晶圆的切割设备及方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆的切割设备及方法。


背景技术：

2.芯片(die)的切割一直是半导体业界非常重要的工艺。半导体晶圆(wafer)在历经了复杂的制造工艺后，需要将其分割成若干个电路小片，也就是芯片。如果在芯片分离的阶段无法维持高良品率或因芯片分离方法影响芯片原有的特性，亦或切割的速度过慢造成成本过高，都会对整个芯片的生产会造成相当严重的影响。
3.现有一般采用刀片对晶圆进行机械切割以分离芯片，但是在切割过程中，会对晶圆施加较大的机械应力，并且，由于芯片通常具有多层结构，各个材料层之间存在应力，在受到机械切割之后，各个材料层之间的应力释放，导致芯片之间的材料层之间发生分层甚至破裂等问题。并且，现有的半导体芯片制作过程中，芯片的层间介质层通常采用低k介质材料，以降低芯片工作时的rc延迟，但是低k介质材料本身是一种致密度较低，容易发生断裂的材料，在进行刀片切割过程中，切割应力容易造成低k介质材料层发生破碎等问题。上述问题均会导致切割后的芯片合格率降低。
4.现有也可以在进行刀片切割之前，先采用激光切割工艺在晶圆的切割道进行预切割，将晶圆上各个芯片之间材料层断开，然后再通过刀片切割，直至将各芯片分离。相较于直接采用刀片切割，采用激光进行预切割能够一定程度改善芯片产生分层、断裂等问题。
5.然而，现有技术中的激光切割配合机械切割仍存在诸多问题。


技术实现要素：

6.本发明解决的技术问题是提供一种晶圆的切割设备及方法，能够有效提升切割效率与切割质量。
7.为解决上述问题，本发明提供一种晶圆的切割设备，包括：工作台，用于装载所述晶圆；位于所述工作台上的激光切割机构，用于在所述工作台上对所述晶圆进行第一切割，在所述晶圆内形成若干条预切口；位于所述工作台上的机械切割机构，用于在所述工作台上对所述预切口进行第二切割，直至贯穿所述晶圆为止。
8.可选的，还包括：路径获取模块，用于获取所述晶圆的切割路径。
9.可选的，还包括：控制模块，与所述路径获取模块电连接，用于控制所述激光切割机构沿着所述晶圆的切割路径对所述晶圆进行第一切割。
10.可选的，还包括：位于所述工作台上的传动机构，所述传动机构包括：传动丝杠，所述激光切割机构和所述机械切割机构连接于所述传动丝杠上；驱动装置，与所述传动丝杠连接，用于驱动所述传动丝杠轴向旋转，通过所述传动丝杠轴向旋转转换所述激光切割机构或机械切割机构对所述晶圆进行切割。
11.可选的，还包括：位于所述工作台上的涂膜机构，用于在所述晶圆上涂覆保护膜。
12.可选的，还包括：位于所述工作台上的晶圆固定机构，所述晶圆固定机构包括：吸
附膜，与所述晶圆的表面贴合，且与所述晶圆的面积相等；固定环，用于将所述晶圆与所述吸附膜固定；真空吸附设备，用于吸附所述吸附膜的表面。
13.可选的，还包括：位于所述工作台上的清洗机构，所述清洗机构包括：旋转机构，用于将所述晶圆进行旋转处理；喷水机构，用于在所述旋转处理的过程中，对所述晶圆的表面喷射水溶液。
14.可选的，还包括：位于所述工作台上的晶圆干燥结构。
15.可选的，所述晶圆包括基底以及位于所述基底上的器件层。
16.可选的，所述预切口的底部表面低于所述器件层的底部表面。
17.相应的，本发明的技术方案中还提供了一种晶圆的切割方法，包括：将所述晶圆装载于工作台上；在所述工作台上，采用激光切割工艺对所述晶圆进行第一切割，在所述晶圆内形成若干条预切口；在所述激光切割工艺之后，在所述工作台上，采用机械切割工艺对所述预切口进行第二切割，直至贯穿所述晶圆为止。
18.可选的，在进行所述激光切割工艺之前，还包括：获取所述晶圆的切割路径。
19.可选的，所述激光切割工艺的方法包括：沿着所述晶圆的切割路径对所述晶圆进行第一切割。
20.可选的，采用激光切割工艺对所述晶圆进行第一切割，在所述晶圆上形成若干条预切口的方法包括：采用第一能量的激光束对所述晶圆进行切割，在所述晶圆内形成平行排布的第一防护切口和第二防护切口；采用第二能量的激光束对所述晶圆进行切割，在所述第一防护切口和所述第二防护切口之间形成主切口，所述第二能量大于所述第一能量，所述主切口暴露出所述第一防护切口和所述第二防护切口的侧壁，所述预切口包括所述第一防护切口、第二防护切口和主切口。
21.可选的，所述第一能量为2瓦～3瓦；所述第二能量为4瓦～6瓦。
22.可选的，在进行所述激光切割工艺之前，还包括：在所述晶圆表面形成保护膜。
23.可选的，所述保护膜的材料包括：所述保护膜的材料包括水溶性材料。
24.可选的，在进行所述激光切割工艺之前，还包括：将所述晶圆进行固定处理。
25.可选的，将所述晶圆进行固定处理的方法包括：将所述晶圆的表面与吸附膜贴合，所述吸附膜与所述晶圆的面积相等；通过固定环将所述晶圆与所述吸附膜固定；将所述吸附膜吸附于真空吸附设备上。
26.可选的，在所述机械切割工艺之后，还包括：对所述晶圆进行清洗处理。
27.可选的，对所述晶圆进行清洗处理的方法包括：对所述晶圆进行旋转处理；在所述旋转处理的过程中，对所述晶圆的表面喷射水溶液。
28.可选的，在对所述晶圆进行清洗处理之后，还包括：对所述晶圆进行干燥处理。
29.可选的，干燥气体为氮气；干燥温度为17℃～23℃；干燥时间为4分钟～6分钟。
30.可选的，所述晶圆包括基底以及位于所述基底上的器件层。
31.可选的，所述预切口的底部表面低于所述器件层的底部表面。
32.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
33.本发明的技术方案的设备中，包括工作台，用于装载所述晶圆；位于所述工作台上的激光切割机构，用于在所述工作台上对所述晶圆进行第一切割，在所述晶圆内形成若干条预切口；位于所述工作台上的机械切割机构，用于在所述工作台上对所述预切口进行第
二切割，直至贯穿所述晶圆为止。通过在所述工作台上完成激光切割和机械切割，有效减小了晶圆切割过程中的重复步骤，提高了切割效率。另外，在晶圆切割的过程中，无需进行晶圆的转移，减少了晶圆的金属层暴露在空气中的时间，进而降低了因金属层氧化所形成的副产物对机械切割工艺所带来的影响。同时也能够避免晶圆因在真空固定环境下的突然释放而产生的形变，进而提升了机械切割工艺的精准度。
34.进一步，还包括：位于所述工作台上的涂膜机构，用于在所述晶圆上涂覆保护膜。通过所述保护膜能够有效降低在激光切割和机械切割时，对晶圆未切割区域中的器件所造成的损伤。
35.本发明的技术方案的方法中，将所述晶圆装载于工作台上，在所述工作台上，采用激光切割工艺对所述晶圆进行第一切割，在所述晶圆内形成若干条预切口；在所述激光切割工艺之后，在所述工作台上，采用机械切割工艺对所述预切口进行第二切割，直至贯穿所述晶圆为止。通过在所述工作台上完成激光切割和机械切割，有效减小了晶圆切割过程中的重复步骤，提高了切割效率。另外，在晶圆切割的过程中，无需进行晶圆的转移，减少了晶圆的金属层暴露在空气中的时间，进而降低了因金属层氧化所形成的副产物对机械切割工艺所带来的影响。同时也能够避免晶圆因在真空固定环境下的突然释放而产生的形变，进而提升了机械切割工艺的精准度。
36.进一步，在进行所述激光切割工艺之前，还包括：在所述晶圆表面形成保护膜。通过所述保护膜能够有效降低在激光切割和机械切割时，对晶圆未切割区域中的器件所造成的损伤。
37.进一步，采用激光切割工艺对所述晶圆进行第一切割，在所述晶圆上形成若干条预切口的方法包括：采用第一能量的激光束对所述晶圆进行切割，在所述晶圆内形成平行排布的第一防护切口和第二防护切口；采用第二能量的激光束对所述晶圆进行切割，在所述第一防护切口和所述第二防护切口之间形成主切口，所述第二能量大于所述第一能量，所述主切口暴露出所述第一防护切口和所述第二防护切口的侧壁，所述预切口包括所述第一防护切口、第二防护切口和主切口。通过先用能量较小的第一能量的激光束在所述晶圆内形成第一防护切口和第二防护切口，利用所述第一防护切口和所述第二防护切口的缓冲的作用，能够防止采用能量较大的第二能量的激光束对晶圆造成崩裂。
附图说明
38.图1至图9是本发明实施例的晶圆的切割方法各步骤结构示意图；
39.图10是本发明实施例的晶圆的切割设备结构示意图；
40.图11是本发明实施例的晶圆的切割设备中晶圆固定机构结构示意图；
41.图12是本发明实施例的晶圆的切割设备中清洗机构结构示意图。
具体实施方式
42.正如背景技术所述，现有技术中的激光切割配合机械切割仍存在诸多问题。以下将进行具体说明。
43.现有技术中的晶圆切割是先通过激光切割工艺在晶圆的表面形成预切口；然后再通过机械切割工艺对预先切口作进一步的切割，进而完成对整片晶圆的切割。由于激光切
割工艺和机械切割工艺是分别在两个工作台面独立进行的步骤，各自的过程中均具有“晶圆切割对准”、“晶圆清洗”以及“晶圆干燥”等步骤，这样会造成步骤的重复，进而导致周期延长，影响生产效率。另外，在激光切割工艺之后晶圆表面的金属层会长时间暴露在空气中，容易使得金属层氧化形成副产物，进而对后续的机械切割工艺造成影响。而且，经过激光切割工艺之后，在将晶圆转移到机械切割工艺的工作台面过程中，由于将所述晶圆从激光切割工艺中进行晶圆固定的真空环境下突然释放，容易造成晶圆的形变，进而使得后续的机械切割工艺容易出现对准偏差。
44.在此基础上，本发明提供一种晶圆的切割设备及方法，在进行激光切割工艺和机械切割工艺之后，对所述晶圆进行清洗处理，有效减小了晶圆切割过程中的重复步骤，提高了切割效率。另外，在晶圆切割的过程中，无需进行晶圆的转移，减少了晶圆的金属层暴露在空气中的时间，进而降低了因金属层氧化所形成的副产物对机械切割工艺所带来的影响。同时也能够避免晶圆因在真空固定环境下的突然释放而产生的形变，进而提升了机械切割工艺的精准度。
45.采用激光切割工艺对所述晶圆的第一切割面进行第一切割，在所述晶圆内形成若干条预切口，所述预切口的底部表面高于所述晶圆的第二切割面；在所述激光切割工艺之后，采用机械切割工艺对所述预切口进行第二切割，直至暴露出所述晶圆的第二切割面为止；在所述机械切割工艺之后，对所述晶圆进行清洗处理。
46.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细地说明。
47.图1至图9是本发明实施例的一种晶圆的切割方法各步骤的结构示意图。
48.请参考图1，将所述晶圆100装载于工作台200上。
49.在本实施例中，将所述晶圆100装载于所述工作台200上，在所述工作台200上完成后续的激光切割和机械切割。
50.在本实施例中，所述晶圆100包括基底101以及位于所述基底101上的器件层102。
51.请参考图2，将所述晶圆100装载于工作台200之后，将所述晶圆100进行固定处理。
52.在本实施例中，将所述晶圆100进行固定处理的方法包括：将所述晶圆100的表面与吸附膜103贴合，所述吸附膜103与所述晶圆100的面积相等；通过固定环105将所述晶圆100与所述吸附膜103固定；将所述吸附膜103吸附于真空吸附设备104上。
53.由于要尽量避免损伤所述晶圆100的表面，因此在所述晶圆100进行真空吸附固定时，需要在所述晶圆100的表面贴附吸附膜103，通过吸附膜103起到保护所述晶圆100表面不被损伤的作用。另外，通过所述固定环105的作用不但用于固定所述晶圆100与所述吸附膜103，而且在横向移动所述晶圆100的过程中，只需要夹持所述固定环105即可，进一步避免了对所述晶圆100的表面造成损伤。
54.请参考图3，在对所述晶圆100进行固定之后，获取所述晶圆100的切割路径111。
55.在本实施例中，通过对所述晶圆100进行图像识别处理，进而设计出所述晶圆100的切割路径111，避免对所述晶圆100中的有效器件造成损伤。
56.请参考图4，在获取所述晶圆100的切割路径之后，在所述晶圆100表面形成保护膜106。
57.由于在后续的激光切割和机械切割的过程中，飞溅的晶圆碎屑容易损伤到所述晶
圆100的未切割区域，进而对所述晶圆100中的有效器件造成损伤。因此在进行所述激光切割和是机械切割之前，需要在所述晶圆100的表面形成所述保护膜106，以此起到对所述晶圆100进行保护的效果。
58.在本实施例中，所述保护膜106的材料采用水溶性材料。通过将所述保护膜106的材料选用水溶性材料，便于在完成所述激光切割和机械切割之后，对所述晶圆100的表面进行清洗。
59.在所述晶圆100表面形成保护膜106之后，在所述工作台200上，采用激光切割工艺对所述晶圆进行第一切割，在所述晶圆100内形成若干条预切口。所述预切口的具体形成过程请参考图5至图6。
60.请参考图5，采用第一能量的激光束对所述晶圆进行切割，在所述晶圆100内形成平行排布的第一防护切口108和第二防护切口109。
61.在本实施例中，所述第一能量为2瓦～3瓦。
62.请参考图6，采用第二能量的激光束对所述晶圆100进行切割，在所述第一防护切口108和所述第二防护切口109之间形成主切口110，所述第二能量大于所述第一能量，所述主切口110暴露出所述第一防护切口108和所述第二防护切口109的侧壁，所述预切口107包括所述第一防护切口108、第二防护切口109和主切口110。
63.通过先用能量较小的第一能量的激光束在所述晶圆100内形成第一防护切口108和第二防护切口109，利用所述第一防护切口108和所述第二防护切口109的缓冲的作用，能够防止采用能量较大的第二能量的激光束对晶圆100造成崩裂。
64.在本实施例中，所述第一防护切口108、第二防护切口109以及主切口110的路径与所述切割路径111一致。
65.在本实施例中，所述第二能量为4瓦～6瓦。
66.在本实施例中，形成的所述预切口107的底部表面低于所述器件层102的底部表面。
67.请参考图7，在所述激光切割工艺之后，在所述工作台100上，采用机械切割工艺对所述预切口107进行第二切割，直至贯穿所述晶圆100为止。
68.在本实施例中，将所述晶圆100装载于工作台200上，在所述工作台200上，采用激光切割工艺对所述晶圆100进行第一切割，在所述晶圆100内形成若干条预切口107；在所述激光切割工艺之后，在所述工作台200上，采用机械切割工艺对所述预切口107进行第二切割，直至贯穿所述晶圆100为止。通过在所述工作台200上完成激光切割和机械切割，有效减小了晶圆100切割过程中的重复步骤，提高了切割效率。另外，在晶圆切割的过程中，无需进行晶圆100的转移，减少了晶圆100的金属层暴露在空气中的时间，进而降低了因金属层氧化所形成的副产物对机械切割工艺所带来的影响。同时也能够避免晶圆100因在真空固定环境下的突然释放而产生的形变，进而提升了机械切割工艺的精准度。
69.至此，所述晶圆100的切割过程完成，通过将所述晶圆100进行切割进而分离出若干片芯片。
70.请参考图8，在进行所述机械切割工艺之后，对所述晶圆100进行清洗处理。
71.在本实施例中，所述清洗处理的作用一方面在于清洗掉在切割过程中，在所述晶圆100中残留的碎屑；另一面是清洗掉形成在所述晶圆100表面的保护膜106。
72.在本实施例中，对所述晶圆100进行清洗处理的方法包括：对所述晶圆100进行旋转处理；在所述旋转处理的过程中，对所述晶圆100的表面喷射水溶液。
73.在本实施例中，所述水溶液为去等离子水溶液。通过采用去等离子水溶液能够起到防静电的作用。
74.请参考图9，在对所述晶圆100进行清洗处理之后，对所述晶圆100进行干燥处理。
75.通过干燥处理将残留在所述晶圆100表面上的水分去除，避免了因水分而造成芯片器件结构之间的短路。
76.在本实施例中，所述干燥处理的工艺参数包括：干燥气体为氮气；干燥温度为17℃～23℃；干燥时间为4分钟～6分钟。
77.相应的，本发明的实施例中还提供了一种晶圆的切割设备，请参考图10，包括：工作台200，用于装载所述晶圆100；位于所述工作台200上的激光切割机构201，用于在所述工作台200上对所述晶圆100进行第一切割，在所述晶圆100内形成若干条预切口；位于所述工作台200上的机械切割机构202，用于在所述工作台200上对所述预切口进行第二切割，直至贯穿所述晶圆100为止。
78.在本实施例中，通过在所述工作台200上完成激光切割和机械切割，有效减小了晶圆100切割过程中的重复步骤，提高了切割效率。另外，在晶圆100切割的过程中，无需进行晶圆100的转移，减少了晶圆100的金属层暴露在空气中的时间，进而降低了因金属层氧化所形成的副产物对机械切割工艺所带来的影响。同时也能够避免晶圆100因在真空固定环境下的突然释放而产生的形变，进而提升了机械切割工艺的精准度。
79.在本实施例中，还包括：路径获取模块203，用于获取所述晶圆100的切割路径。
80.在本实施例中，还包括：控制模块204，与所述路径获取模块203电连接，用于控制所述激光切割机构201沿着所述晶圆100的切割路径对所述晶圆100进行第一切割。
81.在本实施例中，还包括：位于所述工作台200上的传动机构205，所述传动机构205包括：传动丝杠206，所述激光切割机构201和所述机械切割机构202连接于所述传动丝杠206上；驱动装置207，与所述传动丝杠206连接，用于驱动所述传动丝杠206轴向旋转，通过所述传动丝杠206轴向旋转转换所述激光切割机构201或机械切割机构202对所述晶圆100进行切割。
82.在本实施例中，还包括：位于所述工作台200上的涂膜机构208，用于在所述晶圆100上涂覆保护膜。
83.请参考图11，在本实施例中，还包括：位于所述工作台200上的晶圆固定机构209，所述晶圆固定机构209包括：吸附膜103，与所述晶圆100的表面贴合，且与所述晶圆100的面积相等；固定环105，用于将所述晶圆100与所述吸附膜103固定；真空吸附设备104，用于吸附所述吸附膜103的表面。
84.请参考图12，在本实施例中，还包括：位于所述工作台200上的清洗机构210，所述清洗机构210包括：旋转机构211，用于将所述晶圆200进行旋转处理；喷水机构212，用于在所述旋转处理的过程中，对所述晶圆100的表面喷射水溶液。
85.在本实施例中，还包括：位于所述工作台200上的晶圆干燥结构213。
86.在本实施例中，所述晶圆100包括基底101以及位于所述基底101上的器件层102。
87.在本实施例中，所述预切口的底部表面低于所述器件层102的底部表面。
88.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。