TWI592271B - Scratch the brittle substrate with the rule of the substrate, the method of characterization and breaking method - Google Patents

Description

脆性材料基板之刻劃用治具、刻劃方法及分斷方法

本發明係關於對半導體晶圓等之脆性材料基板，且係具有於縱方向及橫方向排列地形成之多個功能區域(亦稱元件區域)之基板，就每功能區域進行刻劃時之刻劃用治具、刻劃方法及分斷方法。

半導體晶片，係藉由對形成於半導體晶圓之元件區域，在其區域之邊界位置進行分斷而製造。習知，在將晶圓分斷成晶片之情形，係藉由切割(die singulation)裝置使切割刀片旋轉，而藉由切削將半導體晶圓切斷成小片。

然而在使用切割裝置之情形，用於將切削所造成之排出屑排出之水係為必需，且用於以該水或排出屑不對半導體晶片之性能造成不良影響之方式對半導體晶片施以保護、將水或排出屑進行洗淨之洗淨步驟成為必要。因此存在有步驟變複雜、無法降低成本或縮短加工時間之缺點。此外，因使用切割刀片之切削而產生膜剝落、缺陷產生等之問題。此外，在具有微小之機械構造之MEMS基板中，由於水之表面張力將引起構造之破壞，因此產生了無法使用水而無法藉由切割進行分斷之問題。

在專利文獻1中，提及有沿著刻劃預定線對半導體晶圓進行刻劃，且藉由裂斷用裝置進行裂斷之基板裂斷裝置。於成為裂斷之對象之半導體晶圓，排列地形成有多個功能區域。在進行分斷之情形，首先，於 半導體晶圓於功能區域之間隔著等間隔於縱方向及橫方向形成刻劃線。之後，將形成有刻劃線之面作為下面並配置於底刀(bed knife)上，將刀片從已刻劃之基板之正上方沿著刻劃線進行下壓而藉此裂斷。

專利文獻1：日本特開2004-39931號公報

然而，在對半導體晶圓等之脆性材料基板進行刻劃之情形，不僅從形成有功能區域之面，亦有被要求從其背面進行刻劃且之後使基板反轉而進行裂斷之情形。圖1(a)，係表示在如此之情形進行刻劃之前之載置於刻劃裝置之半導體晶圓之剖面圖。如本圖所示般，在從半導體晶圓101之基板側進行刻劃之情形，在半導體晶圓101之上之功能面102之中、功能區域102a,102b間形成刻劃線時，使具有功能區域之功能面與吸附平台103接觸而保持半導體晶圓101。然而，一旦對刻劃刀輪104賦予既定之負載並使其轉動，則存在有對功能區域102a,102b施加壓力而造成損傷之問題。

此外，如圖1(b)所示，在將功能面貼附於切割帶材105並配置於吸附平台103上之情形，存在有不僅在刻劃時施加壓力，亦在從切割帶材105剝去時，可能在半導體晶圓上之功能區域造成損傷的問題。

本發明係有鑑於如此之問題點而完成者，其目的在於提供一種用於以對半導體晶圓之功能區域不施加力之方式對半導體晶圓進行刻劃之刻劃用治具、使用其之刻劃方法及分斷方法。

為了解決該課題，本發明之脆性材料基板之刻劃方法，係對一面係具有於縱方向及橫方向排列地形成之多個功能區域之功能面、且另一面係基板面之脆性材料基板進行刻劃之刻劃方法，係使用在與該脆性材 料基板之基板面之格子狀之刻劃預定線為相同間距之格子狀之區域之各個之中心位置形成有較該功能區域為大之保護孔之平板狀之刻劃用治具，以該脆性材料基板之功能區域被包含於該刻劃用治具之保護孔之方式使脆性材料基板之功能面與該刻劃用治具接觸，且從該脆性材料基板之基板面，沿著該刻劃預定線呈格子狀地形成刻劃線。

為了解決該課題，本發明之刻劃用治具，係對一面係具有於縱方向及橫方向排列地形成之多個功能區域之功能面、且另一面係基板面之脆性材料基板進行刻劃之刻劃用治具，且係平板狀，具有設置在與該脆性材料基板之格子狀之刻劃預定線為相同間距之區域之各個之中心位置之較該功能區域為大之保護孔。

此處，亦可進一步具有以該脆性材料基板之功能面之功能區域被包含於該各個保護孔之方式保持該脆性材料基板之複數個保持具。

為了解決該課題，本發明之脆性材料基板之分斷方法，係對一面係具有於縱方向及橫方向排列地形成之多個功能區域之功能面、且另一面係基板面之脆性材料基板進行刻劃、分斷之分斷方法，且係使用在與該脆性材料基板之基板面之格子狀之刻劃預定線為相同間距之格子狀之區域之各個之中心位置形成有較該功能區域為大之保護孔之平板狀之刻劃用治具，以該脆性材料基板之功能區域被包含於該刻劃用治具之保護孔之方式使脆性材料基板之功能面與該刻劃用治具接觸，且從該脆性材料基板之基板面，沿著該刻劃預定線呈格子狀地形成刻劃線，使該經刻劃之脆性材料基板反轉，沿著所形成之刻劃線進行裂斷而藉此進行分斷。

根據具有如此特徵之本發明，由於以刻劃用治具之保護孔與 脆性材料基板之功能區域相對應之方式使其定位並進行刻劃，因此亦於刻劃時功能區域與治具或平台不接觸。因此，可在功能區域不損傷之情況下，對脆性材料基板沿著刻劃線進行刻劃。此外，使以如此方式刻劃之脆性材料基板反轉並進行裂斷，藉此可在不損傷功能面之情況下進行分斷。

10‧‧‧半導體晶圓

10A‧‧‧功能面

10B‧‧‧基板面

11‧‧‧功能區域

S_x1~S_xm,S_y1~S_yn‧‧‧刻劃預定線

20‧‧‧刻劃用治具

21‧‧‧保護孔

22-1~22-4‧‧‧保持具

30‧‧‧平台

31‧‧‧刻劃刀輪

圖1，係表示習知之半導體晶圓之刻劃時之狀態之剖面圖。

圖2，係表示本發明之實施形態之成為刻劃對象之半導體晶圓之一例之圖式。

圖3，係表示本發明之實施形態之於刻劃時所使用之刻劃用治具之前視圖及放大一點鏈線之部分A之剖面圖。

圖4，係表示使半導體基板定位於刻劃用治具之狀態之前視圖。

圖5，係表示在該實施形態中使用刻劃治具對半導體晶圓進行刻劃之狀態之剖面圖。

接著，針對本發明之實施形態進行說明。在該實施形態之半導體中，將成為裂斷對象之基板設為矽半導體晶圓。圖2(a)係表示大致圓形之矽半導體晶圓10之功能面，圖2(b)係表示其背面即基板側之面。在半導體晶圓10之製造步驟中，於功能面10A，沿著與X軸、Y軸平行之線縱橫地成為列而呈格子狀地形成有多個功能區域11。該功能區域11，一般係以一定之間距隔個等間隔設置，例如係裝入有機械構成元件、感應器、致動器等之MEMS功能區域。而且，就各功能區域進行分斷而成為半導體晶片， 因此如圖2(b)所示，於未形成有功能區域之基板側之面10B以一點鏈線表示般，藉由刻劃裝置而於縱方向形成刻劃預定線S_y1~S_yn，於橫方向形成刻劃預定線S_x1~S_xm。該等之刻劃預定線係格子狀，且於其間形成多個長方形之區域。而且，在功能面10A側於該長方形之區域之中央分別配置有功能區域11。

在本實施形態中，在對半導體晶圓10進行刻劃時使用刻劃用之治具20。該刻劃用治具20，如於圖3(a)表示前視圖、於圖3(b)以A表示之區域之放大剖面圖般，係正方形之平板之金屬製治具，例如將厚度設成數mm左右。該治具20於與包含半導體晶圓10之各功能區域之區域相對應之位置，沿著x方向及y方向之線縱橫地使其排列地形成有多個長方形之保護孔21。該保護孔21，為了在刻劃時不對半導體晶圓10之功能區域11施加力，而設定成較功能區域11為大，此處設為貫通孔。

此外，如圖3所示，於治具20之一面，沿著其周圍之邊於4個部位設置有基板固定用之保持具。保持具22-1~22-4，如圖4所示，係於治具20安裝有半導體晶圓10時，保持半導體晶圓10之周圍並定位，且係用以不使半導體晶圓10移動之保持具。保持具22-1~22-4，如圖3(b)所示般，亦可係剖面為L字形者，此外，亦可由具有彈性之構件構成。

此外，在使用刻劃用治具20對半導體晶圓10進行刻劃之情形，將刻劃用治具20配置於未圖示之刻劃裝置之平台上。而且，如圖4所示般，將半導體晶圓10之功能面10A以與刻劃用治具20接觸之方式載置，且以半導體晶圓10之功能區域11完全地包含於刻劃用治具20之保護孔21之方式進行定位。而且，藉由保持具22-1~22-4，半導體晶圓10以不位移之 方式正確地進行定位。圖5，係以如此方式配置時之剖面圖，所有之功能區域11成為與保護孔21相對應之位置，使得未與刻劃用治具20直接接觸。刻劃裝置之平台亦可為一般之平台，此外，亦可為藉由吸引空氣而保持治具或半導體晶圓之吸附平台。

如此，在進行定位之後，一旦藉由刻劃裝置於基板面10B使刻劃刀輪31轉動並進行刻劃，則如圖5所示般，雖對半導體晶圓10施加負載，但由於在與功能區域11相對應之部分設置有保護孔21，因此功能區域11亦在刻劃時不會有產生損傷之情況。如此，藉由對半導體晶圓10沿著刻劃預定線S_x1~S_xm,S_y1~S_yn進行刻劃，可形成刻劃線。

然後，使半導體晶圓10反轉，藉由未圖示之裂斷裝置沿著所有之刻劃線進行裂斷。據此，可分斷成分別包含功能區域之多個MEMS晶片。

此外，在該實施形態中，雖可將治具20之多個保護孔21設成貫通孔而保護半導體晶圓之功能區域11，但若於刻劃時半導體晶圓10之功能區域11未與治具20直接接觸即可，因此亦可為非貫通孔，而設成任意之深度之孔。

此外，在該實施形態中，於刻劃用治具設有L字狀之保持具。但若可將半導體晶圓之功能區域正確地定位在刻劃用治具之保護孔且予以保持即可，並未限定於此形狀。此外，平台係吸附平台，並在可藉由吸引空氣透過保護孔而確實地吸附半導體晶圓並予以固定之情形下，亦可不設置保持具。此外，即使是一般之平台，若在定位於治具20之後，以保護帶材等保持半導體晶圓之周圍，則亦可不一定要設置保持具。

進一步地，在該實施形態中，雖針對作為基板之矽半導體晶圓進行說明，但本發明亦可應用於碳化矽基板(SiC基板)、藍寶石基板、LTCC基板等之各種脆性材料基板。

本發明在從應予以保護之功能面之背面對脆性材料基板進行刻劃時，由於可在不損傷功能區域之情況下進行刻劃，因此可很有效果地應用於形成有功能區域之基板之刻劃裝置。

10‧‧‧半導體晶圓

10A‧‧‧功能面

10B‧‧‧基板面

11‧‧‧功能區域

21‧‧‧保護孔

30‧‧‧平台

31‧‧‧刻劃刀輪

Claims (4)

1. 一種脆性材料基板之刻劃方法，係對一面係具有於縱方向及橫方向排列形成之多個功能區域之功能面、且另一面係基板面之脆性材料基板進行刻劃，其特徵在於：使用在與該脆性材料基板之基板面之格子狀之刻劃預定線為相同間距之格子狀之區域之各個之中心位置形成有較該功能區域為大之保護孔之平板狀之刻劃用治具，以該脆性材料基板之功能區域被包含於該刻劃用治具之保護孔之方式使脆性材料基板之功能面與該刻劃用治具接觸；從該脆性材料基板之基板面，沿著該刻劃預定線呈格子狀地形成刻劃線。
2. 一種刻劃用治具，係對一面係具有於縱方向及橫方向排列形成之多個功能區域之功能面、且另一面係基板面之脆性材料基板的該基板面進行刻劃，其特徵在於：係平板狀，且具有設置在與該脆性材料基板之格子狀之刻劃預定線為相同間距之區域之各個之中心位置之較該功能區域為大之保護孔；該刻劃用治具是以該脆性材料基板之功能區域被包含於該保護孔之方式與該脆性材料基板之功能面接觸。
3. 如申請專利範圍第2項之刻劃用治具，其中，進一步具有以該脆性材料基板之功能面之功能區域被包含於該各個保護孔之方式保持該脆性材料基板之複數個保持具。
4. 一種脆性材料基板之分斷方法，係對一面係具有於縱方向及橫方向排列形成之多個功能區域之功能面、且另一面係基板面之脆性材料基板進 行刻劃、分斷，其特徵在於：使用在與該脆性材料基板之基板面之格子狀之刻劃預定線為相同間距之格子狀之區域之各個之中心位置形成有較該功能區域為大之保護孔之平板狀之刻劃用治具，以該脆性材料基板之功能區域被包含於該刻劃用治具之保護孔之方式使脆性材料基板之功能面與該刻劃用治具接觸；從該脆性材料基板之基板面，沿著該刻劃預定線呈格子狀地形成刻劃線；使該已刻劃之脆性材料基板反轉，沿著所形成之刻劃線進行裂斷而藉此進行分斷。