專(zhuān)利名稱(chēng):半導(dǎo)體晶片的激光加工方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及沿著半導(dǎo)體晶片的分割預(yù)定線(xiàn)照射激光束而在半導(dǎo)體晶片上形成激 光加工槽的半導(dǎo)體晶片的加工方法。
背景技術(shù):
在半導(dǎo)體器件制造工藝中,使用呈格子狀形成在大致圓板形狀的硅晶片、砷化鎵 晶片等半導(dǎo)體晶片的表面上的、被稱(chēng)為間隔道(street)的分割預(yù)定線(xiàn),劃分出多個(gè)區(qū)域, 在劃分出的各區(qū)域內(nèi)形成IC、LSI等的器件。然后,通過(guò)切削裝置或激光加工裝置將半導(dǎo)體 晶片分割成各個(gè)器件,分割后的器件被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話(huà)、個(gè)人計(jì)算機(jī)等各種電氣設(shè)備。作為切削裝置,一般使用被稱(chēng)為劃片(dicing)裝置的切削裝置,在該切削裝置 中,在使切削刀片以大約30000rpm進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí),使切削刀片切入半導(dǎo)體晶片,由 此來(lái)進(jìn)行切削,其中,上述切削刀片是利用金屬、樹(shù)脂將金剛石或CBN等的超磨粒固結(jié)在一 起而形成的,其厚度為30 300 μ m左右。另一方面,激光加工裝置至少具有卡盤(pán)工作臺(tái),其保持半導(dǎo)體晶片;激光束照射 單元,其向由該卡盤(pán)工作臺(tái)保持的半導(dǎo)體晶片照射脈沖激光束;以及加工進(jìn)給單元,其使該 卡盤(pán)工作臺(tái)與該激光束照射單元相對(duì)地進(jìn)行加工進(jìn)給,該激光加工裝置沿著形成在半導(dǎo)體 晶片表面上的分割預(yù)定線(xiàn),照射對(duì)于半導(dǎo)體晶片具有吸收性的波長(zhǎng)的脈沖激光束而形成激 光加工槽,然后施加外力,沿著激光加工槽來(lái)切斷半導(dǎo)體晶片,從而分割成各個(gè)器件(例如 參照日本特開(kāi)2007-19252號(hào)公報(bào))。專(zhuān)利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2007-19252號(hào)公報(bào)然而,利用具有切削刀片的劃片裝置切削半導(dǎo)體晶片而形成的器件的抗彎強(qiáng)度為 SOOMPa,與之相對(duì),使用現(xiàn)有的激光加工方法形成的器件的抗彎強(qiáng)度為400MPa這樣的低水 平,存在導(dǎo)致電氣設(shè)備質(zhì)量下降的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述情況而完成的,其目的在于提供一種能夠制造抗彎強(qiáng)度高的 器件的半導(dǎo)體晶片的激光加工方法。根據(jù)本發(fā)明,提供一種半導(dǎo)體晶片的激光加工方法,其特征在于,該半導(dǎo)體晶片的 激光加工方法具有如下的加工槽形成工序沿著半導(dǎo)體晶片的分割預(yù)定線(xiàn),照射對(duì)于半導(dǎo) 體晶片具有吸收性的波長(zhǎng)的脈沖激光束而在半導(dǎo)體晶片上形成激光加工槽,在該加工槽形 成工序中,照射的脈沖激光束的脈寬為2ns以下,峰值能量密度為5GW/cm2 200GW/cm2。優(yōu)選的是,在加工槽形成工序中,以聚光在半導(dǎo)體晶片上的光點(diǎn)的直徑的16/20 以上的重合量,對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行加工進(jìn)給來(lái)形成加工槽。優(yōu)選的是,激光束的光點(diǎn)直徑處 于Φ5μπι Φ 15 μ m的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明,將對(duì)于半導(dǎo)體晶片具有吸收性的波長(zhǎng)的脈沖激光束的脈寬設(shè)定為 2ns以下,并且,將脈沖激光束的每1個(gè)脈沖的峰值能量密度設(shè)定為5GW/cm2 200GW/cm2,從而在半導(dǎo)體晶片上形成激光加工槽,因此,能夠使分割后的器件的抗彎強(qiáng)度達(dá)到SOOMPa 以上。
圖1是適合于實(shí)施本發(fā)明的激光加工裝置的外觀立體圖。圖2是通過(guò)膠帶而由環(huán)狀框架支撐的半導(dǎo)體晶片的立體圖。圖3是激光束照射單元的框圖。圖4是激光加工槽形成工序的立體圖。圖5(A)是激光加工槽形成工序的說(shuō)明圖,圖5(B)是示出激光加工槽的半導(dǎo)體晶 片的剖面圖。圖6是說(shuō)明光束點(diǎn)的重合量的圖。圖7是分割裝置的立體圖。圖8是半導(dǎo)體晶片分割工序的說(shuō)明圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明W 半導(dǎo)體晶片;T 膠帶(劃片帶dicing tape) ;F 環(huán)狀框架;D 器件;2 激光 加工裝置;28 卡盤(pán)工作臺(tái);34 激光束照射單元;36 聚光器;74 激光加工槽;80 分割裝 置;82 框架保持單元;84 帶擴(kuò)展單元;86 框架保持部件;90 擴(kuò)展鼓(drum) ;96 氣缸。
具體實(shí)施例方式下面,參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1示出了適合于實(shí)施本發(fā)明的 半導(dǎo)體晶片的加工方法的激光加工裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。激光加工裝置2包括以可在X軸方向上移動(dòng)的方式搭載在靜止基座4上的第1滑 塊6。第1滑塊6可通過(guò)由滾珠絲杠8和脈沖電機(jī)10構(gòu)成的加工進(jìn)給單元12,沿著一對(duì)導(dǎo) 軌14在加工進(jìn)給方向、即X軸方向上移動(dòng)。在第1滑塊6上,以可在Y軸方向上移動(dòng)的方式搭載有第2滑塊16。即,第2滑塊 16可通過(guò)由滾珠絲杠18和脈沖電機(jī)20構(gòu)成的分度進(jìn)給單元22,沿著一對(duì)導(dǎo)軌24在分度 方向、即Y軸方向上移動(dòng)。在第2滑塊16上,通過(guò)圓筒支撐部件26搭載有卡盤(pán)工作臺(tái)28,卡盤(pán)工作臺(tái)28可 通過(guò)加工進(jìn)給單元12和分度進(jìn)給單元22在X軸方向和Y軸方向上移動(dòng)。在卡盤(pán)工作臺(tái)28 上設(shè)有夾具30,該夾具30夾持由卡盤(pán)工作臺(tái)28吸引保持的半導(dǎo)體晶片。在靜止基座4上直立地設(shè)有柱32,在該柱32上安裝有收容激光束照射單元34的 殼體35。如圖3所示,激光束照射單元34包含振蕩產(chǎn)生YAG激光或YV04激光的激光振 蕩器62、重復(fù)頻率設(shè)定單元64、脈寬調(diào)節(jié)單元66、以及功率調(diào)節(jié)單元68。由激光束照射單元34的功率調(diào)節(jié)單元68調(diào)節(jié)為預(yù)定功率的脈沖激光束被安裝在 殼體35的前端的聚光器36的反射鏡70反射,然后經(jīng)聚光用物鏡72進(jìn)行會(huì)聚,從而照射到 保持在卡盤(pán)工作臺(tái)28上的半導(dǎo)體晶片W上。在殼體35的前端部,在X軸方向上與聚光器36并排地設(shè)置有攝像單元38,該攝像 單元38檢測(cè)要進(jìn)行激光加工的加工區(qū)域。攝像單元38包含利用可見(jiàn)光來(lái)拍攝半導(dǎo)體晶片 的加工區(qū)域的通常的CXD等攝像元件。
攝像單元38還包含紅外線(xiàn)照射單元,其向半導(dǎo)體晶片照射紅外線(xiàn);光學(xué)系統(tǒng),其 能夠捕捉由紅外線(xiàn)照射單元照射的紅外線(xiàn);以及紅外線(xiàn)攝像單元,其由紅外線(xiàn)CCD等紅外 線(xiàn)攝像元件構(gòu)成,輸出與該光學(xué)系統(tǒng)捕捉到的紅外線(xiàn)對(duì)應(yīng)的電信號(hào),該攝像單元38拍攝的 圖像信號(hào)被發(fā)送到控制器(控制單元)40??刂破?0由計(jì)算機(jī)構(gòu)成,并具有中央處理裝置(CPU) 42,其根據(jù)控制程序進(jìn)行運(yùn) 算處理;只讀存儲(chǔ)器(ROM)44,其存儲(chǔ)控制程序等;可讀寫(xiě)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)46,其存 儲(chǔ)運(yùn)算結(jié)果等;計(jì)數(shù)器48 ;輸入接口 50 ;以及輸出接口 52。標(biāo)號(hào)56表示加工進(jìn)給量檢測(cè)單元,其由沿著導(dǎo)軌14設(shè)置的線(xiàn)性標(biāo)度尺54和設(shè)置 在第1滑塊6上的未圖示的讀取頭構(gòu)成,加工進(jìn)給量檢測(cè)單元56的檢測(cè)信號(hào)被輸入到控制 器40的輸入接口 50。標(biāo)號(hào)60表示分度進(jìn)給量檢測(cè)單元,其由沿著導(dǎo)軌24設(shè)置的線(xiàn)性標(biāo)度尺58和設(shè)置 在第2滑塊16上的未圖示的讀取頭構(gòu)成,分度進(jìn)給量檢測(cè)單元60的檢測(cè)信號(hào)被輸入到控 制器40的輸入接口 50。由攝像單元38拍攝的圖像信號(hào)也被輸入到控制器40的輸入接口 50。另一方面, 從控制器40的輸出接口 52向脈沖電機(jī)10、脈沖電機(jī)20、激光束照射單元34等輸出控制信號(hào)。如圖2所示,在作為激光加工裝置2的加工對(duì)象的半導(dǎo)體晶片W的表面上,垂直地 形成有第1間隔道Sl和第2間隔道S2,在由第1間隔道Sl和第2間隔道S2劃分出的區(qū)域 內(nèi)形成有多個(gè)器件D。晶片W被貼附在作為膠帶的劃片帶T上,劃片帶T的外周部被貼附在環(huán)狀框架F 上。由此,晶片W處于通過(guò)劃片帶T而由環(huán)狀框架F支撐的狀態(tài),利用圖1所示的夾具30 來(lái)夾持環(huán)狀框架F,由此將其支撐固定在卡盤(pán)工作臺(tái)28上。下面參照?qǐng)D4至圖8,詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式的半導(dǎo)體晶片的激光加工方法。在 本發(fā)明的半導(dǎo)體晶片的激光加工方法中,如圖4和圖5(A)所示,對(duì)于半導(dǎo)體晶片W具有吸 收性的波長(zhǎng)的脈沖激光束37由聚光器36進(jìn)行會(huì)聚而照射到半導(dǎo)體晶片W的表面上,同時(shí), 使卡盤(pán)工作臺(tái)28在圖5(A)中從一端(圖5(A)中為左端)朝箭頭Xl所示的方向以預(yù)定的 加工進(jìn)給速度進(jìn)行移動(dòng)。然后,當(dāng)間隔道Sl的另一端(圖5(A)中為右端)到達(dá)聚光器36的照射位置時(shí), 停止脈沖激光束的照射并停止卡盤(pán)工作臺(tái)28的移動(dòng)。其結(jié)果,如圖5(B)所示,在半導(dǎo)體晶 片W上,沿著間隔道Sl形成了激光加工槽74。當(dāng)沿著全部第1間隔道Sl形成了激光加工槽74時(shí),使卡盤(pán)工作臺(tái)28旋轉(zhuǎn)90度。 然后,沿著與第1間隔道Sl垂直的全部第2間隔道S2形成相同的激光加工槽74。其結(jié)果, 在半導(dǎo)體晶片W上,沿著全部間隔道Si、S2形成了激光加工槽74。在本發(fā)明的激光加工方法中,優(yōu)選的是,通過(guò)將從聚光器36輸出的脈沖激光束的 重復(fù)頻率、脈寬、光點(diǎn)直徑Dl以及加工進(jìn)給速度設(shè)定為最佳,從而如圖6所示,將鄰接的脈 沖激光束的光點(diǎn)在加工進(jìn)給方向上的重合量(overlap量)OL調(diào)節(jié)到以下范圍內(nèi)。S卩,設(shè)光 點(diǎn)直徑為Dl,則將重合量調(diào)節(jié)為16D1/20彡OL彡19D1/20。當(dāng)這樣地沿著全部間隔道Si、S2形成了激光加工槽74時(shí),接著實(shí)施晶片分割工 序,即,使用圖7所示的分割裝置80,沿著激光加工槽74將半導(dǎo)體晶片W分割成各個(gè)芯片。
圖7所示的分割裝置80具有框架保持單元82,其保持環(huán)狀框架F ;以及帶擴(kuò)展單 元84,其對(duì)安裝在由框架保持單元82保持的環(huán)狀框架F上的膠帶T進(jìn)行擴(kuò)展??蚣鼙3謫卧?2由環(huán)狀的框架保持部件86、以及設(shè)置在框架保持部件86的外周 的作為固定單元的多個(gè)夾具88構(gòu)成??蚣鼙3植考?6的上表面形成載置環(huán)狀框架F的載 置面86a,在該載置面86a上載置環(huán)狀框架F。然后,利用夾具88將載置在載置面86a上的環(huán)狀框架F固定在框架保持部件86 上。這樣構(gòu)成的框架保持單元82以可在上下方向上移動(dòng)的方式由帶擴(kuò)展單元84支撐。帶擴(kuò)展單元84具有配置在環(huán)狀的框架保持部件86的內(nèi)側(cè)的擴(kuò)展鼓90。該擴(kuò)展鼓 90的內(nèi)徑比環(huán)狀框架F的內(nèi)徑小,且比貼附在安裝于該環(huán)狀框架F上的膠帶T上的半導(dǎo)體 晶片W的外徑大。擴(kuò)展鼓90具有在其下端一體形成的支撐法蘭92。帶擴(kuò)展單元84還具有使環(huán)狀的 框架保持部件86在上下方向上移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元94。該驅(qū)動(dòng)單元94由設(shè)置在支撐法蘭92 上的多個(gè)氣缸96構(gòu)成,其活塞桿98與框架保持部件86的下表面連接。由多個(gè)氣缸96構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)單元94使環(huán)狀的框架保持部件86在基準(zhǔn)位置與擴(kuò)展 位置之間沿上下方向移動(dòng),所述基準(zhǔn)位置是框架保持部件86的載置面86a與擴(kuò)展鼓90的 上端處于大致相同高度的位置,所述擴(kuò)展位置相比于擴(kuò)展鼓90的上端,位于其下方規(guī)定量 的位置。參照?qǐng)D8㈧和圖8(B)來(lái)說(shuō)明使用以上結(jié)構(gòu)的分割裝置80來(lái)實(shí)施的半導(dǎo)體晶片 分割工序。如圖8(A)所示,將通過(guò)膠帶T來(lái)支撐半導(dǎo)體晶片W的環(huán)狀框架F載置在框架保 持部件86的載置面86a上,利用夾具88對(duì)框架保持部件86進(jìn)行固定。此時(shí),框架保持部 件86定位在其載置面86a與擴(kuò)展鼓90的上端處于大致相同高度的基準(zhǔn)位置處。然后,驅(qū)動(dòng)氣缸96,使框架保持部件86下降到圖8(B)所示的擴(kuò)展位置。由此,固 定在框架保持部件86的載置面86a上的環(huán)狀框架F也下降,因此,安裝在環(huán)狀框架F上的 膠帶T與擴(kuò)展鼓90的上端緣抵接,并主要在半徑方向受到擴(kuò)展。其結(jié)果,以放射狀,對(duì)貼附在膠帶T上的半導(dǎo)體晶片W作用了拉伸力。像這樣以放 射狀對(duì)半導(dǎo)體晶片W作用了拉伸力時(shí),半導(dǎo)體晶片W沿著激光加工槽74被分?jǐn)?,分割成?個(gè)半導(dǎo)體芯片(器件)D。在本發(fā)明的半導(dǎo)體晶片的激光加工方法中,目的在于提高通過(guò)分割半導(dǎo)體晶片W 而得到的器件的抗彎強(qiáng)度,為了調(diào)查使器件的抗彎強(qiáng)度達(dá)到SOOMPa以上的加工條件,進(jìn)行 了以下實(shí)驗(yàn)。針對(duì)波長(zhǎng)為1064nm、532nm、355nm的各激光束,使脈寬變化為30ns、10ns、5ns、 3nS、2nS、Ins、100ps、50ps、10ps,并在各個(gè)脈寬下改變輸出,從而在實(shí)驗(yàn)中求出能夠?qū)嵤┢?望的激光加工的、每1個(gè)脈沖的能量,將該能量除以脈寬,并除以光點(diǎn)的面積來(lái)計(jì)算峰值能 量密度,調(diào)查脈寬、峰值能量密度以及抗彎強(qiáng)度之間的關(guān)系。這里,存在這樣的關(guān)系峰值能量密度(W/cm2)=平均輸出(W)/(重復(fù)頻率(Hz) X 光點(diǎn)面積(cm2)X脈寬(s))。其結(jié)果,對(duì)于波長(zhǎng)為1064nm、532nm、355nm的各激光束,得到 了幾乎相同的以下結(jié)果。(實(shí)驗(yàn)1)按照重復(fù)頻率10kHz、平均輸出0.1W、脈寬2ns、光點(diǎn)直徑Φ 10 μ m、 進(jìn)給速度10mm/s、峰值能量密度6. 35Gff/cm2的條件,在半導(dǎo)體晶片上形成激光加工槽,之后分割成各個(gè)器件,測(cè)定器件的抗彎強(qiáng)度,結(jié)果是800MPa。(實(shí)驗(yàn)2)按照重復(fù)頻率IOOkHz,平均輸出0.1W、脈寬10ps、光點(diǎn)直徑 Φ 10 μ m、進(jìn)給速度100mm/s、峰值能量密度63. 66Gff/cm2的條件,在半導(dǎo)體晶片上形成激 光加工槽,之后分割成各個(gè)器件,測(cè)定器件的抗彎強(qiáng)度,結(jié)果是ISOOMPa。(實(shí)驗(yàn)3)按照重復(fù)頻率100kHz,平均輸出0.3W、脈寬10ps、光點(diǎn)直徑 Φ 10 μ m、進(jìn)給速度100mm/s、峰值能量密度190. 9Gff/cm2的條件,在半導(dǎo)體晶片上形成激 光加工槽,之后分割成各個(gè)器件,測(cè)定器件的抗彎強(qiáng)度,結(jié)果是lOOOMPa。(實(shí)驗(yàn)4)按照重復(fù)頻率100kHz,平均輸出0.4W、脈寬10ps、光點(diǎn)直徑 Φ 10 μ m、進(jìn)給速度100mm/s、峰值能量密度254. 6Gff/cm2的條件,在半導(dǎo)體晶片上形成激 光加工槽,之后分割成各個(gè)器件,測(cè)定器件的抗彎強(qiáng)度,結(jié)果是500MPa。(實(shí)驗(yàn)5)按照重復(fù)頻率10kHz、平均輸出:1.01、脈寬10118、光點(diǎn)直徑(351(^111、 進(jìn)給速度10mm/s、峰值能量密度12. 7Gff/cm2的條件,在半導(dǎo)體晶片上形成激光加工槽,之 后分割成各個(gè)器件,測(cè)定器件的抗彎強(qiáng)度,結(jié)果是400MPa。(實(shí)驗(yàn)6)按照重復(fù)頻率10kHz、平均輸出1.0W、脈寬5ns、光點(diǎn)直徑ΦΙΟμπκ 進(jìn)給速度10mm/s、峰值能量密度25. 4Gff/cm2的條件,在半導(dǎo)體晶片上形成激光加工槽,之 后分割成各個(gè)器件,測(cè)定器件的抗彎強(qiáng)度,結(jié)果是500MPa。(實(shí)驗(yàn)7)按照重復(fù)頻率10kHz、平均輸出0.1W、脈寬3ns、光點(diǎn)直徑Φ 10 μ m、 進(jìn)給速度10mm/s、峰值能量密度4. 2Gff/cm2的條件,在半導(dǎo)體晶片上形成激光加工槽,之 后分割成各個(gè)器件,測(cè)定器件的抗彎強(qiáng)度,結(jié)果是550MPa。(實(shí)驗(yàn)8)按照重復(fù)頻率10kHz、平均輸出0.2W、脈寬3ns、光點(diǎn)直徑ΦΙΟμπκ 進(jìn)給速度10mm/s、峰值能量密度8. 2Gff/cm2的條件,在半導(dǎo)體晶片上形成激光加工槽,之 后分割成各個(gè)器件,測(cè)定器件的抗彎強(qiáng)度,結(jié)果是500MPa。(實(shí)驗(yàn)9)按照重復(fù)頻率10kHz、平均輸出0.07W、脈寬2ns、光點(diǎn)直徑Φ 10 μ m、 進(jìn)給速度10mm/s、峰值能量密度4. 5Gff/cm2的條件,在半導(dǎo)體晶片上形成激光加工槽,之 后分割成各個(gè)器件,測(cè)定器件的抗彎強(qiáng)度,結(jié)果是550MPa。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出以下結(jié)論為了獲得抗彎強(qiáng)度為SOOMPa以上的器件, 照射的脈沖激光束的脈寬需要在2ns以下,而且,峰值能量密度需要在5GW/cm2 200GW/cm2 的范圍內(nèi)。并且,如參照?qǐng)D6所說(shuō)明的那樣,優(yōu)選的是,鄰接的光點(diǎn)S在加工進(jìn)給方向上的重 合率處于16/20 19/20的范圍內(nèi)。并且,優(yōu)選的是,半導(dǎo)體晶片W上的激光束的光點(diǎn)直徑 處于Φ5μπι Φ 15 μ m的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體晶片的激光加工方法,其特征在于,該半導(dǎo)體晶片的激光加工方法具有如下的加工槽形成工序沿著半導(dǎo)體晶片的分割預(yù)定線(xiàn),照射對(duì)于半導(dǎo)體晶片具有吸收性的波長(zhǎng)的脈沖激光束而在半導(dǎo)體晶片上形成激光加工槽,在該加工槽形成工序中,照射的脈沖激光束的脈寬為2ns以下,峰值能量密度為5GW/cm2~200GW/cm2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片的激光加工方法,其中,在所述加工槽形成工序中,以會(huì)聚在半導(dǎo)體晶片上的光點(diǎn)的直徑的16/20以上的重合 量,對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行加工進(jìn)給來(lái)形成該加工槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體晶片的激光加工方法,其中, 該光點(diǎn)的直徑處于Φ5μπι Φ 15 μ m的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體晶片的激光加工方法,其能制造抗彎強(qiáng)度高的器件。該半導(dǎo)體晶片的激光加工方法的特征在于,具有如下的加工槽形成工序沿著半導(dǎo)體晶片的分割預(yù)定線(xiàn),照射對(duì)于半導(dǎo)體晶片具有吸收性的波長(zhǎng)的脈沖激光束而在半導(dǎo)體晶片上形成激光加工槽,在該加工槽形成工序中,照射的脈沖激光束的脈寬為2ns以下,峰值能量密度為5GW/cm2~200GW/cm2。
文檔編號(hào)H01L21/78GK101890578SQ201010185018
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者松本浩一, 森數(shù)洋司, 武田昇 申請(qǐng)人:株式會(huì)社迪思科