TWI545636B - Fracture with a brittle material substrate and its cutting method - Google Patents

Description

脆性材料基板之裂斷用治具及裂斷方法

本發明係關於一種於將半導體晶圓等脆性材料基板、且具有沿縱向及橫向整齊排列而形成之多個功能區域(亦稱為器件區域)之基板針對每一功能區域裂斷時之裂斷用治具及裂斷方法。

半導體晶片係藉由將形成於半導體晶圓之元件區域於該區域之邊界位置分斷而製造。先前，於將晶圓分斷成晶片之情形時，係藉由切晶裝置使切割刀片旋轉，並藉由切削將半導體晶圓較小地切斷。

然而，於使用切晶裝置之情形時，必須用以排出由切削引起之排出屑之水，為了不使該水及排出屑對半導體晶片之性能產生不良影響，必須實施對半導體晶片之保護、用以洗淨水或排出屑之前後步驟。因此，存在步驟變得複雜，無法削減成本及縮短加工時間之缺點。又，由於使用切割刀片之切削而產生膜剝離或產生碎片等問題。又，於具有微小之機械構造之MEMS(microelectromechanical system，微機電系統)基板中，會引起因水之表面張力而導致之構造之破壞，故而無法使用水，而產生無法藉由切晶而分斷之問題。

又，於專利文獻1、2中提出有如下基板裂斷裝置，即，藉由自形成有劃線之面之背面，沿劃線垂直於面地按壓形成有劃線之半導體晶圓而進行裂斷。以下，表示利用此種裂斷裝置之裂斷之概要。於成為裂 斷對象之半導體晶圓整齊排列地形成有多個功能區域。於分斷之情形時，首先，於半導體晶圓隔開等於功能區域之間之間隔沿縱向及橫向形成劃線。然後，利用裂斷裝置沿該劃線分斷。圖1(a)係表示分斷前之載置於裂斷裝置之半導體晶圓之剖面圖。如該圖所示，於半導體晶圓101形成有功能區域101a、101b，於其間形成有劃線S1、S2、S3…。於分斷之情形時，於半導體晶圓101之背面黏貼黏著膠帶102，於其表面黏貼保護膜103。然後，配置當裂斷時應如圖1(b)所示般於支承刀105、106之正中間裂斷之劃線，於此情形時為劃線S2，使刀片104自其上部對準劃線下降，而按壓半導體晶圓101。以此方式進行利用一對支承刀105、106與刀片104之三點彎曲之裂斷。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2004-39931號公報

[專利文獻2]日本專利特開2010-149495號公報

於具有此種構成之裂斷裝置中，於在裂斷時將刀片104往下按壓之情形時，半導體晶圓101會略微彎曲，故而應力集中於半導體晶圓101與支承刀105、106之前緣所接觸之部分。因此，若裂斷裝置之支承刀105、106之部分如圖1(a)所示般與功能區域101a、101b接觸，則於裂斷時會對功能區域施加力。因此，存在可能損傷半導體晶圓上之功能區域之問題點。

本發明係著眼於此種問題點而成者，其目的在於提供一種用以於不對半導體晶圓之功能區域施加力之情況下分斷半導體晶圓之裂斷用治具及使用其之裂斷方法。

為了解決該課題，本發明之脆性材料基板之裂斷方法係將於一個面具有沿縱向及橫向整齊排列而形成之多個功能區域之脆性材料基板裂斷之裂斷方法，於上述脆性材料基板之形成有功能區域之面，以使該功能區域位於中心之方式沿縱向及橫向格子狀地形成劃線，使用以與上述脆性材料基板之格子狀之劃線相同之間距格子狀地形成槽、且於由上述格子狀之槽所包圍之區域之各個中心位置形成有大於上述功能區域之保護孔的裂斷用治具，以使該裂斷用治具之保護孔與上述半導體晶圓之功能區域對準，使脆性材料基板之劃線位於該裂斷用治具之格子狀之槽之中心的方式使脆性材料基板與上述裂斷用治具接觸，自上述脆性材料基板之未形成有劃線之面沿劃線抵壓裂斷棒而進行裂斷。

為了解決該課題，本發明之裂斷用治具係將於一個面具有沿縱向及橫向整齊排列而形成之多個功能區域、以及於形成有功能區域之面具有以使功能區域位於中心之方式而格子狀地形成之劃線之脆性材料基板裂斷的裂斷用治具，且具有：槽，其以與上述脆性材料基板之格子狀之劃線相同之間距格子狀地形成；及保護孔，其設置於由上述格子狀之槽所包圍之區域之各個中心位置，且大於上述功能區域。

此處，亦可使上述裂斷用治具於上述槽之兩端進而具有確認劃線用之至少2個貫通孔。

根據具有此種特徵之本發明，以使裂斷用治具之保護孔與半導體晶圓之功能區域相對應之方式位置對準而進行裂斷，故而即便於裂斷時亦不會使功能區域與治具或工作台接觸。因此，可不損傷功能區域而沿劃線將脆性材料基板裂斷。

10‧‧‧半導體晶圓

11‧‧‧功能區域

20‧‧‧裂斷用治具

21‧‧‧保護孔

22‧‧‧貫通孔

23-1~23-n、24-1~24-m‧‧‧槽

30‧‧‧黏著膠帶

33‧‧‧裂斷棒

S_x1~S_xm、S_y1~S_yn‧‧‧劃線

圖1係表示先前之半導體晶圓之裂斷時之狀態之剖面圖。

圖2係表示成為本發明之實施形態之裂斷對象之半導體晶圓之一例的圖。

圖3係表示於本發明之實施形態之裂斷時所使用之裂斷用治具的前視圖及其後視圖。

圖4A係將圖3所示之裂斷用治具之一點鏈線之部分A放大之前視圖。

圖4B係將圖3所示之裂斷用治具之一點鏈線之部分A放大之後視圖及沿保護孔之剖面圖。

圖5係表示於該實施形態中使用裂斷用治具使半導體晶圓裂斷之狀態之剖面圖。

其次，對本發明之實施形態進行說明。於該實施形態之半導體中，將成為裂斷對象之基板設為矽半導體晶圓。圖2表示大致圓形之矽半導體晶圓10，於半導體晶圓10之製造步驟中，沿與x軸、y軸平行之線縱橫地形成行，而格子狀地形成有多個功能區域11。該功能區域11係例如 組入有機械構成零件、感測器、致動器等之MEMS功能區域。而且，為了針對每一功能區域進行分斷而成為半導體晶片，藉由未圖示之劃線裝置，於形成有功能區域之面如一點鏈線所示般沿縱向形成劃線S_y1~S_yn、沿橫向形成劃線S_x1~S_xm。

其次，於裂斷步驟中，使半導體晶圓10沿各劃線裂斷。於本實施形態中，當使半導體晶圓10裂斷時係使用裂斷用治具20。如圖3(a)之前視圖及圖3(b)之後視圖所示般，該裂斷用治具20係正方形之平板之金屬製治具，例如厚度設為數mm左右。該治具20於與包含半導體晶圓10之各功能區域之區域相對應之位置沿x方向及y方向之線縱橫地整齊排列而形成有多個長方形之保護孔21。該保護孔21係用以於裂斷時不對半導體晶圓10之功能區域11施加力者，此處係設為大於功能區域之貫通孔。而且，於該保護孔21群之周圍設置有劃線確認用之貫通孔22。該貫通孔22係針對1條劃線至少設置2個。於該貫通孔22以使裂斷用治具20之保護孔21所形成之列及行之中間之位置、即半導體晶圓10之各功能區域與保護孔21相對應之方式準確地位置對準時，便已將形成於半導體晶圓10之各個劃線S_x1~S_xm、S_y1~S_yn設置於貫通其中心之位置。

圖4A係將圖3(a)之一點鏈線之部分A放大之前視圖。圖4B係其背面圖，同時表示B-B線及C-C線剖面圖。於該裂斷用治具20之背面，與y軸平行地形成有固定深度之槽23-1~23-n。又，與x軸平行地形成有固定深度之槽24-1~24-m。使該等格子狀之槽之間距與成為裂斷對象之半導體晶圓10之劃線S_x1~S_xm、S_y1~S_yn之間距準確地一致，而成為具有固定寬度者。而且，係以使上述各保護孔21位於由槽所包圍之各區域之中 心之方式而形成。

且說，於使用裂斷用治具20使半導體晶圓10裂斷之情形時，如圖5中局部剖面圖所示般，預先將半導體晶圓10之未形成有劃線之面接著於黏著膠帶30上。然後，於裂斷裝置之工作台31之上表面介隔保護膠帶32配置裂斷用治具20，使半導體晶圓10反轉，以使半導體晶圓10之功能區域11完全包含於裂斷用治具20之保護孔21之方式定位而配置半導體晶圓10。此時，利用CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)相機或紅外線相機等自上方經由貫通孔22確認半導體晶圓10之劃線，以使劃線成為槽之中心之方式準確地定位而配置。若工作台31由左右之支承刀形成，則亦可敞開支承刀之間自下方確認劃線。如此一來，此時之剖面圖成為圖5所示者，所有功能區域11成為與保護孔21相對應之位置，而不直接與裂斷用治具20接觸。又，預先形成之劃線S_x1~S_xm、S_y1~S_yn變成位於23-1~23-n、24-1~24-m之上表面之中央。

若以此方式進行定位後，藉由裂斷裝置進行裂斷，則如圖5(b)所示，當壓入裂斷棒33時，半導體晶圓10稍微陷入槽，於此情形時為槽23-2內，但於其左右之與功能區域11對應之部分設置有保護孔21，故而可不直接與裂斷用治具20接觸而將半導體晶圓10裂斷。以此方式沿所有劃線同樣地裂斷。藉由於其後之步驟中將黏著膠帶30卸除，可將長方形狀之功能區域分斷而形成多個MEMS晶片。

再者，於該實施形態中，裂斷用治具20之多個保護孔21可作為貫通孔保護半導體晶圓之功能區域，但只要當裂斷時不使半導體晶圓10之功能區域11接觸即可，故而亦可不為貫通孔，而是任意深度之孔。又， 關於槽23-1~23-n、24-1~24-m亦只要於裂斷時當半導體晶圓10之一部分陷入時不接觸即可，故而亦可為任意深度之槽。

又，於該實施形態中，於裂斷用治具設置有用以確認劃線之貫通孔。然而，只要可將具有劃線及功能區域之半導體晶圓準確地定位於治具，便未必需要確認劃線之位置，亦可不設置貫通孔。

進而，於該實施形態中，作為半導體晶圓係對矽基板進行了說明，但本發明亦可適用於碳化矽基板(SiC基板)、藍寶石基板、LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic，低溫共燒陶瓷)基板等各種脆性材料基板。

[產業上之可利用性]

本發明當對具有應保護之區域之脆性材料基板劃線而將其裂斷時，可不損傷應保護之區域而進行裂斷，故而可有效地適用於形成有功能區域之基板之裂斷裝置。

20‧‧‧裂斷用治具

21‧‧‧保護孔

22‧‧‧貫通孔

23-1、23-n、24-1、24-m‧‧‧槽

30‧‧‧黏著膠帶

33‧‧‧裂斷棒

Claims (3)

1. 一種脆性材料基板之裂斷方法，其係將於一個面具有沿縱向及橫向整齊排列而形成之多個功能區域之脆性材料基板裂斷之裂斷方法；於上述脆性材料基板之形成有功能區域之面，以使該功能區域位於中心之方式沿縱向及橫向格子狀地形成劃線；使用以與上述脆性材料基板之格子狀之劃線相同之間距格子狀地形成槽、且於由上述格子狀之槽所包圍之區域之各個中心位置形成有大於上述功能區域之保護孔的裂斷用治具，以使該裂斷用治具之保護孔與上述半導體晶圓之功能區域對準，使脆性材料基板之劃線位於該裂斷用治具之格子狀之槽之中心的方式使脆性材料基板與上述裂斷用治具接觸；自上述脆性材料基板之未形成有劃線之面沿劃線抵壓裂斷棒而進行裂斷。
2. 一種裂斷用治具，其係將於一個面具有沿縱向及橫向整齊排列而形成之多個功能區域、以及於形成有功能區域之面具有以使功能區域位於中心之方式而格子狀地形成之劃線之脆性材料基板裂斷的裂斷用治具；且具有：槽，其以與上述脆性材料基板之格子狀之劃線相同之間距格子狀地形成；及保護孔，其設置於由上述格子狀之槽所包圍之區域之各個中心位置，且大於上述功能區域。
3. 如申請專利範圍第2項之裂斷用治具，其中上述裂斷用治具於上述槽之兩端進而具有確認劃線用之至少2個貫通孔。