TWI701731B

TWI701731B - 晶圓的加工方法

Info

Publication number: TWI701731B
Application number: TW106104626A
Authority: TW
Inventors: 武田昇; 森數洋司
Original assignee: 日商迪思科股份有限公司
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2020-08-11
Also published as: US20170256454A1; US9812362B2; TW201743372A; JP2017162855A

Abstract

本發明應解決的課題為提供一種不會有生產效率降低的情形，又不會有分割成一個個的元件的品質降低的情形之正面上配設有蓋板的晶圓的加工方法。

根據本發明所提供的晶圓的加工方法，至少包含蓋板配設步驟、熔接步驟、及分割步驟。該蓋板配設步驟是將蓋板配設在晶圓的正面以形成複合晶圓，該熔接步驟是將雷射光線之聚光點定位在包夾要在分割預定線上施行切斷加工的切斷線之兩側區域且在將該晶圓與該蓋板接合之界面上，並照射雷射光線，以沿著該分割預定線形成2條熔接該晶圓與該蓋板的熔接線，該分割步驟是藉由於沿著該分割預定線所形成之該2條熔接線的中央形成該切斷線，以將該複合晶圓切斷並分割成一個個的被該蓋板覆蓋之元件晶片。

Description

晶圓的加工方法

發明領域

本發明是有關於一種將使複數個元件藉由分割預定線而被區劃並形成在正面上的晶圓，且於正面上配設有蓋板(cover plate)的該晶圓分割成一個個元件晶片的晶圓的加工方法。

發明背景

將IC、LSI、CCD、MEMS等的複數個元件以分割預定線來區劃並形成在正面上之晶圓，是藉由具備有切削刀的切割裝置、照射雷射光線的雷射加工裝置而被分割成一個個的元件晶片，且將分割後的元件晶片運用在手機、電腦、數位相機、醫療機器等的電氣機器上。

已知上述之各種元件之中，含有CCD的影像感測器、MEMS等的精細的元件，當表面上附有髒污、損傷等時，會使製品品質顯著地降低，而有對形成有元件之晶圓貼合並配設玻璃罩，以保護元件的表面之方案被提出(例如參照專利文獻1、2)。

先前技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2012-081551號公報

專利文獻2：日本專利特開2010-103327號公報

發明概要

根據上述專利文獻1、2所提出的技術，雖然可藉由配設在晶圓的正面上的玻璃罩，保護已分割成一個個的元件晶片的表面，但是，由於在該晶圓上配設玻璃罩之時會使用黏結劑等的接著劑，所以在貼合時會為了不使接著劑擠出範圍外會要求慎重的作業，因而有生產效率降低的問題，又，也會產生接著劑露出於已分割成一個個後的元件晶片的側面，而使元件晶片的品質降低的問題。

本發明是有鑒於上述事實而作成的發明，其主要的技術課題為提供一種晶圓的加工方法，其為在將使複數個元件藉由分割預定線而被區劃並形成在正面上的晶圓，且於正面上配設有包含玻璃罩的蓋板之該晶圓分割成一個個元件晶片的晶圓的加工方法中，不會有生產效率降低的情形，又不會有已分割成一個個的元件晶片的品質降低的情形。

為了解決上述主要的技術課題，根據本發明所提供的晶圓的加工方法，為將複數個元件藉由交叉的複數條分割預定線來區劃並形成於正面之晶圓的加工方法，其具備有：蓋板配設步驟，將蓋板配設在該晶圓的正面以形成複合晶圓；熔接步驟，在實施該蓋板配設步驟之後，將對於該晶圓或該蓋板具有穿透性之波長的雷射光線之聚光點，定位在包夾要在分割預定線上施行切斷加工的切斷線之兩側區域且在將該晶圓與該蓋板接合之界面上，並照射雷射光線，以沿著該分割預定線形成2條熔接該晶圓及該蓋板的熔接線；及分割步驟，在實施該熔接步驟之後，藉由於沿著該分割預定線所形成之該2條熔接線的中央形成該切斷線，以將該複合晶圓切斷並分割成一個個的被該蓋板覆蓋之元件晶片。

較理想的是，該分割步驟是將旋轉的切削刀定位在該2條熔接線的中間來實施。又，是將雷射光線的聚光點定位在該2條熔接線的中間來照射。

較理想的是，在實施該熔接步驟之後且實施該分割步驟之前，透過黏著膠帶將晶圓支撐在具有可收容的大小的開口部之框架上。

依據本發明的晶圓的加工方法，除了生產性良好外，還可以在不使用接著劑的情形下將一個個的元件晶片與蓋板形成一體化，達到不會使元件晶片之品質降低的作用效果。

10:晶圓

10a:正面

10b:背面

12:元件

14:分割預定線

20:蓋板

30:主軸單元

32:主軸殼體

34:旋轉主軸

36:切削刀

38:切斷線

40:雷射加工裝置

42:基台

42a、56a:引導軌道

44:保持設備

46:移動設備

48:聚光器

50:攝像設備

52:顯示設備

56:X方向可動板

58:Y方向可動板

60:支柱

62:罩板

62a:長孔

64:工作夾台

66:吸附夾頭

68:夾具

70:X方向移動設備

72:Y方向移動設備

74、78:滾珠螺桿

76、80:馬達

82:框體

100:熔接線

F:框架

W:複合晶圓

T:黏著膠帶

X、Y:箭頭(方向)

圖1是用於說明蓋板配設步驟的說明圖。

圖2是用於實施熔接步驟的雷射加工裝置的整體立體圖。

圖3(a)~(c)是用於說明藉由圖2所示之雷射加工裝置而實施的熔接步驟的說明圖。

圖4(a)~(c)是用於說明藉由圖2所示之雷射加工裝置而實施的熔接步驟之其他實施例的說明圖。

圖5(a)~(c)是用於說明本發明中所實施的分割步驟的說明圖。

用以實施發明之形態

以下，針對本發明的晶圓的加工方法的較佳實施形態，參照附加圖式以更加詳細地說明。

圖1所示為顯示在藉由本發明之晶圓的加工方法所加工之晶圓10的正面10a側，配設蓋板20的蓋板配設步驟之整體立體圖。

晶圓10是例如由矽所形成且為200μm左右的厚度所構成，在其正面10a側上將例如寬度為50μm左右的複數條分割預定線14形成為格子狀，且在以形成為該格子狀的複數條分割預定線14所區劃出的複數個區域中形成有影像感測器(CCD、CMOS等)的元件12。本實施形態中的晶圓10會在實施後述之蓋板配設步驟之前，預先被定位到環狀的框架F的該開口部上，並將其背面10b側貼附在黏著膠帶T上，並且藉由將黏著膠帶T的外周部裝設於環狀的框架F而形成一體化。蓋板20是形成為例如與晶圓10大致相同形狀的圓板狀，並且具有相同的厚度，並採用無色透明的玻璃。再者，形成於晶圓10上的元件12並非影像感測器的情形下，不一定要選擇無色透明之構件來作為蓋板20，也可以適當地選擇不妨礙元件12之使用的材質的板體。

如圖1所示，於透過黏著膠帶T而被保持在環狀的框架F上之晶圓10的正面10a側載置蓋板20，從上方施加壓力來壓接，以使兩構件一體化而形成複合晶圓W。再者，該一體化的狀態，只要在之後實施的熔接步驟中被熔接時以前被保持住即可，雖然不需要使用特別的接著劑等的接合手段，但並沒有排除例如，藉由在未形成有元件的外周部分的數個地方稍微滴下接著劑，並進行壓接以暫且形成一體化之作法。此時，即使壓接晶圓10及蓋板20，已滴下之接著劑應為不致擴散至晶圓10的正面10a上之形成有元件的區域之程度的量。藉由以上，蓋板配設步驟即完成。

在實施蓋板配設步驟之後，接著實施熔接步驟。於圖2中所示為用於實施本發明之熔接步驟的雷射加工裝置40的整體立體圖。圖中所示的雷射加工裝置40具備有基台42、保持晶圓的保持設備44、使保持設備44移動的移動設備46、對保持在保持設備44上的晶圓照射雷射光線的雷射光線照射設備48、攝像設備50、顯示設備52，此外還具備藉由圖未示之電腦所構成的控制設備，並構成為藉由該控制設備來控制各設備。

保持設備44包含：在X方向上移動自如地搭載在基台42上的矩形之X方向可動板56、在Y方向上移動自如地搭載在X方向可動板56上的矩形之Y方向可動板58、固定在Y方向可動板58之上表面的圓筒狀之支柱60、和固定在支柱60的上端的矩形的罩板62。罩板62上形成有在Y方向上延伸的長孔62a。於通過長孔62a且朝上方延伸的圓形的工作夾台64的上表面配置有由多孔質材料所形成且實質上水平地延伸的圓形之吸附夾頭66。吸附夾頭66是藉由通過支柱60的流路來與圖未示之吸引設備連接。於工作夾台64的周緣在周方向上隔著間隔而配置有複數個夾具68。再者，X方向為圖2中箭頭X所示之方向，Y方向為圖2中箭頭Y所示之方向且為與X方向正交的方向。以X方向、Y方向所規定出之平面實質上是水平的。

移動設備46包含X方向移動設備70、Y方向移動設備72、和圖未示之旋轉設備。X方向移動設備70具有在基台42上並在X方向上延伸的滾珠螺桿74、和連結於滾珠螺桿74的單側端部的馬達76。滾珠螺桿74之圖未示的螺帽部是固定在X方向可動板56的下表面。並且，X方向移動設備70會藉由滾珠螺桿74將馬達76的旋轉運動轉換為直線運動並傳達至X方向可動板56，使X方向可動板56沿著基台42上的引導軌道42a在X方向上進退。Y方向移動設備72具有在X方向可動板56上並在Y方向上延伸的滾珠螺桿78、和連結於滾珠螺桿78的單側端部的馬達80。滾珠螺桿78之圖未示的螺帽部是固定在Y方向可動板58的下表面。並且，Y方向移動設備72會藉由滾珠螺桿78將馬達80的旋轉運動轉換為直線運動並傳達至Y方向可動板58，使Y方向可動板58沿著X方向可動板56上的引導軌道56a在Y方向上進退。旋轉設備是內置於支柱60且使吸附夾頭66相對於支柱60旋轉。

雷射光線照射設備包含圖未示之脈衝雷射光線振盪設備與聚光器48，該脈衝雷射光線振盪設備是內置於從基台42的上表面朝上方延伸，且接著實質上水平地延伸的框體82內，該聚光器48是配置在框體82之前端下表面。攝像設備50是與聚光器48在X方向上隔著間隔而附設在框體82的前端下表面。聚光器48及攝像設備50是位在引導軌道42a的上方，並且藉由使工作夾台64沿著引導軌道42a移動，而變得可對已載置於工作夾台64上的被加工物進行加工、拍攝。於框體82的前端上表面搭載有可透過控制設備將藉由攝像設備50所拍攝的圖像可顯示地輸出的顯示設備52。

針對使用以上概略說明之雷射加工裝置40而實施的熔接步驟進行說明。首先，為了使用雷射加工裝置40來實施熔接步驟，是將透過黏著膠帶T被保持在框架F上的複合晶圓W之黏著膠帶T側，載置在工作夾台64的吸附夾頭66上。然後，藉由使圖未示之吸引設備作動，以吸引保持複合晶圓W，並且藉由夾具68來固定框架F。因此，被保持在吸附夾頭66上的複合晶圓W會使蓋板20側成為上表面側(晶圓保持步驟)。

在實施上述之晶圓保持步驟之後，藉由X方向移動設備70將已吸引保持複合晶圓W的工作夾台64定位至攝像設備50的正下方。當將工作夾台64定位到攝像設備50的正下方時，即可實施藉由攝像設備50及圖未示之控制設備檢測複合晶圓W之用來雷射加工的加工區域之校準步驟。具體來說，攝像設備50及圖未示之控制設備會實行用於進行於構成複合晶圓W之晶圓10的正面10a側形成為格子狀的分割預定線14、與沿著分割預定線14照射雷射光線的雷射光線照射設備之聚光器48的對位的型樣匹配(pattern matching)等的圖像處理，而完成雷射光線照射位置的校準。

在實施上述之校準步驟之後，將工作夾台64移動至照射雷射光線的聚光器48所在之雷射光線照射區域，並且將於構成複合晶圓W之晶圓10上所形成的分割預定線14之一端定位成位於聚光器48的正下方。此時，是定位成使離分割預定線14的寬度方向中央例如20μm的形成有元件12之側的位置位於聚光器48的正下方。然後，將從聚光器48所照射出的脈衝雷射光線的聚光光斑定位在構成複合晶圓W的晶圓10和蓋板20相接的界面上。接著，從雷射光線照射設備的聚光器48照射對於構成複合晶圓W之蓋板20具有穿透性之波長的脈衝雷射光線，並且使工作夾台64於圖3(a)中朝箭頭X所示之方向以預定之加工進給速度移動。然後，當分割預定線14的另一端到達聚光器 48的正下方位置後，即停止脈衝雷射光線的照射並且停止工作夾台64的移動。

接著，使工作夾台64在Y方向上移動例如40μm。其結果為，成為將包夾分割預定線14而形成在另一側的另一元件12側，且為離分割預定線14的寬度方向中央20μm的位置定位在聚光器48的正下方。然後，在與上述之雷射光線的照射同樣的條件下，藉由將工作夾台64朝與X方向相反方向加工進給，以從分割預定線14的另一端至一端側來照射雷射光線。藉由對全部之分割預定線14皆實行像這樣的加工，以如作為複合晶圓W的平面視之主要部位放大圖而顯示之圖3(b)、及作為複合晶圓W的主要部位剖面圖而顯示之圖3(c)所示，使構成複合晶圓W的晶圓10和蓋板20的接合區域相互地熔融固化，並在將於分割成後述之一個個的元件晶件的分割步驟之時形成之切斷線包夾的兩側區域上形成2條熔接線100，且晶圓10與蓋板20會藉由2條熔接線100而強固地結合。藉由以上，由雷射光線之照射所進行的熔接步驟即完成。

再者，在上述之本實施形態中，雖然是作成：將晶圓10透過黏著膠帶T來使其保持在環狀之框架F上，之後對晶圓10的正面10a側配設蓋板，以在使兩構件一體化之後使其保持在雷射加工裝置40的工作夾台64上，並從蓋板20側照射雷射光線，而實施熔接步驟，但是也可以如以下所述來實施。

如圖4(a)所示，透過黏著膠帶T使晶圓10保持在環狀之框架F上之前，使蓋板20壓接在晶圓10之正面10a側並形成一體化而得到複合晶圓W。然後，如圖4(b)所示，將蓋板20設在下側，亦即將晶圓10的背面10b側設成朝上方，並載置在上述之雷射加工裝置40的工作夾台64的吸附夾頭66上而使其吸引保持。然後，依照與上述之實施形態同樣的順序來實施熔接步驟，使構成複合晶圓W的晶圓10與蓋板20的界面沿著分割預定線14相互地熔融固化，而於將分割成後述之一個個的元件晶件之分割步驟之時會形成之切斷線包夾的兩側區域中形成2條熔接線100，使其藉由2條熔接線100而強固地結合。然後，對於全部的分割預定線14皆形成2條熔接線100之後，如圖4(c)所示，將複合晶圓W定位在環狀的框架F的開口部上，且將其背面10b側貼附到黏著膠帶T上，並且藉由使黏著膠帶T的外周部裝設到環狀的框架F而形成一體化。藉此，與上述之實施形態中的熔接步驟已完成的狀態成為相同的狀態。

上述熔接步驟中的雷射加工是用例如以下之加工條件來實施。

波長：532~1550nm

(雷射光線從由玻璃製成之蓋板20側入射的情形)

或1064~3000nm

(雷射光線從由矽製成之晶圓10側入射的情形)

重複頻率：50kHz

平均輸出：1W

能量/1脈衝：20μJ

光斑直徑：φ 20μm

加工進給速度：100mm/秒

重疊率：90%

再者，於上述之加工條件中，雷射光線之輸出並非是完全地破壞熔接之晶圓與蓋板接合之界面的輸出，而是設定在藉由將兩構件熔融再固化來將兩構件熔接接合之程度的比較低的輸出。又，雷射光線的波長是可適當地設定成成為可穿透配置在入射側的晶圓、或蓋板之材料的波長，而非限定於上述加工條件之波長。

實施上述之熔接步驟之後，可實施圖5所示之分割步驟。於圖5中所示為實行分割步驟之狀態，該分割步驟是形成用於複合晶圓W之從蓋板20側沿著形成在晶圓10上之分割預定線14，來分割成一個個元件14的切斷線之步驟。

如圖5(a)所示，分割步驟是藉由具備有主軸單元30的切削裝置(省略裝置整體的圖示)而實行。該主軸單元30具備有固定在旋轉主軸34的前端部之保持切削刀36的主軸殼體32。構成以預定之厚度(例如400μm)所形成之加工前的該複合晶圓W的晶圓10，如上所述，是藉由分割預定線14而區劃成複數個區域，並且在該區劃出的各區域中形成有元件12。讓使其與主軸34一起高速旋轉的切削刀36，相對於已將黏著膠帶T側吸引保持在切削裝置的保持台(圖示省略)上的複合晶圓W下降並切入，並且使該保持台和切削刀36在加工進給方向上相對移動，藉此，如作為圖5(a)的切斷部的剖面圖而顯示之圖5(b)所示，在上述之熔接步驟中所形成的2條熔接線100之間，形成切斷該複合晶圓W，並到達供晶圓10的背面10b貼附的黏著膠帶T的深度且具有預定之溝寬(例如30μm)的切斷線38。再者，圖5(b)是為了方便說明而強調並記載切斷線38之圖，並不是依照實際尺寸之構成。

該切削裝置是可依照程式控制地被構成，該程式為已預先儲存有針對沿著切削刀36的切削方向之箭頭X所示之加工進給方向、與複合晶圓W平行並與該加工進給方向正交的分度進給方向、使切削刀36朝向複合晶圓W上下移動的開始切方向的任一個方向的程式，且如於圖5(c)作為複合晶圓W的平面視之局部放大圖而顯示地，於複合晶圓W的全部的分割預定線14上皆形成與上述同樣的切斷線38，當該分割步驟結束時，複合晶圓W會分割成一個個以蓋板20覆蓋之元件12，而完成分割步驟。

再者，在上述之分割步驟的實施形態中，雖然表示的是藉由使用了旋轉的切削刀之切削裝置來形成切斷線而將複合晶圓W分割成一個個的元件12的例子，但是本發明並不受限於此，也可以藉由其他的分割設備來實行分割步驟。可以做成例如，在實施上述熔接步驟之後，在雷射加工裝置中，將每1脈衝的能量設定為60μJ並將聚光點定位在沿著分割預定線14形成之2條熔接線的寬度方向中央位置來照射雷射光線以形成切斷線，而實施分割步驟。在此情形下，該切斷線並不一定要形成為：構成從蓋板20側到達供晶圓10的背面10b側貼附的黏著膠帶T的溝形狀，也可以做成例如藉由將可穿透蓋板20及晶圓10之波長的雷射光線之聚光點定位在內部來形成改質層並且附加外力，以將複合晶圓W分割成一個個的元件。

藉由將本發明構成為如以上所述，就可在不使用接著劑的情形下，形成以蓋板覆蓋之元件，且不會有接著劑從被分割成一個個的元件晶片之側面擠出而導致元件晶片的品質降低的情形。又，藉由沿著分割預定線以2條熔接部將一個個元件晶片的外周相對於蓋板熔接，而將兩構件強固地接合，也可解決在使用切削裝置實施分割步驟時，在蓋板與晶圓之間引發剝離的問題。