專(zhuān)利名稱：器件加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)器件的外周照射脈沖激光束來(lái)實(shí)施倒角加工的器件加工方法。
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、被稱為間隔道(street)的分割預(yù)定線，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、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 ii 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，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提高抗彎強(qiáng)度的器 件加工方法。根據(jù)本發(fā)明，提供一種器件加工方法，該器件加工方法用于提高通過(guò)分割半導(dǎo)體 晶片而形成的器件的抗彎強(qiáng)度，該器件加工方法的特征在于，對(duì)器件的外周照射對(duì)于器件 具有吸收性的波長(zhǎng)的脈沖激光束來(lái)實(shí)施倒角加工，所述脈沖激光束的脈寬為2ns以下，且 峰值能量密度為5GW/cm2 200GW/cm2。優(yōu)選的是，以使會(huì)聚到器件外周的光點(diǎn)的直徑的16/20以上發(fā)生重合的方式，對(duì) 半導(dǎo)體晶片進(jìn)行加工進(jìn)給來(lái)實(shí)施倒角加工。優(yōu)選的是，激光束的光點(diǎn)直徑處于cj^iim 小15iim的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，將對(duì)于器件具有吸收性的波長(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，從而對(duì) 器件的外周實(shí)施倒角加工，因此，能夠使器件的抗彎強(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是激光加工工序的立體圖。圖5(A)是激光加工工序的說(shuō)明圖，圖5(B)是通過(guò)激光加工而分割成器件的半導(dǎo) 體晶片的剖面圖。圖6是劃片工序的說(shuō)明圖。圖7是倒角加工工序的說(shuō)明圖。圖8是說(shuō)明光束點(diǎn)的重合量的圖。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 分割槽。
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 器件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(XD等攝像元件。攝像單元38還包含紅外線照射單元，其向半導(dǎo)體晶片照射紅外線；光學(xué)系統(tǒng)，其 能夠捕捉由紅外線照射單元照射的紅外線；以及紅外線攝像單元，其由紅外線CCD等紅外 線攝像元件構(gòu)成，輸出與該光學(xué)系統(tǒng)捕捉到的紅外線對(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S1和第2間隔道S2，在由第1間隔道S1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和圖5，說(shuō)明使用圖1所示的激光加工裝置2來(lái)實(shí)施的半導(dǎo)體晶片的 激光加工方法。在該激光加工方法中，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)中從間隔道S1的一端(圖5(A)中為左端)朝箭頭XI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S1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)。如圖5(B)所示，在半導(dǎo)體晶片W上， 沿著間隔道S1形成了分割槽74。當(dāng)沿著全部第1間隔道S1形成了分割槽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S1垂直的全部第2間隔道S2形成相同的分割槽74。其結(jié)果，在半導(dǎo) 體晶片W上，沿著全部間隔道SI、S2形成了分割槽74，從而分割成各個(gè)器件D。另外，激光加工工序例如在以下加工條件下實(shí)施。光源YAG激光或YV04激光波長(zhǎng)355nm(產(chǎn)生上述光源的第3高次諧波)平均輸出7W重復(fù)頻率10kHz脈寬30ns加工進(jìn)給速度200mm/s在分割槽形成工序中，當(dāng)分割槽74到達(dá)半導(dǎo)體晶片W的背面時(shí)，脈沖激光束照射 到膠帶T上，不過(guò)，由于膠帶T由聚烯烴等的合成樹(shù)脂帶構(gòu)成，因此，脈沖激光束不會(huì)透射過(guò)
5膠帶T而使其熔斷。半導(dǎo)體晶片W的切削也可按照公知的方式，使用劃片裝置來(lái)實(shí)施。如圖6所示，在 劃片裝置的切削單元76的主軸外殼78中，以可旋轉(zhuǎn)的方式收容有主軸80，在主軸80的前 端部安裝有切削刀片82。在對(duì)所要切削的第1間隔道S1與切削刀片28進(jìn)行了對(duì)準(zhǔn)的狀態(tài)下，使卡盤(pán)工作 臺(tái)在X軸方向上移動(dòng)，并且，在使切削刀片82高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)使切削單元76進(jìn)行加工，由 此來(lái)切削所對(duì)準(zhǔn)的間隔道S1。在Y軸方向上，按照存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的間隔道間距步進(jìn)地使切削單元76進(jìn)行分度 進(jìn)給，同時(shí)進(jìn)行切削，由此來(lái)對(duì)同一方向上的全部間隔道S1進(jìn)行切削。并且，在使卡盤(pán)工作 臺(tái)旋轉(zhuǎn)90度之后，通過(guò)進(jìn)行與上述相同的切削，來(lái)對(duì)全部間隔道S2進(jìn)行切削，從而將半導(dǎo) 體晶片W分割成各個(gè)器件D。如上所述，利用具有切削刀片的劃片裝置切削半導(dǎo)體晶片W而形成的器件的抗彎 強(qiáng)度為800MPa。然而，使用參照?qǐng)D4和圖5說(shuō)明的激光加工方法而形成的器件的抗彎強(qiáng)度 為400MPa的低水平，存在導(dǎo)致電氣設(shè)備質(zhì)量下降的問(wèn)題。在本發(fā)明中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在規(guī)定的條件下向器件的外周照射脈沖激光束，實(shí)施倒角 加工，能夠提高器件的抗彎強(qiáng)度。這種器件抗彎強(qiáng)度的提高還能應(yīng)用于利用圖6所示的劃 片裝置分割的器件D。 在本發(fā)明的器件加工方法中，如圖7所示，沿著器件D的外周，即，沿著分割槽74 的邊緣照射對(duì)于半導(dǎo)體晶片W具有吸收性的波長(zhǎng)的脈沖激光束，對(duì)器件D實(shí)施倒角加工，由 此實(shí)現(xiàn)了器件抗彎強(qiáng)度的提高。在本發(fā)明的器件加工方法中，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D1以及加工進(jìn)給速度設(shè)定為最佳，從而如圖8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0L調(diào)節(jié)到以下范圍內(nèi)。設(shè)光點(diǎn)直徑為D1，則將 重合量調(diào)節(jié)為 16D1/20 ^ 0L ^ 19D1/20。在本發(fā)明的器件加工方法中，目的在于提高通過(guò)分割半導(dǎo)體晶片W而得到的器件 D的抗彎強(qiáng)度，為了調(diào)查使通過(guò)激光加工方法制造的器件D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(M0iim、 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SOOMPa。(實(shí)驗(yàn)2)按照重復(fù)頻率100kHz、平均輸出0.1W、脈寬10ps、光點(diǎn)直徑 小lOiim、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 小lOiim、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 小lOiim、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(351011111、 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1.01、脈寬5仙、光點(diǎn)直徑(^1011111、 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(M0iim、 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(M0iim、 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$10 i 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800MPa以上的器件， 需要在以下條件下實(shí)施倒角加工照射的脈沖激光束的脈寬在2ns以下，而且，峰值能量密 度在5GW/cm2 200GW/cm2的范圍內(nèi)。本發(fā)明的器件加工方法特別適于提高通過(guò)照射激光束而從半導(dǎo)體晶片W上分割 出的器件D的抗彎強(qiáng)度，不過(guò)，也可以使用本發(fā)明的方法，對(duì)通過(guò)劃片裝置從半導(dǎo)體晶片W 上分割出的器件D的外周實(shí)施倒角加工。在該情況下，可使倒角加工前的器件的抗彎強(qiáng)度 即800MPa得到進(jìn)一步提高。在本發(fā)明的器件加工方法中，如參照?qǐng)D8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 (j5l5iim的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種器件加工方法，該器件加工方法用于提高通過(guò)分割半導(dǎo)體晶片而形成的器件的抗彎強(qiáng)度，該器件加工方法的特征在于，對(duì)器件的外周照射對(duì)于器件具有吸收性的波長(zhǎng)的脈沖激光束來(lái)實(shí)施倒角加工，所述脈沖激光束的脈寬為2ns以下，且峰值能量密度為5GW/cm2～200GW/cm2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件加工方法，其中，以使會(huì)聚到器件外周的光點(diǎn)的直徑的16/20以上發(fā)生重合的方式，對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行 加工進(jìn)給來(lái)實(shí)施倒角加工。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件加工方法，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)明提供一種器件加工方法，其能夠提高器件的抗彎強(qiáng)度。該器件加工方法用于提高通過(guò)分割半導(dǎo)體晶片而形成的器件的抗彎強(qiáng)度，該器件加工方法的特征在于，對(duì)器件的外周照射對(duì)于器件具有吸收性的波長(zhǎng)的脈沖激光束來(lái)實(shí)施倒角加工，所述脈沖激光束的脈寬為2ns以下，且峰值能量密度為5GW/cm2～200GW/cm2。
文檔編號(hào)B23K26/36GK101890579SQ20101018504
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