TWI653114B - 晶圓的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的課題是提供一種照射對矽晶圓具有穿透性之波長的脈衝雷射光束而在晶圓內部形成改質層時，可以抑制穿透光使晶圓表面的器件損傷的晶圓的加工方法。解決手段是對在表面上以複數條分割預定線劃分而形成有複數個器件之由矽所構成的晶圓進行加工的晶圓的加工方法。其特徵在於包括：改質層形成步驟，將對晶圓具有穿透性之波長的脈衝雷射光束的聚光點定位在晶圓的內部以從晶圓的背面將脈衝雷射光束照射在對應該分割預定線的區域，並且將保持機構與雷射光束照射機構相對地加工進給而在晶圓內部形成改質層；以及分割步驟，實施該改質層形成步驟後，對晶圓賦予外力而以該改質層為分割起點沿著該分割預定線分割晶圓。在該改質層形成步驟中，在照射於晶圓的脈衝雷射光束之從中心到加工進給方向下游側外周的部分，使脈衝雷射光束的一部分形成缺漏，來將脈衝雷射光束的聚光點定位在晶圓的內部
Description
本發明是有關於一種照射對晶圓具有穿透性之波長的脈衝雷射光束而在晶圓內部形成改質層後，對晶圓賦予外力而以改質層為起點將晶圓分割為複數個器件晶片的晶圓的加工方法。
將IC、LSI等複數個器件以分割預定線劃分並形成於表面上的矽晶圓(以下，有時簡稱為晶圓)，是藉由加工裝置而被分割成一個個器件晶片，且所分割而成的器件晶片可廣泛地應用於行動電話、個人電腦等各種電子機器上。
在晶圓的分割上，廣泛地被採用的是使用了稱為切割機(dicing saw)的切削裝置之切割方法。在切割方法上，是在使以金屬或樹脂固定鑽石等磨粒而形成厚度30μm左右的切削刀以30000rpm左右的高速旋轉時，使其切入晶圓以藉此將晶圓切削、並且分割成一個個器件晶片。
另一方面，近年來，已有一種將對晶圓具有穿透性之波長的脈衝雷射光束之聚光點定位在對應於分割預定
線的晶圓內部，以將脈衝雷射光束沿著分割預定線照射而在晶圓內部形成改質層，之後賦予外力來將晶圓分割成一個個器件晶片之方法被提出(參照例如日本專利第4402708號公報)。
所謂的改質層是指密度、折射率、機械強度或其它物理特性變得與周圍不同之狀態的區域，且除了熔融再固化區域、折射率變化區域、絕緣破壞區域之外，也包含裂痕(crack)區域及混合了這些的區域。
矽的光學吸收端是在相當於矽的能帶隙(1.1eV)之光的波長1050nm附近，而在塊狀矽(bulk silcon)上，則會將波長短於此的光吸收掉。
在以往的改質層形成方法中，一般所使用的是可振盪產生接近光學吸收端的波長1064nm的雷射之摻雜有釹(Nd)的Nd：YAG脈衝雷射(參照例如日本專利特開2005-95952號公報)。
然而，由於Nd：YAG脈衝雷射的波長1064nm接近矽的光學吸收端，因此在包夾聚光點的區域上，會將雷射光束的一部分吸收而未能形成充分的改質層，會有無法將晶圓分割成一個個器件晶片的情形。
於是，本發明的申請人發現到：當使用已設定在波長為1300~1400nm之範圍內的例如波長1342nm的YAG脈衝雷射在晶圓內部形成改質層時，則在包夾聚光點的區域上就可將雷射光束的吸收減低而形成良好的改質層，並且可以順利地將晶圓分割成一個個器件晶片(參照日本專
利特開2006-108459號公報)。
專利文獻1：日本專利特許第4402708號報公
專利文獻2：日本專利特開2005-95952號公報
專利文獻3：日本專利特開2006-108459號公報
然而，卻查出會產生以下之新問題：當沿分割預定線而與剛形成的改質層相鄰來將脈衝雷射光束之聚光點定位在晶圓內部以進行照射，而在晶圓內部形成改質層時，在與照射脈衝雷射光束之面為相反側之面(亦即在晶圓的表面)上會因雷射光束散射而攻擊形成於表面上的器件並使其損傷。
在驗證這個問題時，推測可能是從剛形成的改質層有微細之裂痕傳播至晶圓的表面側，而該裂痕使接著照射的脈衝雷射光束的穿透光折射或反射而攻擊器件所致。這種問題經驗證，雖然不像波長1342nm這麼嚴重，但在波長1064nm的脈衝雷射光束中也會發生。
本發明是有鑒於這種問題而作成的發明，其目的在於提供一種在照射對矽晶圓具有穿透性之波長的脈衝雷射光束而在晶圓內部形成改質層時，可以抑制穿透光損傷晶圓表面的器件的晶圓的加工方法。
依據本發明所提供的晶圓之加工方法，是藉由雷射加工裝置，對在表面上以複數條分割預定線劃分而形成有複數個器件之由矽所構成的晶圓進行加工的晶圓的加工方法，其中該雷射加工裝置包括有保持被加工物的保持機構、照射對該保持機構所保持的被加工物具有穿透性之波長的脈衝雷射光束而在被加工物內部形成改質層的雷射光束照射機構、及將該保持機構與該雷射光束照射機構相對地加工進給的加工進給機構。該晶圓的加工方法的特徵在於包括：改質層形成步驟，將對晶圓具有穿透性之波長的脈衝雷射光束的聚光點定位在晶圓的內部以從晶圓的背面將脈衝雷射光束照射在對應該分割預定線的區域，並且將該保持機構與該雷射光束照射機構相對地加工進給以在晶圓內部形成改質層；以及分割步驟，實施該改質層形成步驟後，對晶圓賦予外力而以該改質層為分割起點沿著該分割預定線來分割晶圓。
在該改質層形成步驟中，在照射於晶圓的脈衝雷射光束之從中心到加工進給方向下游側外周的部分，使脈衝雷射光束的一部分形成缺漏，來將脈衝雷射光束的聚光點定位在晶圓的內部。
依據本發明的晶圓的加工方法，由於是做成在改
質層形成步驟中，在脈衝雷射光束之從中心到加工進給方向下游側外周的部分，使脈衝雷射光束的一部分形成缺漏，來將該聚光點定位在晶圓的內部，因此在形成改質層上可確保充分的能量，並且即使有從改質層傳播的微細裂痕存在於晶圓的表面側，還是可以因為已穿透聚光點的脈衝雷射光束會以聚光點為中心反轉成點對稱，而將使脈衝雷射光束缺漏的洩漏光(穿透光)定位在形成於表面側的裂痕上，因而脈衝雷射光束的散射會非常地少，而可以解決使形成在晶圓的表面上的器件損傷之問題。
2‧‧‧雷射加工裝置
4‧‧‧靜止基台
6‧‧‧第1滑塊
8、18‧‧‧滾珠螺桿
10、20‧‧‧脈衝馬達
11‧‧‧矽晶圓(半導體晶圓)
11a‧‧‧晶圓表面
11b‧‧‧晶圓背面
12‧‧‧加工進給機構
13a‧‧‧第1分割預定線
13b‧‧‧第2分割預定線
14、24‧‧‧導軌
15‧‧‧器件
16‧‧‧第2滑塊
17‧‧‧缺口
19‧‧‧改質層
19‧‧‧聚光點
21‧‧‧器件晶片
22‧‧‧分度進給機構
23‧‧‧裂痕
26‧‧‧圓筒支撐構件
28‧‧‧工作夾台
30、88‧‧‧夾具
32‧‧‧柱體
33‧‧‧套殼
34‧‧‧雷射光束照射單元
35‧‧‧雷射光束產生單元
37‧‧‧聚光器
39‧‧‧攝像單元
40‧‧‧控制器
42‧‧‧中央處理裝置(CPU)
44‧‧‧唯讀記憶體(ROM)
46‧‧‧隨機存取記憶體(RAM)
48‧‧‧計數器
50‧‧‧輸入介面
52‧‧‧輸出介面
54、58‧‧‧線性尺規
56‧‧‧加工進給量檢測單元
60‧‧‧分度進給量檢測單元
62‧‧‧雷射振盪器
64‧‧‧重複頻率設定機構
66‧‧‧脈衝寬度調整機構
68‧‧‧功率調整機構
70‧‧‧遮罩
70a‧‧‧遮光部分
70b‧‧‧透明部分
74‧‧‧聚光透鏡
75‧‧‧光束截面積
75a‧‧‧功率強的部分
75b‧‧‧功率弱的部分
75b’‧‧‧功率弱的洩漏光
77‧‧‧脈衝雷射光束之從中心到加工進給方向下游側外周的部分
80‧‧‧分割裝置
82‧‧‧框架保持機構
84‧‧‧膠帶擴張機構
86‧‧‧框架保持機構
86a‧‧‧載置面
90‧‧‧擴張滾筒
92‧‧‧蓋子
94‧‧‧支撐凸緣
96‧‧‧驅動機構
98‧‧‧氣缸
100‧‧‧活塞桿
F‧‧‧環狀框架
T‧‧‧切割膠帶
X1‧‧‧箭頭
X、Y、Z‧‧‧方向
圖1是適合於實施本發明之晶圓的加工方法的雷射加工裝置的立體圖。
圖2是雷射光束產生單元的方塊圖。
圖3是矽晶圓的表面側立體圖。
圖4是顯示將矽晶圓的表面側貼附於將外周部貼附在環狀框架上的切割膠帶上之情形的立體圖。
圖5是透過切割膠帶被環狀框架所支撐的矽晶圓之背面側立體圖。
圖6(A)是說明改質層形成步驟的局部剖面側視圖，圖6(B)是圖6(A)所示之遮罩的左側面圖。
圖7是說明照射在晶圓上的脈衝雷射光束之功率的強弱的模式圖。
圖8是說明改質層形成步驟的立體圖。
圖9為分割裝置之立體圖。
圖10(A)、(B)是顯示分割步驟的剖面圖。
以下，參照圖式詳細地說明本發明之實施形態。參照圖1，所示為適合於實施本發明的晶圓的加工方法的雷射加工裝置2的概要立體圖。
雷射加工裝置2包含有以可以在X軸方向上移動之形式搭載於靜止基台4上的第1滑塊6。第1滑塊6是藉由滾珠螺桿8及脈衝馬達10所構成的加工進給機構12而沿著一對導軌14在加工進給方向(即X軸方向)上移動。
在第1滑塊6上搭載有可以在Y軸方向上移動的第2滑塊16。亦即，第2滑塊16是藉由滾珠螺桿18及脈衝馬達20所構成的分度進給機構22而沿著一對導軌24在分度進給方向(即Y軸方向)上移動。
在第2滑塊16上是透過圓筒支撐構件26搭載著工作夾台28，工作夾台28可以旋轉並且藉由加工進給機構12及分度進給機構22而可在X軸方向及Y軸方向上移動。在工作夾台28上設置有將支撐工作夾台28所吸引保持的晶圓之環狀框架予以夾持的夾具30。
在靜止基台4上豎立設置有柱體32，且在此柱體32上安裝有雷射光束照射單元34。雷射光束照射單元34是由收容在套殼33內的圖2所示之雷射光束產生單元35、及安裝在套殼33前端的聚光器37所構成。
如圖2所示，雷射光束產生單元35包含有振盪產
生YAG脈衝雷射的雷射振盪器62、重複頻率設定機構64、脈衝寬度調整機構66及功率調整機構68。在本實施形態中，雷射振盪器62是採用振盪產生波長1342nm的脈衝雷射之YAG脈衝雷射振盪器。
如圖1所示，在套殼33的前端部配置有與聚光器37在X軸方向上對齊排列以檢測用來雷射加工的加工區域之攝像單元39。攝像單元39包含有藉由可見光拍攝半導體晶圓11的加工區域之一般的CCD等攝像元件。
攝像單元39還包含有將紅外線照射至被加工物的紅外線照射機構、捕捉藉由紅外線照射機構所照射之紅外線的光學系統、及將對應於以此光學系統所捕捉到的紅外線之電氣訊號輸出的紅外線CCD等紅外線攝像元件所構成的紅外線攝像機構，並可將所拍攝到的影像訊號傳送至控制器(控制機構)40。
控制器40是由電腦所構成，包括有依照控制程式進行演算處理的中央處理裝置(CPU)42、儲存控制程式等的唯讀記憶體(ROM)44、儲存演算結果等的可讀寫之隨機存取記憶體(RAM)46、計數器48、輸入介面50及輸出介面52。
56是由沿著導軌14配置的線性尺規54、及配置在第1滑塊6上之未圖示的讀取頭所構成的加工進給量檢測單元，加工進給量檢測單元56的檢測訊號會被輸入至控制器40的輸入介面50。
60是由沿著導軌24配置的線性尺規58、及配置在第2滑塊16上之未圖示的讀取頭所構成的分度進給量檢測
單元，分度進給量檢測單元60的檢測訊號會被輸入至控制器40的輸入介面50。
藉攝像單元39所拍攝到的影像訊號也會被輸入至控制器40的輸入介面50。另一方面，會從控制器40的輸出介面52將控制訊號輸出至脈衝馬達10、脈衝馬達20、及雷射光束產生單元35等。
參照圖3，所示為本發明的加工方法之加工對象的半導體晶圓11之表面側立體圖。圖3所示之半導體晶圓11是由例如厚度為100μm的矽晶圓所構成。
半導體晶圓11在表面11a上形成有複數條在第1方向上延伸的第1分割預定線(切割道)13a、及複數條在與第1方向垂直相交的第2方向上延伸的第2分割預定線13b，並且在由第1分割預定線13a與第2分割預定線13b所劃分出的各區域中形成有IC、LSI等器件15。又，在半導體晶圓11的外周上，形成有作為表示矽晶圓之結晶方位的標記的缺口17。
在本發明實施形態的晶圓的加工方法中，半導體晶圓(以下簡稱為晶圓)11是如圖4所示地將其表面11a側貼附在已將外周貼附至環狀框架F的切割膠帶T上，且如圖5所示地形成使晶圓11的背面11b露出的形態來執行加工。
本發明的晶圓的加工方法中，首先，是將對矽晶圓11具有穿透性之脈衝雷射光束的波長設定在1300nm~1400nm的範圍(波長設定步驟)。
在本實施形態中，作為圖2所示之雷射光束產生
單元35的雷射震盪器62，所採用的是可振盪產生波長1342nm的脈衝雷射之YAG雷射振盪器。然而，在本發明的晶圓的加工方法中，雷射光束的波長並非必須要在1300nm~1400nm的範圍內，也可以使用波長1064nm的脈衝雷射光束。
接著，在雷射加工裝置2的工作夾台28上隔著切割膠帶T吸引保持著晶圓11，使晶圓11的背面11b露出。然後，實施校準，該校準是用攝像單元39的紅外線攝像元件將晶圓11從其背面11b側進行拍攝，而使對應於第1分割預定線13a的區域與聚光器37在X軸方向上對齊排列。在此校準中，所利用的是眾所周知的型樣匹配等之影像處理。
實施第1分割預定線13a的對準後，將工作夾台28旋轉90度，接著，對在與第1分割預定線13a垂直相交的方向上延伸的第2分割預定線13b也實施同樣的校準。
實施校準之後，實施改質層形成步驟，其為例如使用波長1342nm的脈衝雷射光束，在晶圓11的內部形成改質層。在此改質層形成步驟中，會如圖6所示地使用遮罩70，來使脈衝雷射光束的一部分缺漏而照射在晶圓11上。
圖6(B)是圖6(A)所示之遮罩70的左側面圖，遮罩70具有遮光部分70a及透明部分70b。藉由遮罩70的遮光部分70a，讓脈衝雷射光束之從中心到加工進給下游側外周的部分之脈衝雷射光束的一部分形成缺漏。
亦即，以聚光透鏡74所聚光的脈衝雷射光束75，會使脈衝雷射光束75之從中心到加工進給方向下游側外周
的部分77形成缺漏。此缺漏部分以在脈衝雷射光束75的截面積之1/20~1/50的範圍內為較理想。
實施校準步驟後，實施改質層形成步驟，該改質層形成步驟是如圖8所示地藉由聚光器37將光束截面積的一部分已缺漏之脈衝雷射光束的聚光點定位在對應於第1分割預定線13a的晶圓內部，以從晶圓11的背面11b側照射脈衝雷射光束，並將工作夾台28朝箭頭X1方向加工進給，藉此在晶圓11的內部形成改質層19(改質層形成步驟)。
在此改質層形成步驟中，如圖7的模式圖所示，由於照射在晶圓11上的脈衝雷射光束75會具有功率強的部分75a及功率弱的部分75b，而通過聚光點19的脈衝雷射光束會以聚光點19為中心反轉成點對稱，而將雷射光束之已形成缺漏的洩漏光(穿透光)75b’定位在形成於表面側11a的裂痕23上，所以洩漏光75b’的擴散會非常地少，因而可防止將形成於晶圓11的表面11a的器件15損傷之情形。
將工作夾台28在Y軸方向上分度進給，並且在對應於所有的第1分割預定線13a的晶圓11內部形成改質層19。
接著，將工作夾台28旋轉90°，之後沿著與第1分割預定線13a垂直相交的所有第2分割預定線13b形成同樣的改質層19。
改質層19是指密度、折射率、機械強度或其它物理特性已與周圍成為不同的狀態的區域。可為例如，包含熔融再固化區域、裂痕區域、絕緣破壞區域、折射率變化區域等，也包含混合了這些區域的區域者。
改質層形成步驟的加工條件是設定成例如以下所示。
光源：YAG脈衝雷射
波長：1342nm
平均輸出：0.5W
重複頻率：100kHz
光點直徑：φ 2.5μm
進給速度：300mm/s
實施改質層形成步驟後，實施使用圖9所示之分割裝置80對晶圓11賦予外力，而將晶圓11分割為一個個器件晶片21的分割步驟。圖9所示之分割裝置80具備有保持環狀框架F的框架保持機構82、及將裝設於框架保持機構82所保持的環狀框架F上的切割膠帶T予以擴張的膠帶擴張機構84。
框架保持機構82是由環狀的框架保持構件86、和配置於框架保持構件86的外周之作為固定機構的複數個夾具88所構成。框架保持構件86之上表面形成有載置環狀框架F之載置面86a，並可在此載置面86a上載置環狀框架F。
並且，載置於載置面86a上的環狀框架F是藉由夾具88而被固定在框架保持機構86上。如此所構成之框架保持機構82是藉由膠帶擴張機構84而被支撐成可朝上下方向移動。
膠帶擴張機構84具備有配置在環狀的框架保持機構86的內側的擴張滾筒90。擴張滾筒90的上端被蓋子92
所封閉。此擴張滾筒90具有比環狀框架F的內徑小，且比貼附於裝設在環狀框架F上的切割膠帶T上的晶圓11的外徑大的外徑。
擴張滾筒90具有在其下端一體地形成的支撐凸緣94。膠帶擴張機構84還具備有使環狀的框架保持構件86朝上下方向移動的驅動機構96。此驅動機構96是由配置於支撐凸緣94上的複數個氣缸98所構成，且是將其活塞桿100連結於框架保持構件86之下表面。
由複數個氣缸98所構成的驅動機構96會將環狀的框架保持構件86在使其載置面86a與擴張滾筒90的上端的蓋子92之表面成為大致相同高度的基準位置、及距離擴張滾筒鼓90的上端預定量下方之擴張位置之間朝上下方向移動。
參照圖9來說明關於使用如以上所構成的分割裝置80而實施的晶圓11之分割步驟。如圖10(A)所示，將透過切割膠帶T支撐晶圓11的環狀框架F載置在框架保持構件86的載置面86a上，並藉由夾具88固定框架保持構件86。此時，是將框架保持構件86定位在使其載置面86a與擴張滾筒90的上端成為大致相同高度的基準位置上。
其次，驅動氣缸98來將框架保持構件86下降至圖10(B)所示的擴張位置。藉此，由於固定於框架保持構件86的載置面86a上的環狀框架F也會下降，因此裝設於環狀框架F上的切割膠帶T會抵接於將擴張滾筒90的上端封閉的蓋子92而主要朝半徑方向被擴張。
其結果，拉伸力會放射狀地作用在貼附於切割膠帶T上的晶圓11上。像這樣使拉伸力放射狀地作用在晶圓11上時，就會使沿著第1、第2分割預定線13a、13b所形成的改質層19成為分割起點來將晶圓11沿著第1、第2分割預定線13a、13b割斷而分割成一個個器件晶片21。
依據上述之實施形態，由於是做成在改質層形成步驟中，讓從脈衝雷射光束之從中心到加工進給方向下游側外周的部分形成缺漏，來將脈衝雷射光束的聚光點定位在晶圓11的內部，因此可確保形成改質層19所需的充分的能量，並且即使有從改質層19傳播的微細裂痕23存在於晶圓11的表面11a側，還是可以因為已通過聚光點19的脈衝雷射光束會以聚光點19為中心反轉成點對稱，而將脈衝雷射光束的一部分已缺漏的洩漏光75b’定位在形成於表面側的裂痕23上，因而洩漏光的散射會非常地少，而可以防止使形成在晶圓11的表面11a上的器件15受到損傷之情形。
Claims (1)
- 一種晶圓的加工方法，是藉由雷射加工裝置，對在表面上以複數條分割預定線劃分而形成有複數個器件之由矽所構成的晶圓進行加工的晶圓的加工方法，其中該雷射加工裝置包括有保持被加工物的保持機構、照射對該保持機構所保持的被加工物具有穿透性之波長的脈衝雷射光束而在被加工物內部形成改質層的雷射光束照射機構、及將該保持機構與該雷射光束照射機構相對地加工進給的加工進給機構，該晶圓的加工方法的特徵在於包括：改質層形成步驟，將對晶圓具有穿透性之波長的脈衝雷射光束的聚光點定位在晶圓的內部，以從晶圓的背面將脈衝雷射光束照射在對應該分割預定線的區域，並且將該保持機構與該雷射光束照射機構相對地加工進給以在晶圓內部形成改質層；以及分割步驟，實施該改質層形成步驟後，對晶圓賦予外力而以該改質層為分割起點沿著該分割預定線分割晶圓，在該改質層形成步驟中，在照射於晶圓的脈衝雷射光束之從中心到加工進給方向下游側外周的部分，使脈衝雷射光束的一部分形成缺漏，來將脈衝雷射光束的聚光點定位在晶圓的內部。
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