TWI455200B - 切割裝置及方法 - Google Patents

Description

切割裝置及方法

本發明係關於一種半導體元件劈裂分離裝置之設計，特別是關於一種可提升晶圓切割良率之切割裝置及方法。

隨著時代的進步，對於積體電路的產品需求量及品質的日益提昇，推動了電子產業的蓬勃發展。而電子製造技術的不斷發展演進，在積體電路(IC)晶片「輕、薄、短、小、高功能」的要求下，亦使得電子產業的構裝技術不斷推陳出新，其中晶圓切割分離技術隨著材料的不同及薄化，為得到高良率和維持應有的生產效益，因而切割裂片機制的控制能力實為品質的成功關鍵因素之一。

又，發光二極體(LED)上游是先從單晶片作為成長用的基板，再利用各種的磊晶成長法做成磊晶片，並把這些磊晶片送給中游製作電極，進行平台蝕刻後切割磊晶片，最後再將磊晶片崩裂成單顆晶粒。

晶粒的切割劈裂一直是半導體或光電業界非常重要的製程，晶粒歷經繁複的製程後，如果在晶粒分離的階段無法維持高良率或因晶粒分離方法影響晶粒原有的特性，抑或切割的速度過慢造成成本過高，對整個晶粒的生產會造成相當嚴重的影響。

在透明基板晶粒切割製程中，一般會利用雷射或鑽石刀切割劃痕後進行劈裂，以分離晶粒。然目前使用之劈裂加工方式常因元件基板尺寸變大之因，造成切割後劈裂良率大幅衰減之可能。

目前熟知的劈裂裝置，係將待劈裂晶圓放置於高速晶圓劈裂裝置下方的預定位置，再令伺服馬達驅動螺桿旋轉，進而驅動劈刀座下降，並於下降至預定高度位置時，令劈裂致動器對劈刀施以作用力，使劈刀沖擊晶圓之預定位置而予以劈斷，於晶圓劈裂後，再藉由伺服馬達驅動螺桿反向旋轉，以驅動劈刀座上升，之後，令晶圓橫向位移，再接續晶圓另一劈裂位置的劈裂作業。隨著科技與技術的進步，晶粒尺寸越做越小，晶圓越做越大，晶圓已從2吋、4吋更進而躍升到6吋，劈裂困難度也隨晶圓尺寸變大而增大，良率也隨之下降。

前述晶圓劈裂機雖可達到執行晶圓劈裂作業的目的，但是，前述晶圓劈裂機的的晶圓劈裂裝置是利用伺服馬達驅動螺桿帶動劈刀座”升降”以及驅動劈裂致動器對劈刀施以一作用力，在實施時，其晶圓劈裂的執行速度慢，以致有作業效率不佳的缺點。此外，利用此種切割方式係容易在晶圓的被切割面產生斷裂不連續、毛邊或是剝落情況等問題，尤其是當劈裂刀的刀刃鈍化時，將有可能造成晶圓的被切割面產生破裂而毀損，造成損失。

緣此，本發明之目的即是提供一種切割裝置及方法，用以改善習知晶圓劈裂作業所存有之缺點。

本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係為一種切割裝置，用以切割一半導體元件，其包含有一承置機構及一滾刀機構。承置機構包括有一第一承置構件及一相對於第一承置構件之第二承置構件，第一承 置構件及第二承置構件係用以承置半導體元件。滾刀機構包括有一可沿著半導體元件之一切割部位進行切割的滾刀構件，該滾刀構件係以該滾刀構件之一滾刀構件軸心為滾動中心而滾動，且滾刀構件之端緣處具有一尖緣劈裂部，其中滾刀機構及/或承置機構係經驅動而相對位移，以使滾刀構件之尖緣劈裂部係相對轉動於該滾刀構件軸心而對半導體元件之一切割部位進行滾壓，同時藉由該尖緣劈裂部而對該切割部位進行劈裂。

在本發明之一實施例中，滾刀機構更包括有一連接滾刀構件之驅動構件，滾刀構件經由驅動構件驅動滾刀構件之滾刀構件軸心而沿著半導體元件之一被切割方向平移。

在本發明之一實施例中，承置機構更包括有一連接第一承置構件及第二承置構件之驅動構件，第一承置構件及第二承置構件經由驅動構件驅動而使半導體元件之一被切割方向沿著滾刀構件之滾刀構件軸心平移。

在本發明之一實施例中，更包括有一隨著滾刀機構之滾刀構件移動而位移之影像檢視機構，影像檢視機構之一影像檢視方向係隨著滾刀構件之一平移方向而平移，且影像檢視機構之一影像檢視係對應於半導體元件之切割部位，以檢視半導體元件之切割部位在承受滾壓劈裂後之一影像狀態。

在本發明之一實施例中，承置機構係為一承置機台，且第一承置構件及第二承置構件之間係具有一對應於半導體元件之切割部位之空隙區。

再者，本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係為一種切割方法，係用以切割一半導體元件，該切割方法包含有先將半導體元件承置固定在一承置 機構之一第一承置構件及一相對於第一承置構件之第二承置構件上；接著，將一滾刀機構之一滾刀構件對應至半導體元件之一切割部位；然後，滾刀機構及/或承置機構係經驅動而相對位移，該滾刀構件係以該滾刀構件之一滾刀構件軸心為滾動中心而滾動，以使滾刀構件之端緣處之一尖緣劈裂部係相對轉動於該滾刀構件軸心而對半導體元件之一切割部位進行滾壓，同時藉由該尖緣劈裂部而對該切割部位進行劈裂。

在本發明之一實施例中，滾刀機構更包括有一連接滾刀構件之驅動構件，滾刀構件經由驅動構件驅動滾刀構件之滾刀構件軸心而沿著半導體元件之一被切割方向平移。

在本發明之一實施例中，更包括有一隨著滾刀機構之滾刀構件移動而位移之影像檢視機構，影像檢視機構之一影像檢視方向係隨著滾刀構件之一平移方向而平移，且影像檢視機構之一影像檢視係對應於半導體元件之切割部位，以檢視半導體元件之切割部位在承受滾壓劈裂後之一影像狀態。

在本發明之一實施例中，承置機構係為一承置機台，且第一承置構件及第二承置構件之間係具有一對應於半導體元件之切割部位之空隙區。

在本發明之一實施例中，承置機構更包括有一連接第一承置構件及第二承置構件之驅動構件，第一承置構件及第二承置構件經由驅動構件驅動而使半導體元件之一被切割方向沿著滾刀構件之滾刀構件軸心平移。

經由本發明所採用之技術手段，滾刀機構之滾刀構件係採用經由接觸晶圓移動而以滾刀機構相對於承 置機構上之半導體晶圓之方式劈裂半導體晶圓，其中本發明之滾刀構件在半導體晶圓上所產生之滾壓劈裂方式係屬點接觸式劈裂，將不因晶圓尺寸大小改變而對晶圓劈裂受力有所影響，且本發明之滾壓劈裂之方式比對傳統由上至下之劈裂切割更能減少因劈裂動作所造成的偏移，降低因斜切與崩角所產生之微笑現象，進而提升此一製程上之良率，又，本發明之滾刀構件在每一趟的切割作業中因以平行方向移動而能有效控制在半導體晶圓上之劈裂深度與受力而使其保持均勻，不會有斷裂不連續及切割面產生毛邊或是剝落等情況，故能有效提升半導體晶圓之被切割的精密度及穩定性。

另外，本發明之影像檢視機構可隨著滾刀機構之滾刀構件移動而位移，並由空隙區檢視半導體元件之切割部位在承受滾壓劈裂後之一影像狀態，以判斷切割部位是否成功劈裂及具有瑕疵，進而提高其在產能上之成品率。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。

參閱第1圖至第3圖所示，第1圖係顯示本發明之切割裝置之元件示意圖，第2圖係顯示本發明之切割裝置之另一視角之元件示意圖，第3圖係顯示本發明所切割之半導體元件之示意圖。

本發明之切割裝置100在半導體晶圓之後段製程中係用以將晶圓劈裂分離成預設的形狀，其中切割裝置100包含有一承置機構1、一滾刀機構2及一影像檢視機構3。如圖所示，承置機構1係為一承置機台，其係包括有一第一承置構件11及一相對於第一承置構件11 之第二承置構件12，第一承置構件11及第二承置構件12係用以承置固定住一半導體元件C，且第一承置構件11及第二承置構件12之間係具有一對應於半導體元件C之一切割部位C1之空隙區G，在本實施例中，半導體元件C係為一藍光LED晶圓，意即一藍光LED光電元件，舉凡該領域技藝者皆可得知其簡單包含一P型層、一N型層及鍍有一離形膜，且其相對離形膜之相反表面上具有鑽石刀或雷射之刻劃痕。

滾刀機構2包括有一滾刀構件21及一驅動滾刀構件21平移之驅動構件22，滾刀構件21具有一如圖所示之尖緣劈裂部211，滾刀構件21係以滾刀構件21之一滾刀構件軸心為滾動中心而滾動，其功用在於當操作時可沿著半導體元件C之一切割部位C1進行滾壓劈裂，而連接滾刀構件21之驅動構件22係用以驅動滾刀構件21平移，以使滾刀構件21之尖緣劈裂部211係相對轉動於滾刀構件軸心而對半導體元件C之切割部位C1進行滾壓，同時藉由尖緣劈裂部211而對切割部位C1進行劈裂。在本實施例中，滾刀構件21之尖緣劈裂部211並不以第1圖所示之形狀為限，其尖緣劈裂部211之形狀也可依實際製程所需而有所不同，在此，僅以一最佳實施例表現。

影像檢視機構3包括有一影像擷取鏡頭31，其係如圖所示之設置在第一承置構件11及第二承置構件12之間之空隙區G的下方空間，在本發明中，係藉由一機構配置之連接關係而使得影像檢視機構3及其影像擷取鏡頭31可隨著滾刀機構2之滾刀構件21移動而位移，影像檢視機構3之影像擷取鏡頭31之一影像檢視方向D1係隨著滾刀構件21之一平移方向D2而移動， 且其影像檢視係對應於半導體元件C之切割部位C1，以檢視半導體元件C之切割部位C1在承受滾壓劈裂後之一影像狀態。

在本發明中，係將在前段製程中已設有複數個刻劃線之半導體元件C(藍光LED晶圓)設置固定在承置機構1中，其中覆有離形膜那面係承置在第一承置構件11及第二承置構件12上，且切割部位C1係對應在第一承置構件11及第二承置構件12之間之空隙區G，滾刀構件21經由滾刀機構2之驅動構件22之驅動而以等速平移移動(例如，每秒鐘250mm)，且滾刀構件21之滾刀構件軸心係沿著半導體元件C之一被切割方向D3而平移並維持著同一方向移動，而滾刀構件21之尖緣劈裂部211係將因接觸晶圓切割部位C1而沿著一旋轉方向R1繞著滾刀構件21之滾刀構件軸心作等速旋轉，以對切割部位C1進行滾壓，同時藉由尖緣劈裂部211而對切割部位C1進行劈裂，亦即進行滾壓劈裂。此外，本發明係採用接觸晶圓等速旋轉滾壓劈裂的方式劈裂半導體元件C，滾刀構件21在半導體元件C上所執行之滾壓劈裂方式係屬於點接觸式劈裂，將不因晶圓尺寸大小的改變而對晶圓劈裂受力有所影響，且本發明之單一路徑旋轉切割之方式比對傳統由上至下之劈裂切割更能減少因劈裂動作所造成的偏移，降低因斜切與崩角所產生之微笑現象，進而提升此一製程上之良率，又，滾刀構件21在每一趟的切割作業中因以平行方向移動而能有效控制在半導體元件C上之劈裂深度與受力而使其保持均勻，不會有斷裂不連續及切割面產生毛邊或是剝落等情況，故有效提升半導體元件C之被切割的精密度及穩定性。

另外，影像檢視機構3及其影像擷取鏡頭31可隨著滾刀機構2之滾刀構件21移動而位移，並由空隙區G檢視半導體元件C之切割部位C1在承受滾壓劈裂後之一影像狀態，以判斷切割部位C1是否成功劈裂或具有瑕疵，進而提高其在產能上之成品率。

參閱第4圖所示，其係顯示本發明之切割方法之流程圖。本發明之切割方法包含有先將半導體元件C(半導體晶圓)承置固定在承置機構1之第一承置構件11及相對於第一承置構件11之第二承置構件12上(步驟S1)；接著，將滾刀機構2之滾刀構件21對應至半導體元件C之切割部位C1(步驟S2)；然後，滾刀機構2之驅動構件22驅動滾刀構件21之滾刀構件軸心係沿著半導體元件C之被切割方向D3而平移，且滾刀構件21之尖緣劈裂部211係對切割部位C1進行滾壓劈裂(步驟S3)。而影像檢視機構3之影像擷取鏡頭31之影像檢視方向D1係隨著滾刀構件21之平移方向D2而移動，且其影像檢視係對應於半導體元件C之切割部位C1，以檢視半導體元件C之切割部位C1在承受滾壓後之影像狀態。

參閱第5圖，其係顯示本發明之切割裝置之另一實施例之元件示意圖。此一實施例之切割裝置100a之組成元件與上述實施例類似，故相同之元件乃標示以相同之元件編號，以資對應。其差異在於切割裝置100a同樣包含有一承置機構1a、一滾刀機構2a及一影像檢視機構3。如圖所示，承置機構1a係為一可經驅動而移動之承置機台，其係包括有一第一承置構件11a、一相對於第一承置構件11a之第二承置構件12a、及一驅動第一承置構件11a及第二承置構件12a移動之驅動構 件13a，第一承置構件11a及第二承置構件12a係同樣可用以承置固定住半導體元件C，且第一承置構件11a及第二承置構件12a之間係具有一對應於半導體元件C之一切割部位C1之空隙區G。

滾刀機構2a包括有一滾刀構件21a，滾刀構件21a具有一如圖所示之尖緣劈裂部211a，滾刀機構2a係設置固定在可相對移動之承置機構1a上方，而滾刀構件21a之功用同樣在於沿著半導體元件C之一切割部位C1進行劈裂。在本實施例中，滾刀構件21a之尖緣劈裂部211a並不以第5圖所示之形狀為限，其尖緣劈裂部211a之形狀也可依實際製程所需而有所不同，在此，僅以一最佳實施例表現。

在本實施例中，第一承置構件11a及第二承置構件12a經由驅動構件13a之驅動而以等速平移移動，且半導體元件C之一切割部位C1係沿著滾刀構件21a之滾刀構件軸心而平移並維持著同一方向移動，而滾刀構件21a之尖緣劈裂部211a係將因接觸晶圓切割部位C1而進行劈裂，由於其劈裂原理及作動係與上述實施例幾乎類似，故在此不多加贅述。

參閱第6圖所示，其係顯示本發明之切割方法之另一實施例之流程圖。本實施例之切割方法包含有先將半導體元件C(半導體晶圓)承置固定在承置機構1a之第一承置構件11a及相對於第一承置構件11a之第二承置構件12a上(步驟S1’)；接著，將滾刀機構2a之滾刀構件21a對應至半導體元件C之切割部位C1(步驟S2’)；然後，承置機構1a之驅動構件13a驅動第一承置構件11a及第二承置構件12a移動，而使半導體元件C之被切割方向D3沿著滾刀構件21a之滾刀構件軸心 平移，滾刀構件21a係以滾刀構件21a之滾刀構件軸心為滾動中心而滾動，以使滾刀構件21a之尖緣劈裂部211a係相對轉動於滾刀構件軸心而對切割部位C1進行滾壓，同時藉由尖緣劈裂部211a而對切割部位C1進行劈裂(步驟S3’)。

由以上之實施例可知，本發明所提供之切割裝置及方法確具產業上之利用價值，故本發明業已符合於專利之要件。惟以上之敘述僅為本發明之較佳實施例說明，凡精於此項技藝者當可依據上述之說明而作其它種種之改良，惟這些改變仍屬於本發明之發明精神及以下所界定之專利範圍中。

100、100a‧‧‧切割裝置

1、1a‧‧‧承置機構

11、11a‧‧‧第一承置構件

12、12a‧‧‧第二承置構件

13a‧‧‧驅動構件

2、2a‧‧‧滾刀機構

21、21a‧‧‧滾刀構件

211、211a‧‧‧尖緣劈裂部

22‧‧‧驅動構件

3‧‧‧影像檢視機構

31‧‧‧影像擷取鏡頭

C‧‧‧半導體元件

C1‧‧‧切割部位

D1‧‧‧影像檢視方向

D2‧‧‧平移方向

D3‧‧‧被切割方向

G‧‧‧空隙區

R1‧‧‧旋轉方向

第1圖係顯示本發明之切割裝置之元件示意圖。

第2圖係顯示本發明之切割裝置之另一視角之元件示意圖。

第3圖係顯示本發明所切割之半導體元件之示意圖。

第4圖係顯示本發明之切割方法之流程圖。

第5圖係顯示本發明之切割裝置之另一實施例之元件示意圖。

第6圖係顯示本發明之切割方法之另一實施例之流程圖。

100‧‧‧切割裝置

1‧‧‧承置機構

11‧‧‧第一承置構件

12‧‧‧第二承置構件

2‧‧‧滾刀機構

21‧‧‧滾刀構件

211‧‧‧尖緣劈裂部

22‧‧‧驅動構件

3‧‧‧影像檢視機構

31‧‧‧影像擷取鏡頭

C‧‧‧半導體元件

C1‧‧‧切割部位

D1‧‧‧影像檢視方向

G‧‧‧空隙區

Claims (10)

1. 一種切割裝置，係用以切割一半導體元件，該切割裝置包含：一承置機構，包括有一第一承置構件及一相對於該第一承置構件之第二承置構件，該第一承置構件及該第二承置構件係用以承置該半導體元件；一滾刀機構，包括有一可沿著該半導體元件之一切割部位進行切割的滾刀構件，該滾刀構件係以該滾刀構件之一滾刀構件軸心為滾動中心而滾動，且該滾刀構件之端緣處具有一尖緣劈裂部，其中該滾刀機構及/或該承置機構係經驅動而相對位移，以使該滾刀構件之尖緣劈裂部係相對轉動於該滾刀構件軸心而對該半導體元件之一切割部位進行滾壓，同時藉由該尖緣劈裂部而對該切割部位進行劈裂。
2. 如申請專利範圍第1項所述之切割裝置，其中該滾刀機構更包括有一連接該滾刀構件之驅動構件，該滾刀構件經由該驅動構件驅動該滾刀構件之滾刀構件軸心而沿著該半導體元件之一被切割方向平移。
3. 如申請專利範圍第1項所述之切割裝置，其中該承置機構更包括有一連接該第一承置構件及該第二承置構件之驅動構件，該第一承置構件及該第二承置構件經由該驅動構件驅動而使該半導體元件之一被切割方向沿著該滾刀構件之滾刀構件軸心平移。
4. 如申請專利範圍第1項所述之切割裝置，更包括有一隨著該滾刀機構之滾刀構件移動而位移之影像檢視機構，該影像檢視機構之一影像檢視方向係隨著該滾刀構件之一平移方向而平移，且該影像檢視機構之一影像檢視係對應於該半導體元件之切割部位，以檢視該半導體 元件之切割部位在承受滾壓劈裂後之一影像狀態。
5. 如申請專利範圍第1項所述之切割裝置，其中該承置機構係為一承置機台，且該第一承置構件及該第二承置構件之間係具有一對應於該半導體元件之切割部位之空隙區。
6. 一種切割方法，係用以切割一半導體元件，該切割方法包含有下列步驟：(a)將該半導體元件承置固定在一承置機構之一第一承置構件及一相對於該第一承置構件之第二承置構件上；(b)將一滾刀機構之一滾刀構件對應至該半導體元件之一切割部位；(c)該滾刀機構及/或該承置機構係經驅動而相對位移，該滾刀構件係以該滾刀構件之一滾刀構件軸心為滾動中心而滾動，以使該滾刀構件之端緣處之一尖緣劈裂部係相對轉動於該滾刀構件軸心而對該半導體元件之一切割部位進行滾壓，同時藉由該尖緣劈裂部而對該切割部位進行劈裂。
7. 如申請專利範圍第6項所述之切割方法，其中在步驟(b)中，該滾刀機構更包括有一連接該滾刀構件之驅動構件，該滾刀構件經由該驅動構件驅動該滾刀構件之滾刀構件軸心而沿著該半導體元件之一被切割方向平移。
8. 如申請專利範圍第6項所述之切割方法，其中在步驟(c)中，更包括有一隨著該滾刀機構之滾刀構件移動而位移之影像檢視機構，該影像檢視機構之一影像檢視方向係隨著該滾刀構件之一平移方向而平移，且該影像檢視機構之一影像檢視係對應於該半導體元件之切割部位，以檢視該半導體元件之切割部位在承受滾壓劈裂後之一 影像狀態。
9. 如申請專利範圍第6項所述之切割方法，其中在步驟(a)中，該承置機構係為一承置機台，且該第一承置構件及該第二承置構件之間係具有一對應於該半導體元件之切割部位之空隙區。
10. 如申請專利範圍第6項所述之切割方法，其中在步驟(b)中，該承置機構更包括有一連接該第一承置構件及該第二承置構件之驅動構件，該第一承置構件及該第二承置構件經由該驅動構件驅動而使該半導體元件之一被切割方向沿著該滾刀構件之滾刀構件軸心平移。