TWI395262B - 晶圓雷射處理方法 - Google Patents

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Description

晶圓雷射處理方法
本發明係有關於如半導體晶圓的晶圓雷射處理方法，此晶圓沿著形成於晶圓中的街道而形成雷射處理渠溝。
在半導體裝置製程中，複數個區域係藉由以格子圖案配置於幾乎碟形半導體晶圓的面上之分開規劃的線(稱為街道)所界定，而如IC及LSI的裝置係形成於這些界定的區域中。半導體晶圓係沿著街道切割，以使已形成裝置之區域分離，藉此產生個別的半導體晶片。疊置於藍寶石基底的表面上之光學裝置晶圓(其具有如光二極體的光接收元件，或如雷射二極體的發光元件)也沿著街道切割，藉此光學裝置晶圓係分成個別的光學裝置，如廣泛用來當作電子配備的光二極體或雷射二極體。
在沿著街道將以上提及之如半導體晶圓或光學裝置晶圓的晶圓分割之方法係為日本未審查的專利公開號10-305420中所揭露之方法，其以脈衝雷射光沿著形成於晶圓中的街道照射晶圓，以形成雷射處理渠溝，並且沿著雷射處理渠溝切斷晶圓。
然而，以上的方法面臨以下問題：在以雷射光照射的期間，晶圓的材料會熔化且再次固化，而形成似突起或突起的凸出物於形成於晶圓中的雷射處理渠溝之兩側(壁)上，使得裝置的品質惡化。此外，當拾取沿著雷射處理渠溝 而分離的晶片時，凸出物會折斷且脫落。此種凸出物會吸入套筒的吸入孔，而使吸入孔阻塞，因此顯著地縮短套筒的壽命。
本發明的目的係提出一種晶圓雷射處理方法，其不會遺留突起凸出物於雷射處理渠溝的兩側上。
為了達成以上的目的，根據本發明，係提出一種晶圓雷射處理方法，此晶圓具有藉由以格子圖案形成於此晶圓面上的街道所界定之複數個區域，界定的區域具有形成於其中的複數個裝置，此方法係配置來以雷射光沿著街道照射此晶圓，藉此形成沿著街道的雷射處理渠溝，此晶圓雷射處理方法包括：當焦點位於此晶圓的雷射光照射表面上時，以具有此晶圓可吸收的波長之雷射光，沿著街道照射此晶圓，藉此形成沿著街道的雷射處理渠溝之處理渠溝形成步驟；以及當焦點位於雷射處理渠溝的底部外時，以具有此晶圓可吸收的波長之雷射光，沿著處理渠溝形成步驟中所形成的雷射處理渠溝照射此晶圓，藉此修整雷射處理渠溝的兩側之處理渠溝修整步驟。
處理渠溝修整步驟中照射所使用的雷射光之焦點可設定為此晶圓的雷射光照射表面下之250至350μm的位置。
根據本發明，處理渠溝形成步驟係用以沿著形成於此 晶圓中的街道，形成雷射處理渠溝。然後，處理渠溝修整步驟係用以當焦點位於雷射處理渠溝的底部外時，以具有可吸收此晶圓的波長之雷射光沿著雷射處理渠溝照射此晶圓，藉此移除雷射處理渠溝的兩側上所形成之突起凸出物。因此，個別分離晶片的品質不會惡化。此外，根據本發明，雷射處理渠溝的兩側上所形成之突起凸出物係藉由以上述提及的方式進行處理渠溝修整步驟而移除。因此，當拾取晶片時，拾取套筒吸入凸出物而阻塞吸入孔之事件不會發生。
根據本發明的晶圓雷射處理方法之較佳實施例將參考附圖而進一步詳細說明。
圖1顯示根據本發明的晶圓雷射處理方法所處理之當作晶圓的半導體晶圓之透視圖。圖1中所顯示的半導體晶圓2包含矽晶圓，在其面2a上，複數個區域係藉由以格子圖案形成的複數個街道21所界定，而如IC及LSI的裝置22係形成於這些界定的區域中。如此構成的半導體晶圓2之背面係黏著於保護膠帶4，其包括一片合成樹脂，如聚烯烴，並且其係安裝於環狀框架3上，而面2a(亦即，形成街道21及裝置22)係朝上。
圖2至4顯示進行根據本發明的雷射處理方法之雷射處理裝置。圖2至4中所顯示的雷射處理裝置5配備夾住工作部件的夾盤51、以雷射光照射夾盤51上的工作部件 之雷射光照射裝置52、以及將夾盤51上所夾住的工作部件成像之成像裝置58。夾盤51係建造用來吸入及夾住工作部件，並且藉由處理饋入機構及刻度饋入機構(未顯示)，以圖2中所顯示之箭頭X所表示的處理饋入方向，以及以箭頭Y所顯示的刻度饋入方向移動。
雷射光照射裝置52包括實質上水平放置的圓柱形外殼53。脈衝雷射光振盪裝置54及傳送光學系統55係置於外殼53中，如圖3中所顯示。脈衝雷射光振盪裝置54係由包含YAG雷射振盪器或YVO4雷射振盪器的脈衝雷射光振盪器541，以及附加於此的重複頻率設定裝置542所組成。
傳送光學系統55配備擴束器551及橢圓成形機552，如圖4中所顯示。具有自脈衝雷射光振盪裝置54振盪的環形光點(截面形狀)之雷射光LBa係藉由擴束器551而擴展為具有環形光點(截面形狀)之雷射光LBb，並且藉由橢圓成形機552而進一步成形為具有橢圓形光點(截面形狀；主軸D1，次軸D2)之雷射光LBc。
回到圖3，聚焦裝置56係安裝於外殼53的前端。聚焦裝置56具有方向改變鏡561，以及收斂物鏡562。因此，(具有主軸D1及次軸D2的橢圓形光點)之雷射光LBc(其已經由傳送光學系統55而自脈衝雷射光振盪裝置54饋入)係藉由方向改變鏡561而改變為垂直方向。此雷射光係藉由收斂物鏡562收斂，並且將具有焦點S的脈衝雷射光LBd投射至夾盤51上所夾住的工作部件。焦點S的截 面形狀為主軸d1及次軸d2的橢圓形。
進一步回到圖2，在繪示的實施例中，構成以上所提及的雷射光照射裝置52之安裝於外殼53的前端部分之成像裝置58係由藉可視光線拾取影像的一般成像裝置(CCD)或類似物所組成。成像裝置58將拾取影像的訊號傳送至控制裝置(未顯示)。
沿著半導體晶圓2的街道21使用上述的雷射處理裝置5所進行之雷射處理方法將參考圖2、5(a)、5(b)至9(a)、9(b)做說明。
為了進行沿著半導體晶圓2的街道21之雷射處理，半導體晶圓2係以面2a朝上，置於圖2中所顯示之以上所提及的雷射處理裝置5之夾盤51上，並且半導體晶圓2係藉由夾盤51而吸入且夾住。在圖2中，以保護膠帶4安裝的環形框架3係自圖示刪除，但是環形框架3係藉由置於夾盤51上的合適框架保持裝置而夾住。
以上述方式吸入且夾住半導體晶圓2的夾盤51係藉由處理饋入機構(未顯示)而正置於成像裝置58之下。在夾盤51正置於成像裝置58之下後，成像裝置58及控制裝置(未顯示)立即進行校正運作，用以偵測欲雷射處理之半導體晶圓2的處理區域。亦即，成像裝置58及控制裝置(未顯示)進行影像處理(如圖案匹配)，用以進行以半導體晶圓2的預定方向所形成之街道21，與沿著街道21投射雷射光之雷射光照射裝置52的聚焦裝置56之間的校正，藉此達成雷射光照射位置方面的校正。同樣地，對於形成於 半導體晶圓2中且垂直延伸至以上預定方向的街道21而言，會進行雷射光照射位置方面的校正。
以上述方式，可偵測出夾盤51上所夾住之形成於半導體晶圓2中的街道21，並且進行雷射光照射位置方面的校正。然後，如圖5(a)中所顯示，夾盤51係移動至雷射光照射區，在此，會放置施加雷射光之雷射光照射裝置52的聚焦裝置56，以定位正置於雷射光照射裝置52的聚焦裝置56之下的預定街道21之端點(在圖5(a)中為左端)。此外，從聚焦裝置56所投射的雷射光LBd之焦點S係位於半導體晶圓2的面2a(亦即，雷射光照射表面)上。此時，聚焦裝置56所投射的雷射光LBd具有沿著街道21放置的橢圓光點S的主軸d1，如圖5(b)中所顯示。焦點S中的次軸d2係設定為小於街道21的寬度B。
然後，當聚焦裝置56以具有半導體晶圓2可吸收的波長之脈衝雷射光LBd照射半導體晶圓2時，夾盤51(亦即，半導體晶圓2)係以圖5(a)中的箭頭X1所顯示之方向，以預定處理饋入速度移動。當街道21的另一端(圖5(a)中的右端)到達雷射光照射裝置52的聚焦裝置56之照射位置時，以脈衝雷射光的照射會停止，並且夾盤51(亦即，半導體晶圓2)的移動會停止。因此，雷射處理渠溝210係沿著街道21而形成於半導體晶圓2中(處理渠溝形成步驟)，如圖6中所顯示。
聚焦裝置56所投射的雷射光LBd以如上述的橢圓光點S撞擊半導體晶圓2。使脈衝雷射光的重複頻率為 Y(Hz)，處理饋入速度(晶圓與脈衝雷射光相對的移動速度)為V(mm/秒)，以及脈衝雷射光的光點S之主軸的長度(在處理饋入方向的長度)為d1。在此情況中，係設定符合d1>(V/Y)的處理條件，藉此脈衝雷射光的相鄰光點S在處理饋入方向X(亦即，沿著街道21)會相互重疊，如圖7中所顯示。在圖7中所顯示的例子中，脈衝雷射光的光點S於處理饋入方向X的重疊率為50%。重疊率可適當地藉由使脈衝雷射光的光點S於處理饋入方向X的處理饋入速度V(mm/秒)變化，或長度變化而做設定。
上述的處理渠溝形成步驟係例如依據以下處理條件進行：
雷射光的光源：YVO4雷射或YAG雷射
波長：355nm
平均輸出：7W
重複頻率：10kHz
脈波寬度：30ns
焦點S：主軸(d1)：250μm，次軸d2：12μm
處理饋入速度：200 mm/秒
若藉由上述的處理渠溝形成步驟所形成之雷射處理渠溝210未到達半導體晶圓2的背面(底側)，則處理渠溝形成步驟係將焦點S的位置降低為靠近雷射處理渠溝210的底面之位置而進行。藉由此量測，會形成甚至更深的雷射處理渠溝210，如圖8(a)中所顯示。藉由進一步將焦點S的位置降低為更靠近雷射處理渠溝210的底面之位置，並 且於此狀態進行處理渠溝形成步驟，可形成到達半導體晶圓2的背面(底側)之雷射處理渠溝210，如圖8(b)中所顯示。在產生的雷射處理渠溝210之兩側上，有由晶圓材料所組成的突起凸出物211，此晶圓材料在以雷射光照射的期間已熔化，並且再次固化。在處理渠溝形成步驟中，若雷射處理渠溝210到達半導體晶圓2的背面，則以脈衝雷射光LBd照射保護膠帶4。然而，包含如聚烯烴的一片合成樹脂之保護膠帶4可穿過具有以上提及的波長之脈衝雷射光LBd。因此，保護膠帶4不會熔化，
在上述處理渠溝形成步驟係沿著以預定方向形成於半導體晶圓2中的所有街道21而進行之後，夾盤51(相應為半導體晶圓2)會轉到90度。然後，上述處理渠溝形成步驟係沿著以與以上預定方向垂直的方向形成於半導體晶圓2中的所有街道21而進行。因此，雷射處理渠溝210係沿著半導體晶圓2中的所有街道21而形成，藉此半導體晶圓2係分成個別的半導體晶片20(見圖8(b))。
然後，當焦點的位置超出藉由以上提及的處理渠溝形成步驟所形成之雷射處理渠溝210的底部外時，會進行將雷射光沿著雷射處理渠溝210投射之處理渠溝修整步驟，藉此移除形成於雷射處理渠溝210的兩側上之突起凸出物211。
亦即，如圖9(a)中所顯示，夾盤51係移動至雷射光照射區，在此，會放置施加雷射光之雷射光照射裝置52的聚焦裝置56，以定位正置於雷射光照射裝置52的聚焦 裝置56之下的預定街道21之端點(在圖9(a)中為左端)。此時，聚焦裝置56所投射的雷射光LBd之焦點S係位於超出雷射處理渠溝210的底部之位置，例如，在半導體晶圓2的面2a(其為雷射光照射表面)下的250至350μm之位置。
然後，當聚焦裝置56以具有半導體晶圓2可吸收的波長之脈衝雷射光LBd照射半導體晶圓2時，夾盤51(亦即，半導體晶圓2)係以圖9(a)中的箭頭X1所顯示之方向，以預定處理饋入速度移動。當街道21的另一端(圖9(a)中的右端)到達雷射光照射裝置52的聚焦裝置56之照射位置時，以脈衝雷射光的照射會停止，並且夾盤51(亦即，半導體晶圓2)的移動會停止。因此，脈衝雷射光LBd的外圓週部分作用在形成於半導體晶圓2中的雷射處理渠溝210之兩側上，使得形成於雷射處理渠溝210的兩側上之突起凸出物211(見圖8(b))係藉由脈衝雷射光LBd的外圓週部分之能量而去除(處理渠溝修整步驟)，如圖9(b)中所顯示。
上述的處理渠溝修整步驟係例如依據以下處理條件進行：
雷射光的光源：YVO4雷射或YAG雷射
波長：355nm
平均輸出：7W
重複頻率：10kHz
脈波寬度：30ns
焦點S：主軸(d1)：250μm，次軸d2：12μm
處理饋入速度：300 mm/秒
在上述處理渠溝修整步驟係沿著以預定方向形成於半導體晶圓2中的所有街道21而進行之後，夾盤51(相應為半導體晶圓2)會轉到90度。然後，上述處理渠溝修整步驟係沿著以與以上預定方向垂直的方向形成於半導體晶圓2中的所有街道21而進行。此程序可去除形成於雷射處理渠溝210中的突起凸出物211，雷射處理渠溝210係沿著半導體晶圓2的所有街道21而形成。因此，個別分離的半導體晶片20之品質不會惡化。
在進行上述的處理渠溝修整步驟之後，會進行從安裝於環狀框架3上的保護膠帶4中拾取半導體晶片20之拾取步驟。拾取步驟係使用圖10及11(a)至11(c)中所繪示的拾取裝置6而進行。繪示的拾取裝置6配置具有承載環狀框架3的承載表面611之圓柱形底座61，以及用以推動及加寬安裝於環狀框架3上的保護膠帶4之集中置於底座61內的擴展裝置62。擴展裝置62具有管狀擴展構件621，用以支撐保護膠帶4中的區域，在此存在複數個半導體晶片20。擴展構件621係建構為藉由升高裝置(未顯示)，而可以上下方向(圓柱形底座61的軸向)，在圖11(a)中所顯示的參考位置與圖11(b)中所顯示的擴展位置(比參考位置高)之間移動。在例示的實施例中，紫外光照射燈63係置於擴展構件621內。
使用上述的拾取裝置6所進行之拾取步驟將參考圖10 及11(a)至11(c)做說明。
以上述提及方式安裝於環狀框架3上的可擴展保護膠帶4之上表面上所支撐的複數個半導體晶片20係藉由將環狀框架3置於圓柱形底座61的承載表面611上，以及藉由夾鉗64將環狀框架3固定於底座61，而設置於適當之處，如圖10及11(a)中所顯示。然後，如圖11(b)中所顯示，已支撐存在複數個半導體晶片20之保護膠帶4中的區域41之擴展裝置62的擴展構件621係藉由升高裝置(未顯示)，從圖11(a)中的參考位置移動至參考位置上方之圖11(b)中所顯示的擴展位置。因此，使可擴展保護膠帶4擴展，使得保護膠帶4與半導體晶片20之間發生位移，導致黏著性降低。因此，半導體晶片20變成可易於自保護膠帶4分離，並且個別的半導體晶片20之間產生空隙。
然後，如圖11(c)中所顯示，會使拾取套筒60致動，以使每個半導體晶片20自保護膠帶4的上表面分離，並且將其傳輸至托盤(未顯示)。此時，置於擴展構件621內的紫外光照射燈63會變亮，以紫外光輻射照射保護膠帶4，藉此使保護膠帶4的黏著力降低，藉此使半導體晶片20更容易分離。在此拾取步驟中，拾取套筒60吸入且夾住半導體晶片20，以將其拾取。此時，若以上提及的處理渠溝形成步驟仍然運作，則在以雷射光照射期間，於熔化且重新固化後所形成的突起凸出物211係遺留於雷射處理渠溝210的兩側上，如圖8(b)中所顯示。因此，凸出物211 斷掉且脫落，並且這些凸出物21係吸入至拾取套筒60的吸入孔，而阻塞吸入孔。然而，在本發明中，會進行以上提及的處理渠溝修整步驟，以移除形成於雷射處理渠溝210的兩側上之突起凸出物211。這樣可防止拾取套筒60吸入使吸入孔阻塞的凸出物211。
雖然本發明已依據例示的實施例詳細說明，但是要了解的是，本發明不受限於此種實施例，而是在不脫離本發明的範圍之下，可做不同改變及修飾。例如，處理渠溝形成步驟及處理渠溝修整步驟中所使用之脈衝雷射光LBd的焦點S為橢圓形，但是脈衝雷射光的焦點可為環形或矩形。此外，在進行處理渠溝形成步驟之前，半導體晶圓2的面(雷射光照射表面)可塗佈包含如聚乙烯醇的樹脂之保護膜，藉此可防止雷射處理渠溝形成期間所產生的碎片黏著於裝置22。
2‧‧‧半導體晶圓
2a‧‧‧面
20‧‧‧半導體晶片
21‧‧‧街道
210‧‧‧雷射處理渠溝
211‧‧‧突起凸出物
22‧‧‧裝置
3‧‧‧環狀框架
4‧‧‧保護膠帶
41‧‧‧區域
5‧‧‧雷射處理裝置
51‧‧‧夾盤
52‧‧‧雷射光照射裝置
53‧‧‧圓柱形外殼
54‧‧‧脈衝雷射光振盪裝置
541‧‧‧脈衝雷射光振盪器
542‧‧‧重複頻率設定裝置
55‧‧‧傳送光學系統
551‧‧‧擴束器
552‧‧‧橢圓成形機
56‧‧‧聚焦裝置
561‧‧‧方向改變鏡
562‧‧‧收斂物鏡
58‧‧‧成像裝置
6‧‧‧拾取裝置
60‧‧‧拾取套筒
61‧‧‧圓柱形底座
611‧‧‧承載表面
62‧‧‧擴展裝置
621‧‧‧擴展構件
63‧‧‧紫外光照射燈
64‧‧‧夾鉗
圖1係顯示根據本發明的晶圓雷射處理方法所處理之半導體晶圓的狀態係經由保護膠帶而安裝於框架上之透視圖；圖2係進行根據本發明的晶圓雷射處理方法之基本元件及雷射處理裝置的透視圖；圖3係顯示安裝於圖2中所顯示的雷射處理裝置之雷射光照射裝置的配置之概要方塊圖；以及圖4係構成圖3中所顯示的雷射光照射裝置之脈衝雷 射振盪裝置及傳送光學系統的方塊圖；圖5(a)及5(b)係根據本發明的晶圓雷射處理方法之處理渠溝形成步驟的解釋圖；圖6係具有根據本發明的晶圓雷射處理方法所形成之雷射處理渠溝的半導體晶圓之基本元件放大截面圖；圖7係顯示橢圓形的脈衝雷射光之焦點相互重疊，以形成相鄰光點的狀態之解釋圖；圖8(a)及8(b)係具有藉由進行根據本發明的晶圓雷射處理方法之處理渠溝形成步驟多次所形成之雷射處理渠溝的半導體晶圓之基本元件放大截面圖；圖9(a)及9(b)係根據本發明的晶圓雷射處理方法之處理渠溝修整步驟的解釋圖；圖10係進行拾取半導體晶片的拾取步驟之拾取裝置的透視圖；以及圖11(a)、11(b)及11(c)係使用圖10中所顯示的拾取裝置所進行之拾取步驟的解釋圖。
2‧‧‧半導體晶圓
2a‧‧‧面
20‧‧‧半導體晶片
21‧‧‧街道
210‧‧‧雷射處理渠溝
22‧‧‧裝置
4‧‧‧保護膠帶
51‧‧‧夾盤
56‧‧‧聚焦裝置

Claims (2)

  1. 一種晶圓雷射處理方法，該晶圓具有藉由以格子圖案形成於該晶圓面上的街道所界定之複數個區域，該等界定區域具有形成於其中的複數個裝置，該方法係配置來以雷射光沿著該等街道照射該晶圓，藉此形成沿著該等街道的雷射處理渠溝，該晶圓雷射處理方法包括：當焦點位於該晶圓的雷射光照射表面上時，以具有該晶圓可吸收的波長之該雷射光，沿著該等街道照射該晶圓，藉此形成沿著該等街道的該等雷射處理渠溝之處理渠溝形成步驟；以及當焦點位於該處理渠溝形成步驟所形成的該等雷射處理渠溝之底部外時，以具有該晶圓可吸收的波長之該雷射光，沿著該等雷射處理渠溝照射該晶圓，以及使該雷射光的外周圍部分作用在該等雷射處理渠溝的兩側上，藉此修整該等雷射處理渠溝的兩側之處理渠溝修整步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之晶圓雷射處理方法，其中該處理渠溝修整步驟中照射所使用的該雷射光之焦點係設定為該晶圓的該雷射光照射表面下之250至350μm的位置。
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