TW202326856A - 表面處理裝置 - Google Patents

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能丸圭司
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日商迪思科股份有限公司
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Abstract

[課題]提供一種表面處理裝置，其不會造成抗撓強度的降低，而可將晶圓形成為均勻的厚度。[解決手段]處理被加工物的表面之表面處理裝置的處理單元包含：雷射振盪器，其射出雷射光線；聚光器，其將雷射振盪器所射出之雷射光線形成為多個光束；準直透鏡，其配設於雷射振盪器與聚光器之間，將雷射光線準直成平行光；光束強度調整器，其配設於聚光器與準直透鏡之間，調整多個光束的強度；以及旋轉機構，其使聚光器旋轉。

Description

表面處理裝置
本發明關於一種表面處理裝置，其處理被加工物的表面。
在正面形成有藉由交叉之多條分割預定線所劃分之IC、LSI等多個元件之晶圓係被研削裝置研削背面，在被形成為所要求的厚度後，藉由切割裝置、雷射加工裝置而被分割成一個個元件晶片，經分割之元件晶片被利用於手機、個人電腦等電子設備。
研削裝置係包含以下構件所構成，並可將晶圓加工成所要求的厚度：卡盤台，其保持晶圓；研削單元，其能旋轉地支撐研削磨石，所述研削磨石研削被保持於該卡盤台之晶圓；研削進給機構，其使研削單元接近晶圓，並使研削磨石接觸晶圓的上表面（例如，參照專利文獻1）。 [習知技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2000-288881號公報
[發明所欲解決的課題] 在上述之研削裝置中所實施之研削加工，因以旋轉之研削磨石推壓晶片的處理表面，並以細碎的方式進行，故有在該處理表面圓弧狀地殘留多個研削痕而使分割後的晶片的抗撓強度降低之問題。
並且，因晶片的完工厚度取決於保持晶圓之卡盤台與研削磨石的間隔，故起因於研削磨石的磨耗、配設於研削裝置之研削單元的機械剛性，而該間隔不會固定，有較難在整個區域均勻地形成晶圓的厚度之問題。再者，晶圓的厚度變得不均勻之情形，也有難以使用上述的研削裝置而局部地研削晶圓並以晶圓的厚度成為均勻之方式進行調整的問題。
因此，本發明之目的係提供一種表面處理裝置，其不會造成抗撓強度的降低，而可將晶圓形成為均勻的厚度。
[解決課題的技術手段] 根據本發明，提供一種表面處理裝置，其處理被加工物的表面，且包含：卡盤台，其保持該被加工物；處理單元，其處理被保持於該卡盤台之該被加工物的表面；加工進給機構，其將該卡盤台與該處理單元相對地進行加工進給，並且，該處理單元包含：雷射振盪器，其射出雷射光線；聚光器，其將該雷射振盪器所射出之雷射光線形成為多個光束；準直透鏡，其配設於該雷射振盪器與該聚光器之間，將雷射光線準直成平行光；光束強度調整器，其配設於該聚光器與該準直透鏡之間，調整該多個光束的強度；以及旋轉機構，其使該聚光器旋轉。
較佳為，該聚光器係由微透鏡陣列或繞射光學元件所構成。較佳為，該光束強度調整器調整光束的空間強度分布。較佳為，該處理單元係藉由該聚光器而將聚光點定位於被加工物的應處理的表面，並對該表面施加燒蝕加工。
較佳為，在該聚光器與該被加工物之間配設有液體儲存槽，所述液體儲存槽以液體填滿應處理的被加工物的表面。較佳為，藉由電漿而對被加工物的表面施加處理，所述電漿係藉由將雷射光線照射至藉由該液體儲存槽而被填滿於被加工物的表面之液體所產生。或者，藉由空化而對被加工物的表面施加處理，所述空化係藉由將雷射光線照射至藉由該液體儲存槽而被填滿於被加工物的表面之液體所產生。較佳為，配設有量測器，所述量測器量測被保持於該卡盤台之該被加工物的厚度或高度。
[發明功效] 若根據本發明，則在被以往的研削裝置加工之情形中，避免在研削面殘留圓弧狀地形成之多個研削痕，並抑制抗撓強度下降的問題。並且，因被加工物的完工厚度不會如以往的研削裝置般取決於卡盤台與研削磨石的間隔，故容易實現將被加工物形成為均勻的厚度。
以下，針對本發明實施方式的表面處理裝置，一邊參照隨附圖式，一邊詳細地進行說明。
圖1表示本實施方式的被加工物。該被加工物例如為在正面10a形成有藉由交叉之多條分割預定線14所劃分之多個元件12之矽（Si）的晶圓10。將保護膠膜T黏貼於晶圓10的正面10a，並如圖1的下段所示，與晶圓10一體化，在藉由後述之表面處理裝置1而處理背面10b時保護正面10a。
圖2係表示本實施方式的表面處理裝置1的整體立體圖。表面處理裝置1具備裝置外殼2，並具有：大致長方體形狀的本體部21；以及直立壁22，其設置於本體部件21的後端部並在上下方向立設。表面處理裝置1具備：保持單元3，其包含卡盤台32，所述卡盤台32配設於該本體部21上的蓋構件31上並吸引保持晶圓10；以及處理單元4，其處理被保持於保持單元3之晶圓10的背面10b。
在蓋構件31的圖中箭頭X所示之X軸方向的兩側配設有蛇腹構件6a、6b。在本體部21的內部配設有將保持單元3的卡盤台32在X軸方向進行加工進給之加工進給機構（省略圖示）。藉由使該加工進給機構運作，可將蓋構件31與卡盤台32一起在X軸方向移動，並使蛇腹構件6a、6b伸縮、伸長，且在搬出搬入區域與加工區域之間移動，所述搬出搬入區域係將未加工的晶圓10載置於卡盤台32上之圖中前側的區域，所述加工區域係藉由處理單元4而施加加工之圖中裡側的區域。
處理單元4具備雷射照射單元42。該雷射照射單元42具備容納於處理單元外殼421之光學系統，且配設於直立壁22的前表面，並藉由支撐構件43而被安裝於移動基台41。移動基台41係在後表面側與配設於裝置外殼2的直立壁22之一對導軌221、221卡合，並被安裝成能相對於導軌221、221在Z軸方向（上下方向）滑動。
圖2所示之表面處理裝置1具備Z軸移動機構7，所述Z軸移動機構7使上述之處理單元4沿著上述一對導軌221、221在圖中箭頭Z所示之方向移動。此Z軸移動機構7具備外螺紋桿體71，所述外螺紋桿體71配設於直立壁22的前表面側並在上下方向延伸。此外螺紋桿體71的上端部與下端部係旋轉自如地被支撐於直立壁22。在外螺紋桿體71的上側端部配設有脈衝馬達72，所述脈衝馬達72作為用於將外螺紋桿體71進行旋轉驅動的驅動源，此脈衝馬達72的輸出軸係與外螺紋桿體71連結。在移動基台41的後表面形成螺絲連結部（省略圖示），在該連結部形成有在上下方向延伸之內螺紋孔，並使上述外螺紋桿體71與此內螺紋孔螺合。此種Z軸移動機構7可使脈衝馬達72正轉而使處理單元4與移動基台41一起下降，並可使脈衝馬達72反轉而使處理單元4與移動基台41一起上升。
本實施方式的表面處理裝置1配設有量測器5，所述量測器5量測被保持於保持單元3的卡盤台32之晶圓10的厚度（或高度）。該量測器5係在裝置外殼2的本體部21上配設於卡盤台32在X軸方向移動之區域的靠近Y軸方向之位置，且配設於沿著X軸方向所形成之側壁部23。並且，該量測器5被構成為藉由被配設於該側壁部23的內部且省略圖示之移動機構而被驅動，並能沿著側壁部23的滑動槽23a移動，所述滑動槽23a係沿著X1所示之方向所形成。量測器5的形式未被特別限定，但例如為非接觸式的厚度量測器，其從延長臂52的前端部51照射具有預定的波長範圍之量測用的雷射光線LB0，檢測被晶圓10的背面10b與正面10a反射之返回光，並將根據該返回光之光譜干擾波形進行傅立葉轉換而量測晶圓10的厚度（或高度）。上述的雷射照射單元42、加工進給機構（省略圖示）、量測器5、Z軸移動機構7等係與省略圖示之控制器連接。
一邊參照圖2及圖3，一邊針對本實施方式的構成處理單元4之雷射照射單元42的光學系統更具體地進行說明。雷射照射單元42係包含以下構件所構成：雷射振盪器44，其射出雷射光線LB1；聚光器45，其將雷射振盪器44所射出之雷射光線LB1形成為多個光束LB2；準直透鏡46，其配設於雷射振盪器44與聚光器45之間，將雷射光線LB1準直成平行光；光束強度調整器47，其配設於聚光器45與準直透鏡46之間，調整該多個光束LB2的強度；以及旋轉機構48，其使聚光器45旋轉並使多個光束LB2往箭頭R1所示之方向旋轉。上述之雷射照射單元42的光學系統被容納於處理單元外殼421，所述處理單元外殼421被支撐構件43支撐。
聚光器45例如可利用微透鏡陣列或繞射光學元件（DOE），所述微透鏡陣列係連續地配置多個微米級大小的細微鏡頭而成之光學透鏡，所述繞射光學元件係利用光的繞射現象而使雷射光在空間中分支。若根據雷射照射單元42，則可藉由聚光器45而將從雷射振盪器44所射出之雷射光線LB1形成為多個光束LB2，並在預定的照射區域分散並聚光（參照圖中P1~P5）而照射。此外，在圖3中，為了便於說明，而將由聚光器45所形成之多個光束LB2的聚光點進行簡化並以P1~P5表示，但實際上係在預定的照射區域的範圍內分散成任意數量的多個光束，例如數百個左右的多個光束。並且，聚光器45不限於僅由前述的微透鏡陣列或繞射光學元件構成，亦可與另外的聚光透鏡或非球面透鏡等進行組合而構成。
旋轉機構48例如採用中空馬達。該中空馬達係在中空的軸的外周配設編碼器而形成為環狀，並將上述的聚光器45保持於該軸的中央的空間，而可使該聚光器45以高速（例如50000rpm以下）進行旋轉，並使從聚光器45所照射之多個光束LB2往箭頭R1所示之方向旋轉。
光束強度調整器47例如可利用空間光調變器（LCOS）或數位微鏡裝置（DMD）。已通過準直透鏡47之雷射光線LB1係藉由光束強度調整器47而被調整，可將從聚光器45所照射之多個光束LB2的空間強度分布調整成所要求的空間強度分布。此外，在本實施方式中，雖表示採用透射型的空間光調變器（LCOS）之例子，但亦可採用反射型的空間光調變器。
如圖3所示，本實施方式的雷射照射單元42係將從聚光器45所照射之多個光束LB2的聚光點（例如P1~P5）定位於晶圓10的背面10b並進行照射，而對晶圓10的背面10b施加燒蝕加工。藉由本實施方式的雷射照射單元42而實施表面處理時的加工條件例如如同下述。 波長                         ：355nm 脈衝寬度                 ：10ps 重複頻率                 ：1MHz 平均輸出                 ：10W 數值孔徑（NA）    ：0.2
針對藉由上述之表面處理裝置1而處理晶圓10的背面10b之程序更具體地進行說明。
如圖2所示，若將保持單元3定位於搬出搬入區域，則將已與保護膠膜T一體化之晶圓10的背面10b側朝向上方，將保護膠膜T側載置於卡盤台32上並進行吸引保持。接下來，使省略圖示之加工進給機構運作，將卡盤台32移動至X軸方向的加工區域側，並將晶圓10的外周緣定位於從處理單元4的上述聚光器45照射多個光束LB2之位置。
接下來，使上述之雷射振盪器44、光束強度調整器47、旋轉機構48、Z軸移動機構7運作，如圖3、圖4所示，將從雷射照射單元42所照射之多個光束LB2的聚光點（P1~P5）定位於晶圓10的背面10b上並進行照射，使該多個光束LB2往箭頭R1所示之方向旋轉，且使卡盤台32一邊往箭頭R2所示之方向旋轉一邊在X軸方向移動，而該多個光束LB2實施該表面處理直至到達晶圓10的中心O為止。
藉由對晶圓10的背面10b施加由上述之表面處理所進行之燒蝕加工，而在背面10b中被該多個光束LB2照射之區域S會逐漸擴大，晶圓10的厚度會減少。如上述，本實施方式的表面處理裝置1配設有量測器5，並使該量測器5的延長臂52在沿著側壁部23的滑動部23a之X1所示之方向移動，且將前端部51從晶圓10的中心O定位於預定位置上，並照射量測用的雷射光線LB0。該量測用的雷射光線LB0檢測被晶圓10的背面10b及正面10a反射之返回光，並將根據該返回光之光譜干擾波形進行傅立葉變換而量測該預定位置的晶圓10的厚度。一邊使上述的延長臂52移動且使卡盤台32旋轉，一邊在晶圓10上的由X座標、Y座標位置所規定之多個位置實施此種量測，而詳細地量測晶圓10的整個區域的厚度。此外，藉由該量測器5而量測晶圓10的厚度之情形，較佳為停止由上述雷射照射單元42所進行之表面處理。藉由省略圖示之控制器而確認藉由該量測所檢測出之晶圓10的厚度是否成為所要求的厚度，在未成為所要求的厚度之情形，實施由上述的雷射照射單元42所進行之晶面10的表面處理，並實施該表面處理直至成為所要求的厚度為止。此外，亦可在從量測器5照射量測用的雷射光線LB0之區域配設噴射高壓的清洗水之清洗水噴射手段，而一邊清洗量測厚度之晶圓10的區域一邊實施上述的厚度的量測。
若根據本實施方式，則藉由旋轉機構48的作用而將從聚光器45所照射之多個光束LB2往R1所示之方向旋轉，且將晶圓10與卡盤台32一起往R2所示之方向旋轉。藉此，在照射多個光束LB2之區域中，晶圓10的背面10b被均等地去除，因此在被以往的研削裝置加工之情形中，避免在研削表面殘留圓弧狀地形成之多個研削痕，並抑制抗撓強度下降的問題。然後，如上述，晶圓10的完工厚度不會如以往的研削裝置般取決於卡盤台與研削磨石的間隔，而容易實現將晶圓10形成為均勻的厚度。並且，藉由具備如上述般的構成，亦能一邊使卡盤工作台32移動，將多個光束LB2定位於晶圓10的所要求的位置，停止卡盤台32的移動，停止聚光器45的旋轉等，一邊局部地處理晶圓10的表面（背面10b），而將晶圓10的表面處理成所要求的形狀。
本發明不受限於上述之實施方式的處理裝置1。一邊參照圖5～圖7，一邊針對其他實施方式進行說明。
圖5係表示本發明的另一實施方式亦即表面處理裝置1’。表面處理裝置1’具備與上述的表面處理裝置1大致相同的構成，針對相同的構成標註相同的編號並省略詳細說明。
本實施方式的表面處理裝置1’，除了上述之表面處理裝置1以外，如圖5所示，更具備液體儲存槽8。液體儲存槽8例如為在下方側具有開口之凹狀的容器，並具備：圓筒狀的框構件81；以及透明的板構件82，其關閉該框構件81的上表面，且使從雷射照射單元42的聚光器45所照射之多個光束LB2穿透。該板構件82例如可採用玻璃板、丙烯酸板等。液體儲存槽8裝卸自如地配設於保持單元3’的蓋構件31’上，並藉由在吸引保持晶圓10之狀態下載置於卡盤台32’，而配設於聚光器45與被保持於卡盤台32’之晶圓10之間。如圖6、圖7所示，在本實施方式中，在蓋構件31’上具備：液體供給口31a’，其供給儲存於該液體儲存槽8的內部之液體W（例如純水）；以及液體排出口31b’，其將該液體W排出。從省略圖示之液體供給單元所壓送之液體W被從液體供給口31a’供給至液體儲存槽8的內部，該液體貯存槽8內部被液體W填滿，並從液體排出口31b’適當排出液體W。此外，該液體供給口31a’與液體排出口31b’並不受限於一定要配設於蓋構件31’上，例如，亦可配設於液體儲存槽8的框構件81的側表面。並且，液體儲存槽8與蓋構件31’之間不受限於一定要密接。亦可在液體儲存槽8與蓋構件31’之間設置適當的間隙，從該間隙排出液體W。
藉由表面處理裝置1’所實施之表面處理係藉由與上述之表面處理裝置1大致同樣的步驟而實施。更具體而言，在將保持單元3’定位於搬出搬入區域之狀態下，在將液體儲存槽8載置於蓋構件31’之前，將在正面10a黏貼保護膠膜T並一體化而成之晶圓10的背面10b側朝向上方，將保護膠膜T側載置於卡盤台32’上並吸引保持。接下來，將液體儲存槽8載置於蓋構件31’上，從液體供給口31a’供給液體W，而將液體W填充至液體儲存槽8的內部。接下來，使省略圖示之加工進給機構運作，將卡盤台32’移動至X軸方向的加工區域側，並將晶圓10的外周緣定位於從雷射照射單元42的聚光器45照射多個光束LB2之位置，而成為將液體儲存槽8配設於上述的聚光器45與晶圓10之間的狀態。
接下來，使上述之雷射振盪器44、光束強度調整器47、旋轉機構48、Z軸移動機構7運作，如圖6、圖7所示，將從雷射照射單元42所照射之多個光束LB2的聚光點（P1~P5）定位於晶圓10的背面10b上並進行照射，使該多個光束LB2往箭頭R1所示之方向旋轉，且使卡盤台32’一邊往箭頭R2所示之方向旋轉一邊在X軸方向移動，而該多個光束LB2實施該表面處理直至到達晶圓10的中心O為止。此期間，在液體儲存槽8的內部，從液體供給口31a’供給液體W，並從液體排出口31b’排出液體W。藉此，藉由該表面處理所實施之加工所產生之加工屑等係藉由該液體W而被排除。
藉由對晶圓10的背面10b施加由上述之表面處理所進行之燒蝕加工，而在背面10b中被該多個光束LB2照射之區域S會逐漸擴大，晶圓10的厚度會減少。在表面處理裝置1’中，因配設有液體儲存槽8，故由量測器5所進行之晶圓10的厚度的量測較佳為將液體儲存槽8卸下而實施。藉由該量測器5而在晶圓10上的由X座標、Y座標位置所規定之多個位置量測晶圓10的厚度，並詳細地量測晶圓10的整個區域的厚度。藉由省略圖示之控制器而確認藉由該量測所檢測出之晶圓10的厚度是否成為所要求的厚度，在未成為所要求的厚度之情形，再次載置液體儲存槽8，且持續實施由上述的雷射照射單元42所進行之晶面10的處理，並實施該處理直至成為所要求的厚度為止。
藉由使用上述之液體儲存槽8，並以液體填滿應處理的晶圓10的背面10b，而如同上述，不僅可快速地排除藉由加工所產生之加工屑等，還能實現如以下般的加工。
在上述之表面處理中，雖將該多個光束LB2的聚光點（P1~P5）定位於晶圓10的背面10b上並施加燒蝕加工，但例如將該聚光點（P1~P5）稍微從晶圓10的背面10b離開（例如，小於1mm，較佳為0.5mm）而照射上述的多個光束LB2。藉此，液體W在晶圓10的背面10b的附近電漿化，除了施加上述的燒蝕加工以外，還對背面10b施加電漿加工。藉此，藉由對背面10b施加複合的加工，而可施加更均勻的加工。再者，亦可將多個光束LB2的聚光點（P1~P5）從晶圓10的背面10b離開（例如1mm以上，較佳為1mm）而在該聚光點的附近產生空化，並藉由該空化的氣泡崩解時的衝擊壓力而加工該背面10b。
藉由上述之表面處理裝置1’，亦能得到與藉由先前說明之表面處理裝置1所得到之作用效果同樣的作用效果，再者，可在晶圓10的背面10b的附近將液體W電漿化並藉由該電漿而進行表面處理，或亦可在背面10b的附近產生空化並藉由消滅氣泡時的衝擊壓力而實施表面處理，而變得能將背面10b更均勻地加工。
上述之燒蝕加工、由電漿所進行之加工、由空化所進行之加工，較佳為不是單獨地施加而是複合地施加於晶圓10的背面10b。但是，因用於最適當地實施燒蝕加工、由電漿所進行之加工、由空化所進行之加工的各自的處理條件（多個光束LB2的聚光點位置、平均輸出等）不同，故較佳為藉由預先模擬、實驗等而決定用於以更均勻的厚度加工晶圓10之最適當的處理條件。
1,1’:表面處理裝置 2:裝置外殼 21:本體部 22:直立壁 23:側壁部 23a:滑動部 3:保持單元 31,31’:蓋構件 31a’:液體供給口 31b’:液體排出口 32,32’:卡盤台 4:處理單元 41:移動基台 42:雷射照射單元 43:支撐構件 44:雷射振盪器 45:聚光器 46:準直透鏡 47:光束強度調整器 48:旋轉機構 5:量測器 51:前端部 52:延長臂 6a,6b:蛇腹構件 7:Z軸移動機構 71:外螺紋桿體 72:脈衝馬達 8:液體儲存槽 81:框構件 82:板構件 10:晶圓 10a:正面 10b:背面 12:元件 14:分割預定線 LB0:量測用的雷射光線 LB1:雷射光線 LB2:多個光束 W:液體（純水）
圖1係表示被加工物的晶圓之立體圖。 圖2係本實施方式的表面處理裝置的整體立體圖。 圖3係表示配設於圖2所示之表面處理裝置且以剖面表示一部分之處理單元的光學系統與藉由該處理單元所實施之表面處理的態樣之局部剖面側視圖。 圖4係表示圖3所示之表面處理的實施態樣之立體圖。 圖5係另一實施方式的表面處理裝置的整體立體圖。 圖6係表示藉由配設於圖5所示之表面處理裝置且以剖面表示一部分之處理單元與液體儲存槽所實施之表面處理的態樣之立體圖。 圖7係表示圖6所示之表面處理的實施態樣之局部剖面側視圖。
3:保持單元
32:卡盤台
4:處理單元
42:雷射照射單元
44:雷射振盪器
45:聚光器
46:準直透鏡
47:光束強度調整器
48:旋轉機構
421:處理單元外殼
5:量測器
51:前端部
52:延長臂
10:晶圓
10b:背面
LB0:量測用的雷射光線
LB1:雷射光線
LB2:多個光束
S:區域
O:中心
P1,P2,P3,P4,P5:聚光點
R1:箭頭
X:箭頭
X1:方向

Claims (8)

  1. 一種表面處理裝置，其處理被加工物的表面，且包含： 卡盤台，其保持該被加工物； 處理單元，其處理被保持於該卡盤台之該被加工物的表面； 加工進給機構，其將該卡盤台與該處理單元相對地進行加工進給， 該處理單元包含： 雷射振盪器，其射出雷射光線； 聚光器，其將該雷射振盪器所射出之雷射光線形成為多個光束； 準直透鏡，其配設於該雷射振盪器與該聚光器之間，將雷射光線準直成平行光； 光束強度調整器，其配設於該聚光器與該準直透鏡之間，調整該多個光束的強度；以及 旋轉機構，其使該聚光器旋轉。
  2. 如請求項1之表面處理裝置，其中，該聚光器為微透鏡陣列或繞射光學元件。
  3. 如請求項1之表面處理裝置，其中，該光束強度調整器調整光束的空間強度分布。
  4. 如請求項1之表面處理裝置，其中，該處理單元係藉由該聚光器而將聚光點定位於該被加工物的應處理的表面，並對該表面施加燒蝕加工。
  5. 如請求項1之表面處理裝置，其中，該處理單元進一步包含液體儲存槽，該液體儲存槽配設於該聚光器與該被加工物之間，以液體填滿應處的該被加工物的表面。
  6. 如請求項5之表面處理裝置，其中，藉由電漿而對該被加工物的表面施加處理，該電漿係藉由將雷射光線照射至藉由該液體儲存槽而被填滿於該被加工物的表面之液體所產生。
  7. 如請求項5之表面處理裝置，其中，藉由空化而對該被加工物的表面施加處理，該空化係藉由將雷射光線照射至藉由該液體儲存槽而被填滿於該被加工物的表面之液體所產生。
  8. 如請求項1之表面處理裝置，其中，前述處理單元進一步包含量測器，該量測器量測被保持於該卡盤台之該被加工物的厚度或高度。
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