TW415036B - Wafer separation device and wafer separation method using the same - Google Patents

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415036 at B7 五、發明説明（1 ) 發明背景 1. 發明領域 概略而言本發明係關於一種晶圓分藤?使用該如 梦方友，特別係關於未含晶圓帶將晶圓分離成 個別半導體晶片之裝置，及使用該裝置之晶圜分離方法。 2. 相關技術之說明 半導想製造中，晶圓的製造包含一系列光學' 姓刻、 及薄膜沈積步驟表示製造於晶圓層面之半導體元件上之電 路之方法。介於晶围製法與封裝體組裝過程間完成的分離 代表晶圓以考之敎戈項刀>離成為個別半導體晶片 。後文中由晶ffl分離的半導體元件稱做「半導體晶片」或 「半導體晶粒」* 第1囷為流程囷說明習知半導醴封裝體之製造過程。 參照第1圖’ 一半導體封裝體製程1〇始於製造電路於 晶圓之晶圓製程。於完成帶安裝過程後，其中晶園帶係附 著至晶圓背面，晶圓接受晶圓鋸割過程，其中晶圓分離成 半導體晶片’然後進行晶粒附接過程，其中分離的晶粒係 附接至引線框之晶粒墊。半導體晶片之接線墊係透迺骛或 銘等製造的金屬線電連接至引線框之致JLL妒。介於让益遮 與半導體晶片間之電連接係以劑如渡臨掇1化合 物包膠而獲得與外在落接^的保護。 第2围為平面圖顯示於帶安裝過程後之晶圓，及第3圖 為沿第2圖之線3-3所取之剖面圖。第4圖為剖面圖顯示於 晶圓鋸割過程後之晶圓。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )从祕（2Ι〇Χ2„公董） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、 415036 發明説明（ 參照第2圖至第4圈，於帶安裝過程中，晶圃12及晶圓 環13係附著至晶圓帶n ’晶圊帶係由pvc(聚乙烯基氣）或 UV(紫外光）感光帶製成’厚度為約8〇微米至約ι2〇微米。 晶圓帶1〗於晶圓12被切割成個別半導體晶片時可支持晶困 12。晶圓環13為鎢（W)製成其有個腔穴之直徑大於晶圓12 直徑。於晶圖環13内部，晶圃帶丨〗係附著至晶圊12背面。 於帶安裝過程後，晶圓12儲存於儲存箱（圈中未顯示）並轉 運至其它晶圓分離及晶粒附著過程的設備。 於晶®鋸割設備（圈中未顯示）申，晶圓】2係沿劃割線 14使用鑽石頭刀或其它鋸割裝置而被鋸割成複數半導體晶 片16。於此處，晶圓〗2被鋸割至其深度之約卯兔至約<〇〇-% 。另外，並非鋸割晶園丨2之全深度同時也鋸割部份晶圓帶 11。於晶圓12被鋸成個別半導體晶片後，全部半導體晶片 16仍然由晶圓帶吃持。於晶粒附著設備中，半導體晶片 16由帶11上卸下並附著至引線框之晶粒墊。於完成接線及 包膠步驟後’生產半導體封裝體。 於晶粒附著過程中，當半導體晶片16由晶圓帶1}卸下 時，晶圓帶11之_.可能污杀半導趙晶片_背_。以咖（ 引線於晶片）射-裝號,人例‘尤此，半導體晶片16背面污 染可能造成半導雜^離層造 成封裝體裂開且進-步嚴重。又因基底構件如 晶圓帶11、晶圓環13及儲存箱為晶圓安裝過程所需，故$ 祿二高类導體封裝盤生產*^同時降低龟產力、。又因由晶圓 環13卸下的用過的晶圓帶η無法循環利用故庙&理搭清绝。 本紙張尺度適用中國國家標準{ CNS ) Α4規格（210x297^

I I I— . (請先閎讀背面之注意事項再填寫本s·W :π 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 415036 A7 ____B7_ * 五、發明説明（3 ) 發明概述 如此本發明之目的係提供#1因使用瘟尨多造成g考 導體晶片銜势，以及經由提供不含辱Ιϋ之备-衡分離過程 來防止半導體元件封裝體的受損。 為了達成前述目的’本發明提供一種晶圓分離方法包 含下列步驟：（a)提供一晶圓其具有複數半導逋元件，（b) 沿半導體元件間之劃割線劃割晶園至預定深度，（c)安裝 晶圓於具有複声直.空拙取ϋ之菹枓層上，故啕別丰導難 元件對正對應的.個別真-空埤取名^置，（d)以真空抽取裝置 固定晶圓於彈性層’及（e)藉由施加機械力至晶園將晶圓 沿劃割線分離成個別半導體晶片。 本發明之另一方面，本發明也提供一種晶圓分離裝置 用於將包含複數半導韹元件形成於其中及其上的晶圓分離 成為個別半導體晶片’該裝置包含（a，)^l彈性聲其具有— 平坦71面用於安裝一j且具有，該彈性層包含 抽取裝置對應於個別半導體元件，及（b’）一壓迫 裝置其壓迫晶圓，藉此安裝於彈性層上之晶園之半導逋元 件切割成個別半導體晶片。 ifl式之簡單說明 此等及多種其它本發明之特點及優點經由參照後文詳 細說明連同附圖將萌’其中類似的參考編號表示類 似的結構元件，其肀 第1圖為流程圖說明習知半導體封裝體製法； 第2®岛平面圖顯示於完成習知帶安裝過程後之晶圓 本紙法纽適用巾S®家鮮（⑽）Α4麟（210X297公釐) '~Ζ,~* ~ ------------J.------1Τ-------味 - , (請先Μ讀背面之注$項再填寫本頁) 經濟部智楚財產局員工消費合作社印製 415036 A7 __ __B7 * 五、發明説明（4 ) t 第3圓為沿第2圖線3-3所取之剖面圏； 第4圖為剖面圖顯示於習知晶圆鋸割過程完成後之晶 圓， 第5圖為流程圖說明根據本發明之一具體例之半導趙 封裝體之製法： 第6圏為流程圈說明根據本發明之一具體例之晶困分 離過程； 第7圖為示意透視圖顯示本發明之具體例之晶圓鋸割 過程； 第8圖為剖面圖顯示於完成本發明之具體例之晶g鑛 割過程後之晶圓； 第9圖為平面圊顯示本發明之具體例之晶圓分離裝置 之彈性層； 第10圖為沿第9圖之線10-10所取之剖面圖； 第11圖為剖面圖顯不晶圓對正於彈性層上； 第12圖為透視圖說明本發明之具體例之晶圓鋸割過程 > 第13圖為透視圖說明本發明之具號例之晶粒附著過程 :及 第14圖為透視圖說明本發明之具體例之晶粒附著過程 的晶粒拾取。 後文參照附圖說明本發明之較佳具體例。 本紙張尺度適用中圉國家揉準（CNS ) A4規格（2】0X 297公釐） ----,-------哀-------紅------嚷1 (諳先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 415036 Βτ_ 五、發明説明（5 ) 第5圖為流程圏說明根據本發明之一具體例之半導體 封裝體製法，及第6圖為流程圖說明根據本發明之具體例 之晶®分離過程。 參照第5圖及第6圖，本發明之半導體封裝體之製程1〇〇 不含免安j -過奉’及晶風么艙農避IIL?句.含^ . m鍅釗 ，其中藉由劃割晶園至預定深度而沿割線將分離線割割 於晶圓，及晶圓切割過程其中於晶圓層面之半導體元件被 分離成為複數半導體晶片。其它過程晶圓分離過程除外皆 同習知半導體封裝體製造方法，因而刪除其說明D具有劃 割分離線的晶圓對正於且固定於彈性層上而完成晶圓錯割 過程’施加機械力於晶圓而分離成個別半導體晶片。 窠7激為示意透視圖顯示本發明之具體例之晶圓鋸割 過程，溪8¾為剖面圖顯示於本發明之具禮例之鑛割過程 完成後之晶圓。第7圖及第8圖中，虛線表示劃割線而實線 表示使用鑽石頭刀沿劃割線與晶圓上劃割的分離線。 參照第7圖及第8圖，因及辱3:摩鐵^本發明 之晶圊鋸割過程，故成通^ 丁以習知蟲JIL 士鹿以丨艟琿而 無須龍在邊。當晶圓卡m. ί裝於備_?〇〇 瞎’一片晶圓212由晶圓卡匣2Π透過移轉裝置例如撿帶 213被移轉至切割臺217。晶圓轉運裝置217.吸取晶圓;ϋ?.且 將晶圓212安裝於切割臺2 Π上》晶圓切割臺2〗7使用 固芨晶_12 > 當晶圓212固定時，使用高速旋轉之鑽石頭刀220沿形 成於個別半導體元件2J5^之劃割割分離線218於 本紙張尺度適用中國國家榡车（CNS ) A4規格（2ί〇Χ297公釐） -------^----乂------訂——-----味 {請先W讀背面之注$項再填寫本頁) A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 __415QSfi_ ___五、發明説明（6 ) 晶® 212。較佳分離線21 8之深度係佔晶圓212深度釣 至約€0¼ ‘又分離線218可以雷射形成。於此處分離線218 係劃割於晶圓212之預定深度，原因為分離線218之劃割不 完美將斷裂而使半導體元件215於隨後晶圓分離過程於晶 圓層面分離成為個別半導體晶片。晶圓212之鋸割深度隨 下列考慮重點決定例如晶圓處理要求包括以晶圚轉運裝置 216轉運晶圓，及於皞後晶圓分離過程對分開的半導體晶 片造成的損傷。 錯割晶圓212產生的碎屑或其它污染物係以趴水（去離 子水）洗蘇及清潔。晶圓鋸割過程完成後，切割臺217解除 真空’爲圓轉速奘12作將安裝於切割臺217上的晶圓212 轉運至晶圓鋸割裝1 二清潔站（圖中未顯示）。當晶圓 212安裝於清潔站時’清潔站使用真空固定晶圓212，並於 晶圓212旋轉時以去離子水清潔晶圓2丨2。然後晶圓2丨2經 乾燥及由清潔站藉晶圓轉運裝置轉運至切割臺217入口。 於切割臺217的入口，晶圓212透過輸送帶213被轉運至晶 圓卡匣211。唯有當晶圓卡匣211内部的全部晶圚212通過 前述步驟時才完成晶圓鋸割過程。為了將晶圓212分離成 為個別半導體晶片，開始晶圓切割及晶粒附著過程。 當彈性層用於晶粒附著裝置時，晶圊切割過程係連同 晶粒附著過程進行。下文首先與晶粒附著過程分開說明晶 圓切割過程。 第9圖為平面囷顯示本發明之具联例之晶圓分離裝置 之 ，及笔 m 周 。 ---.---^----X------1T—-----决 (请先閲讀背面之注^項再填寫本頁) 10 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 __415036_λξ_： 五、發明説明（7 ) 第11圖為剖面圖顯示對正於彈性層之晶圓，及第12圖為剖 面圖說明本發明之具體例之晶圓鋸割過程。箭頭「A」表 示輾桿之移動方向及箭頭「B」表示輾桿之滾動方向。 參照第9圖至第12圖’於晶圓鋸割過程後晶圓2U係藉 晶圓分離裝，31(，；2〇办扇而分離成為複數半導體晶片 326。晶圓分離裝S 31/，#20¾含彈性層31 ί>Λ具有抽取裝 置用於抽取晶殳半導體晶片12¾，及壓迫复立320用 於藉由於鋸割過程沿劃割線以蕷定深唐施加機械力至被鋸 割後的晶圓而分離半導體元件€1”彈性層31〇_具有本體312 ’其具有平坦頂面係由彈性材料如矽膠或胺基甲酸酯橡膠 製成且具有一致深度。彈性層本體312係由有撓性的彈性 材料製成，支持部女鵷墦3 14係環繞本技^周邊俾便容易 處理® 晶圓分離裝置310 ’ 320包含彈性層310戽具有抽取晶 匱214之抽取裝置及半導體晶片离及壓迫裝置320用於 鋸割過程沿劃割線施加機械力至被鋸割後的晶®至預定深 度而分離半導體元件丨0 « 抽取孔0係經由彈性層之本@12形成。各抽取 孔316係對應於完成晶圆鋸割過程後晶gp ^匕各丰導艘晶 片立14。抽取孔16儀透過真空管咸^ 1 n结至真空栗（圖中 未顯示）。柚取孔116之大小比半導體晶片21 5小且較佳直 徑為0.3毫米至J J毫米。真空管路3 18連結至抽取孔316， 管路係埋置於彈性層310之本體312内部，真空管路318之 一端由本體312該邊擠塑俾便將彈性層310安裝於對正臺上 本紙張逋用中國國家標準（CNS ) A4规格—< 2丨0X297公釐) ~~ -- -------------^------訂------^ I (請先閲讀背面之注f項再填寫本頁) A7 --445ϋ3£_Έ.__： 五、發明説明（8 ) ’容後詳述。電磁閥係形成於擠塑真空管路318上且控制 各抽取孔316。當晶園212係安裝於彈性層310上而半導體 元件215對正個別抽取孔316時，電磁閥319開啟而真空栗 驅動而抽取晶園212因而使彈性層310固定晶園212。 然後壓迫裝置例如輾桿320施加機械力至晶圓212，晶 圓212之半導體元件215沿分離線218分離成為個別半導體 晶片326。較佳切割車*219係重晶J021 2頂面。圓柱形 之轆桿320其外接觸面係古禪路材料如橡朦身成懕迫曰滾 動於晶圍212頂面。然後晶圓212沿分離線218斷裂。為了 保護形成於半導體元件215上的電路（圖中未類示），輾桿 320經過處理可防止靜電>與習知晶圓帶相同，分離後的 半導體晶片326係藉批上孔U6固客。 第13圖為透視圈說明本發明之具體例之晶粒附著過轾 ’及第14®為透視圚說明本發明之具體例之晶粒附著過程 之晶粒拾取。 參照第13圖及第I4圖’為了進行晶粒附著過程，其中 分離的半導體晶片326係附著於引線框412，彈性層310安 裝於晶粒附著設備400之對正臺414上且進行晶囷分離過程 。因晶圓212於深度方向被劃割不完全，因此無須晶圊帶 或晶圓環，晶圓由晶圓鋸割設備轉移至晶粒附著設備4〇〇 同時係載運於習知晶圚卡匣211。如此晶圓212不再需要於 個別儲存箱處理。當晶圓卡匣211安裝於晶粒附著設備4〇〇 時’一片晶圚212藉輸送帶413由晶園卡匣211轉運至對正 臺414。晶圓轉運裝置418真空抽取晶圚212並安裝晶圓212 本紙張尺度適用中國國家搮率（C>]S ) Α4規格（210X297公羡） (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 、^Γ 嗖！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12 經濟部智慧財產局負工消費合作社印製 415036 at ___B7___ 五、發明説明（9 ) 於安裝於€正#414之彈性層310上。彈性層310也可藉真 空固定晶圓212。 晶粒附著設備400包含一偽雜用於移轉本里雜 晶片326<附著位置之引線框412'，一接線臺422用於支持 半導體晶片326及Cli握4D於晶粒附著過程，一接線頭424 用於藉加壓接合半導體晶片U.2#之引線柜41>，引線框移轉 部426用於將引線框412移轉至預定位置，及用 於雄^^丄旅·路身4Ζ0移轉之前對正被分離的晶圓.212。晶圓 轉移部420包含一箇夾421，其使$真空拾導~理、晶|J2_6 ，及一開樺其係作為筒决421之通過踗徑。晶®分離過 程係於彈性層3 10安裝於對正臺414上時進行*晶圓212分 離成為半導體晶片326，被分離的晶圓212係對正於對正臺 414 > 筒决421被,站直^而拾取半導體晶片3?6,電磁閥319 關閉，電磁閥可控制對應於半導體晶片326之抽取孔316。 當各個半導趙晶片32ft利用各柚取孔3 16在特且各袖取孔 316由電磁閥319控制時，可經由僅選擇對應於預定半導艘 晶片326之抽取孔3 16而摈制.直空。當晶片轉移部420移轉 半導體晶片至接線臺422.睹，位置校正用的攝影機428 將半導艘晶片326準確嵌置定位於引線框412之位置。接線 頭424提供穩定壓力及溫度而使半導體晶片326附著於引線 框 412。 當除了晶圓2〗2邊緣部之邊緣晶片430以外的全部半導 體晶片326皆完成晶粒附著過程時’已經具有固定邊緣晶 本紙張尺度適用中國國家橾率（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------^----丄------訂 ------Ψ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 13 415036 A7 B7 五、發明説明（10 ) 片430之彈性層3 10轉運至拋棄箱416，邊緣晶片43〇於拋棄 箱416内部移開。彈性層31〇轉運至拋棄箱416，對抽取孔316 之真空關閉，取而代之將拋棄箱416抽真空。如此拋棄邊 緣晶片430 »此時’經由抽取孔316提供空氣至彈性層310 表面’藉此由晶圓上去除來自於晶圓分離過程之碎屑或其 它污染物。當廢棄彈性層310上之邊緣晶片430時，使用另 一彈性層310進行晶圓分離過程，如此改良生產力。 JSL本U未使用晶1帶，故可哮止使用晶_ ®帶造成丰 導體晶汚染引發半-導體晶片封裝狀内级雜因可免 ... -·〆..听...，广·_.'IV，·. ... Ά ·__ρ’sv.. ..· 除帶戈i灰襞υϋ生.，產^爲屦 雖然前文已經詳細說明本發明之較佳具體例，但須了 解於此處教示之基本發明構想之多種變化及/或修改對業 界人士顯然易知且係屬於如隨附之申請專利範圍界定之本 發明之精髓及範圍。 n (請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) -*ΤΓ 元件標號對照 經濟部智慧財產局員工消費合作社印Μ 10…半導體封裝體製程 1Ϊ…晶圓帶 12…晶圓 13…晶圓環 14…劃刻線 16…半導體晶片 312.. .本體 314.. .鎢環 316.. .柚取孔318.. .真空管路 319.. .電磁閥 320…輾桿 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 14 415036 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（11 ) 100...半導體封裝體製程 326...半導趙晶片 102...晶圓分離過程 400...晶粒附著設備 200...晶圓鋸割設備 412...引線框 211...晶圊卡匣 413...輸送帶 212...晶圓 414...對正臺 213...輸送帶 416...拋棄箱 214...劃刻線 418…晶圖轉運裝置 215…半導體元件 420…晶片轉移部 216...晶圓轉運裝置 421...筒夾 217...切割臺 422...接線臺 218...分離線 423...開槽 219...切割面 424...接線頭 220...旋轉鑽頭刀 428...攝影機 310...晶圓分離裝置 4 3 0...邊緣晶片 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 15

Claims (1)

1. 經濟部中央揉车局貝工消費合作社印菜 A8 415036 cl m ~ I —___ _______ 六、申請專利範圍 1. 一種feur夯離方、’包含下列步驟： U)提供一晶圓其具有複數半導體元件； (b) 沿介於半導髏元件間之劃割線劃割晶圓至預定 ’禾τ (c) 安裝晶圓於具有複數真空抽取裝置之彈性層上 ’使個別半導體元件係對正對應的個別真空柚取裝置 » (d) 以真空抽取裝置夾持晶圓於彈性層上；及 (e) 沿劃割線藉施加機械力於晶圓而將晶圓分離成 個別半導體晶片。 2. 如申請專利範圍第1項之晶圓分離方法，其中該晶圓於 步驟（b)係被劃割至晶圓深度之約40%至約60%。 3 ·如申請專利範圍第1項之晶圃分離方法，其中該晶困於 步驟（b)係使用旋轉式鑽石頭刀劃割。 4. 如申請專利範圍第1項之晶圓分離方法，其中該晶圓於 步驟（b)係使用雷射劃割。 5. 如申請專利範圍第1項之晶圓分雄方法，其中該彈性層 具有平坦頂面且係由具有均勻厚度之彈性材料製成。 6. 如申請專利範圍第5項之晶S]分雜法，其中該彈性層 包含⑴複數抽取孔其係形成於彈性層之平坦頂面上且 係對應於個別半導趙元件及（ii)複數真空管路其係連結 至抽取孔’其中真空管路之一端係連結至對應之抽取 孔及另一端係由彈性層掩塑。 7. 如申請專利範圍第6項之晶圓分離方法，其中一連結至 本紙張XJUA用家料（CNS )纟4胁（21GX297公釐） ^^^1 n^i I ^^^^1 ^^^^1 ^^^^1 ^^1 ^^^^1 Αϋ ^^^^1 n^i im 々 (請先H讀背面之注意事項再填寫本頁) 16 經濟部中央榡率局貝工消費合作社印裂 415036 A8 B8 —___ '申請專利' -- 真空管路掩塑端之真空果於真空管路内側產生真空， 及藉此抽取孔抽取且失持晶圓於彈性層d 8.如申請專利範圍第7為如篇離❹，其中各該抽取 孔分別由電磁閥控制。 一 9_如申請專職項分離方法，其中該彈性層 係選自包括矽膠及胺基甲酸酯橡膠。 10.如申請專利範g第5轉之晶圓分離方法，其中該彈性層 側面係由一支持部環繞俾便容易處理。 U.如申請專利範圍510、之晶圖分離方法，其中該支持 部為鎢環。 如申請專利範圍第]項之晶圚分雔方分，其中於步驟沁) 中，晶圓之半導體元件係藉由以輾桿壓迫晶圓而被切 割成為個別半導體晶片，該輾桿為圓柱形且係由彈性 材料製成。 ^一種罨圓公麴奘皆，用於將包含複數半導體元件形成 於其内及其上之晶面分離成為個別半導體晶片，該裝 置包含： (a’）一彈性層其具有平坦頂面用於安裝一晶圓且 有均勻厚度，該彈性層包含複數真空抽取裝置對應於 個別半導體元件；及 (b’）一壓迫裝置其壓迫晶圓，藉此使安裝於彈性 層上之晶圓之丰導體元件被切割成為個別半導體晶片 〇 14.如申請專利範圍第13項之晶圃分齄奘爱，其中該真空 本紙朵尺度速用中國國家榡车【CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先Η讀背面之注f項再填寫本頁) 訂 17