TWI600077B

TWI600077B - Wafer cutting method

Info

Publication number: TWI600077B
Application number: TW103111468A
Authority: TW
Inventors: Minoru Suzuki; Maki Sakai
Original assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2017-09-21
Also published as: JP6144107B2; TW201448006A; JP2014220437A; KR20140133451A; CN104139462A; CN104139462B; KR102089111B1

Description

晶圓的切削方法

發明領域

本發明是有關於對表面有形成保護膜或TEG等積層體的半導體晶圓等被加工物進行切削之切削方法。

發明背景

已知以往有用於對半導體晶圓、玻璃基板、樹脂基板等裝置晶片進行分割之切削裝置(晶片切割(Dicing)裝置)，例如，如專利文獻1所揭示地，具有2個轉軸單元之雙轉軸切削裝置也是已知的。在這種雙轉軸切削裝置中，可實施分段式切割(step cut)，其為，首先進行以其中一個轉軸單元的切削刀片形成預定深度溝槽的半切(half cut)，之後，再進行以另一個轉軸單元的切削刀片將半切之溝槽完全切斷之全切(full cut)。

這種分段式切割，在切削加工半導體晶圓時，也會在沿設定了分割預定線的切割道去除稱為測試元件群(test-element-group，TEG)的測試用金屬圖樣的情況中進行。亦即所謂的，首先以其中一個轉軸單元的切削刀片去除TEG(半切)以形成第一切削溝，接著，以另一個轉軸單元的切削刀片在第一切削溝的位置形成第二切削溝以將半導體晶圓完全切斷(全切)者。

只要實施這種分段式切割，因為預先藉由半切去除TEG，並且用與半切所用之切削刀片不同的切削刀片進行全切，因此關於進行全切的切削刀片不會有因TEG而發生阻滯的情形。並且，從進行全切的切削刀片，不會因TEG而形成易阻滯傾向之狀況來看，可以有效地防止在晶圓的背面側發生崩裂(chipping)之情形。

先前技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2003-173986號公報

專利文獻2：日本專利特開2000-49120號公報

專利文獻3：日本專利特開2008-300555號公報

發明概要

然而，切削刀片是一邊高速旋轉一邊切削晶圓等工件，因此會因為長時間持續進行半切，或持續切斷切割道上的TEG圖樣，而發生樹脂等切削屑附著於刀片前端，使刀片阻滯、鋒利程度降低。為解決此問題，有或在鄰接夾頭台的位置設置進行刀片磨利的打磨構件專用之副夾頭台、或在切割膠帶上與工件鄰接的位置貼附設置打磨構件的方法等(參照例如，專利文獻2、3)。無論採用何者，都有或要設置副夾頭台，或要準備特殊切割膠帶用框架的必要而會增加成本。

本發明是鑑於上述事情而作成者，以提供一種不需準備特殊設備，且可以不中斷切削動作地邊消除切削刀片的阻滯現象，邊切削半導體晶圓的晶圓的切削方法。

為解決上述課題並達成目的，本發明之晶圓的切削方法，是相對於具有環狀刀刃且繞預定方向旋轉之切削刀片，使藉由積層於基板表面的積層體而形成有裝置之晶圓，沿與該切削刀片的旋轉軸直交的方向相對移動，以沿著劃分該裝置之複數條切割道切削晶圓，其特徵在於，該切削方法具有，膠帶黏貼步驟，是在前述晶圓的背面黏貼切割膠帶；積層體去除步驟，是實施該膠帶黏貼步驟後，將前述切削刀片比該積層體的厚度還深地切入到該基板的中途為止，並且，藉由在該切削刀片和前述晶圓相面對的位置上，使前述晶圓沿著前述切割道與該切削刀片的旋轉方向順向地相對移動以形成切削溝的作法，去除該積層體；以及磨利步驟，是在完成該積層體去除步驟後之任意時間點，使該切削刀片沿著該切削溝切入得比該切削溝還深，並使前述晶圓與該切削刀片之旋轉方向逆向地相對移動以沿著該切削溝切削該基板，而將在該積層體去除步驟中附著在該切削刀片前端的該積層體去除，並進行該切削刀片的磨利。

本發明之晶圓的切削方法，藉由將去除表面之積層體的半切用切削刀片一邊切入已去除積層體之切削溝中一邊歸位的作法，就能夠進行去除積層體的切削刀片之磨利，因此不需要設置特殊的機構具經濟效益。而且，因為不需要為了進行切削刀片之磨利而停止生產，也可謀求處理能力(throughput)的提升。

1‧‧‧切削裝置

2‧‧‧裝置本體

5‧‧‧夾頭台

6‧‧‧框架保持機構

10‧‧‧切削機構

11‧‧‧第一切削機構

12‧‧‧第二切削機構

15‧‧‧切削刀片

16‧‧‧第一切削刀片

17‧‧‧第二切削刀片

20‧‧‧轉軸

21‧‧‧第一轉軸

22‧‧‧第二轉軸

25‧‧‧轉軸殼體

26‧‧‧第一轉軸殼體

27‧‧‧第二轉軸殼體

30‧‧‧噴嘴

31‧‧‧第一噴嘴

32‧‧‧第二噴嘴

35‧‧‧刀片套

36‧‧‧第一刀片套

37‧‧‧第二刀片套

40‧‧‧Y軸移動機構

41‧‧‧第一Y軸移動機構

42‧‧‧第二Y軸移動機構

45‧‧‧Z軸移動機構

46‧‧‧第一Z軸移動機構

47‧‧‧第二Z軸移動機構

50‧‧‧洗淨‧乾燥機構

51‧‧‧旋轉台

61‧‧‧表面

62‧‧‧背面

65‧‧‧基板

66‧‧‧切削溝

67‧‧‧裝置

W‧‧‧半導體晶圓

T‧‧‧切割膠帶

L‧‧‧積層體

S‧‧‧切割道

F‧‧‧環狀框架

X、Y、Z‧‧‧方向

ST11‧‧‧膠帶黏貼步驟

ST12‧‧‧積層體去除步驟

ST13‧‧‧磨利步驟

ST13‧‧‧分割步驟

圖1為藉由實施形態之晶圓的切削方法進行切削加工之切削裝置的立體圖；圖2為圖1所示之切削機構的詳細圖；圖3為藉由圖1所示之切削裝置進行晶圓之切削加工時的說明圖；圖4為利用實施形態之晶圓的切削加工分割晶圓時之步驟的流程圖；圖5為積層體去除步驟中之切削說明圖；圖6為沿圖5之線A-A的截面圖；圖7為磨利步驟中之磨利說明圖；圖8為沿圖7之線B-B的截面圖；圖9為分割步驟中之切削說明圖；及圖10為沿圖9之線C-C的截面圖。

用以實施發明之形態

以下，根據圖式詳細地說明本發明之晶圓的切削方法的實施形態。另外，本發明不限定於此實施形態者。又，在下述實施形態的構成要素中，包含本領域業者可以且容易替換者，或者實質上相同者。

[實施形態]

圖1為藉由實施形態之晶圓的切削方法進行切削加工之切削裝置的立體圖。在本實施形態中，X軸方向為與後述切削刀片15之旋轉軸方向及垂直方向兩者都直交之方向，Y軸方向為與垂直方向直交的切削刀片15之旋轉軸方向，Z軸方向為垂直方向。圖1所示之切削裝置1是包含夾頭台5、兩個切削機構10和洗淨‧乾燥機構50而被構成。本實施形態之晶圓的切削方法中所使用的切削裝置1，是使兩個切削機構10沿Y軸方向相面對配置之對向軸雙刃型(Facing dual type)加工裝置。

切削裝置1是藉由使保持被加工物之夾頭台5和兩個切削機構10相對移動，而對被加工物施行切削加工。亦即，夾頭台5是設置成可在保持被加工物之狀態下，沿加工傳送方向之X軸方向，對裝置本體2相對移動。

在此，被加工物是被切削加工之加工對象，並無特別限定，可為例如，以矽(Silicon)、砷化鎵(GaAs)等作為基材之圓板狀半導體晶圓或光裝置晶圓、陶瓷(Ceramic)、玻璃、藍寶石(Sapphire，Al₂O₃)體系之圓板狀無機材料基板、金屬或樹脂等之圓板狀延展性材料等的各種加工材料。在本實施形態中，切削裝置1是以進行作為被加工物的半導體晶圓W之切削加工者來說明。

晶圓W，是以例如，藉由在形成有複數個裝置的裝置側之面的表面之相反側之面的背面，黏粘作為黏著膠帶之切割膠帶T，並將切割膠帶T進一步黏貼到磁性體之環狀框架F上而形成固定於環狀框架F的狀態，進行切削加工。在切削裝置1上之晶圓W的切削加工是以，使晶圓W將黏貼有切割膠帶T側之面載置於夾頭台5，以被吸引保持於夾頭台5上，並使環狀框架F受到配置在夾頭台5周圍的框架保持機構6保持之狀態進行。

圖2為圖1所示之切削機構的詳細圖。兩個切削機構10，是由第一切削機構11和第二切削機構12所構成，且這些切削機構10是包含切削刀片15、轉軸20、轉軸殼體25、噴嘴30及刀片套35而構成。也就是說，第一切削機構11是包含第一切削刀片16、第一轉軸21、第一轉軸殼體26、第一噴嘴31和第一刀片套36而構成。同樣地，第二切削機構12也是包含第二切削刀片17、第二轉軸22、第二轉軸殼體27、第二噴嘴32和第二刀片套37而構成。其中，第二切削刀片17是以比第一切削刀片16的厚度還薄一些的厚度所形成。

這些切削機構10，變成可藉由各自的移動機構移動，且藉由作為分度傳送機構之Y軸移動機構40和作為切入傳送機構之Z軸移動機構45，變成可沿Y軸方向和Z軸方向移動。也就是說，第一切削機構11，藉第一Y軸移動機構41和第一Z軸移動機構46，變成可沿Y軸方向及Z軸方向移動，第二切削機構12，藉第二Y軸移動機構42和第二Z軸移動機構47，變成可沿Y軸方向及Z軸方向移動。藉此，第一切削機構11和第二切削機構12可以一邊對保持於夾頭台5上之晶圓W供給切削水，一邊對應當加工區域施行切削加工。

切削刀片15，具有環狀的刀刃，並設置成可繞預定方向旋轉。詳細來說，切削刀片15，是形成為可藉高速旋轉而切削保持於夾頭台5之晶圓W的極薄的環狀切削研磨石，藉此，使切削刀片15具有環狀刀刃。此切削刀片15是透過固定螺帽(圖示省略)，而可更換地被固定在轉軸20上。轉軸殼體25是形成為筒狀，並藉由空氣軸承將內插之轉軸20支撐成可自由旋轉。噴嘴30是用於使切削液噴出以供應到切削刀片15的加工點。刀片套35，將噴嘴30保持成可裝卸。第一切削機構11和第二切削機構12都是以這些構造所構成的。

洗淨‧乾燥機構50使切削加工後之晶圓W可洗淨與乾燥。詳細來說，洗淨‧乾燥機構50是透過旋轉驅動源產生之動力使旋轉台51旋轉，同時藉由洗淨液噴射裝置對晶圓W噴射洗淨液以洗淨該晶圓W，並從氣體噴射裝置對洗淨後之晶圓W噴射氣體以使該晶圓W乾燥。

以本實施形態之晶圓W的切削方法進行切削加工之切削裝置1，是如以上所構成，以下，將就其作用進行說明。圖3為藉由圖1所示之切削裝置進行晶圓的切削加工時之說明圖。上述切削裝置1，是藉由第一切削刀片16和第二切削刀片17兩個切削刀片15，變成可階段性地進行晶圓W的切斷之，所謂的以分段式切割進行切斷之加工裝置。也就是說，切削裝置1是沿著區隔劃分複數個裝置67(參照圖5)之切割道S(參照圖5)，以作為第一切削刀片15之第一切削刀片16在晶圓W的厚度方向上切削至中途為止，再沿著此切削溝66(參照圖5)以作為第二切削刀片15之第二切削刀片17切削晶圓W的剩餘厚度部分。

又，以切削裝置1進行晶圓W之切削加工時，在貼有切割膠帶T的晶圓W上，是從貼有切割膠帶T之面的相反側之面，即表面61側，進行切削加工。此外，像這樣進行切削加工的晶圓W，在構成晶圓W之基材的基板65的表面61側，積層有具有TEG(Test Element Group)等之電路圖案的表面膜等之積層體L，藉此，在晶圓W上形成複數個裝置67。

在以切削裝置1進行晶圓W之切削加工時，貼有切割膠帶T側之面，即背面62，會成為底面而面向夾頭台5，積層有積層體L側之面，即表面61，會以成為上表面的方位，載置於夾頭台5上。此外，是在以框架保持機構6保持環狀框架F，且以夾頭台5吸引保持晶圓W之背面62側的狀態下，從晶圓W的表面61側，透過第一切削刀片16和第二切削刀片17階段性地進行切削。即，第一切削刀片16是設置當作半切用之切削刀片15，第二切削刀片17是設置當作分割用之切削刀片15，而切削裝置1則是利用這兩個切削刀片15階段性地切削晶圓W。

圖4為利用實施形態之晶圓的切削加工分割晶圓時之步驟的流程圖。分割晶圓W時，對於積層有積層體L的晶圓W，首先是在膠帶黏貼步驟(步驟ST11)黏貼切割膠帶T。將切割膠帶T黏貼至具有比晶圓W外徑大之內徑的孔的環狀框架F上。在此狀態下，是將晶圓W的背面62由環狀框架F的孔的部位黏貼到切割膠帶T上。藉此，使晶圓W的背面62整面黏貼切割膠帶T。

實施膠帶黏貼步驟後，接著，在積層體去除步驟(步驟ST12)中去除積層於晶圓W的表面61之積層體L。去除積層體L時，首先，以讓表面61變成上表面的方位，用切削裝置1之夾頭台5保持晶圓W(參照圖3)。在此狀態下，透過從晶圓W之表面61側，即積層有積層體L之側，以切削刀片15進行晶圓W之切削，而去除積層體L。

圖5為積層體去除步驟中之切削說明圖。圖6為沿圖5之線A-A之截面圖。積層體去除步驟是藉由讓兩個切削刀片15中之第一切削刀片16與晶圓W之表面61相對，並一邊使旋轉之第一切削刀片16的外周面接觸晶圓W之切割道S，一邊使第一切削刀片16和晶圓W沿切割道S相對移動而進行。在此積層體去除步驟中，是使第一切削刀片16，以比積層體L的厚度還深且比晶圓W的厚度還淺的深度，將其外周面之下端附近從積層體L側之面切入晶圓W中，而從表面61側切入到基板65的中途為止。藉此，第一切削刀片16，以從積層體L側之面進入晶圓W的深度，切削晶圓W。

積層體去除步驟中，在以第一切削刀片16切割晶圓W的同時，還使保持晶圓W的夾頭台5沿與第一切削刀片16的旋轉軸直交的方向相對地移動。此時的移動方向，是使夾頭台5朝與旋轉之第一切削刀片16的下端附近的旋轉方向相同的方向移動，並相對於第一切削刀片16，使晶圓 W沿這個方向相對移動。亦即，使夾頭台5，以沿著晶圓W之切割道S的方向，並且，朝與第一切削刀片16上接觸到晶圓W的部位附近的旋轉方向相同的方向，即順向，進行移動。在這個狀態下，在晶圓W的移動方向上第一切削刀片16開始進行晶圓W之切削的部位，是從上方側到下方側，亦即，第一切削刀片16是以從表面61方向側往背面62方向側進行切削之，所謂的下切法(down cut)進行切削。

藉此，第一切削刀片16從積層有積層體L側之面，以比積層體L的厚度還深且比晶圓W的厚度還淺的深度切削晶圓W，並沿著切割道S形成該深度的切削溝66。換言之，切削溝66是藉由以第一切削刀片16的厚度將積層體L去除，並以第一切削刀片16的厚度切削基板65中靠近積層體L的部位而形成。如此，在積層體去除步驟中，是在第一切削刀片16和晶圓W相對的位置上，藉由和第一切削刀片16的旋轉方向順向地使晶圓W沿著切割道S相對移動，形成切削溝66，而去除積層體L。

完成積層體去除步驟後，接著，在磨利步驟(步驟ST13)中，進行第一切削刀片16的磨利作業。圖7為磨利步驟中之磨利說明圖。圖8為沿圖7之線B-B的截面圖。磨利步驟是藉由使在積層體去除步驟中進行晶圓W之切削的第一切削刀片16在繞與積層體去除步驟之旋轉方向相同的方向旋轉的狀態下，一邊使其外周面接觸切削溝66，一邊使其沿和積層體去除步驟中的晶圓W之相對移動方向相反的方向相對移動而進行。在此磨利步驟中，是使第一切削刀片16，以在晶圓W上形成切削溝66的部位的剩餘厚度，亦即，比從切削溝66的溝底至背面62為止的厚度還淺的深度，將其外周面的下端附近從切削溝66的溝底切入晶圓W。藉此，第一切削刀片16是以從切削溝66的溝底進入晶圓W的深度，切削晶圓W。

雖然在磨利步驟，也是這樣地以第一切削刀片16切削晶圓W，但在磨利步驟中，與積層體去除步驟不同的是，使夾頭台5朝旋轉的第一切削刀片16下端附近之旋轉方向的相反方向移動。也就是說，磨利步驟中，第一切削刀片16的旋轉方向是照原樣地維持在積層體去除步驟中的旋轉方向，並使夾頭台5朝與積層體去除步驟中的移動方向相反的方向移動。詳細來說，在積層體去除步驟中，雖然是在使第一切削刀片16沿著切割道S的狀態下，使晶圓W順向地移動，但當第一切削刀片16到達切割道S的端部時，則是以使晶圓W往相反方向移動的方式移動夾頭台5。

換言之，在磨利步驟中，是在不改變第一切削刀片16的旋轉方向下，使夾頭台5，以沿著晶圓W之切割道S的方向，並且朝和第一切削刀片16上接觸到晶圓W的部位附近的旋轉方向相反的方向，即逆向，移動。在這個狀態下，在晶圓W移動方向上第一切削刀片16開始進行晶圓W之切削的部位，是從下方側往上方側，亦即，第一切削刀片16是以從背面62方向側往表面61方向側進行切削之，所謂的上切法(up cut)進行切削。

藉此，第一切削刀片16會更深地切入切削溝66，且在夾頭台5朝與第一切削刀片16的旋轉方向逆向地使晶圓W相對移動的方向進行移動的狀態下，以第一切削刀片16沿著切削溝66切削基板65。在磨利步驟中，像這樣藉由一邊與第一切削刀片16的旋轉方向逆向地使晶圓W相對移動一邊進行切削，就能在抵抗晶圓W的移動方向的方向上讓第一切削刀片16進行晶圓W的切削。藉此，就能去除在積層體去除步驟中，附著於第一切削刀片16的前端，即第一切削片16的外周面上，的積層體L，而可藉由將包含在積層體L中的金屬等從第一切削刀片16的外周面去除，進行第一切削刀片16之磨利。

完成磨利步驟後，接著，在分割步驟(步驟ST14)中，進行晶圓W的分割。圖9為分割步驟中的切削說明圖。圖10是沿圖9之線C-C的截面圖。分割步驟是藉由使兩個切削刀片15中的第二切削刀片17面向晶圓W的表面61，並一邊使旋轉的第二切削刀片17的外周面接觸第一切削刀片16所形成的切削溝66，一邊沿切削溝66使第二切削刀片17和晶圓W相對移動而進行。在此分割步驟中，是使第二切削刀片17，以比晶圓W單體的厚度還深且不切斷黏貼在晶圓W背面62的切割膠帶T的深度，將其外周面的下端附近從切削溝66的溝底切入晶圓W。藉此，第二切削刀片17，是以切斷晶圓W的基板65，且不切斷切割膠帶T的深度，切削晶圓W。

還有，因為第二切削刀片17的厚度比第一切削刀片16薄，故第二切削刀片17，是在不擴大以第一切削刀片 16切削過之切削溝66的溝寬的情況下，從該切削溝66的溝底對基板65作進一步的切削。

在分割步驟中，與在積層體去除步驟以第一切削刀片16切削晶圓W的情況相同地，是使夾頭台5朝和旋轉之第二切削刀片17的下端附近的旋轉方向相同的方向移動，並相對於第二切削刀片17使晶圓W相對移動。亦即，是使夾頭台5朝與第二切削刀片17上接觸到晶圓W的部位附近的旋轉方向相同的方向，即順向，移動。

如此，在分割步驟中，就能以第二切削刀片17更深地切入切削溝66，並以比晶圓W單體厚度還深且比將黏貼在晶圓W的背面62的切割膠帶T也包含在內的厚度還淺的深度，沿著切削溝66切削晶圓W。藉此，使第二切削刀片17沿著由第一切削刀片16所形成之切削溝66，切入至切割膠帶T的中途為止。此外，如此就能一邊切削晶圓W，一邊在第二切削刀片17和晶圓W相面對的位置上，相對於第二切削刀片17的旋轉方向順向地使晶圓W沿著切割道S相對移動。藉此，可不切斷切割膠帶T地沿著第一切削刀片16所形成之切削溝66分割基板65，將位於切削溝66兩側之裝置67彼此分割。

再者，在如此等利用第二切削刀片17的分割步驟中，於沿預定的切割道S分割基板65時，宜使用第一切削刀片16在其他的切割道S上進行積層體去除步驟。

以上的實施形態之晶圓W的切削方法，是在以第一切削刀片16形成切削溝66以去除積層體L之後，藉由使第一切削刀片16相對於切削溝66更加深地切入，並和第一切削刀片16之旋轉方向逆向地使晶圓W相對移動，而進行第一切削刀片16之磨利。其結果為，由於不需設置特殊的機構，而可以抑制用於切削晶圓W之裝置設置時的成本，因此可提升經濟效益。此外，因為可在不中斷切削動作的情況下，邊消除第一切削刀片16的阻滯現象邊切削晶圓W，故不需為了進行第一切削刀片16的磨利而停止生產，而可謀求處理能力的提升。

又，透過像這樣邊消除第一切削刀片16的阻滯現象，邊切削晶圓W的作法，可提升切削性能，因此也可以提升藉由切削晶圓W而製成的各裝置67的品質。

[變形例]

再者，上述晶圓W的切削方法，雖然使用了做為切削刀片15的第一切削刀片16和第二切削刀片17，並藉由用這2個切削刀片15階段性地進行切削加工之，所謂的分段式切割而採用切削晶圓W的切削裝置1，但也可以使用這個以外的切削裝置1。例如，也可以使用具有1個切削用的旋轉軸20，並以固定在該轉軸20上的1個切削刀片15進行分割的切削裝置1來進行積層體去除步驟和分割步驟。此時，藉由以一個切削刀片15形成切削溝66以進行積層體L之去除後，進行磨利步驟，並在磨利步驟中將切削刀片15的前端打磨後，藉由再度以切削刀片15進行切削溝66的全切，以切削晶圓W。藉此，不需要準備特殊的設備，又，可以不用中斷切削動作地，邊消除切削刀片15的阻滯現象，邊切削晶圓W。

又，在上述之晶圓W的切削方法中，雖未就進行切削刀片15之磨利步驟的時間點作規定，但是亦可適當地設定進行切削刀片15之磨利步驟的時間點。例如，在積層體去除步驟中，邊使晶圓W移動，邊沿著預定之切割道S以切削刀片15進行切削加工直到進行到切割道S的端部為止，之後，為了將切削刀片15定位至下一個切割道S而使晶圓W朝相反方向移動時，也可在該切割道S上進行切割刀片15的磨利步驟。或者，在1個形成有複數條切割道S的晶圓W上，僅以1條切割道S進行磨利步驟亦可。較理想的是，使磨利步驟，依照晶圓W的大小和積層體L的材質、切割道S的數量等，在完成積層體去除步驟之後的任意時間點適當設定而實行者。

又，上述之晶圓W的切削方法，在積層體去除步驟和分割步驟中，是使晶圓W相對於切削刀片15的旋轉方向順向地移動，而在磨利步驟中，是使晶圓W相對於切削刀片15的旋轉方向逆向地移動，但晶圓W的移動方向也可以是此等以外的方向。也就是說，雖然積層體去除步驟和分割步驟是以下切法進行切削，磨利步驟則是以上切法進行切削，但切削時的切削方向，也可以是此等以外的方向。例如，在磨利步驟中使晶圓W順向地移動，而以下切法進行磨利步驟亦可。晶圓W的移動方向，以依照切削裝置1的動作順序、所要求的切削最終狀態，適當設定者為宜。