晶片加工方法和晶片加工装置与流程

本发明涉及将晶片分割成各个芯片的晶片加工方法以及形成将晶片分割成各个芯片的分割起点的晶片加工装置。

背景技术：

由交叉的多条分割预定线划分而在正面上形成有ic、lsi、led等多个器件的晶片被激光加工装置分割成各个器件芯片，分割后的器件芯片用于移动电话、个人计算机等电子设备。

激光加工装置构成为包含：卡盘工作台，其对被加工物(晶片)进行保持；激光光线照射单元，其照射对于该卡盘工作台所保持的被加工物具有吸收性的波长的激光光线；x轴进给机构，其将该卡盘工作台和该激光光线照射单元沿x轴方向相对地进行加工进给；以及y轴进给机构，其将该卡盘工作台和该激光光线照射单元沿与x轴方向垂直的y轴方向相对地进行加工进给，将聚光点定位于晶片的分割预定线并进行照射来实施烧蚀加工，在分割预定线上形成分割槽而分割成各个器件芯片(例如参照专利文献1)。

另外，激光加工装置构成为包含：卡盘工作台，其对被加工物(晶片)进行保持；激光光线照射单元，其照射对于该卡盘工作台所保持的被加工物具有透过性的波长的激光光线；x轴进给机构，其将该卡盘工作台和该激光光线照射单元沿x轴方向相对地进行加工进给；以及y轴进给机构，其将该卡盘工作台和该激光光线照射单元沿与x轴方向垂直的y轴方向相对地进行加工进给，将激光光线的聚光点定位于晶片的分割预定线的内部并进行照射，在分割预定线的内部形成作为分割的起点的改质层，从而分割成各个器件芯片(例如参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开平10-305420号公报

专利文献2：日本特开2012-2604号公报

但是，为了将激光光线的聚光点定位于晶片的应分割的区域中的适当的深度，必须预先检测应分割的区域的上表面高度并进行存储，存在生产率较差的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于，提供能够在不检测应分割的区域的上表面高度的情况下高效地将晶片分割成各个芯片的晶片加工方法和晶片加工装置。

根据本发明的一个方面，提供一种晶片加工方法，将晶片分割成各个芯片，其中，该晶片加工方法具有如下的工序：保持工序，将晶片保持于卡盘工作台；热应力波生成工序，从该卡盘工作台所保持的该晶片的上表面向应分割的区域照射对于该晶片具有吸收性的波长的脉冲激光光线而生成热应力波，并使该热应力波在应分割的区域的内部传播；破碎层形成工序，按照在该热应力波生成工序中生成的热应力波以与该晶片的材质对应的音速在内部传播而到达应生成分割起点的深度位置的时间，从该晶片的上表面照射对于该晶片具有透过性的波长的脉冲激光光线，在由于该热应力波的拉伸应力而使带隙变窄的区域中产生该具有透过性的波长的脉冲激光光线的吸收，从而形成作为分割起点的破碎层；以及分割工序，以该破碎层为分割的起点而将该晶片分割成各个芯片。

根据本发明的另一方面，提供一种晶片加工装置，其形成将晶片分割成各个芯片的分割起点，其中，该晶片加工装置具有：卡盘工作台，其对晶片进行保持；热应力波生成单元，其从该卡盘工作台所保持的该晶片的上表面向应分割的区域照射对于该晶片具有吸收性的波长的脉冲激光光线而生成热应力波，并使该热应力波在应分割的区域的内部传播；以及破碎层形成单元，其按照由该热应力波生成单元生成的热应力波以与该晶片的材质对应的音速在应分割的区域的内部传播而到达应生成分割起点的深度位置的时间，从该晶片的上表面照射对于该晶片具有透过性的波长的脉冲激光光线，在由于该热应力波的拉伸应力而使带隙变窄的区域中产生该具有透过性的波长的脉冲激光光线的吸收，从而形成作为分割起点的破碎层。

根据本发明的晶片加工方法，不需要一一检测晶片的上表面的高度，能够通过传播时间来控制形成作为分割的起点的破碎层的位置，该传播时间根据与构成晶片的材质对应的音速来计算，从而提高生产率。

根据本发明的晶片加工装置，与晶片的加工方法同样地，不需要具有一一检测晶片的上表面的高度的结构，能够通过传播时间来控制形成作为分割的起点的破碎层的位置，该传播时间根据与构成晶片的材质对应的音速来计算，从而提高生产率。

附图说明

图1是本实施方式的晶片加工装置的整体立体图。

图2的(a)是示出图1所示的晶片加工装置中配设的激光光线照射单元的光学系统的框图，图2的(b)是将实施热应力波生成工序和破碎层形成工序时的晶片的一部分放大示出的剖视图。

图3是在分割工序的实施方式中使用的分割装置的侧视图。

标号说明

2：晶片加工装置；3：基台；4：保持单元；21：x轴方向可动板；22：y轴方向可动板；25：卡盘工作台；25a：保持面；27：夹具；6a：第一激光光线生成部；61：第一激光光线振荡单元；611：第一激光振荡器；612：第一衰减器；62：反射镜；6b：第二激光光线生成部；63：第二激光光线振荡单元；631：第二激光振荡器；632：第二衰减器；64：延迟单元；6c：激光光线导入部；65：分色镜；66：反射镜；67：聚光器；671：fθ透镜；7：拍摄单元；10：晶片；10a：正面；10b：背面；12：器件；12’：器件芯片；14：分割预定线；30：移动机构；31：x轴方向进给单元；32：y轴方向进给单元；37：框体；37a：垂直壁部；37b：水平壁部；70：分割装置；71：框架保持部件；72：夹具；73：扩展鼓；pl1：第一脉冲激光光线；pl2：第二脉冲激光光线；s：破碎层；h1：热应力波生成单元；h2：破碎层形成单元。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明实施方式的晶片加工方法和适于实施该晶片加工方法的晶片加工装置进行详细说明。

图1示出本实施方式的晶片加工装置2的整体立体图。晶片加工装置2具有：基台3；保持单元4，其对被加工物进行保持；激光光线照射单元6，其构成为包含随后进行详细叙述的热应力波生成单元和破碎层形成单元；拍摄单元7；移动机构30，其使保持单元4移动；以及控制单元(省略图示)。

保持单元4包含：矩形状的x轴方向可动板21，其在图中箭头x所示的x轴方向上移动自如地载置于基台3上；矩形状的y轴方向可动板22，其在图中箭头y所示的y轴方向上移动自如地载置于x轴方向可动板21上；圆筒状的支柱23，其固定于y轴方向可动板22的上表面上；以及矩形状的罩板26，其固定于支柱23的上端。在罩板26上配设有通过长孔向上方延伸的圆形状的卡盘工作台25，卡盘工作台25构成为能够通过未图示的旋转驱动单元进行旋转。构成卡盘工作台25的上表面的由x轴坐标和y轴坐标规定的保持面25a由多孔质材料形成而具有通气性，借助通过支柱23的内部的流路而与未图示的吸引单元连接。在卡盘工作台25上还配设有夹具27，该夹具27用于固定经由保护带t而对被加工物进行支承的环状的框架f。另外，本实施方式的被加工物例如是图1所示的晶片10。晶片10的厚度为1.0mm，在硅基板上，由分割预定线14划分而在正面10a上形成有器件12。晶片10以使正面10a朝向上方且使背面10b侧朝向下方的方式粘贴于保护带t，并经由保护带t而被环状的框架f保持。

移动机构30配设在基台3上，其具有：x轴方向进给单元31，其将保持单元4沿x轴方向进行加工进给；以及y轴方向进给单元32，其将y轴可动板22沿y轴方向进行分度进给。x轴方向进给单元31将脉冲电动机33的旋转运动经由滚珠丝杠34转换为直线运动并传递至x轴方向可动板21，使x轴方向可动板21沿着基台3上的导轨3a、3a在x轴方向上进退。y轴方向进给单元32将脉冲电动机35的旋转运动经由滚珠丝杠36转换为直线运动并传递至y轴方向可动板22，使y轴方向可动板22沿着x轴方向可动板21上的导轨21a、21a在y轴方向上进退。另外，虽然省略了图示，但在x轴方向进给单元31、y轴方向进给单元32以及卡盘工作台25上配设有位置检测单元，准确地检测卡盘工作台25的x轴坐标、y轴坐标以及周向的旋转位置，该位置信息被发送到未图示的控制单元。而且，根据基于该位置信息从该控制单元指示的指示信号，对x轴方向进给单元31、y轴方向进给单元32以及未图示的卡盘工作台25的旋转驱动单元进行驱动，从而能够将卡盘工作台25定位于基台3上的期望的位置。

如图1所示，在移动机构30的侧方竖立设置有框体37。框体37具有：垂直壁部37a，其配设在基台3上；以及水平壁部37b，其从垂直壁部37a的上端部沿水平方向延伸。在框体37的水平壁部37b的内部收纳有激光光线照射单元6的光学系统，构成该光学系统的一部分的聚光器67配设于水平壁部37b的前端部下表面上。

拍摄单元7配设于水平壁部37b的前端下表面上且在x轴方向上与激光光线照射单元6的聚光器67隔开间隔的位置。拍摄单元7根据需要而包含：通常的拍摄元件(ccd)，其通过可见光线来进行拍摄；红外线照射单元，其向被加工物照射红外线；光学系统，其捕捉由红外线照射单元照射的红外线；以及拍摄元件(红外线ccd)等，其输出与该光学系所捕捉的红外线对应的电信号。拍摄单元7所拍摄的图像被发送到该控制单元，并适当显示在显示单元(省略图示)上。

该控制单元由计算机构成，其包含：中央处理装置(cpu)，其根据控制程序进行运算处理；只读存储器(rom)，其存储控制程序等；以及能够读写的随机存取存储器(ram)，其存储运算结果等。而且，控制单元与激光光线照射单元6、拍摄单元7以及移动机构30等电连接，对各单元的动作进行控制。

参照图2的(a)对收纳于晶片加工装置2的水平壁部37b中的激光光线照射单元6的光学系统进行说明。

图2的(a)所示的激光光线照射单元6的光学系统具有：第一激光光线生成部6a，其生成对于作为被加工物的晶片10具有吸收性的波长的第一脉冲激光光线pl1；第二激光光线生成部6b，其生成对于晶片10具有透过性的波长的第二脉冲激光光线pl2；以及激光光线导入部6c，其将由第一激光光线生成部6a生成的第一脉冲激光光线pl1和由第二激光光线生成部6b生成的第二脉冲激光光线pl2引导照射至保持单元4的卡盘工作台25所保持的晶片10的上表面(正面10a)。另外，在图2的(a)中，为了便于说明，省略了粘贴于晶片10的保护带t和框架f。

本实施方式的第一激光光线生成部6a具有：第一激光光线生成单元61；以及反射镜62，其变更从第一激光光线生成单元61射出的第一脉冲激光光线pl1的光路。第一激光光线生成单元61具有：第一激光振荡器611，其射出对于构成晶片10的材质(si)具有吸收性的例如波长为355nm的第一脉冲激光光线pl1；以及第一衰减器612，其将从第一激光振荡器611射出的第一脉冲激光光线pl1的输出调整为期望的输出并朝向该反射镜62射出。

第二激光光线生成部6b具有：第二激光光线生成单元63；以及延迟单元64，其使从第二激光光线生成单元63射出的第二脉冲激光光线pl2延迟期望的时间。第二激光光线生成单元63具有：第二激光振荡器631，其射出对于构成晶片10的材质(si)具有透过性的例如波长为1064nm的第二脉冲激光光线pl2；以及第二衰减器632，其对从第二激光振荡器631射出的第二脉冲激光光线pl2的输出进行调整。第二激光振荡器631被设定为以与上述第一激光振荡器611相同的重复频率进行动作，并按照与第一脉冲激光光线pl1同步的时机射出第二脉冲激光光线pl2。使从第二激光振荡器631射出的第二脉冲激光光线pl2延迟的延迟单元64例如通过经由长度与所延迟的时间对应的光纤(省略图示)而输出第二脉冲激光光线pl2来实现。

激光光线导入部6c具有：分色镜65，其对被第一激光光线生成部6a的反射镜62反射的第一脉冲激光光线pl1进行反射，使从第二激光光线生成部6b引导的第二脉冲激光光线pl2透过；反射镜66，其变更从分色镜65射出的光的光路；以及聚光器67，其包含fθ透镜671，该fθ透镜671将被反射镜66反射的光聚光于卡盘工作台25所保持的晶片10的正面10a的分割预定线14的位置而进行照射。被引导至上述分色镜65的第一脉冲激光光线pl1和第二脉冲激光光线pl2照射到卡盘工作台25上的同一区域。

通过上述第一激光光线生成部6a和激光光线导入部6c形成本发明的热应力波生成单元h1。热应力波生成单元h1是如下的单元：其向被定位于保持单元4所保持的晶片10的上表面的正面10a照射对于晶片10具有吸收性的波长的脉冲激光光线pl1而生成热应力波，并使该热应力波在晶片10的内部传播。

另外，通过上述第二激光光线生成部6b和激光光线导入部6c形成本发明的破碎层形成单元h2。破碎层形成单元h2是如下的单元：其按照通过热应力波生成单元h1在晶片10的正面10a上生成的热应力波以与晶片10的材质对应的音速在晶片10的内部传播而到达距离晶片10的正面10a为应形成分割起点的深度位置(例如距晶片10的正面(10a)为0.5mm的深度)的规定的时间，从晶片10的正面10a照射对于晶片10具有透过性的波长的第二脉冲激光光线pl2，在由于该热应力波的拉伸应力而使带隙变窄的区域中产生第二脉冲激光光线pl2的吸收，从而形成破碎层。

参照图2的(a)和图2的(b)对能够使用上述晶片加工装置2实施的在晶片10上形成作为分割起点的破碎层s的实施方式进行更具体的说明。

在将晶片10分割成各个芯片时，首先，使保持单元4保持晶片10(保持工序)。更具体而言，准备经由保护带t而被环状的框架f支承的晶片10(参照图1)，将保护带t侧载置在卡盘工作台25的保持面25上，使未图示的吸引单元进行动作，成为被卡盘工作台25吸引保持的状态。

接着，实施热应力波生成工序和破碎层形成工序。此时，使移动机构30进行动作，将晶片10定位于拍摄单元7的下方，通过拍摄单元7对晶片10的正面10a进行拍摄，由此对作为应分割的区域的分割预定线14的位置进行检测并适当存储在控制单元中(对准工序)。

在实施了该对准工序之后，将晶片10移动到聚光器67的下方，根据在对准工序中检测出的信息，使分割预定线14为沿着x轴方向的方向，并且将在分割预定线14上应开始加工的位置定位于聚光器67的正下方。

接着，使热应力波生成单元h1进行动作，生成对于晶片10的材质(si：硅)具有吸收性的波长为355nm的第一脉冲激光光线pl1，并经由激光光线导入部6c而从晶片10的正面10a照射到应分割的区域、即分割预定线14(热应力波生成工序)。

在上述热应力波生成工序中实施的激光光线照射条件例如如下所示。另外，在热应力波生成工序中，由热应力波生成单元h1的第一衰减器612调整的第一脉冲激光光线pl1的平均输出被调整为第一脉冲激光光线pl1是对于晶片10具有吸收性的激光光线且在晶片10的正面10a上不产生烧蚀的程度的较低的输出。

波长：355nm

重复频率：50khz

平均输出：1w

脉冲宽度：100ps以下

当通过上述热应力波生成工序向晶片10的正面10a照射第一脉冲激光光线pl1时，晶片10的正面10a被热激励，如图2的(b)所示，因该热激励而产生的热应力波如图中n1→n2所示的那样在晶片10的内部传播。像该热应力波n1→n2那样传播的速度是与构成晶片10的材质(si)对应的音速(9620m/s)。这样，在硅等半导体中传播的热应力波是短脉冲的拉伸应力波，在施加了拉伸应力的位置，带隙比通常窄。即，带隙较窄的区域从正面10a朝向背面10b传播。而且，与上述热应力波生成工序一起实施的破碎层形成工序如下所述实施。

在实施破碎层形成工序时，使破碎层形成单元h2进行动作，通过第二激光振荡器631与第一激光振荡器611同步地以相同的重复频率(50khz)射出对于构成晶片10的材质(si：硅)具有透过性的波长(1064nm)的第二脉冲激光光线pl2。接着，通过第二衰减器632将第二脉冲激光光线pl2调整为规定的输出，并通过延迟单元64使第二脉冲激光光线pl2相对于第一脉冲激光光线pl1延迟规定的时间而输出。由第二激光光线生成部6b的延迟单元64延迟的该规定的时间是指：在上述热应力波生成工序中生成于晶片10的正面10a的热应力波以在晶片10的内部传播的音速(9620m/s)到达晶片10的应形成分割起点的深度位置(0.5mm)的时间，该规定的时间在本实施方式中为52ns。该第二脉冲激光光线pl2经由激光光线导入部6c而照射到在晶片10的正面10a的分割预定线14上被照射第一脉冲激光光线pl1的区域。

在上述破碎层形成工序中实施的激光光线照射条件例如如下所示。

波长：1064nm

重复频率：50khz

平均输出：10w

脉冲宽度：10ns

在实施上述热应力波生成工序和破碎层形成工序时，使由破碎层形成单元h2照射的第二脉冲激光光线pl2相对于第一脉冲激光光线pl1延迟规定的时间(52ns)。由此，如图2的(b)所示，第一脉冲激光光线pl1照射到晶片10的正面10a而形成热应力波(n1～n2)，并以与构成晶片10的si对应的音速(传播速度)传播，在距正面10a成为应形成分割起点的区域的深度位置的0.5mm的位置p处形成带隙变窄的区域，在该位置p处第二脉冲激光光线pl2被吸收。其结果为，对晶片10的内部的位置p施加破坏性应力而使晶片10的内部局部地破碎，从而形成破碎层s。

在实施上述热应力波生成工序和破碎层形成工序时，移动机构30也同时进行动作，将卡盘工作台25沿x轴方向进行加工进给，如图2的(b)所示，沿着沿x轴方向被定位的分割预定线14在规定的深度(0.5mm)的位置形成破碎层s。在这样形成破碎层s之后，使移动机构30的y轴方向进给单元进行动作而将晶片10进行分度进给，将相邻的未加工的分割预定线14定位于聚光器67的正下方，实施上述热应力波生成工序和破碎层形成工序，并且使x轴方向进给单元31进行动作，在分割预定线14的内部形成与上述相同的破碎层s。这样，在沿着规定的方向的所有分割预定线14的内部形成破碎层s之后，对使卡盘工作台25进行旋转的未图示的旋转驱动单元进行控制，使卡盘工作台25旋转90度，在与先形成有破碎层s的分割预定线14垂直的方向上形成的所有分割预定线14的内部形成破碎层s。如上所述，沿着所有分割预定线14形成作为将晶片10分割成各个芯片的起点的破碎层s。

根据上述实施方式，向形成晶片10的上表面的正面10a照射对于晶片10具有吸收性的波长的第一脉冲激光光线pl1，生成热应力波并传播，并照射按照该热应力波到达应生成分割的起点的深度位置的传播时间延迟的第二脉冲激光光线pl2，由此能够在不检测晶片10的上表面(正面10a)的高度的情况下控制形成破碎层s的位置。

如上所述，在完成热应力波生成工序和破碎层形成工序之后，为了以破碎层s为起点将晶片10分割成各个器件芯片12’，实施分割工序。该分割工序能够采用公知的手段，但例如能够使用图3所示的分割装置70来实施。

如上所述，通过热应力波生成工序和破碎层形成工序而在分割预定线14的内部形成有破碎层s的晶片10被搬送到图3所示的分割装置70。分割装置70具有：环状的框架保持部件71，其构成为能够升降；夹具72，其在上表面部载置框架f并对框架f进行保持；扩展鼓73，其由至少上方开口的圆筒形状构成，用于将安装于夹具72所保持的框架f上的晶片10的器件12彼此的间隔扩展；以及支承单元74，其由以围绕扩展鼓73的方式设置的多个气缸74a和从气缸74a延伸的活塞杆74b构成。

扩展鼓73被设定为比框架f的内径小且比粘贴在安装于框架f的保护带t上的晶片10的外径大。这里，如图3所示，分割装置70能够使框架保持部件71升降而处于与扩展鼓73的上表面部大致相同的高度的位置(用虚线示出)和扩展鼓73的上端部比框架保持部件71的上端部相对地变高的位置(用实线示出)。

如上所述，当使框架保持部件71下降而使扩展鼓73的上端从虚线所示的位置相对地变化为实线所示的较高的位置时，通过扩展鼓73的上端缘使安装于框架f的保护带t扩展。这里，在晶片10上沿着分割预定线14形成有成为分割起点的破碎层s，保护带t被扩展而对晶片10呈放射状地作用拉伸力(外力)，由此如图3所示，晶片10被分割成器件芯片12’。这样，在将晶片10分割成各个器件芯片12’之后，通过未图示的适当的拾取装置进行拾取。

另外，在上述实施方式中，通过实施热应力波生成工序和破碎层形成工序，沿着晶片10的分割预定线14在内部形成作为分割起点的破碎层s，示出了使用图3所示的分割装置70来实施分割工序而将晶片10分割成各个器件芯片12’的例子，但在晶片10的厚度较薄的情况下，或者也可以通过调整破碎层形成单元h2的第二脉冲激光光线pl2的输出，无需使用图3所示的分割装置70，仅通过实施热应力波生成工序和破碎层形成工序而沿着分割预定线14形成破碎层s便能够使晶片10成为被分割成各个器件芯片12’的状态。即，在本发明的晶片加工方法中，也包含热应力波生成工序和破碎层形成工序兼作以破碎层s为分割的起点而使晶片10成为分割成各个器件芯片12’的状态的分割工序的情况。

本发明并不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，在将晶片10保持于保持单元4时，将形成有器件12的正面10a保持为上表面，从正面10a侧照射第一脉冲激光光线pl1和第二脉冲激光光线pl2，沿着分割预定线14在内部形成有破碎层s，但也可以将晶片10的背面10b侧作为上表面保持在保持单元4上，从背面10b侧照射第一脉冲激光光线pl1和第二脉冲激光光线pl2，在晶片10的内部形成破碎层s。在该情况下，在拍摄单元7中配设红外线ccd，从背面10b侧检测形成于正面10a的分割预定线14的位置，设定加工位置。

另外，在上述实施方式中，在热应力波生成单元h1和破碎层形成单元h2中共用激光光线导入部6c，从同一方向照射第一脉冲激光光线pl1和第二脉冲激光光线pl2，但不需要一定从同一方向照射，也可以针对热应力波生成单元h1和破碎层形成单元h2配设各自的激光光线导入部，从不同的角度照射第一脉冲激光光线pl1和第二脉冲激光光线pl2。

此外，在上述实施方式中，在距晶片10的正面10a的深度为0.5mm的位置处吸收第二脉冲激光光线pl2而形成作为分割起点的破碎层s，但通过在正面10a的附近例如在距正面10a为0.1mm的位置处吸收第二脉冲激光光线pl2而形成破碎层s，能够在正面10a上像烧蚀加工那样形成分割槽。另外，在上述实施方式中，示出了在晶片10的内部形成一层破碎层s的例子，但也可以在上下方向重叠形成多个破碎层s。在该情况下，可以从较深的位置朝向上方(正面10a)依次形成破碎层s。