TWI574314B - Wafer processing method - Google Patents

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TWI574314B TW102131520A TW102131520A TWI574314B TW I574314 B TWI574314 B TW I574314B TW 102131520 A TW102131520 A TW 102131520A TW 102131520 A TW102131520 A TW 102131520A TW I574314 B TWI574314 B TW I574314B
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Description

晶圓之加工方法 發明領域
本發明係有關於一種晶圓之加工方法，把如下述般的晶圓沿著分割預定線分割成各個元件，前述晶圓是藉由在表面形成為格子狀之分割預定線來區劃成複數區域，而在該等區域形成有元件的晶圓。
發明背景
在半導體元件製造製程中，在略呈圓板形狀之半導體晶圓的表面，藉由配列成格子狀的分割預定線，區劃成複數的區域，在該等被區劃出的區域形成IC、LSI等元件。然後，沿著分割預定線切斷半導體晶圓，藉此，將形成有元件的區域分割而製造各個元件。又，在藍寶石基板或碳化矽基板的表面，積層有氮化鎵系化合物半導體等的光元件晶圓，也沿著分割預定線進行切斷，藉此，分割成各個發光二極體、雷射二極體等光元件，而廣泛地利用於電氣機器。
關於將上述晶圓沿著分割預定線而分割的方法，嘗試了如下之雷射加工方法：使用對於晶圓具有透過性之波長的脈衝雷射光線，將聚光點對焦於應分割之區域 內部而照射脈衝雷射光線。此使用了雷射加工方法的分割方法是如下的技術：從晶圓的一面側將聚光點對焦於內部，把對於晶圓具有透過性之波長的脈衝雷射光線，使聚光點定位於內部而沿著分割預定線進行照射，於晶圓內部沿著分割預定線連續地形成改質層，沿著因為形成該改質層而使強度變低的分割預定線來施加外力，藉此，來將晶圓分割成各個元件(例如，參照專利文獻1)。
又，提出了如下的方法：將保護構件貼附於晶圓的表面，從晶圓的背面側把對於晶圓具有透過性之波長的脈衝雷射光線，將聚光點定位於內部，沿著分割預定線進行照射，在晶圓內部沿著分割預定線形成了改質層後，藉由研磨裝置的保持手段來保持晶圓的保護構件側，一面旋轉研磨石、一面按壓於晶圓的背面而進行研磨，使晶圓形成為預定的厚度，並且沿著形成改質層而強度變低的分割預定線來進行分割(例如，參照專利文獻2)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本發明專利公報第3408805號
專利文獻2：日本發明專利公報第3762409號
發明概要
上述專利文獻2所記載的晶圓分割方法，不需要如下述之個別分割製程：對於在內部沿著分割預定線形成 有改質層的晶圓賦予外力而將晶圓分割成各個元件；該晶圓分割方法雖有前述優點，但由於在研磨中將晶圓分割成各個元件，因此會有鄰接的元件的角互相摩擦而損傷晶圓的問題。
本發明是有鑑於上述事實而做成者，其主要的技術課題在於提供一種晶圓之加工方法，把對於晶圓具有透過性之波長的脈衝雷射光線，使聚光點定位於內部而沿著分割預定線進行照射，於晶圓內部沿著分割預定線形成了改質層後，在將晶圓的背面進行研磨而使晶圓形成為完工厚度並且分割成各個元件之際，鄰接的元件的角不會互相摩擦而使元件損傷。
為了解決上述主要技術課題，根據本發明，提供了一種晶圓之加工方法，是把藉由在表面形成為格子狀之分割預定線來區劃成複數區域，而在該等複數區域形成有元件的晶圓，沿著分割預定線進行分割的晶圓之加工方法，其特徵在於：包含有以下製程：改質層形成製程，把對於晶圓具有透過性之波長的雷射光線，使聚光點位於內部而沿著分割預定線進行照射，在晶圓內部沿著分割預定線形成會成為斷裂起點的改質層；及背面研磨製程，研磨晶圓的背面使晶圓形成為預定的厚度，並且，沿著形成改質層而使強度變低的分割預定線，分割成各個元件； 又，至少在實施該背面研磨製程之前，實施保護構件貼附製程：把冷卻至比實施該背面研磨製程時之溫度還低的溫度的保護構件，貼附至晶圓表面；在實施該背面研磨製程時，藉由溫度的上升，該保護構件會熱膨脹，藉此，在已分割的元件與元件之間形成間隙，抑制鄰接的元件相接觸。
在本發明之晶圓分割方法中，由於包含有以下製程：改質層形成製程，把對於晶圓具有透過性之波長的雷射光線，使聚光點位於內部而沿著分割預定線進行照射，在晶圓內部沿著分割預定線形成會成為斷裂起點的改質層；及背面研磨製程，研磨晶圓的背面使晶圓形成為預定的厚度，並且，沿著形成改質層而使強度變低的分割預定線，分割成各個元件；又，至少在實施背面研磨製程之前，實施保護構件貼附製程：把冷卻至比實施背面研磨製程時之溫度還低的溫度的保護構件，貼附至晶圓表面；在實施該背面研磨製程時，藉由溫度的上升，保護構件會熱膨脹，藉此，在已分割的元件與元件之間形成間隙，抑制鄰接的元件相接觸，所以，元件的角之間不會互相摩擦，因此可解除因元件的角之間互相摩擦而使元件損傷的問題。
2‧‧‧半導體晶圓
2a‧‧‧表面
2b‧‧‧背面
3‧‧‧雷射加工裝置
4‧‧‧保護膠帶
5‧‧‧研磨裝置
21‧‧‧分割預定線
22‧‧‧元件
31‧‧‧夾盤台
32‧‧‧雷射光線照射手段
33‧‧‧拍攝手段
51‧‧‧夾盤台
51a‧‧‧箭號
52‧‧‧研磨手段
210‧‧‧改質層
321‧‧‧套筒
322‧‧‧聚光器
521‧‧‧心軸套筒
522‧‧‧旋轉心軸
523‧‧‧安裝機
524‧‧‧研磨輪
524a‧‧‧箭號
524b‧‧‧箭號
525‧‧‧基台
526‧‧‧研磨石
527‧‧‧緊固螺栓
P‧‧‧聚光點
S‧‧‧間隙
X‧‧‧加工送進方向
X1‧‧‧箭號
Y‧‧‧分度送進方向
圖1是作為藉由本發明之晶圓加工方法來進行分割之晶圓的半導體晶圓之立體圖。
圖2是用來實施本發明之晶圓加工方法的改質層形成 製程的雷射加工裝置之重要部分立體圖。
圖3(a)、(b)是本發明之晶圓加工方法的改質層形成製程的說明圖。
圖4(a)、(b)是顯示本發明之晶圓加工方法的保護構件貼附製程的說明圖。
圖5(a)、(b)是用來實施本發明之晶圓加工方法之背面研磨製程的研磨裝置之重要部分立體圖及重要部分側面圖。
圖6是本發明之晶圓加工方法的背面研磨製程中，形成在元件間之間隙的說明圖。
用以實施發明之形態
以下，參照附圖詳細地說明本發明之晶圓加工方法的較佳實施形態。
圖1顯示了用來作為依本發明而進行加工之晶圓的半導體晶圓之立體圖。圖1所示之半導體晶圓2是由直徑100mm、厚度例如為600μm的矽晶圓所構成，在表面2a有形成為格子狀的複數之分割預定線21，並且，在藉由該等複數之分割預定線21所區劃出的複數之區域，形成有IC、LSI等元件22。另外，分割預定線21與鄰接之分割預定線21間的間隔，設定為5mm。以下，說明將此半導體晶圓2沿著分割預定線21而分割成各個元件22的晶圓加工方法。
首先，實施改質層形成製程：把對於半導體晶圓2具有透過性之波長的雷射光線，使聚光點位於內部而沿著 分割預定線21進行照射，在半導體晶圓2內部沿著分割預定線21形成會成為斷裂起點的改質層。此改質層形成製程是使用圖2所示之雷射加工裝置3來實施。圖2所示之雷射加工裝置3具備有：保持被加工物的夾盤台31、將雷射光線照射於被保持在該夾盤台31上之被加工物的雷射光線照射手段32、以及拍攝被保持在夾盤台31上之被加工物的拍攝手段33。夾盤台31是構成為可吸引保持被加工物，藉由沒有圖示的移動機構可朝圖2中箭號X所示的加工送進方向及箭號Y所示的分度送進方向移動。
上述雷射光線照射手段32包含有實質上配置成水平的圓筒形狀之套筒321。套筒321內配設有脈衝雷射光線振盪手段，該脈衝雷射光線振盪手段具備由沒有圖示的YAG雷射振盪器或YVO4雷射振盪器所構成的脈衝雷射光線振盪器或是重複頻率設定手段。在上述套筒321的前端部，安裝有用來將脈衝雷射光線手段所振盪出之脈衝雷射光線聚光的聚光器322。
安裝在構成上述雷射光線照射手段32的套筒321前端部的拍攝手段33，在圖示之實施形態中，除了藉由可視光線進行拍攝之通常的拍攝元件(CCD)之外，由以下等設備所構成：紅外線照明手段，將紅外線照射於被加工物；光學系統，捕捉藉由該紅外線照明手段所照射出之紅外線；及拍攝元件(紅外線CCD)，輸出與藉由該光學系統所捕捉到的紅外線對應的電氣訊號；又，前述拍攝機構33將所拍攝到的圖像訊號送至沒有圖示之控制手段。
關於使用上述雷射加工裝置3而實施的改質層形成製程，參照圖3來進行說明。
此改質層形成製程首先將半導體晶圓2之表面2a側載置於上述圖2所示的雷射加工裝置3之夾盤台31上。然後，藉由使沒有圖示的吸引手段作動，將半導體晶圓2吸引保持於夾盤台31上(晶圓保持製程)。因此，被保持在夾盤台31上的半導體晶圓2是背面2b為上側。如此，已吸引保持住半導體晶圓2的夾盤台31，藉由沒有圖示的加工送進手段定位於拍攝手段33的正下方。
當使夾盤台31定位於拍攝手段33的正下方，則藉由拍攝手段33及沒有圖示的控制手段執行校準作業，檢測半導體晶圓2之應進行雷射加工的加工區域。亦即，拍攝手段33及沒有圖示的控制手段執行型樣匹配等圖像處理，將半導體晶圓2之形成於預定方向的分割預定線21、與沿著分割預定線21照射雷射光線的雷射光線照射手段32之聚光器322間進行對位，而進行雷射光線照射位置的校準。又，形成於半導體晶圓2之延伸於相對上述預定方向為直交之方向的分割預定線21，對於此種分割預定線21也同樣地進行雷射光線照射位置的校準。此時，半導體晶圓2形成有分割預定線21的表面2a雖位於下側，但由於拍攝手段33如上所述具有由紅外線照明手段、捕捉紅外線之光學系統、及輸出與紅外線對應之電氣訊號的拍攝元件(紅外線CCD)等所構成的拍攝手段，故可從背面2b透過而拍攝分割預定線21。
若已如以上地檢測形成於被保持在夾盤台31上 之半導體晶圓2的分割預定線21，並進行了雷射光線照射位置的校準，則如圖3(a)所示，把夾盤台31移動到照射雷射光線的雷射光線照射手段32之聚光器322所位在的雷射光線照射區域，將預定的分割預定線21之一端(在圖3(a)中為左端)定位於雷射光線照射手段32之聚光器322正下方。接著，使聚光器322所照射之脈衝雷射光線的聚光點P對到半導體晶圓2的厚度方向中央部。然後，一面從聚光器322照射對於矽晶圓具有透過性波長的脈衝雷射光線，一面使夾盤台31朝圖3(a)中箭號X1所示的方向以預定速度移動。而後，當如圖3(b)所示般，雷射光線照射手段32之聚光器322的照射位置已到達分割預定線21的另一端的位置時，停止脈衝雷射光線的照射，並且停止夾盤台31的移動。結果，在半導體晶圓2的內部，沿著分割預定線21形成改質層210。
上述改質層形成工程中之加工條件例如設定如下。
光源：LD激發Q開關Nd：YVO4脈衝雷射
波長：1064nm
重複頻率：100kHz
平均輸出：1W
聚光點徑：Φ1μm
加工送進速度：100mm/秒
如上所述沿著分割預定線21實施了上述改質層形成製程後，使夾盤台31朝箭號Y所示的方向，分度移動形成於半導體晶圓2的分割預定線21的間隔(分度製程)，進行 上述改質層形成製程。若已如此地沿著依預定方向形成的所有分割預定線21實施了上述改質層形成製程，則使夾盤台31旋動90度，沿著朝相對於上述依預定方向形成的分割預定線21為直交方向延伸的分割預定線21，執行上述改質層形成製程。
若已實施了上述改質層形成製程，則在圖示的實施形態中，實施保護構件貼附製程：把冷卻至比實施後述之背面研磨製程時之溫度還低的溫度的保護構件，貼附至半導體晶圓2的表面。如圖4所示，把例如在3℃的房間冷卻至3℃的作為保護構件之保護膠帶4，貼附至半導體晶圓2的表面2a。另外，保護膠帶4可使用熱膨脹係數較大的樹脂，例如低密度聚乙烯(LDPE)或氯乙烯(p-PVC)等的樹脂片。如此之保護膠帶4在圖示之實施形態中，是直徑100mm、厚度50μm，且在表面塗佈有丙烯酸系的黏著劑。
接著，實施背面研磨製程：研磨表面貼附有保護膠帶4的半導體晶圓2的背面，使半導體晶圓2形成為預定的厚度(例如100μm)，並且，沿著形成有會成為斷裂起點的改質層的分割預定線21，分割成各個元件。此背面研磨製程是使用圖5(a)所示的研磨裝置5來實施。圖5所示的研磨裝置5具備有：作為保持被加工物之保持手段的夾盤台51、及將保持在該夾盤台51之被加工物進行研磨的研磨手段52。夾盤台51是構成為將被加工物吸引保持於上面，並藉由沒有圖示的旋轉驅動機構朝圖5中箭號51a所示的方向旋轉。研磨手段52具備有：心軸套筒521、可自由旋轉地支持於該心 軸套筒521且藉由沒有圖示的旋轉驅動機構旋轉的旋轉心軸522、安裝在該旋轉心軸522下端的安裝機523、及安裝在該安裝機523之下面的研磨輪524。此研磨輪524是由圓環狀的基台525、及呈環狀地安裝在該基台525之下面的研磨石526所構成，基台525是藉由緊固螺栓527來安裝在安裝機523的下面。
使用上述之研磨裝置5來實施上述背面研磨製程，要如圖5所示，把貼附於半導體晶圓2表面的保護膠帶4側載置於夾盤台51之上面(保持面)。然後，藉由沒有圖示的吸引手段把半導體晶圓2透過保護膠帶4吸附保持於夾盤台51上(晶圓保持製程)。因此，被保持在夾盤台51上的半導體晶圓2是背面2b為上側。如此，若已把半導體晶圓2透過保護膠帶4吸附保持於夾盤台51上，則一面使夾盤台51朝圖5中以箭號51a所示之方向例如以300rpm旋轉，一面使研磨手段52之研磨輪524朝圖5中以箭號524a所示之方向例如以6000rpm旋轉，如圖5(b)所示，使研磨石526接觸作為被加工面的半導體晶圓2之背面2b，將研磨輪524以箭號524b所示般例如以1μm/秒的研磨送進速度朝下方(對於夾盤台51之保持面為垂直的方向)研磨送進預定量。在此背面研磨製程中，把例如23℃的研磨水供給給研磨石526的研磨部。結果，半導體晶圓2的背面2b被研磨，半導體晶圓2形成為預定的厚度(例如100μm)，並且，沿著因形成改質層210而強度降低的分割預定線21分割成各個元件22。在此背面研磨製程中，由於把例如23℃的研磨水供給給半導體晶圓2，所 以在已冷卻至3℃的狀態下貼附於半導體晶圓2表面的保護膠帶4會熱膨脹，在已分割的元件22與元件22之間形成間隙。
在此，關於在使用了低密度聚乙烯(LDPE)來作為上述保護膠帶4時之上述背面研磨製程中，藉由保護膠帶4的熱膨脹在元件22與元件22之間形成的間隙進行說明。由於低密度聚乙烯(LDPE)的熱膨脹係數是200×10-6K-1，所以當溫度從3℃上升至23℃，則由於半導體晶圓2之直徑為100mm，所以在貼附半導體晶圓2的區域，會伸長400μm。另一方面，由於形成在半導體晶圓2的元件22(5mm2)在直徑區域存在有20個，所以如圖6所示，形成在元件22與元件22之間的間隙(S)略呈20μm。另外，由於矽的熱膨脹係數為3.0×10-6K-1，所以即使溫度從3℃上升至23℃，也只會膨脹0.3μm。如此，在上述背面研磨製程中，藉由保護膠帶4的熱膨脹，在元件22與元件22之間形成間隙(S)，而抑制鄰接的元件22的接觸，所以半導體晶圓2在分割成各個元件22之後，即使為了形成預定的厚度(例如100μm)而繼續研磨石526的研磨，元件22的角之間也不會互相摩擦，因此可解決元件22的角之間互相摩擦而導致元件損傷的問題。
以上，已根據圖示之實施形態說明了本發明，但本發明非僅限定於圖示之實施形態者，可在本發明之旨趣範圍內進行各種變形。例如，在上述之實施形態中，是說明在實施了改質層形成製程之後實施保護構件貼附製程之例，但也可在實施改質層形成製程之前實施保護構件貼附 製程。此時，在實施改質層形成製程之前，把例如冷卻至3℃的保護構件貼附於晶圓表面，在例如冷卻至3℃的房間實施改質層形成步驟。
4‧‧‧保護膠帶
22‧‧‧元件
S‧‧‧間隙

Claims (1)

  1. 一種晶圓之加工方法，是把藉由在表面形成為格子狀之分割預定線來區劃成複數區域，而在該等複數區域形成有元件的晶圓，沿著分割預定線進行分割的晶圓之加工方法，其特徵在於：包含有以下製程：改質層形成製程，把對於晶圓具有透過性之波長的雷射光線，使聚光點位於內部而沿著分割預定線進行照射，在晶圓內部沿著分割預定線形成會成為斷裂起點的改質層；及背面研磨製程，研磨晶圓的背面使晶圓形成為預定的厚度，並且，沿著形成改質層而使強度變低的分割預定線，分割成各個元件；又，至少在實施該背面研磨製程之前，實施保護構件貼附製程：把冷卻至比實施該背面研磨製程時之溫度還低的溫度的保護構件，貼附至晶圓表面；在實施該背面研磨製程時，藉由溫度的上升，該保護構件會熱膨脹，藉此，在已分割的元件與元件之間形成間隙，抑制鄰接的元件相接觸。
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