

18‧‧‧X軸移動塊

19‧‧‧器件

2‧‧‧雷射加工裝置

21‧‧‧電極凸塊

23‧‧‧器件區域

24、24A‧‧‧工作夾台

24a‧‧‧吸引保持部

25‧‧‧外周剩餘區域

26、56‧‧‧夾具

27‧‧‧框架單元

28‧‧‧X軸進給機構(X軸進給設備)

29‧‧‧環狀溝

30‧‧‧圓筒狀支撐構件

31‧‧‧直線狀的雷射加工溝

32‧‧‧支柱

33‧‧‧片材構件

34‧‧‧雷射光束照射單元

35‧‧‧環狀改質層

36‧‧‧罩殼

37‧‧‧裂隙

38‧‧‧聚光器(雷射頭)

39‧‧‧分割線

4‧‧‧靜止基台(基座)

40‧‧‧拍攝單元

41‧‧‧改質層

43‧‧‧器件晶片

44‧‧‧環狀支撐構件

46‧‧‧環狀彈性構件

50‧‧‧分割擴張裝置

52‧‧‧外筒

54‧‧‧圓筒狀按壓構件

8‧‧‧Y軸移動塊

A、R、X、Y、X1‧‧‧箭頭

F‧‧‧環狀框架

T‧‧‧切割膠帶

LB1‧‧‧第1雷射光束

LB2‧‧‧第2雷射光束

X、Y、Z‧‧‧方向

圖1是雷射加工裝置的立體圖。 圖2是各器件具有複數個電極凸塊之半導體晶圓的正面側立體圖。 圖3是框架單元的立體圖。 圖4(A)是顯示藉由燒蝕所進行之環狀溝形成步驟的立體圖，圖4(B)是顯示藉由燒蝕所進行之直線狀的雷射加工溝形成步驟的立體圖。 圖5是顯示環狀改質層形成步驟的截面圖。 圖6是顯示改質層形成步驟的截面圖。 圖7是顯示環狀改質層形成步驟的第2實施形態的截面圖。 圖8是顯示改質層形成步驟的第2實施形態的截面圖。 圖9是顯示分割步驟的截面圖。

Claims (2)

1. 一種晶圓的加工方法，該晶圓於正面具備器件區域及圍繞該器件區域之外周剩餘區域，前述器件區域是積層在正面之功能層被格子狀地形成之複數條分割預定線所區劃，且在被區劃之複數個區域中分別形成具有複數個電極凸塊之器件的區域，前述晶圓的加工方法的特徵在於具備有： 框架單元形成步驟，形成框架單元，前述框架單元是晶圓的背面貼附在切割膠帶上，前述切割膠帶是外周部被裝設在環狀框架以將該環狀框架之開口堵住； 第1保持步驟，以雷射加工裝置的工作夾台的保持面隔著該切割膠帶來保持該框架單元的晶圓； 雷射加工溝形成步驟，將對晶圓具有吸收性之波長的第1雷射光束從晶圓的正面側對在該第1保持步驟中所保持之晶圓進行照射，以在晶圓的正面形成沿著該分割預定線之直線溝、與沿著該外周剩餘區域的內周之環狀溝； 第2保持步驟，在實施該雷射加工溝形成步驟之後，使晶圓的正面側面對於該保持面並以該工作夾台保持該框架單元； 環狀改質層形成步驟，將對晶圓與該切割膠帶具有穿透性之波長的第2雷射光束沿著該環狀溝並隔著該切割膠帶來對在該第2保持步驟中所保持之晶圓進行照射，以在晶圓的內部形成成為環狀的斷裂起點的環狀改質層； 外周剩餘區域分割步驟，以從該環狀改質層延伸至該環狀溝之裂隙，將晶圓的該外周剩餘區域與該器件區域以原樣貼附於該切割膠帶的狀態來進行分割； 改質層形成步驟，將該第2雷射光束隔著該切割膠帶對該外周剩餘區域已被分割之晶圓的該器件區域進行照射，以在晶圓的內部形成沿著該分割預定線之改質層；及 分割步驟，在實施該改質層形成步驟之後，透過該切割膠帶來對晶圓賦與外力，以將晶圓的該器件區域分割成一個個的器件晶片。
2. 如請求項1之晶圓的加工方法，其更具備有環狀溝檢測步驟，該環狀溝檢測步驟是在實施該第2保持步驟之後，且在實施該環狀改質層形成步驟之前，以紅外線相機檢測晶圓的該環狀溝，並且為了形成該環狀改質層而將照射該第2雷射光束之位置對準該環狀溝來設定。