TW201635357A

TW201635357A - 晶圓的加工方法

Info

Publication number: TW201635357A
Application number: TW104140568A
Authority: TW
Inventors: 植木篤
Original assignee: 迪思科股份有限公司
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2016-10-01
Also published as: CN105789124A; KR20160086267A; JP2016129203A

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加工之晶圓的加工方法，其具備有：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的範圍；改質層形成步驟，實施該波長設定步驟後，將脈衝雷射光束之聚光點定位至晶圓內部，並從晶圓之背面對與該分割預定線相對應的區域照射脈衝雷射光束，並且將保持機構與雷射光束照射機構相對地加工進給，以在晶圓的內部形成改質層；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，沿該分割預定線分割晶圓。在改質層形成步驟中，是照射每1脈衝的能量比較小的第一脈衝雷射光束來形成第一改質層，並追隨第一改質層而照射每1脈衝的能量比較大的第二脈衝雷射光束，以在第一改質層上重疊來形成第二改質層。

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為複數個器件晶片的晶圓的加工方法。

發明背景

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，並可將所分割而成的器件晶片廣泛地應用於行動電話、個人電腦等各種電器機器上。

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的厚度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)。

所謂改質層是指密度、折射率、機械強度和其它物理特性與周圍已形成不同狀態的區域，並且除了熔融再硬化區域、折射率變化區域、絕緣破壞區域外，也包含裂痕(crack)區域或混合了這些的區域。

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。

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。

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。

根據本發明所提供的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加工之晶圓的加工方法，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的被加工物具有穿透性之波長之脈衝雷射光束，以在被加工物的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具備：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的範圍；改質層形成步驟，實施該波長設定步驟後，將脈衝雷射光束之聚光點定位至晶圓內部，並從晶圓之背面對與該分割預定線相對應的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，以在晶圓的內部形成改質層；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，沿該分割預定線分割晶圓；在該改質層形成步驟中，是照射每1脈衝的能量為使裂痕的形成受到抑制之第一值的第一脈衝雷射光束以形成第一改質層，並追隨該第一改質層而照射每1脈衝的能量為比該第一值更大的第二值之第二脈衝雷射光束，以於該第一改質層上重疊來形成第二改質層。

較佳的是，第一脈衝雷射光束的每1脈衝的能量(第一值)為1.5~4.0μJ，第二脈衝雷射光束的每1脈衝的能量 (第二值)為6.5~10μJ。

根據本發明之晶圓的加工方法，由於在改質層形成步驟中，是照射每1脈衝的能量為使裂痕的形成受到抑制之第一值的第一脈衝雷射光束來形成第一改質層，並追隨該第一改質層而照射每1脈衝的能量為比該第一值更大的第二值之第二脈衝雷射光束，以於該第一改質層上重疊來形成第二改質層，故當在將聚光點重疊在第一改質層上來照射每1脈衝的能量為比較大的第二值之第二脈衝雷射光束時，能量比較大的第二脈衝雷射光束會受到第一改質層誘導而使細微的裂痕之形成受到抑制，並以該狀態來形成第二改質層。因此，接著照射的脈衝雷射光束不會有受到裂痕的影響之情形，而可以解決使形成在晶圓的表面上之器件損傷的問題。

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

19‧‧‧改質層

19a‧‧‧第二改質層

21‧‧‧器件晶片

22‧‧‧分度進給機構

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(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

41‧‧‧光學系統

43‧‧‧衰減器

45、55、59‧‧‧1/2波片

47‧‧‧第一偏振光束分光器

49‧‧‧第一光路

51‧‧‧第二光路

53、57‧‧‧鏡子

61‧‧‧第二偏振光束分光器

61a‧‧‧偏振分離膜

63‧‧‧聚光透鏡

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

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

90‧‧‧擴張圓筒

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

LB‧‧‧脈衝雷射光束

LB₁‧‧‧第一脈衝雷射光束

LB₂‧‧‧第二脈衝雷射光束

P1‧‧‧第一聚光點

P2‧‧‧第二聚光點

T‧‧‧切割膠帶

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在已將外周部貼附至環狀框架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是顯示雷射光束的光路的示意圖。

圖7是說明改質層形成步驟的立體圖。

圖8是說明改質層形成步驟之示意剖面圖。

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。

用以實施發明之形態

以下，參照圖式詳細說明本發明的實施形態。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包含有以可在X軸方向上移動之方式搭載在靜止基台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，作為雷射振盪器62，所採用的是可振盪產生波長1342nm的脈衝雷射之YAG脈衝雷射振盪器。

在套殼35的前端部配置有與聚光器37在X軸方向上成行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上形成有在第1方向上延伸的複數條第1分割預定線(切割道)13a、及在與第1方向垂直相交的第2方向上延伸的複數條第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所劃分出的各區域中形成有IC、LSI等器件15。

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。

在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的雷射振盪器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。

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軸方向上成行。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。

實施校準步驟後，實施改質層形成步驟，該改質層形成步驟是如圖7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。

如圖6所示，從雷射光束產生單元35所射出的脈衝雷射光束LB通常為P偏光的脈衝雷射光束。此脈衝雷射光束LB是以光學系統41的衰減器43將其功率衰減預定量後，再以1/2波片45將其偏光面旋轉預定角度而被輸入到第一偏振光束分光器47。

輸入到第一偏振光束分光器47的脈衝雷射光束LB是使其P偏光成作為第一脈衝雷射光束LB₁而穿透第一偏振光束分光器47並射出到第一光路49上。

另一方面，入射到第一偏振光束分光器47的脈衝雷射光束LB的S偏光會在第一偏振光束分光器47反射而作為第二脈衝雷射光束LB₂射出到第二光路51上。

在此，藉由在衰減器43上將脈衝雷射光束LB的平均輸出衰減到成為0.8~1.4W，並於1/2波片45旋轉預定角度，以調整成在後述之加工條件下穿透第一偏振光束分光器47後的第一脈衝雷射光束LB₁的每1脈衝的能量為1.5~4.0μJ，在第一偏振光束分光器43反射之第二脈衝雷射光束LB₂的每1脈衝的能量為6.5~10μJ。

射出到第一光路49的第一脈衝雷射光束LB₁是在鏡子53上被直角反射後，藉由1/2波片55將其偏光面旋轉90度以轉換成S偏光的第一脈衝雷射光束LB₁。

S偏光的第一脈衝雷射光束LB₁在鏡子57上被直角反射後會入射到第二偏振光束分光器61，而在第二偏振光束分光器61的偏振分離膜61a上被反射到鉛直方向上。

另一方面，在第一偏振光束分光器47上被反射到第二光路51上的S偏光的第二脈衝雷射光束LB₂，在藉由1/2波片59將其偏光面旋轉90度而轉換成P偏光的第二脈衝雷射光束LB₂後，會入射到第二偏振光束分光器61，並穿透第二偏振光束分光器61的偏振分離膜61a。

在第二偏振光束分光器61被反射的第一脈衝雷射光束LB₁可藉由聚光透鏡63而聚光成晶圓11內部的第一聚光點P1，且穿透第二偏振光束分光器61的第二脈衝雷射光束LB₂可藉由聚光透鏡63而聚光成晶圓11內部的第二聚光點P2。

在本發明的改質層形成步驟中，如圖8所示，由於必須在第一改質層19上重疊而形成第二改質層19a，因此必須將第一聚光點P1與第二聚光點P2之間的距離設定成相鄰的改質層19(19a)之間的距離的整數倍。

在本實施形態中，由於後述之改質層形成步驟的加工條件為進給速度300mm/s、重複頻率為100kHz，所以將第一聚光點P1與第二聚光點P2之間的距離調整成相鄰的的改質層19(19a)之間的距離的2倍(即6μm)。

第一聚光點P1與第二聚光點P2之間的距離的調整可藉由下列方式而容易地達成：將第二偏振光束分光器61的位置相對於在鏡子57上被直角反射的第一脈衝雷射光束LB₁朝上下方向移動。

如圖8所示，是將在圖6之光學系統41被分歧為二個的第一脈衝雷射光束LB₁的聚光點P1與第二脈衝雷射光束LB₂的聚光點P2，以聚光透鏡63定位至與第一分割預定線13a相對應的晶圓內部，並從晶圓11的背面11b側照射第一脈衝雷射光束LB₁及第二脈衝雷射光束LB₂，再將工作夾台28朝箭頭X1方向加工進給，藉此，以第一脈衝雷射光束LB₁形成第一改質層19，並以第二脈衝雷射光束LB₂於第一改質層19上重疊而形成第二改質層19a(改質層形成步驟)。

在本實施形態的改質層形成步驟中，最初是以每1脈衝的能量比較小的第一脈衝雷射光束LB₁形成第一改質層19，並跟隨第一改質層19而照射每1脈衝的能量比較大的第二脈衝雷射光束LB₂，以在第一改質層19上重疊來將第二改質層19a形成在晶圓內部。

由於是將第二脈衝雷射光束LB₂的第二聚光點P1重疊在第一改質層19上來照射第二脈衝雷射光束LB₂，因此可使能量比較大的第二脈衝雷射光束LB₂受到第一改質層19誘導，而以細微的裂痕之形成受到抑制的狀態使第二改質層19a在第一改質層19上重疊而被形成。

因此，接著照射的脈衝雷射光束不會有受到裂痕的影響之情形，而可以防止損傷形成在晶圓11的表面11a上之器件15的情形。

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一分割預定線13a的晶圓11內部，於第一改質層19上重疊來形成第二改質層19a。

其次，將工作夾台28旋轉90度，之後沿著與第一分割預定線13a垂直相交的所有的第二分割預定線13b，在第一改質層19上重疊來形成第二改質層19a。

本實施形態的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：0.8~1.4W

重複頻率：100kHz

光點直徑：φ 3.0μm

第一脈衝雷射光束的每1脈衝的能量：1.5~4.0μJ

第二脈衝雷射光束的每1脈衝的能量：6.5~10μJ

進給速度：300mm/s

在圖6所示的實施形態中，雖然是將從雷射光束產生單元35所射出的脈衝雷射光束LB之功率以衰減器43衰減，但亦可做成採用其他的輸出調整器來替代衰減器43。

在此種情況下，可藉由適當調整雷射光束產生單元35的功率調整機構68與輸出調整器，以將第一脈衝雷射光束LB₁及第二脈衝雷射光束LB₂之功率調整到所期望的範圍內。

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、及將裝設在框架保持機構82所保持的環狀框架F上的切割膠帶T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，而可將環狀框架F載置在此載置面86a上。

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的內側的擴張圓筒90。擴張圓筒90的上端被蓋子92所封閉。此擴張圓筒90具有比環狀框架F的內徑小且比貼附在裝設於環狀框架F之切割膠帶T上的晶圓11的外徑大的內徑。

擴張圓筒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與擴張圓筒90的上端的蓋子92之表面成為大致相同高度的基準位置、及距離擴張圓筒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10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與擴張圓筒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以將框架保持構件86下降至圖10(B)所示的擴張位置。藉此，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，因此裝設於環狀框架F 上的切割膠帶T會抵接於擴張圓筒90的上端緣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所形成的第二改質層19a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。