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TW201913799A - 晶圓之加工方法 - Google Patents

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TW201913799A
TW201913799A TW107128119A TW107128119A TW201913799A TW 201913799 A TW201913799 A TW 201913799A TW 107128119 A TW107128119 A TW 107128119A TW 107128119 A TW107128119 A TW 107128119A TW 201913799 A TW201913799 A TW 201913799A
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森數洋司
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日商迪思科股份有限公司
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Abstract

[課題]提供可以在單晶矽晶圓形成適當的潛盾隧道，可以藉由潛盾隧道和電漿蝕刻之複合加工，將單晶矽晶圓分割成各個裝置晶片之晶圓之加工方法。 　　[解決手段]晶圓之加工方法包含：保護構件配設工程，其係在晶圓(2)之表面(2a)配設保護構件；潛盾隧道形成工程，其係從晶圓(2)之背面(2b)對與分割預定線(4)對應之區域，照射相對於單晶矽具有穿透性之波長的脈衝雷射光線(LB)而連續性地形成從背面(2b)至表面(2a)之細孔(52)和圍繞細孔(52)之非晶質(54)所構成的複數潛盾隧道(56)；及分割工程，其係藉由電漿蝕刻對潛盾隧道(56)進行蝕刻而將晶圓(2)分割成各個晶片，將在潛盾隧道工程中所使用的雷射光線(LB)之波長設定成1950nm以上。

Description

晶圓之加工方法
本發明係關於複數裝置藉由交叉的複數分割預定線被區劃且被形成在單晶矽基板之表面的晶圓，分割成各個裝置晶片的晶片之加工方法。
IC、LSI等之複數的裝置藉由交叉之分割預定線被區劃且被形成在表面的晶圓，藉由雷射加工裝置而被分割成各個裝置晶片，被分割之各裝置晶片被利用於行動電話、個人電腦等之電氣機器。
雷射加工裝置存在下述(1)至(3)類型。 　　(1)將相對於被加工物具有吸收性的波長之雷射光線之聚光點定位在被加工物之上面而對被加工物照射雷射光線，藉由剝蝕形成成為分割之起點之溝的類型(例如參照專利文獻1)。 　　(2)將相對於被加工物具有穿透性的波長之雷射光線之聚光點定位在被加工物之內部而對被加工物照射雷射光線，在被加工物之內部形成成為分割之起點之改質層的類型(例如參照專利文獻2)。 　　(3)將相對於被加工物具有穿透性的波長之雷射光線之聚光點定位在被加工物之內部而對被加工物照射雷射光線，形成從被加工物之表面至背面之細孔和圍繞細孔之非晶質所構成之成為分割起點的複數潛盾隧道的類型(例如參照專利文獻3)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平10-305420號公報 　　[專利文獻2]日本特許第3408805號公報 　　[專利文獻3]日本特開2014-221483號公報
[發明所欲解決之課題]
以上述(2)或(3)之方法中，具有施予雷射加工而形成分割起點之後，施予電漿蝕刻而將晶圓分割成各個裝置時，可以生成抗彎強度強的裝置之優點。
但是，在上述專利文獻3中所揭示的技術中，雖然可以在將藍寶石(Al2 O3 )、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)作為素材之晶圓上，適當地形成潛盾隧道，但是無法在將單晶矽作為素材的晶圓，形成適當的潛盾隧道，因此，有無法藉由潛盾隧道形成和電漿蝕刻之複合加工，將單晶矽晶圓分割成各個裝置晶片之問題。
再者，對於單晶矽晶圓，藉由上述專利文獻2所揭示之技術，可以在分割預定線之內部形成改質層，但是有在分割預定線之上面疊層TEC等之金屬膜，或被稱為Low-k膜之低介電率絕緣體覆膜的情況，即使在改質形成和電漿蝕刻之複合加工，亦無法將單晶矽分割成各個裝置晶片之問題。
因若可以在單晶矽晶圓形成適當的潛盾隧道時，在被疊層於分割預定線之上面的金屬膜或Low-k膜亦可以形成細孔，故能想像可以藉由潛盾隧道形成和電漿蝕刻之複合加工，將單晶矽晶圓分割成各個裝置。 　　依此，本發明之目的係提供可以在單晶矽晶圓形成適當的潛盾隧道，可以藉由潛盾隧道形成和電漿蝕刻之複合加工，將單晶矽晶圓分割成各個裝置晶片之晶圓之加工方法。 [用以解決課題之手段]
根據本發明時，提供一種晶圓之加工方法，其係複數裝置藉由交叉的複數分割預定線被區劃且被形成在單晶矽基板之表面的晶圓，分割成各個裝置晶片，該晶片之加工方法具備：保護構件配設工程，其係在晶圓之表面配設保護構件；潛盾隧道形成工程，其係於實施該保護構件配設工程之後，從晶圓之背面對與分割預定線對應之區域照射相對於單晶矽具有穿透性之波長的雷射光線，連續性地形成從背面至表面的細孔和圍繞該細孔之非晶質所構成之複數潛盾隧道；和分割工程，其係於實施該潛盾隧道形成工程之後，藉由電漿蝕刻對該潛盾隧道進行蝕刻而將晶圓分割成各個裝置晶片，將在該潛盾隧道形成工程中所使用的雷射光線之波長設為1950nm以上。
較佳為在該潛盾隧道形成工程中，設定該聚光透鏡之數值孔徑，以使聚光雷射光線之聚光透鏡之數值孔徑除以單晶矽之折射率之後的值成為0.05～0.2之範圍。 [發明效果]
根據本發明時，因將在潛盾隧道形成工程中所使用之雷射光線之波長設定成1950nm以上，故可以沿著分割預定線而形成適當的潛盾隧道。再者，比起構成晶圓之基板的單晶矽，圍繞潛盾隧道之細孔的非晶質之蝕刻率比較高，故藉由潛盾隧道形成和電漿蝕刻之複合加工，沿著分割預定線被形成的潛盾隧道被蝕刻，因此，可以將晶圓分割成各個裝置晶片，同時可以生成抗彎強度高之裝置晶片。並且，即使在分割預定線之上面疊層金屬膜或Low-k膜，在潛盾隧道形成工程中，在金屬膜或Low-k膜形成撕裂線狀之多數細孔，故藉由適當的外力賦予手段對在金屬膜或Low-k膜形成有撕裂線狀之細孔的晶圓賦予外力，沿著撕裂線狀之細孔而切斷金屬膜或Low-k膜，可以將晶圓分割成各個裝置晶片。
以下，針對本發明之晶圓之加工方法之實施型態邊參照圖面邊進行說明。
在圖1中，表示藉由本發明之晶圓之加工方法能被施予加工的晶圓2。從圓盤狀之單晶矽基板被形成的晶圓2之表面2a，藉由被形成格子狀之複數分割預定線4被區劃成複數矩形區域，在複數矩形區域各形成有IC、LSI等之裝置6。
在本發明之晶圓之加工方法中，首先，實施在晶圓2之表面2a配設保護構件之保護構件配設工程。在本實施型態中，在晶圓2之表面2a，貼附周緣被固定於環狀框架8的作為保護構件之保護膠帶10。
於實施保護構件配設工程之後，實施潛盾隧道形成工程，其係從晶圓2之背面2b對與分割預定線4對應之區域照射相對於單晶矽具有穿透性之波長的雷射光線，連續性地形成從晶圓2之背面2b至表面2a的細孔和圍繞細孔之非晶質所構成之複數潛盾隧道。潛盾隧道形成工程可以使用例如圖2所示之雷射加工裝置12來實施。雷射加工裝置12具備保持晶圓2等之被加工物的保持單元14，和對被保持於保持單元14之被加工物照射雷射光線之雷射光線照射單元16。保持單元14包含在X軸方向移動自如地被搭載在基台18之X軸方向可動板20，和在Y軸方向移動自如地被搭載在X軸方向可動板20之Y軸方向可動板22，和被固定在Y軸方向可動板22之上面的支柱24，和旋轉自如地被搭載在支柱24之上端的夾盤台26。X軸方向可動板20藉由具有被連結於X軸方向延伸之滾珠螺桿28和滾珠螺桿28的馬達30之X軸方向移動單元32，沿著基台18上之導軌18a在X軸方向被移動。Y軸方向可動板22藉由具有被連結於Y軸方向延伸之滾珠螺桿34和滾珠螺桿34的馬達36之Y軸方向移動單元38，沿著X軸方向可動板20上之導軌20a在X軸方向被移動。夾盤台26藉由被內置在支柱24之旋轉單元(無圖示)而被旋轉。在夾盤台26之上面配置有被連接於吸引手段之多孔質的吸附夾盤40。而且，夾盤台26藉由以吸引手段在吸附夾盤40之上面生成吸引力，可以吸附並保持被加工物。如同圖2所示般，在夾盤載置台26之周緣，於圓周方向隔著間隔配置有複數個挾具42。另外，X軸方向係在圖2中以箭號X表示之方向，Y軸方向係在圖2中以箭號Y表示之方向，且與X軸方向正交之方向。X軸方向及Y軸方向規定的平面實質上水平。
雷射加工裝置12之雷射光線照射單元16包含從基台18之上面延伸至上方，接著實質上水平延伸之框體44。在框體44內置有振盪波長在相對於單晶矽具有穿透性之範圍且1950nm以上之脈衝雷射光線LB的雷射振盪器(無圖示)。另外，一般而言，單晶矽之光穿透率如同圖3所示般隨著光之波長從單晶矽之光學吸收端亦即光之波長1050nm附近變大而增加，光之波長約1200nm至約6000nm，約55%大致一致，在光之波長超過約6000nm之範圍，隨著光之波長變大而減少這樣的傾向。
當參照圖2繼續針對雷射光線照射單元16說明時，在框體44之前端下面，於X軸方向隔著間隔安裝有對被保持於夾盤台26之被加工物照射脈衝雷射光線LB之聚光器46，和用以攝影被保持於夾盤台26之被加工而檢測出應進行雷射加工之區域的攝影單元48。聚光器46包含將雷射振盪器振盪之脈衝雷射光線LB予以聚光之聚光透鏡50。本實施型態中之聚光器46之聚光透鏡50之數值孔徑NA被設置成數值孔徑NA除以單晶矽之折射率n後的值S(S=NA/n)成為0.05～0.2的範圍(0.05≦S≦0.2)。單晶矽之折射率n通常為3.7左右，於單晶矽之折射率n為3.7之情況，聚光透鏡50之數值孔徑NA被設定成0.185～0.74之範圍(0.185≦NA≦0.74)。再者，攝影單元48包含藉由可視光線攝影被加工物之通常的攝影元件(CCD)，和對被加工物照射紅外線之紅外線照射單元，和捕獲藉由紅外線照射單元被照射之紅外線的光學系統，和輸出與光學系統所捕獲之紅外線對應的電訊號的攝影元件(紅外線CCD)(任一者皆無圖示)。
使用上述雷射加工裝置12而實施潛盾隧道形成工程之時，首先，使晶圓2之背面2b朝上，使晶圓2吸附於夾盤台26之上面，同時以複數挾具42固定環狀框架8之外周緣部。接著，以攝影單元48從上方攝影晶圓2。接著，根據以攝影單元48攝影到的晶圓2之畫像，藉由以X軸方向移動單元32、Y軸方向移動單元38及旋轉單元使夾盤台26移動及旋轉，使格子狀之分割預定線4匹配於X軸方向及Y軸方向，同時將聚光器46定位在匹配於X軸方向之分割預訂線4之單端部之上方。此時，雖然使晶圓2之背面2b朝向上，使形成有分割預訂線4之表面2a向下，但是如同上述，因攝影單元48包含紅外線照射單元、捕獲紅外線之光學系統，輸出與紅外線對應之電訊號的攝影元件(紅外線CCD)，故可以從晶圓2之背面2b透過而攝影表面2a之分割預定線4。接著，藉由雷射加工裝置12之聚光點位置調整單元(無圖示)，將脈衝雷射光線LB之聚光點定位在與分割預定線4對應之區域的晶圓2之內部。接著，如同圖4所示般，施予一面相對於聚光點使夾盤台26以特定之進給速度藉由X軸方向移動單元32在X軸方向移動，一面從晶圓2之背面2b對與分割預定線4對應的區域，照射相對於單晶矽具有穿透性之波長之脈衝雷射光線LB的潛盾隧道形成加工。當進行潛盾隧道形成加工時，如同圖5(a)及圖5(b)所示般，當從晶圓2之背面2b至表面2a之細孔52，和圍繞細孔52之非晶質54所構成之潛盾隧道56沿著分割預定線4而連續性地形成多數。接著，僅分割預定線4之間隔的部分，相對於聚光點，使夾盤台26以Y軸方向移動單元38在Y軸方向分度進給。而且，藉由交替重複潛盾隧道形成加工和分度進給，對匹配於X軸方向之所有分割預定線4施予潛盾隧道形成加工。再者，藉由旋轉單元使夾盤台26旋轉90度，並且交替重複潛盾隧道形成加工和分度進給，也對與先前施予潛盾隧道形成加工後的分割預定線4正交的所有分割預定線4，施予潛盾隧道形成加工，沿著格子狀分割預定線4而形成潛盾隧道56。
在潛盾隧道形成工程中，將所使用之脈衝雷射光線LB之波長設定成1950nm以上為重要。如同上述般，因本實施型態中之雷射加工裝置12之雷射振盪器，振盪波長在相對於單晶矽具有穿透性之範圍且1950n以上之脈衝雷射光線LB，故藉由使用雷射加工裝置12，可以在由單晶矽基板所構成之晶圓2形成適當的潛盾隧道56。再者，在該潛盾隧道形成工程中，設定聚光器之數值孔徑以使聚光雷射光線之聚光器之數值孔徑除以單晶矽之折射率之後的值成為0.05～0.2之範圍。
於實施潛盾隧道形成工程之後，藉由電漿蝕刻對潛盾隧道56進行蝕刻而將晶圓2分割成具有各個裝置6之晶片的分割工程。當參照圖6進行說明時，分割工程使用眾知的蝕刻裝置(無圖示)而進行實施。在分割工程中，將形成有潛盾隧道56之晶圓2收容在蝕刻裝置之腔室，接著，減壓腔室內之後，對腔室內供給六氟化硫(SF6 )等之蝕刻氣體，同時使用高頻電源使腔室內產生電漿。依此，沿著格子狀之分割預定線4而被形成的潛盾隧道56藉由電漿蝕刻被除去，如同圖7所示般，晶圓2被分割成在表面具有裝置6之各個晶片。
如同上述般，本實施型態之晶圓之加工方法包含：保護構件配設工程，其係在晶圓2之表面2a配設保護構件；潛盾隧道形成工程，其係從晶圓2之背面2b對與分割預定線4對應之區域，照射相對於單晶矽具有穿透性之波長的脈衝雷射光線LB而連續性地形成從背面2b至表面2a之細孔52和圍繞細孔52之非晶質54所構成的複數潛盾隧道56；和分割工程，其係藉由電漿蝕刻對潛盾隧道56進行蝕刻而將晶圓2分割成各個晶片。因將在潛盾隧道形成工程中所使用之雷射光線LB之波長設定成1950nm以上，故可以沿著分割預定線4而形成適當的潛盾隧道56。再者，比起構成晶圓2之基板的單晶矽，圍繞潛盾隧道56之細孔52的非晶質54之蝕刻率比較高，故藉由潛盾隧道形成和電漿蝕刻之複合加工，沿著格子狀分割預定線4形成的潛盾隧道56被蝕刻，因此，可以將晶圓2分割成在表面具有裝置6之各個裝置晶片，同時可以生成抗彎強度高之晶片。並且，因即使在分割預定線4之上面疊層TEG等之金屬膜或Low-k膜，在潛盾隧道形成工程中，亦在金屬膜或Low-k膜形成撕裂線狀之多數細孔，故藉由擴張貼附有晶圓2之保護膠帶10的膠帶擴張裝置等之適當外力賦予手段，對在金屬膜或Low-k膜形成有撕裂線狀之細孔的晶圓2賦予外力，依此可以沿著撕裂線狀之細孔切斷金屬膜或Low-k膜，將晶圓2分割成在表面具有裝置6之各個晶片。
在此，針對可以在單晶矽晶圓形成適當潛盾隧道之雷射光線之條件，針對本發明者們進行的實驗之結果進行說明。由於單晶矽晶圓具有相對於特定波長範圍之紅外線55%左右的穿透性，故推測當使用光學吸收端附近之1030nm之波長的雷射光線而嘗試形成潛盾隧道時，藉由雷射光線之穿透在單晶矽晶圓之內部形成改質層，但是由於雷射光線之吸收而妨礙潛盾隧道之形成，無法形成適當的潛盾隧道，所以本發明者們一面在單晶矽晶圓之光學吸收端附近增長雷射光線之波長，一面進行實驗。
[實驗：1] 　　因本發明者們找到可以在單晶矽晶圓形成適當的潛盾隧道之雷射光線之波長，在下述條件中，將雷射光線之聚光點定位在單晶矽晶圓之內部，一面以特定進給速度使單晶矽晶圓和聚光點相對性移動，一面對單晶矽晶圓照射雷射光線。另外，因單晶矽之折射率n為3.7左右，故將揭示於上述專利文獻3之實驗做為參考，以成為0.05≦S≦0.2之範圍內亦即S=NA/n=NA/3.7=0.135之方式，將聚光透鏡之數值口徑NA設為0.5。 　　單晶矽晶圓之厚度　　　　：700μｍ 　　脈衝雷射光線之波長　　　：1034～2200nm 　　聚光透鏡之數值孔徑NA 　：0.5 　　平均輸出　　　　　　　　：3W 　　重覆頻率　　　　　　　　：50kHz 　　脈衝寬　　　　　　　　　：10ns 　　進給速度　　　　　　　　：500mm/s [實施1之結果] 　　雷射光線之波長(nm)　　　　潛盾隧道之良否 　　1034　　　　　　　　　　　不良 　　1064　　　　　　　　　　　不良 　　1300　　　　　　　　　　　不良 　　1900　　　　　　　　　　　稍微良好 　　1950　　　　　　　　　　　良好 　　2000　　　　　　　　　　　良好 　　2100　　　　　　　　　　　良好 　　2200　　　　　　　　　　　良好 [根據實驗1之結論] 　　從實驗1之結果，可以在單晶矽晶圓形成適當之潛盾隧道的雷射光線之波長，可以說在相對於單晶矽晶圓具有穿透性之範圍且1950nm以上。另外，因波長至約6000nm為止，與形成上述良好的潛盾隧道之波長範圍相同，單晶矽之光穿透率約55%(參照圖3)，故可想能在單晶矽形成良好之潛盾隧道。
[實驗：2] 　　因本發明者們找到用以在單晶矽晶圓形成適當的潛盾隧道之單晶矽之折射率n和聚光透鏡之數值孔徑NA之關係，故在下述條件中，將雷射光線之聚光點定位在單晶矽晶圓之內部，一面以特定進給速度使單晶矽晶圓和聚光點相對性移動，一面對單晶矽晶圓照射雷射光線。 　　單晶矽晶圓之厚度　　　：700μm 　　脈衝雷射光線之波長　　：1950nm 　　平均輸出　　　　　　　：3W 　　重覆頻率　　　　　　　：50kHz 　　脈衝寬　　　　　　　　：10ns 　　進給速度　　　　　　　：500mm/s [實施2之結果] 　　聚光透鏡之數值孔徑NA　潛盾隧道之良否　S(S=NA/n) 　　　　　　0.05　　　　　　　　　不良　　　0.014 　　　　　　0.1 　　　　　　　　　不良　　　0.027 　　　　　　0.15　　　　　　　　　不良　　　0.041 　　　　　　0.2 　　　　　　　　　良好　　　0.054 　　　　　　0.25　　　　　　　　　良好　　　0.068 　　　　　　0.3 　　　　　　　　　良好　　　0.081 　　　　　　0.35　　　　　　　　　良好　　　0.095 　　　　　　0.4 　　　　　　　　　良好　　　0.108 　　　　　　0.45　　　　　　　　　良好　　　0.122 　　　　　　0.5 　　　　　　　　　良好　　　0.135 　　　　　　0.55　　　　　　　　　良好　　　0.149 　　　　　　0.6 　　　　　　　　　良好　　　0.162 　　　　　　0.65　　　　　　　　　良好　　　0.176 　　　　　　0.7 　　　　　　　　　良好　　　0.189 　　　　　　0.75　　　　　　　　　良好　　　0.203 　　　　　　0.8 　　　　　　　　　不良　　　0.216 　　　　　　0.9 　　　　　　　　　不良　　　0.243 [根據實驗2之結論] 　　從實驗2之結果，可以說可以在單晶矽晶圓形成適當的潛盾隧道之單晶矽之折射率n和聚光透鏡之數值孔徑NA之關係為0.05≦NA/n≦0.2。
2‧‧‧晶圓
2a‧‧‧晶圓之表面
2b‧‧‧晶圓之背面
4‧‧‧分割預定線
6‧‧‧裝置
10‧‧‧保護膠帶(保護構件)
52‧‧‧細孔
54‧‧‧非晶質
56‧‧‧潛盾隧道
LB‧‧‧脈衝雷射光線
圖1為表示實施有保護構件配設工程之狀態的晶圓及保護構件之斜視圖。 　　圖2為雷射加工裝置之斜視圖。 　　圖3為表示單晶矽之光穿透率和光之波長的一般關係之曲線圖。 　　圖4為表示實施有潛盾隧道形成工程之狀態的斜視圖。 　　圖5(a)為形成有潛盾隧道的晶圓之剖面圖，(b)為潛盾隧道之斜視圖。 　　圖6為表示實施有分割工程之狀態的示意性斜視圖。 　　圖7為表示晶圓沿著分割預定線而被分割成各個裝置晶片之狀態的斜視圖。

Claims (2)

  1. 一種晶圓之加工方法，其係複數裝置藉由交叉的複數分割預定線被區劃且被形成在單晶矽基板之表面的晶圓，分割成各個裝置晶片，該晶片之加工方法具備： 　　保護構件配設工程，其係在晶圓之表面配設保護構件； 　　潛盾隧道形成工程，其係於實施該保護構件配設工程之後，從晶圓之背面對與分割預定線對應之區域照射相對於單晶矽具有穿透性之波長的雷射光線，連續性地形成從背面至表面的細孔和圍繞該細孔之非晶質所構成之複數潛盾隧道；和 　　分割工程，其係於實施該潛盾隧道形成工程之後，藉由電漿蝕刻對該潛盾隧道進行蝕刻而將晶圓分割成各個裝置晶片， 　　將在該潛盾隧道形成工程中所使用的雷射光線之波長設為1950nm以上。
  2. 如請求項1所記載之晶圓之加工方法，其中 　　在該潛盾隧道形成工程中，設定該聚光透鏡之數值孔徑，以使聚光雷射光線之聚光透鏡之數值孔徑除以單晶矽之折射率之後的值成為0.05～0.2之範圍。
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