TW201625374A - 晶圓的加工方法 - Google Patents

Abstract

本發明之課題是提供一種晶圓的加工方法，其在對矽晶圓照射波長已設定在1300~1400nm之範圍的脈衝雷射光束以於晶圓內部形成改質層時，可抑制穿透光損傷晶圓表面之器件。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之晶圓的加工方法，其特徵在於包括有：波長設定步驟，將對晶圓具有穿透性之脈衝雷射光束的波長設定在1300nm~1400nm之範圍；光束修正步驟，實施該波長設定步驟後，將每1脈衝之脈衝雷射光束的功率分布形成為頂帽形狀；改質層形成步驟，實施該光束修正步驟後，將脈衝雷射光束之聚光點定位於晶圓內部以從晶圓之背面對與該分割預定線相對應之區域照射脈衝雷射光束，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，而於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將晶圓沿該分割預定線分割。

Description

晶圓的加工方法 發明領域

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以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成複數個器件晶片的晶圓的加工方法。

發明背景

將IC、LSI等之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，有時會簡稱為晶圓)，會藉由加工装置而被分割成一個個的器件晶片，且所分割而成之器件晶片可廣泛地應用在行動電話、個人電腦等各種電子機器上。

在晶圓之分割上，廣泛地被採用的是使用了被稱為切割機(dicing saw)之切削裝置的切割方法。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左右之切削刀以30000rpm左右的高速旋轉時使其朝晶圓切入，藉此將晶圓切削，並分割成一個個器件晶片。

另一方面，近年來，已有一種將對於晶圓具有穿透性之波長的脈衝雷射光束之聚光點定位於與分割預定線 相對應之晶圓的內部，以將脈衝雷射光束沿分割預定線照射而在晶圓內部形成改質層，之後賦予外力以將晶圓分割成一個個器件晶片的方法被提出(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、機械強度或其他物理性特性變得與周圍相異之狀態的區域，除了溶融再固化區域、折射率変化區域、絕緣破壊領域外，也包含裂痕(crack)區域及混合了這些的區域。

矽之光學吸收端是在相當於矽之能帶隙(1.1eV)之光的波長1050nm附近，而在塊狀矽(bulk silcon)上，則會將波長短於此之光吸收掉。

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収端之波長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脈衝雷射之波長1064nm接近矽之光學吸収端，所以在包夾聚光點之區域中會將雷射光束之一部分吸收而未能形成充分之改質層，有無法將晶圓分割成一個個器件晶片的情況。

因此，本發明的申請人發現到：當使用已設定在波長1300~1400nm之範圍內的例如波長1342nm之YAG脈衝雷射於晶圓之內部形成改質層時，在包夾聚光點之區域上就可將雷射光束的吸收降低而形成良好的改質層，且能夠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)。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特許第4402708號公報

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

發明概要

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之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，且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(亦即在晶圓之表面)上會因雷射光束散射而攻擊形成於表面上之器件並使其受損。

在驗證了這個問題後，推測或許是從剛形成之改質層有微細之裂痕傳播至晶圓之表面側，而該裂痕使接著照射之脈衝雷射光束之穿透光折射或反射而攻擊器件所致。

本發明是有鑒於這種問題點而作成的發明，其目的在於提供一種對矽晶圓照射波長已設定在1300~1400nm之範圍的脈衝雷射光束而在晶圓內部形成改質層時，可抑制穿透光使晶圓表面之器件損傷之晶圓的加工方法。

依據本發明所提供的晶圓的加工方法，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之晶圓的加工方法，其中該雷射加工裝置具備有保持被加工物之保持機構、照射對該保持機構所保持之被加工物具有穿透性之波長的脈衝雷射光束，以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之加工進給機構。該晶圓的加工方法的特徵在於包括有：波長設定步驟，將對晶圓具有穿透性之脈衝雷射光束的波長設定在1300nm~1400nm之範圍；光束修正步驟，實施該波長設定步驟後，將每1脈衝之脈衝雷射光束的功率分布形成為頂帽(top hat)形狀；改質層形成步驟，實施該光束修正步驟後，將脈衝雷射光束之聚光點定位於晶圓內部，以從晶圓之背面對與該分割預定線相對應之區域照射脈衝雷射光束，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，而於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將晶圓沿該分割預定線分割。

依據本發明之晶圓的加工方法，由於在光束修正步驟中是將每1脈衝之脈衝雷射光束的功率分布形成為頂帽形狀，所以不會有以如高斯分布的山坡的微弱功率來照 射晶圓之情形，而能僅以較強的功率在晶圓內部形成改質層。

因此，由於能抑制起因於微弱功率之微細的裂痕的形成，所以接著照射之脈衝雷射光束並不會有受到裂痕之影響的情形，因而能夠解決使形成於晶圓之表面的器件損傷的問題。

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‧‧‧半導體晶圓

11a‧‧‧表面

11b‧‧‧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

21‧‧‧器件晶片

22‧‧‧分度進給機構

26‧‧‧圓筒支持構件

28‧‧‧工作夾台

30‧‧‧夾具

32‧‧‧支柱

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‧‧‧攝影單元

40‧‧‧控制器(控制機構)

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‧‧‧光束擴展器

72‧‧‧鏡子

74‧‧‧聚光透鏡

75‧‧‧功率分布

75a、75b‧‧‧山坡部分

80‧‧‧分割裝置

82‧‧‧框架保持機構

84‧‧‧膠帶擴張機構

86‧‧‧框架保持構件

86a‧‧‧載置面

88‧‧‧夾具

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

T‧‧‧切割膠帶

F‧‧‧環狀框架

X、Y、Z‧‧‧方向

X1‧‧‧箭頭

圖1是適合於實施本發明之晶圓的加工方法之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是矽晶圓之表面側立體圖。

圖4是顯示將矽晶圓之表面側貼附至將外周部貼附於環狀框架上之切割膠帶之情形的立體圖。

圖5是透過切割膠帶被環狀框架所支撐之矽晶圓的背面側立體圖。

圖6是顯示光束修正步驟之模式圖。

圖7是顯示形成為頂帽形狀之每1脈衝的雷射光束的功率分布之圖。

圖8是說明改質層形成步驟之立體圖。

圖9是顯示以預定加工條件所形成之改質層的剖面圖。

圖10為分割裝置之立體圖。

圖11(A)、(B)是顯示分割步驟之剖面圖。

用以實施發明之形態

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之晶圓的加工方法之雷射加工裝置2的概要立體圖。

雷射加工裝置2包含有以可在X軸方向上移動之形式搭載於靜止基台4上之第1滑塊6。第1滑塊6是藉由以滾珠螺桿8及脈衝馬達10所構成之加工進給機構12而沿著一對導軌14在加工進給方向(亦即X軸方向)上移動。

在第1滑塊6上搭載有能在Y軸方向上移動之第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(亦即在Y軸方向)上移動。

在第2滑塊16上是透過圓筒支撐構件26而搭載有工作夾台28，工作夾台28可以旋轉並且可藉由加工進給機構12及分度進給機構22而在X軸方向及Y軸方向上移動。在工作夾台28上設置有將用以支撐工作夾台28所吸引保持之晶圓的環狀框架夾持之夾具30。

在靜止基台4上豎立設置有支柱32，且在此支柱32上安裝有雷射光束照射單元34。雷射光束照射單元34，是由收容於套殼33內的圖2所示之雷射光束產生單元35、和安裝於套殼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脈衝雷射之雷射振盪器62、重複頻率設定機構64、脈衝寬度調整機構66以及功率調整機構68。在本實施形態 中，作為雷射振盪器62，所採用的是可振盪產生波長1342nm之脈衝雷射的YAG脈衝雷射振盪器。

如圖1所示，在套殼33之前端部配置有與聚光器37在X軸方向上整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之加工區域的一般之CCD等的攝像元件。

攝像單元39還包括有由對被加工物照射紅外線之紅外線照射機構、能捕捉藉由紅外線照射機構所照射之紅外線的光學系統、及將與由此光學系統所捕捉到的紅外線相對應之電氣信號輸出的紅外線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信號傳送至控制器(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、儲存控制程式等之唯讀記憶體(ROM)44、儲存演算結果等之可讀寫的隨機存取記憶體(RAM)46、計數器48、輸入介面50以及輸出介面52。

56是由沿導軌14配置之線性尺規54、及配置於第1滑塊6上之圖未示的讀取頭所構成之加工進給量檢測單元，加工進給量檢測單元56之檢測信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、與配置於第2滑塊16上之圖未示的讀取頭所構成之分度進給量檢測單元，分度進給量檢測單元60之檢測信號會被輸入至控制 器40的輸入介面50。

攝像單元39所拍攝到的影像信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之輸出介面52將控制信號輸出至脈衝馬達10、脈衝馬達20、雷射光束產生單元35等。

參照圖3，所示為成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之矽晶圓所構成。

半導體晶圓11，在表面11a上形成有在第1方向上延伸之複數條第1分割預定線(切割道)13a、及在與第1方向垂直相交之第2方向上延伸之複數條第2分割預定線13b，並且在藉由第1分割預定線13a與第2分割預定線13b所劃分出之各區域中形成有IC、LSI等器件15。又，在半導體晶圓11之外周上，形成有作為表示矽晶圓之結晶方位之標記的缺口17。

在本發明實施形態之晶圓的加工方法中，是將半導體晶圓(以下簡稱為晶圓)11如圖4所示地將其表面11a側貼附於已將外周貼附至環狀框架F的切割膠帶T上，且如圖5中所示地形成使晶圓11之背面11b露出的形態來進行加工。

在本發明之晶圓的加工方法中，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之範圍(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的雷射振盪器62，所採用的是 可振盪產生波長1342nm之脈衝雷射的YAG雷射振盪器。

已實施波長設定步驟後，會實施光束修正步驟，該光束修正步驟是修正從雷射光束產生單元35所射出之脈衝雷射光束之形狀。在此光束修正步驟中，是將每1脈衝之脈衝雷射光束的功率分布形成為頂帽形狀。

參照圖6來說明將每1脈衝之脈衝雷射光束的功率分布形成為頂帽形狀之一實施形態。在此實施形態中，是以光束擴展器(beam expander)70將從雷射光束產生單元35所射出之脈衝雷射光束以擴大其光束直徑的形式進行修正。

光束擴展器70是藉由例如使脈衝雷射光束通過兩個凸透鏡之作法而可輕易地實現。已藉由光束擴展器70將光束直徑擴大之脈衝雷射光束，雖然會在聚光器37之鏡子72上反射而藉聚光透鏡74聚光於工作夾台28所保持之晶圓11的內部，但由於光束斷面之外周部分沒有通過聚光透鏡74，所以不會貢獻於改質層之形成上。

亦即，如圖7所示，在此光束修正步驟中，每1脈衝之脈衝雷射光束的功率分布75之中，由於兩端之功率較弱的山坡部分75a、75b並沒有通過聚光透鏡74，所以對於改質層19之形成會在沒有貢獻之情況下被丟棄。亦即，在光束修正步驟中，會將脈衝雷射光束之光束形狀形成為僅利用中央部分之功率較強之部分的頂帽形狀。

接著，如圖8所示，是以雷射加工裝置2之工作夾台28隔著切割膠帶T來吸引保持晶圓11，並使晶圓11之背面 11b露出。然後，實施校準，以攝像單元39之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之區域與聚光器37於X軸方向上整齊排列。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。

在實施第1分割預定線13a之校準後，將工作夾台28旋轉90度，之後，對在與第1分割預定線13a垂直相交的方向上延伸之第2分割預定線13b也實施同樣的校準。

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6所示地以聚光器37將波長1342nm之脈衝雷射光束之聚光點定位至與第1分割預定線13a相對應之晶圓內部，以從晶圓11之背面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之內部形成改質層19。

在此改質層形成步驟中，由於是以形成為頂帽形狀之脈衝雷射光束在晶圓11之內部形成改質層19，所以不會有將如高斯分布之山坡的微弱功率之部分照射到晶圓之情形，而能僅以中央部分之較強功率來形成改質層19。

因此，由於能夠抑制起因於微弱功率之微細的裂痕的形成，所以接著照射之脈衝雷射光束並不會有受到裂痕之影響的情形，因而能夠防止脈衝雷射光束散射而損傷形成於晶圓11之表面11a的器件10之情況。

將工作夾台28在Y軸方向上分度進給，並且在與所有的第1分割預定線13a相對應之晶圓11的內部形成改質層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垂直相交之所有第2分割預定線13b形成同樣的改質層19。

改質層19指的是密度、折射率、機械強度或其他物理性特性已與周圍成為相異狀態之區域。例如，包含溶融再固化區域、裂痕區域、絕緣破壞區域、折射率變化區域等，也包含將這些區域混合而成之區域者。

改質層形成步驟之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

參照圖9，所示是顯示在上述加工條件下形成於晶圓11內部的改質層19之剖面圖。在上述加工條件下，相鄰之改質層19與19之間的間隔為3μm。

實施改質層形成步驟後，實施使用圖10所示之分割装置80對晶圓11賦予外力，而將晶圓11分割成一個個器件晶片21的分割步驟。圖10所示之分割装置80具備有保持環狀框架F之框架保持機構82、及將裝設於框架保持機構82所保持之環狀框架F上之切割膠帶T予以擴張的膠帶擴張機構84。

框架保持機構82是由環狀之框架保持構件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上之環狀框架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具備有配置在環狀之框架保持機構86的內側的擴張滾筒90。擴張滾筒90之上端被蓋子92所封閉。此擴張滾筒90具有比環狀框架F之內徑還小，且比貼附於裝設在環狀框架F上之切割膠帶T上的晶圓11的外徑更大的外徑。

擴張滾筒90具有在其下端一體地形成之支撐凸緣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，且將其活塞桿100連結於框架保持構件86之下表面。

由複數之氣缸98所構成之驅動機構96會將環狀之框架保持構件86在使其載置面86a與擴張滾筒90的上端之蓋子92的表面成為大致相同高度之基準位置，及距離擴張滾筒90的上端預定量下方之擴張位置之間朝上下方向移動。

對於採用如以上所構成之分割装置80所實施之晶圓11的分割步驟，參照圖11來進行說明。如圖11(A)所示， 將透過切割膠帶T支撐晶圓11之環狀框架F載置在框架保持構件86之載置面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之基準位置上。

其次，驅動氣缸98以將框架保持構件86下降至圖11(B)所示的擴張位置。藉此，由於固定於框架保持構件86之載置面86a上的環狀框架F也會下降，所以裝設於環狀框架F上之切割膠帶T會抵接於配置在擴張滾筒90的上端之蓋子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上之晶圓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所形成之改質層19成為分割起點而將晶圓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，由於在光束修正步驟中將每1脈衝之脈衝雷射光束的功率分布形成為頂帽形狀，所以不會將如高斯分布之山坡的微弱功率照射到晶圓，而能僅以光束中央的較強之功率來形成改質層，因此能夠抑制起因於微弱功率之微細的裂痕之形成，所以接著照射之脈衝雷射光束並不會有受到裂痕之影響的情形，因而可以防止脈衝雷射光束散射而損傷形成於晶圓11之表面11a的器件15的情況。

11‧‧‧半導體晶圓

28‧‧‧工作夾台

35‧‧‧雷射光束產生單元

37‧‧‧聚光器

70‧‧‧光束擴展器

72‧‧‧鏡子

74‧‧‧聚光透鏡

Claims (1)

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之晶圓的加工方法，其中該雷射加工裝置具備有保持被加工物之保持機構、照射對該保持機構所保持之被加工物具有穿透性之波長的脈衝雷射光束，以在被加工物之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有：波長設定步驟，將對晶圓具有穿透性之脈衝雷射光束的波長設定在1300nm~1400nm之範圍；光束修正步驟，實施該波長設定步驟後，將每1脈衝之脈衝雷射光束的功率分布形成為頂帽形狀；改質層形成步驟，實施該光束修正步驟後，將脈衝雷射光束之聚光點定位於晶圓內部，以從晶圓之背面對與該分割預定線相對應之區域照射脈衝雷射光束，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，而於晶圓之內部形成改質層；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將晶圓沿該分割預定線分割。