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TWI615891B - 晶圓之加工方法（一） - Google Patents

晶圓之加工方法（一） Download PDF

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TWI615891B
TWI615891B TW103104573A TW103104573A TWI615891B TW I615891 B TWI615891 B TW I615891B TW 103104573 A TW103104573 A TW 103104573A TW 103104573 A TW103104573 A TW 103104573A TW I615891 B TWI615891 B TW I615891B
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武田昇
Noboru Takeda
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Abstract

本發明提供，可有效率地沿分割預定線將晶圓分割成各個個別的晶片，同時不會造成晶片品質降低的晶圓之加工方法。
可沿分割預定線將晶圓分割成各個晶片的晶圓之加工方法，包含以使對晶圓具有穿透性波長的脈衝雷射光線之聚光點定位在應當分割區域的內部來進行照射，並沿分割預定線在晶圓內部形成非晶質細絲之細絲形成步驟和，透過可蝕刻非晶質細絲之蝕刻劑蝕刻沿分割預定線所形成的非晶質細絲，以沿分割預定線將晶圓分割成各個晶片的蝕刻步驟。

Description

晶圓之加工方法(一) 發明領域
本發明是有關於沿分割預定線將半導體晶圓和光裝置晶圓等之晶圓分割為各個晶片的晶圓之加工方法。
發明背景
如本領域業者所周知，在半導體裝置製造程序中，藉由在矽等基板表面由絕緣膜與機能膜疊層而成之機能層，可形成使複數個IC、LSI等裝置形成為矩陣狀的半導體晶圓。如此形成的半導體晶圓是藉由使上述裝置以分割預定線劃分，再沿分割預定線進行分割而製造成各個半導體晶片。
又，在光裝置製造程序中，為在藍寶石(sapphire)基板和碳化矽基板的表面疊層由n型氮化物半導體層和p型氮化物半導體層所形成的光裝置層，在由形成為格子狀之複數條分割預定線所劃分出的複數個區域中形成發光二極體、雷射二極體等光裝置以構成光裝置晶圓。並且，藉由沿分割預定線切斷光裝置晶圓以分割光裝置所形成的區域，製造出各個晶片。
也可嘗試對該被加工物使用具有穿透性波長的 脈衝雷射光線，在應當分割區域的內部使聚光點匯聚以照射脈衝雷射光線之雷射加工方法，作為分割上述半導體晶圓和光裝置晶圓等晶圓的方法。使用此雷射加工方法的分割方法為，藉由從晶圓的其中一面側使聚光點匯聚在內部以照射對晶圓具有穿透性波長的脈衝雷射光線、並沿分割預定線在被加工物內部連續地形成改質層、並沿著因形成此改質層而降低強度的分割預定線施加外力，以分割晶圓之技術(例如，參照專利文獻1)。
又，藉由沿分割預定線照射對晶圓具有吸收性波長的脈衝雷射光線而施行剝蝕加工以形成雷射加工溝，並沿著變成此破斷起點之雷射加工溝所形成的分割預定線賦予外力，以作為沿分割預定線分割半導體晶圓和光裝置晶圓等晶圓的方法，藉此，使割斷技術實用化(例如，參照專利文獻2)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特許第3408805號公報
專利文獻2：日本專利特開平10-305420號公報
發明概要
因而，為了形成改質層而在晶圓內部定位雷射光線的聚光點時，必須使用數值孔徑(NA)為0.8左右的聚光透 鏡，為了將例如厚度為300μm的晶圓分割成各個裝置則必須一再地重複以形成多數段改質層，而有生產性差之問題。
又，照射對晶圓具有吸收性波長的脈衝雷射光線時，則在晶圓的照射面附近所施行的剝蝕加工，由於能量未滲透到晶圓的內部，必須沿分割預定線照射複數次脈衝雷射光線而導致生產性差，同時也有碎屑飛散使晶片品質降低之問題。
本發明是鑒於上述事實而做成，其主要技術課題在於提供，可有效率地沿分割預定線將晶圓分割成各個晶片，同時不會使晶片品質降低的晶圓之加工方法。
為了解進上述主要技術課題，透過本發明所提供的晶圓之加工方法為，可沿分割預定線將晶圓分割成各個晶片的晶圓之加工方法，特徵在於，包含：使對晶圓具有穿透性波長的脈衝雷射光線之聚光點定位在應當分割區域的內部來進行照射，並沿分割預定線形成非晶質細絲(filament)之細絲形成步驟和，透過可蝕刻非晶質細絲之蝕刻劑，蝕刻沿分割預定線所形成的非晶質細絲，藉此沿分割預定線將晶圓分割成各個晶片的蝕刻步驟。
在上述細絲形成步驟中，使所照射的脈衝雷射光線聚光之聚光透鏡的數值孔徑(NA)是設定成0.1~0.3。
本發明的晶圓之加工方法，由於包含使對晶圓具有穿透性波長的脈衝雷射光線的聚光點定位在應當分割 區域內部以進行照射，並沿分割預定線在晶圓內部形成非晶質細絲之細絲形成步驟和，透過可蝕刻非晶質細絲之蝕刻劑，蝕刻沿分割預定線所形成的非晶質細絲，以沿分割預定線將晶圓分割成各個晶片的蝕刻步驟，故可在蝕刻步驟中使沿分割預定線所形成的細絲被蝕刻去除，且由於未殘存加工應變而可使所分割的晶片的彎曲強度提升。又，在上述蝕刻步驟中，被供給晶圓蝕刻劑之面雖然也會受到蝕刻劑蝕刻，但是與非晶質細絲相比，蝕刻速度為1/10左右，故蝕刻量僅為微量，反而可藉由使被供給被加工物蝕刻劑之面僅受到微量蝕刻，去除殘存在被供給晶圓蝕刻劑之面上的磨削應變等加工應變，而使所分割的晶片的彎曲強度提升。
又，在上述細絲形成步驟所形成的非晶質細絲，由於可從被加工物的雷射光線照射面(頂面)延伸形成到底面，故即使晶圓的厚度厚也可以只照射1次脈衝雷射光線，因而變得生產性相當良好。
2‧‧‧光裝置晶圓
21‧‧‧光裝置
22‧‧‧分割預定線
23‧‧‧細絲
231‧‧‧細孔
232‧‧‧非晶質層
2a‧‧‧表面
2b‧‧‧背面
3‧‧‧保護膠帶
4‧‧‧雷射加工裝置
41‧‧‧雷射加工裝置之夾頭台
42‧‧‧雷射光線照射機構
421‧‧‧套管
422‧‧‧聚光器
422a‧‧‧聚光透鏡
43‧‧‧拍攝機構
5‧‧‧蝕刻裝置
51‧‧‧蝕刻裝置之夾頭台
52‧‧‧蝕刻劑供給噴嘴
50‧‧‧蝕刻劑
F‧‧‧環狀框架
LB‧‧‧脈衝雷射光線
P‧‧‧聚光點
T‧‧‧黏著膠帶
X、X1、Y‧‧‧箭頭符號
圖1為以本發明的晶圓之加工方法所加工的光裝置晶圓的立體圖；圖2(a)、(b)為保護構件貼附步驟的說明圖；圖3為用於實施細絲形成步驟之雷射加工裝置的主要部位立體圖；圖4(a)~(d)為細絲形成步驟的說明圖；圖5(a)、(b)為蝕刻步驟的說明圖；及 圖6為晶圓支撐步驟的說明圖。
用以實施發明之形態
以下，參照本發明的晶圓之加工方法的附加圖式，作更詳細的說明。
圖1顯示以本發明的晶圓之加工方法所加工的作為晶圓之光裝置晶圓的立體圖。圖1所示之光裝置晶圓2是在厚度為300μm的藍寶石基板的表面2a，使發光二極體、雷射二極體等的光裝置21形成為矩陣狀。並且，各光裝置21是以形成為格子狀之被稱為「道(street)」的分割預定線22劃分。再者，雖然圖1所示之光裝置晶圓2明確地形成分割預定線22，但是也有在例如玻璃板所形成的晶圓等上沒有明確地形成分割預定線，而是從預定的基準位置在預定距離之位置設定分割預定線的情況。
以下針對使上述之光置晶圓2沿分割預定線22分割的晶圓之加工方法作說明。首先，為了要保護在光裝置晶圓2之表面2a所形成的光裝置21，實施在光裝置晶圓2的表面2a貼附保護構件之保護構件貼附步驟。亦即，如圖2所示，在光裝置晶圓2的表面2a貼附作為保護構件的保護膠帶3。又，在本實施形態中的保護膠帶3為，在厚度為100μm之由聚氯乙烯(PVC)所形成的片狀基材的表面塗布厚度5μm左右的丙烯酸樹脂系膠料。
於實施了上述的保護構件貼附步驟後，則可實施使對構成光裝置晶圓2之藍寶石基板具有穿透性波長的脈 衝雷射光線的聚光點定位在應當分割區域內部以進行照射，進而沿分割預定線22形成非晶質細絲之細絲形成步驟。此細絲形成步驟是使用圖3所示之雷射加工裝置4實施。圖3所示之雷射加工裝置4具備，保持被加工物之夾頭台41和，對該夾頭台41上所保持的被加工物照射雷射光線的雷射光線照射機構42和，拍攝該夾頭台41上所保持的被加工物的拍攝機構43。夾頭台41構成為可吸引保持被加工物，並形成可藉由圖未示之加工進給機構使其可在圖3中以箭頭符號X表示的加工進給方向上移動，同時可藉由圖未示之分度進給機構使其可在圖3中以箭頭符號Y表示的分度進給方向上移動。
上述雷射光線照射機構42包含實質上呈水平配置的圓筒形套管421。套管421內配設有圖未示之具備脈衝雷射光線振盪器和重複頻率設定機構的脈衝雷射光線振盪機構。在上述套管421的先端部裝設有具備用於使從脈衝雷射光線振盪機構振盪產生的脈衝雷射光線聚光之聚光透鏡422a的聚光器422。重要的是，此聚光器422之聚光透鏡422a是將數值孔徑(NA)設定在0.1~0.3的範圍內。在本實施形態中，是將數值孔徑(NA)設定為0.25。此外，雷射光線照射機構42具備用於調整以聚光器422聚光之脈衝雷射光線的聚光點位置的聚光點位置調整機構(圖未示)。
裝設於套管421之拍攝機構43具備，照明被加工物之照明機構和，捕捉該照明機構所照明之區域的光學系統和，拍攝該光學系統所捕捉的影像的拍攝元件(CCD)，並 將拍攝的影像信號傳送至圖未示之控制機構。
參照圖3與圖4，以說明針對使用上述雷射加工裝置4，使對構成光裝置晶圓2之藍寶石基板具有穿透性波長的脈衝雷射光線的聚光點定位在應當分割區域內部以進行照射，進而沿分割預定線22形成非晶質細絲之細絲形成步驟。
首先，使光裝置晶圓2以表面2a貼附有保護膠帶3側載置於上述圖3所示之雷射加工裝置4的夾頭台41上。並且，藉由使圖未示之吸引機構作動，使光裝置晶圓2透過保護膠帶3保持於夾頭台41上(晶圓保持步驟)。因此，保持在夾頭台41上的光裝置晶圓2變成背面2b在上側。這樣做，使吸引保持光裝置晶圓2的夾頭台41可透過圖未示之加工進給機構定位至拍攝機構43的正下方。
如果使夾頭台41定位至拍攝機構43的正下方，則可實行利用拍攝機構43以及圖未示之控制機構偵測光裝置晶圓2的應當雷射加工之加工區域的校準作業。亦即，拍攝機構43和圖未示之控制機構實行用於使在光裝置晶圓2之第1方向上形成的分割預定線22和，沿該分割預定線22照射雷射光線之雷射光線照射機構42的聚光器422的位置相對齊之模板比對(pattern matching)等的影像處理，以進行雷射光線照射位置的校準(校準步驟)。又，也對與光裝置晶圓2之上述第1方向垂直的方向上所形成的分割預定線22，同樣地進行雷射光線照射位置的校準。
若實施了上述校準步驟，則可如圖4所示，將夾 頭台41移動至照射雷射光線的雷射光線照射機構42的聚光器422所處的雷射光線照射區域，並使預定之分割預定線22定位於聚光器422的正下方。此時，圖4(a)所示之光裝置晶圓2，以使分割預定線22的一端(圖4(a)之左端)位於聚光器422的正下方的方式定位。接著，使從聚光器422所照射之脈衝雷射光線LB的聚光點P定位於光裝置晶圓2的厚度方向中間部。在本實施形態中是如圖4(c)所示地，將此脈衝雷射光線的聚光點P設定在距離光裝置晶圓2之作為雷射光線LB照射面的背面2b(頂面)160μm的下方位置處。並且，一邊從聚光器422照射對藍寶石基板具有穿透性波長的脈衝雷射光線，一邊使夾頭台41在圖4(a)之箭頭符號X1所示的方向上以預定的進給速度移動(細絲形成步驟)。又，如圖4(b)所示，當使雷射光線照射機構42的聚光器422的照射位置抵達分割預定線22的另一端(圖4(a)之右端)時，則停止脈衝雷射光線之照射，同時停止夾頭台41的移動。
上述細絲形成步驟之加工條件，可舉例設定如下。
波長：1030nm
重複頻率：50kHz
脈波寬度：10ps
平均輸出：3W
聚光透鏡的數值孔徑(NA)：0.25
聚光點點徑：φ10μm
焦距：-160μm(從照射面散焦(defocus))
加工進給速度：800mm/秒
透過依上述加工條件所實施的細絲形成步驟，可如圖4(c)所示地，在光裝置晶圓2的內部，以預定間隔(在本實施形態中為16μm的間隔(加工進給速度：800mm/秒)(重複頻率：50kHz))形成沿分割預定線22從作為照射面的背面2b(頂面)延伸到表面2a(底面)的非晶質的細絲23。如圖4(d)所示，該細絲23是由形成於中心之細孔231和在該細孔231周圍所形成的非晶質層232所構成，在本實施形態中是形成鄰接的細絲23的非晶質層232相連接的形態。再者，在上述細絲形成步驟所形成的非晶質細絲23，由於可從光裝置晶圓2的雷射光線LB照射面(頂面)延伸形成到底面，故即使晶圓的厚度厚也可以只照射1次脈衝雷射光線，因而變得生產性相當良好。
如上述地，如果要沿預定的分割預定線22實施上述細絲形成步驟時，是使夾頭台41在箭頭符號Y所表示的方向上只分度移動了光裝置晶圓2上所形成的分割預定線22的間隔(分度步驟)，以進行上述細絲形成步驟。如果以此沿在第1方向上形成的所有分割預定線22實施上述細絲形成步驟時，可使夾頭41旋轉90度，沿相對上述第1方向上形成的分割預定線22垂直的方向延伸的分割預定線22執行上述細絲形成步驟。
實施了上述細絲形成步驟後，可實施利用蝕刻劑蝕刻在已實施過細絲形成步驟的光裝置晶圓2中所形成的細絲23，並沿分割預定線22將光裝置晶圓2分割為各個晶片 的蝕刻步驟。該蝕刻步驟是利用圖5所示的蝕刻裝置5實施。蝕刻裝置5具有吸引保持被加工物的夾頭台51和，對保持在該夾頭台51上的被加工物供給蝕刻劑的蝕刻劑供給噴嘴52。要使用如此構成的蝕刻裝置5實施上述蝕刻步驟時，是如圖5(a)所示地，使已實施細絲形成步驟的光裝置晶圓2之表面2a貼附有保護膠帶3側載置於蝕刻裝置5的夾頭台51上。並且，藉由使圖未示之吸引機構作動，使光裝置晶圓2透過保護膠帶3保持於夾頭台51上(晶圓保持步驟)。因此，保持在夾頭台51上之已實施細絲形成步驟的光裝置晶圓2變成背面2b在上側。接著，一邊使夾頭台51以例如10~60rpm之旋轉速度旋轉，一邊從蝕刻劑供給噴嘴52供給用於蝕刻在光裝置晶圓2中所形成之細絲23的蝕刻劑50。而，關於蝕刻劑，在光裝置晶圓2是由藍寶石基板所形成時，可以使用氫氟酸、濃硫酸。又，晶圓是由矽基板形成時可使用氫氟酸、氫氟酸+硝酸，晶圓是由玻璃基板形成時可使用氫氟酸、氫氧化鉀(KOH)。
一邊使保持有已實施細絲形成步驟之光裝置晶圓2的夾頭台51旋轉一邊從蝕刻劑供給噴嘴52供給蝕刻劑50時，蝕刻劑可迅速地滲透至非晶質細絲23中進行蝕刻。如圖5(b)所示，其結果為，光裝置晶圓2沿形成細絲23之分割預定線22被蝕刻去除而分割為各個個別的光裝置晶片21。
如以上所述，在上述蝕刻步驟中，由於沿分割預定線22形成的細絲23被蝕刻去除，不會殘存加工應變而使 分割的光裝置晶片21的彎曲強度提升。又，在上述蝕刻步驟中，雖然光裝置晶圓2之背面2b也會受到蝕刻劑的蝕刻，但是與非晶圓細絲23相比，蝕刻速度為1/10左右，故蝕刻量僅為微量，反而可藉由使光裝置晶圓2之背面2b僅受到微量蝕刻，去除殘存在光裝置晶圓2之背面2b之磨削應變等加工應變，使所分割的晶片的彎曲強度提升。
實施了上述蝕刻步驟後，可實施使分割為各個個別的光裝置晶片21的光裝置晶圓2之背面2b貼附至裝設有環狀框架的黏著膠帶表面，同時剝離貼附在光裝置晶圓2之表面2a的保護膠帶3的晶圓支撐步驟。即，如圖6所示之使分割為各個個別的光裝置晶片21的光裝置晶圓2的背面2b側貼附至裝設有環狀框架F的黏著膠帶T上。因此，貼附在光裝置晶圓2之表面2a的保護膠帶3變成上側。並且，剝離貼附在光裝置晶圓2之表面2a上作為保護構件的保護膠帶3。以此將貼附在裝設有環狀框架F的黏著膠帶T上之分割為各個光裝置晶片21的光裝置晶圓2搬送至作為下一步驟之拾取步驟。
以上，是根據圖式所示之實施形態說明本發明，但是本發明並未受實施形態所限定，且可以在本發明主旨之範圍內進行各種變形。例如，在上述實施形態中雖然例示了將藍寶石基板形成的光裝置晶圓分割為各個光裝置晶片之例，但是將本發明應用至由矽晶圓形成的晶圓或玻璃基板形成的晶圓也能得到上述的作用效果。又，在上述蝕刻步驟中，雖然例示了濕式蝕刻之例，但是也可以實施使 用SF6或C4F8之電漿蝕刻。
2‧‧‧光裝置晶圓
22‧‧‧分割預定線
23‧‧‧細絲
231‧‧‧細孔
232‧‧‧非晶質層
2a‧‧‧表面
2b‧‧‧背面
3‧‧‧保護膠帶
41‧‧‧雷射加工裝置之夾頭台
422‧‧‧聚光器
422a‧‧‧聚光透鏡
LB‧‧‧脈衝雷射光線
P‧‧‧聚光點
X1‧‧‧箭頭符號

Claims (8)

  1. 一種晶圓之加工方法，為沿複數條分割預定線將晶圓分割成複數個個別的晶片，且該晶圓包含頂面及底面，該晶圓之加工方法的特徵為包含：細絲形成步驟，沿著每條分割預定線照射對該晶圓具有穿透性波長的脈衝雷射光線，使該脈衝雷射光線的聚光點是在應當分割區域被定位在該晶圓的內部，而沿每條分割預定線在該晶圓內部形成複數條非晶質細絲，該非晶質細絲是各自由細孔及形成在該細孔周圍的非晶質層所構成，該細絲形成步驟是在被配置成使該非晶質細絲的該細孔以預定間隔彼此分離的加工條件下進行，及蝕刻步驟，透過蝕刻劑蝕刻沿每條分割預定線形成在該晶圓內部的該非晶質細絲，以沿該分割預定線將該晶圓分割成該個別的晶片，在該細絲形成步驟中被照射的該脈衝雷射光線被聚光透鏡聚光，且該聚光透鏡的數值孔徑(NA)是設定成0.1~0.3，每個該非晶質細絲的該細孔及該非晶質層從該晶圓的該頂面延伸到該晶圓的該底面，從而完全穿透該晶圓。
  2. 如請求項1所述的晶圓之加工方法，其中，在該細絲形成步驟中所使用的該脈衝雷射光線的波長為1030nm，聚 光點點徑為10μm。
  3. 如請求項1所述的晶圓之加工方法，其中，在該細絲形成步驟中所使用的該脈衝雷射光線的重複頻率為50kHz，脈波寬度為10ps
  4. 如請求項1所述的晶圓之加工方法，其中，在該細絲形成步驟中所使用的該脈衝雷射光線被聚焦在該晶圓的該頂面和底面之間的中間位置，而使該脈衝雷射光線在該晶圓的該底面散焦。
  5. 如請求項1所述的晶圓之加工方法，其中，該晶圓及照射該脈衝雷射光線的雷射光線照射機構之間的相對移動之加工進給速度為800mm/s。
  6. 如請求項1所述的晶圓之加工方法，其中，每個該預定間隔為16μm。
  7. 如請求項1所述的晶圓之加工方法，其中，相鄰的該非晶質細絲的該非晶質層彼此相連接。
  8. 如請求項1所述的晶圓之加工方法，其中，每個該細孔被與其相關聯的該非晶質層完全包圍。
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