TWI657495B

TWI657495B - 晶圓的加工方法

Info

Publication number: TWI657495B
Application number: TW104128614A
Authority: TW
Inventors: Yohei Yamashita; 山下陽平; Kenji Furuta; 古田健次; Yihui Lee; 李怡慧
Original assignee: Disco Corporation; 日商迪思科股份有限公司
Priority date: 2014-10-09
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2019-04-21
Also published as: JP2016076671A; KR102322716B1; TW201618173A; JP6360411B2; US20160104643A1; US9478465B2; KR20160042383A; CN105514036B; CN105514036A

Abstract

本發明提供一種即使是形成於元件的電極是突起狀的凸塊電極之晶圓，藉由將雷射光線的聚光點從切割膠帶的背面側通過切割膠帶定位於晶圓的內部而沿切割預定線照射，就可不使元件破損而在晶圓的內部沿切割預定線形成期望的改質層之雷射加工方法。本發明之晶圓的加工方法中，該晶圓在表面藉由複數個切割預定線所畫分的複數個區域上具備凸塊電極，該加工方法包含：晶圓支持步驟，在晶圓的背面上貼上切割膠帶的表面，並且藉由環狀框架支持切割膠帶的外圍部；晶圓保持步驟，在保持台的保持面上保持晶圓的表面側，並且藉由框架夾鉗固定環狀框架；環狀改質層形成步驟，將雷射光線的聚光點，從切割膠帶的背面側通過切割膠帶定位於元件區域與外圍剩餘區域之邊界部的內部，而沿元件區域與外圍剩餘區域之邊界部照射，在晶圓的內部沿元件區域與外圍剩餘區域之邊界部形成環狀的改質層；改質層形成步驟，將雷射光線的聚光點，從切割膠帶的背面側通過切割膠帶定位於晶圓的內部，而沿切割預定線照射，在晶圓的內部沿切割預定線形成改質層。

Description

晶圓的加工方法

發明領域

本發明是有關於一種，藉由在表面上排列格子狀的切割預定線來畫分複數個區域，在該被畫分的複數個區域上形成元件的晶圓的加工方法。

發明背景

在半導體元件製造程序中，藉由在略圓板形狀的半導體晶圓的表面上排列格子狀的切割預定線來畫分複數個區域，在該被畫分的複數個區域上形成IC、LSI等元件。然後，藉由將半導體晶圓沿切割預定線切斷，將形成有元件的區域分割而製造出一個個的半導體元件。

作為切割上述半導體晶圓等晶圓的方法，正嘗試用對晶圓具有透過性的波長的脈衝雷射光線，將聚光點定位於需要分割的區域的內部，而照射脈衝雷射光線的雷射加工方法。用該雷射加工方法的分割方法是一種將聚光點從晶圓的其中一面側定位於內部，而沿切割預定線照射對晶圓具有透過性的波長的脈衝雷射光線，在晶圓的內部沿切割預定線連續形成作為斷裂起點的改質層，藉由沿由於形成了該改質層而強度減低的切割預定線施加外力，來分割晶圓之技術，期待有可將切割預定線的寬度極小化的效果(例如，參照專利文獻1)。

上述在晶圓的內部沿切割預定線形成作為斷裂起點的改質層，且沿形成有該改質層的切割預定線分割晶圓的方法之中，為了對切割預定線的寬度狹窄的晶圓形成改質層，從沒有形成元件的背面側照射雷射光線較佳，又，將沿切割預定線分割了晶圓的元件撿取的步驟之中，露出形成有元件的表面側較佳，所以藉由用對晶圓具有透過性的波長的雷射光線，從晶圓的背面側沿切割預定線照射，在晶圓的內部沿切割預定線形成改質層，在形成有該改質層的晶圓的背面上貼上切割膠帶，並且藉由環狀框架支持切割膠帶的外圍部之後，藉由對晶圓賦予外力而將晶圓分割成一個個元件(例如，參照專利文獻2)。

如上述，在晶圓的內部沿切割預定線形成改質層之後，若在形成有改質層的晶圓的背面貼上切割膠帶，會有晶圓破裂之虞，因此已有人提出一種在晶圓的內部沿切割預定線形成改質層之前，在晶圓的背面貼上切割膠帶的表面並且將切割膠帶的外圍部裝載於環狀框架，之後，從切割膠帶的背面側通過切割膠帶將雷射光線的聚光點定位於晶圓的內部而沿切割預定線照射的方法(例如，參照專利文件3)。

先前技術文獻專利文獻

【專利文獻1】日本特許第3408805號公報

【專利文獻2】日本特開2006-54246號公報

【專利文獻3】日本特開2012-84618號公報

發明概要

但是，形成於元件的電極是突起狀的凸塊電極之晶圓之中，若將背面貼在切割膠帶的晶圓的表面側保持於雷射加工裝置的保持台，且藉由裝載於保持台的框架固定器具保持裝載有切割膠帶的環狀框架，則在藉由切割膠帶壓退晶圓的外圍部，並藉由沿切割預定線照射雷射光線而在內部形成改質層時，有因壓退的應力使鄰接於晶圓外圍部的元件破損之問題。

本發明是鑑於前述事實而做出的發明，其主要技術課題是提供一種即使是形成於元件的電極是突起狀的凸塊電極之晶圓，藉由將雷射光線的聚光點從切割膠帶的背面側通過切割膠帶定位於晶圓內部而沿切割預定線照射，就可不使元件破損而在晶圓的內部沿切割預定線形成期望的改質層之雷射加工方法。

為了解決上述主要技術課題，根據本發明，可提供一種晶圓的加工方法，該晶圓具備：元件區域，是在藉由複數個切割預定線所畫分的表面之各區域上，各自形成有具備凸塊電極的元件；及外圍剩餘區域，是圍繞該元件區域，其特徵在於具備以下步驟：晶圓支持步驟，在晶圓的背面上貼上切割膠帶的表面，並且藉由環狀框架支持切割膠帶的外圍部；晶圓保持步驟，透過該切割膠帶，在保持台的保持面上保持晶圓的表面側，並且藉由框架夾鉗固定環狀框架；改質層形成步驟，是實施將對切割膠帶及晶圓具有透過性的波長的雷射光線的聚光點，從切割膠帶的背面側通過切割膠帶定位於元件區域與外圍剩餘區域之邊界部的內部，而沿元件區域與外圍剩餘區域之邊界部照射，在晶圓的內部沿元件區域與外圍剩餘區域之邊界部形成環狀的改質層的環狀改質層形成步驟，且在實施過該環狀改質層形成步驟之後，將對切割膠帶及晶圓具有透過性的波長的雷射光線的聚光點，從切割膠帶的背面側通過切割膠帶定位於晶圓的內部，而沿切割預定線照射，在晶圓的內部沿切割預定線形成改質層。

藉由本發明的雷射加工方法，在實施改質層形成步驟時，因為在半導體晶圓的內部沿元件區域與外圍剩餘區域之邊界部形成有環狀改質層，所以元件區域與外圍剩餘區域被隔開，藉由切割膠帶推壓外圍剩餘區域時產生的應力不會傳達至元件區域。因此，可釋除在改質層形成步驟中，沿切割預定線在半導體晶圓的內部中形成改質層時鄰接於外圍剩餘領域的元件破損之問題。

2‧‧‧半導體晶圓

2a‧‧‧表面

2b‧‧‧背面

21‧‧‧切割預定線

22‧‧‧元件

221‧‧‧凸塊電極

23‧‧‧元件區域

24‧‧‧外圍剩餘區域

25‧‧‧改質層

26‧‧‧改質層

3‧‧‧環狀框架

30‧‧‧切割膠帶

30a‧‧‧表面

30b‧‧‧背面

31‧‧‧多孔片

4‧‧‧雷射加工裝置

40‧‧‧靜止基台

5‧‧‧保持台機構

51‧‧‧引導軌道

52‧‧‧第1滑動塊

521‧‧‧被引導溝

522‧‧‧引導軌道

53‧‧‧第2滑動塊

531‧‧‧被引導溝

54‧‧‧圓筒構件

55‧‧‧支持台

56‧‧‧保持台

561‧‧‧吸著卡盤

562‧‧‧夾鉗

56a‧‧‧箭頭(旋轉方向)

57‧‧‧加工進給器具

571‧‧‧雄螺桿

572‧‧‧脈衝馬達

573‧‧‧軸承塊

58‧‧‧分度進給器具

581‧‧‧雄螺桿

582‧‧‧脈衝馬達

583‧‧‧軸承塊

6‧‧‧雷射光線照射單元

61‧‧‧支持構件

62‧‧‧外殼

7‧‧‧雷射光線照射器具

71‧‧‧聚光器

8‧‧‧攝影器具

LB‧‧‧脈衝雷射光線

P‧‧‧聚光點

X‧‧‧箭頭(加工進給方向)

X1‧‧‧箭頭

Y‧‧‧箭頭(分度進給方向)

圖1是半導體晶圓的立體圖。

圖2是表示實施晶圓支持步驟將半導體晶圓貼於裝在環狀框架的切割膠帶的表面的狀態的立體圖。

圖3是雷射加工裝置的立體圖。

圖4是表示晶圓保持步驟的部分截面側面圖。

圖5是表示環狀改質層形成步驟的部分截面側面圖。

圖6(a)-(b)是表示改質層形成步驟的部分截面側面圖。

用以實施發明之形態

以下，參照附件圖式詳細說明本發明之晶圓的加工方法的較適合的一實施形態。

參照圖1，表示有藉由本發明之晶圓的加工方法加工的半導體晶圓2的立體圖。示於圖1的半導體晶圓2是由厚300μm且直徑200mm的矽晶圓構成，表面2a上形成有格子狀的複數個切割預定線21，並且藉由該複數個切割預定線21所畫分的複數個區域上形成有IC、LSI等元件22。如此地構成的半導體晶圓2是具備形成有元件22的元件區域23與圍繞該元件領域23的外圍剩餘區域24。另外，上述元件22的表面各自設置有複數個凸塊電極221。該凸塊電極221的高度形成在50~200μm左右。

為了在上述半導體晶圓2的內部沿切割預定線21形成改質層，首先，實施晶圓支持步驟，該晶圓支持步驟是在半導體晶圓2的背面2b貼上切割膠帶的表面，並且藉由環狀框架支持切割膠帶的外圍部。即，如圖2所示，將半導體晶圓2的背面2b貼在切割膠帶30的表面30a上，且該切割膠帶30被裝載成其外圍部覆蓋住環狀框架3的內側開口部。另外，切割膠帶30是例如用聚氯乙烯(PVC)薄片所形成。

接下來，參照圖3說明關於實施在上述半導體晶圓2的內部沿切割預定線21形成改質層的雷射加工用的雷射加工裝置。圖3所示的雷射加工裝置4是具備靜止基台40、可沿箭頭X所示之加工進給方向(X軸方向)移動地裝配於該靜止基台40且保持被加工物的保持台機構5、裝配於基台40上的作為雷射光線照射器具的雷射光線照射單元6。

上述保持台機構5是具備沿X軸方向平行地裝設在靜止基台40上的一對引導軌道51、51、可沿X軸方向移動地裝設於該引導軌道51、51上的第1滑動塊52、可沿與加工進給方向(X軸方向)直交的箭頭Y表示的分度進給方向(Y軸方向)移動地裝設於該第1滑動塊52上的第2滑動塊53、藉由圓筒構件54支持在該第2滑動塊53上的支持台55、作為晶圓保持器具的保持台56。該保持台56具備有由多孔性材料形成的吸著卡盤561，構成為作為被加工物的晶圓在吸著卡盤561的上面之保持面上被圖未示之吸引器具保持。如此構成的保持台56是藉由裝配在圓筒構件54內的圖未示之脈衝馬達而旋轉。另外，保持台56上裝配有作為框架保持器具的夾鉗562，該夾鉗562是用來將透過保護膠帶而支持半導體晶圓等被加工物的環狀框架加以固定。該作為框架保持器具的夾鉗562是構成為將環狀框架保持在比保持台56的上面之保持面更低的位置。

上述第1滑動塊52是在其下面設置有與上述一對引導軌道51、51嵌合的一對被引導溝521、521，並且其上面設置有沿Y軸方向平行地形成的一對引導軌道522、522。如此構成的第1滑動塊52是藉由被引導溝521、521嵌合於一對引導軌道51、51，而構成為可沿一對引導軌道51、51在X軸方向移動。保持台機構5是具備加工進給器具57，該加工進給器具57是用於使第1滑動塊52沿一對引導軌道51、51而在X軸方向移動。加工進給器具57是包含平行地裝配於上述一對引導軌道51、51之間的雄螺桿571與旋轉驅動該雄螺桿571用的脈衝馬達572等驅動源。雄螺桿571其一端可自由旋轉地支持於固定在上述靜止基台40的軸承塊573，其另一端傳動連結於上述脈衝馬達572的輸出軸。另外，雄螺桿571是螺合於貫通雌螺孔，該貫通雌螺孔是形成在突出於第1滑動塊52的中央部下面而設置的圖未示的雌螺塊。因此，藉由利用脈衝馬達572驅動雄螺桿571正轉或逆轉，使第1滑動塊52沿引導軌道51、51在X軸方向移動。

上述第2滑動塊53是在其下面設置有與設置於上述第1滑動塊52的上面的一對引導軌道522、522嵌合的一對被引導溝531、531，藉由該被引導溝531、531嵌合於一對引導軌道522、522，構成為可在Y軸方向移動。保持台機構5是具備分度進給器具58，該分度進給器具58是用於使第2滑動塊53沿設置於第1滑動塊52的一對引導軌道522、522而在Y軸方向移動。分度進給器具58是包含平行地裝配於上述一對引導軌道522、522之間的雄螺桿581、旋轉驅動該雄螺桿581用的脈衝馬達582等驅動源。雄螺桿581其一端可自由旋轉地支持於固定在上述第1滑動塊52的上面的軸承塊 583，其另一端傳動連結於上述脈衝馬達582的輸出軸。另外，雄螺桿581是螺合於貫通雌螺孔，該貫通雌螺孔形成在突出於第2滑動塊53的中央部下面而設置的圖未示的雌螺塊。因此，藉由利用脈衝馬達582驅動雄螺桿581正轉或逆轉，使第2滑動塊53沿引導軌道522、522在Y軸方向移動。

上述雷射光線照射單元6是具備裝配於上述基台40上的支持構件61、藉由該支持構件61支持且實質上水平地延伸的外殼62、裝配於該外殼62的雷射光線照射器具7、裝配於該外殼62的前端部且檢測出需要雷射加工的加工區域的攝影器具8。雷射光線照射器具7具備圖未示的脈衝雷射光線振盪器具及聚光器71，該脈衝雷射光線振盪器具裝配於外殼62內，且具備脈衝雷射光線振盪器或重複頻率設定器具；該聚光器71裝配於外殼62的前端部，是用於將圖未示的脈衝雷射光線振盪器具所振盪的脈衝雷射光線加以聚光。另外，攝影器具8在本實施形態中除了藉由可見光攝影的一般攝影元件(CCD)之外，是由對被加工物照射紅外線的紅外線照明器具、捕捉藉由該紅外線照明器具照射出的紅外線的光學系統、對應藉由該光學系統捕捉到的紅外線輸出電子訊號的攝影元件(紅外線CCD)等構成，將拍攝的圖像訊號傳送至圖未示的控制器具。

使用上述雷射加工裝置4在半導體晶圓2的內部沿切割預定線21形成改質層時，首先將半導體晶圓2的表面側保持於保持台56的上面之保持面，並且實施藉由作為框架保持器具的夾鉗562將環狀框架3保持的晶圓保持步驟。即，如圖4所示，將透過切割膠帶30而支持在環狀框架3上的半導體晶圓2的表面2a側載置於保持台56的上面之保持面。此時，在保持台56的上面之保持面之間介有多孔片31來保護包含凸塊電極221的元件22較佳。然後，藉由起動圖未示的吸引器具，透過多孔片31在保持台56的上面之保持面上吸引保持半導體晶圓2。接下來，藉由夾鉗562固定環狀框架3。因此，貼在被保持台56保持的半導體晶圓2上的切割膠帶30的背面30b變成上側。另外，當藉由夾鉗562固定裝載有切割膠帶30的環狀框架3時，因為凸塊電極221的高度高，所以半導體晶圓2的外圍剩餘區域24會以凸塊電極221作為支點受到切割膠帶30壓退而產生應力。

實施了上述晶圓保持步驟之後，起動加工進給器具57將吸引保持半導體晶圓2的保持台56定位於攝影器具8的正下方。當保持台56定位於攝影器具8的正下方之後，藉由攝影器具8及圖未示的控制器具，實施檢測出半導體晶圓2的元件區域23與外圍剩餘區域24之邊界部的第1校準步驟。即，攝影器具8及圖未示的控制器具檢測出從半導體晶圓2的外周緣，例如5mm的內側的位置，將其座標值儲存於控制器具的記憶體。此時，雖然在半導體晶圓2的上側定位有切割膠帶30，但因為具備有攝影器具8，該攝影器具8如上述是由紅外線照明器具、可捕捉紅外線的光學系統及對應紅外線輸出電子訊號的攝影元件(紅外線CCD)等構成，所以可從切割膠帶30的背面30b側透過而攝影半導體晶圓2的外周緣。

實施了如上述之第1校準步驟之後，實施環狀改質層形成步驟，該環狀改質層形成步驟是將對切割膠帶30及半導體晶圓2具有透過性的波長的雷射光線的聚光點定位在元件區域23與外圍剩餘區域24之邊界部內部中，而沿元件區域23與外圍剩餘區域24之邊界部照射，在半導體晶圓2的內部沿元件區域23與外圍剩餘區域24之邊界部形成環狀的改質層。實施該環狀改質層形成步驟時，從實施了上述第1校準步驟的狀態開始，起動加工進給器具57而將吸引保持半導體晶圓2的保持台56移動至聚光器71所在的雷射光線照射區域，如圖5所示將從半導體晶圓2的外周緣例如內側5mm的位置，定位於聚光器71的正下方。接下來，將從聚光器71照射的脈衝雷射光線的聚光點P定位於半導體晶圓2的厚度方向的中間部附近。然後，從聚光器71照射對切割膠帶30及由矽晶圓構成的半導體晶圓2具有透過性的波長的脈衝雷射光線LB，同時將吸引保持半導體晶圓2的保持台56依箭頭56a所示之方向旋轉一圈。其結果，在半導體晶圓2的內部沿元件區域23與外圍剩餘區域24之邊界部形成環狀的改質層25。

前述上述環狀改質層形成步驟中的加工條件是例如以下之設定。

光源：YAG脈衝雷射

波長：1064nm

重複頻率：50kHz

平均功率：0.5W

實施了如上述之環狀改質層形成步驟之後，實施改質層形成步驟，該改質層形成步驟是將對切割膠帶30及半導體晶圓2具有透過性的波長的雷射光線的聚光點，從切割膠帶30的背面側通過切割膠帶30定位在半導體晶圓2的內部，而沿切割預定線21照射，在半導體晶圓2的內部沿切割預定線21形成改質層。實施該改質層形成步驟時，首先起動加工進給器具57將吸引保持半導體晶圓2的保持台56移動至攝影器具8的正下方，實行檢測出半導體晶圓2的需要雷射加工的加工區域的第2校準作業。即，起動攝影器具8及圖未示之控制器具，進行沿半導體晶圓2的第1方向形成的切割預定線21、與沿該切割預定線21照射雷射光線的聚光器71的位置對齊。又，對在半導體晶圓2上沿與上述第1方向直交的方向形成的切割預定線21，同樣地也進行與聚光器71的位置對齊。此時，雖然形成有半導體晶圓2的切割預定線21的表面2a位於下側，但因為具備有攝影器具8，該攝影器具8如上述是由紅外線照明器具、可捕捉紅外線的光學系統及對應紅外線輸出電子訊號的攝影元件(紅外線CCD)等構成，所以可從切割膠帶30的背面30b側及半導體晶圓2的背面2b側透過而攝影切割預定線21。

實施了如上述之第2校準步驟之後，如圖6所示，將保持台56移動至雷射光線照射器具7的聚光器71所在的雷射光線照射區域，且將形成於被保持台56保持的半導體晶圓2上的既定的切割預定線21定位於聚光器71的正下方。此時，如圖6的(a)所示，半導體晶圓2是定位成切割預定線21的一端(圖6(a)中的左端)可位在聚光器71的正下方。接下來，將從聚光器71照射的脈衝雷射光線LB的聚光點P定位於半導體晶圓2的厚度方向的中間部附近。然後，一邊從聚光器71照射對切割膠帶30及由矽晶圓構成的半導體晶圓2具有透過性的波長的脈衝雷射光線，一邊將保持台56依圖6的(a)中箭頭X1所示之方向以既定的進給速度移動(改質層形成步驟)。然後，如圖6的(b)所示，切割預定線21的另一端(圖6(b)中的右端)到達雷射光線照射器具7的聚光器71的照射位置之後，停止脈衝雷射光線的照射並且停止保持台56的移動。其結果，半導體晶圓2的內部沿切割預定線21形成改質層26。

上述改質層形成步驟中的加工條件是例如以下之設定。

光源：YAG脈衝雷射

波長：1064nm

重複頻率：50kHz

平均功率：0.5W

加工進給速度：100mm/秒

如上述之沿既定的切割預定線21而實施了上述改質層形成步驟之後，將保持台56沿箭頭Y所示之方向進行分度移動，且僅移動半導體晶圓2上形成的切割預定線21的間隔距離(分度步驟)，且執行上述改質層形成步驟。如此沿著依第1方向形成的全部的切割預定線21實施上述改質層形成步驟之後，將保持台56旋動90度，沿著依相對於上述第1方向所形成的切割預定線21直交的方向延長的切割預定線21實行上述改質層形成步驟。

實施上述改質層形成步驟時，因為已實施上述環狀改質層形成步驟，在半導體晶圓2的內部中，沿元件區域23與外圍剩餘區域24之邊界部形成有環狀的改質層25，所以元件區域23與外圍剩餘區域24被隔開，藉由切割膠帶30推壓外圍剩餘區域24時產生的應力不會傳達至元件區域23。因此，可釋除在改質層形成步驟中，沿切割預定線21在半導體晶圓2的內部中形成改質層26時鄰接於外圍剩餘領域24的元件破損之問題。

Claims

一種晶圓的加工方法，該晶圓具備：元件區域，是在藉由複數個切割預定線所畫分的表面之各區域上，各自形成有具備凸塊電極的元件；及外圍剩餘區域，是圍繞該元件區域，其特徵在於具備以下步驟：晶圓支持步驟，在晶圓的背面上貼上切割膠帶的表面，並且藉由環狀框架支持切割膠帶的外圍部；晶圓保持步驟，透過該切割膠帶，在保持台的保持面上保持晶圓的表面側，並且藉由框架夾鉗固定環狀框架；環狀改質層形成步驟，將對切割膠帶及晶圓具有透過性的波長的雷射光線的聚光點，從切割膠帶的背面側通過切割膠帶定位於元件區域與外圍剩餘區域之邊界部的內部，而沿元件區域與外圍剩餘區域之邊界部照射，在晶圓內部沿元件區域與外圍剩餘區域之邊界部形成環狀的改質層；及改質層形成步驟，在實施過環狀改質層形成步驟之後，將對切割膠帶及晶圓具有透過性的波長的雷射光線的聚光點，從切割膠帶的背面側通過切割膠帶定位於晶圓的內部，而沿切割預定線照射，在晶圓內部沿切割預定線形成改質層。