专利名称：用于晶圆的激光处理的方法
技术领域：
本发明涉及一种沿着形成在晶圆上的分割线来进行晶圆的激光处理的方法。
背景技术：
在半导体器件的生产工艺中，通过在基本上为圆盘状的半导体晶圆的正面上以格状图案设置的称作“渠道(street)”的分割线来分割多个区域，并且在分割开的每一个区域中形成一个电路，例如IC或者LSI。通过沿着所述分割线切割该半导体晶圆以便将其分割成多个区域来制造独立的半导体芯片，其中所述多个区域各自具有形成在其上的电路。同样沿着分割线切割包括层叠在蓝宝石衬底的正面上的氮化镓基化合物半导体的光学器件晶圆，以便分割成独立的光学器件，例如发光二极管或者激光二极管，在电器中广泛地使用这些器件。
通常通过使用称为“划片机”的切割机来完成沿着上述半导体晶圆或者光学器件晶圆的分割线的切割。这种切割机包括用于保持诸如半导体晶圆或光学器件晶圆的工件的卡盘台、用于切割保持在该卡盘台上的工件的切割装置、以及用于将卡盘台和切割装置相对彼此地移动的切割-进给装置。该切割装置包括旋转轴、安装在该轴上的切割刀片以及用于旋转-驱动该旋转轴的驱动机构。该切割刀片由圆盘状基座(base)和环形切割-边缘组成，该环形切割-边缘安装在该基座的侧壁外围部分，并且通过电铸将直径大约为3μm的金刚石研磨颗粒固定到基座形成为大约20μm厚。
然而，由于蓝宝石衬底、碳化硅衬底等具有高的莫氏硬度，所以利用上述切割刀片来进行切割并不总是容易的。此外，由于该切割刀片具有大约20μm的厚度，所以用于分割器件的分割线必须具有大约50μm的宽度。因此，在器件的尺寸为300μm×300μm的情况下，渠道与器件的面积比变成14％，由此降低了生产率。
而且，为了提高电路例如IC或LSI的生产量，近来已经实现了一种包括低电介质-绝缘膜(低k膜)的半导体晶圆，该低电介质-绝缘膜层叠在诸如硅衬底的半导体衬底的正面上，且由诸如SiOF或BSG(SiOB)的无机材料的膜或诸如聚酰亚胺基、聚对二甲苯(parylene)基等聚合物的有机材料的膜制成。然而，由于低k膜由多个层(5到15层)组成，并且象云母一样非常容易碎，因此它涉及这样一个问题，当利用该切割刀片沿着分割线切割上述半导体晶圆时，该低k膜剥离，并且这种剥离到达电路，从而给半导体芯片带来致命的打击。
为了解决上述问题，在JP-A2003-320466中提出且公开了一种处理机，用于通过将脉冲激光束施加到形成在半导体晶圆的分割线上的低k膜来去除该低k膜，并且沿着已经从其去除了低k膜的分割线来切割该半导体晶圆。
为了沿着分割线来进行晶圆例如半导体晶圆的激光处理，晶圆以其放置在安装在环形框架上的保护带的表面上的状态被保持在卡盘台上，并且激光束沿着分割线施加到保持在卡盘台上的晶圆。然而，如果激光束超越了晶圆的区域，并且在将激光束施加到放置在保护带的正面上的晶圆的步骤中意外地施加到保护带上，则将发生这样的问题，即，由于保护带由诸如氯乙烯的合成树脂制成，因此产生了有毒气体，例如戴奥辛，由此污染了安装激光束处理机的超净间，并且损害操作人员的健康。此外，存在另一个问题，即，当将激光束施加到保护带时，保护带熔化并且附着到卡盘台上，或者在保护带中形成孔，由此使其难以承载晶圆。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶圆激光处理方法，即使当激光束超越了晶圆的区域，并且在将激光束施加到放置在保护带上的晶圆的步骤中意外地施加到保护带上时，该方法也能够防止保护带熔化。
为了达到上述目的，根据本发明，提供了一种利用激光束处理机来进行晶圆的激光处理的方法，该激光束处理机包括用于保持晶圆的卡盘台、用于将激光束施加到保持在卡盘台上的晶圆的激光束施加装置以及用于将卡盘台和激光束施加装置相对彼此地移动的处理-进给装置，该方法包括以下步骤晶圆附着(affix)步骤，用于将晶圆放置在安装在环形框架上的保护带的表面上；晶圆保持步骤，用于将放置在保护带上的晶圆保持在卡盘台上；以及激光束施加步骤，用于将具有预定波长的激光束从激光束施加装置施加到保持在卡盘台上的晶圆，并且利用处理-进给装置来处理-进给该晶圆，其中保护带由传输从激光束施加装置施加的、具有预定波长的激光束的材料制成。
根据本发明，由于其上放置了晶圆的保护带由传输从激光束施加装置施加的、具有预定波长的激光束的材料制成，即使激光束超越了晶圆的区域，并且意外地施加到保护带上，该保护带也不会熔化。因此，保护带不会附着到卡盘台，或者在保护带中不形成孔。而且，由于保护带不熔化，因此不产生诸如戴奥辛的有毒气体。
附图简述
图1是作为工件的半导体晶圆的透视图；图2是图1所示的半导体晶圆的放大剖视图；图3是示出其中图1所示的半导体晶圆已经放置在安装在环形划片框架上的保护带上的状态的透视图；图4是用于实施本发明的激光处理方法的激光束处理机的主剖面的透视图；图5是示意性示出设置在图4所示的激光束处理机中的激光束施加装置的构造的框图；图6是用于说明从图5所示的激光束施加装置施加的激光束的聚焦光斑直径的示意图；以及图7(a)和7(b)是示出由图4所示的激光束处理机进行的激光束施加步骤的说明图。
优选实施例详述下面将参照附图更加具体地说明本发明的晶圆激光处理方法的优选实施例。
图1是作为将要被激光处理的晶圆的半导体晶圆2的透视图，且图2是图1所示的半导体晶圆2的分割线211的放大剖视图。在图1和图2所示的半导体晶圆2中，通过以格状图案设置在由硅晶圆构成的半导体衬底21的正面21a上的多条分割线211分割了多个区域，并且在分割开的区域中的每一个区域中形成一个诸如IC或者LSI的电路212。在该半导体晶圆2中，形成了层叠在半导体衬底21的正面21a上的低电介质-绝缘膜213。
如上面所述构造的半导体晶圆2的背面21b侧放置在安装在环形框架3上的保护带4的表面上，如图3所示(晶圆附着步骤)。因此，形成在半导体晶圆2的正面21a上的电路212面朝上。应当使用由传输激光束的材料制成的带子作为上述保护带4，这一点很重要，后面将说明所述材料。例如，当通过使用波长为355nm的激光束来进行上述半导体晶圆2的激光处理时，使用由能够传输波长为355nm的激光束的材料制成的带子作为该保护带4。在所示的实施例中的保护带4是其中5μm厚的丙烯酸树脂粘合层设置在100μm厚的聚烯烃基树脂板的表面上的带子。
为了执行用于通过沿着上述半导体晶圆2的分割线211施加激光束来去除形成在分割线211上的低电介质-绝缘膜213的激光处理，使用了图4到6所示的激光束处理机5。图4到6所示的激光束处理机5包括用于保持工件的卡盘台51、用于将激光束施加到保持在卡盘台51上的工件的激光束施加装置52、以及用于拾取保持在卡盘台51上的工件的图像的图像拾取装置53。卡盘台51如此构造，以便吸附-保持工件，并且被设计成通过处理-进给装置(未示出)在图4中的箭头X表示的处理-进给方向上移动，并且通过没有示出的分度-进给(indexing-feed)装置在箭头Y表示的分度-进给方向上移动。
上述激光束施加装置52具有基本上水平设置的圆柱形外壳521。在该外壳521中，如图5所示，安装了脉冲激光束振荡装置522和传输光学系统523。通过由YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器构成的脉冲激光束振荡器522a和连接到该脉冲激光束振荡器522a的重复频率设置装置522b来构造脉冲激光束振荡装置522。传输光学系统523包括合适的光学元件，例如分束器等。将容纳由可以是本身已知形态的透镜组合构成的聚光透镜(未示出)的聚光器524安装到上述外壳521的末端。由上述脉冲激光束振荡装置522振荡的激光束通过传输光学系统523到达聚光器524，并且以预定的聚焦光斑直径D从聚光器524施加到保持在上述卡盘台51上的工件。如图6所示，当通过聚光器524的物镜524a施加表现出高斯分布的脉冲激光束时，该聚焦光斑直径D由表达式D(μm)＝4×λ×f/(π×W)来定义(其中λ是脉冲激光束的波长(μm)，W是施加到物镜524a的脉冲激光束的直径(mm)，而f是物镜524a的焦距(mm))。
附着到构造上述激光束施加装置52的外壳521的末端的图像拾取装置53将图像信号传输到一个没有示出的控制装置。
随后将参照图4和图7(a)及7(b)对用于利用上述激光束处理机5通过沿着半导体晶圆2的分割线211施加激光束来去除形成在分割线211上的低电介质-绝缘膜213的激光处理进行说明。
如图3所示放置在安装在环形框架3上的保护带4的表面上的半导体晶圆2首先放置在图4所示的激光束处理机5的卡盘台51上，并且吸附-保持在卡盘台51上。因此，半导体晶圆2的半导体衬底21的正面21a面朝上。尽管在图4中没有示出安装在保护带4上的环形框架3，但是它保持在设置在卡盘台51上的合适的框架保持装置上。
通过没有示出的处理-进给装置使如上所述吸附-保持半导体晶圆2的卡盘台51移至图像拾取装置53正下方的位置。在卡盘台51位于图像拾取装置53的正下方之后，通过图像拾取装置53和没有示出的控制装置来进行用于检测半导体晶圆2的待处理区域的对准工作。也就是说，图像拾取装置53和控制装置(未示出)执行诸如图案匹配等图像处理，以便使在半导体晶圆2的预定方向上形成的分割线211与用于沿着分割线211施加激光束的激光束施加装置52的聚光器524对准，由此执行激光束施加位置的对准。在垂直于预定方向的方向上形成在半导体晶圆2上的分割线211上也类似地进行激光束施加位置的对准。
在检测了形成在保持在卡盘台51上的半导体晶圆2的分割线211，并且如上所述进行了激光束施加位置的对准之后，移动该卡盘台51，以使预定分割线211的一端(图7(a)中的左端)移到聚光器524正下方的位置，如图7(a)所示。于是卡盘台51，即，半导体晶圆2以预定处理-进给速率在图7(a)中的箭头X1表示的方向上移动，同时从聚光器524施加对于硅晶圆具有吸光性的脉冲激光束，例如波长为355nm的脉冲激光束。如图7(b)中所示，当激光束施加装置52的聚光器524的施加位置到达分割线211的另一端时，脉冲激光束的施加暂停，并且卡盘台51，即，半导体晶圆2的移动停止。结果，形成在分割线211上的低电介质-绝缘膜213被去除，如图7(b)所示(激光束施加步骤)。在这个激光束施加步骤中，将脉冲激光束的焦点P设置在形成在半导体衬底21的正面21a上的低电介质-绝缘膜213的正面(顶面)附近的位置。
在示出的实施例中，如下所述来设置上述激光束施加步骤中的处理条件。
光源半导体激发固态激光器(NdYAG)波长355nm脉冲能量35μJ聚焦光斑直径4μm脉冲宽度180ns重复频率100kHz处理-进给速率60mm/sec在上述激光束施加步骤中，控制来自聚光器524的脉冲激光束使其施加到从其中形成在半导体晶圆2上的分割线211的一端位于聚光器524的正下方的状态到其中分割线211的另一端位于聚光器524的正下方的状态的距离。然而，存在这样的情况，其中该激光束超越了半导体晶圆2的分割线211的两端。尽管此时激光束施加到保护带4，由于保护带4由传输从聚光器524施加的、波长为355nm的激光束的材料制成，所以其不会熔化。因此，保护带4不附着到卡盘台51，或者在保护带4中不形成孔。由于保护带4不熔化，因此不产生诸如戴奥辛的有毒气体。由于如上所述，将通过保护带4的激光束的焦点设置在半导体晶圆2的正面21a(顶面)附近的位置，因此不损坏卡盘台51。
在如上所述沿着预定分割线211执行了上述激光束施加步骤之后，卡盘台51，因此，固定在卡盘台51上的半导体晶圆2被分度-进给了一段与箭头Y表示的方向上的分割线211之间的间隔相对应的距离(分度步骤(indexing step))，并且然后，类似地执行上述激光束施加步骤。在半导体晶圆2的预定方向上延伸的所有分割线211上如此执行了激光束施加步骤和分度步骤之后，卡盘台51，因此，保持在卡盘台51上的半导体晶圆2旋转90°，以便在垂直于上述预定方向的方向上延伸的分割线211上执行激光束施加步骤和分度步骤，由此使得能够去除形成在半导体晶圆2的所有分割线211上的低电介质-绝缘膜213。在半导体晶圆2的所有分割线211上形成的低电介质-绝缘膜213被去除之后，半导体晶圆2在其中它通过保护带4保持在环形框架3上的状态下来进行随后的步骤。
尽管已经参照附图借助一个优选实施例对本发明进行了说明，应当注意的是，本发明决不仅仅局限于上述实施例，并且在不脱离本发明范围的情况下可以应用于各种类型的激光处理。在所示出的实施例中，进行激光处理，以去除形成在半导体晶圆的分割线上的低电介质-绝缘膜。本发明可以应用于通过沿着形成在包括氮化镓的蓝宝石晶圆上的分割线施加波长(例如，355nm)对于蓝宝石晶圆具有吸光性的脉冲激光束来形成沿着分割线的沟槽(划分沟槽)，以便划分该蓝宝石晶圆的激光处理。
权利要求
1.一种利用激光束处理机来进行晶圆的激光处理的方法，该激光束处理机包括用于保持晶圆的卡盘台、用于将激光束施加到保持在该卡盘台上的晶圆的激光束施加装置以及用于使所述卡盘台和所述激光束施加装置相对彼此处理-进给的处理-进给装置，该方法包括以下步骤晶圆附着步骤，用于将该晶圆放置在安装在环形框架上的保护带的表面上；晶圆保持步骤，用于将放置在所述保护带上的所述晶圆保持在所述卡盘台上；以及激光束施加步骤，用于将具有预定波长的激光束从所述激光束施加装置施加到保持在所述卡盘台上的所述晶圆，并且利用所述处理-进给装置来处理-进给所述晶圆，其中所述保护带由传输从所述激光束施加装置施加的、具有预定波长的激光束的材料制成。
全文摘要
一种利用激光束处理机来进行晶圆的激光处理的方法，该激光束处理机包括用于保持晶圆的卡盘台、用于将激光束施加到保持在卡盘台上的晶圆的激光束施加装置以及用于使卡盘台和激光束施加装置相对彼此处理－进给的处理－进给装置，该方法包括以下步骤晶圆附着步骤，用于将晶圆放置在安装在环形框架上的保护带的表面上；晶圆保持步骤，用于将放置在保护带上的晶圆保持在卡盘台上；以及激光束施加步骤，用于将具有预定波长的激光束从激光束施加装置施加到保持在卡盘台上的晶圆，并且利用该处理－进给装置来处理－进给该晶圆，其中保护带由传输从激光束施加装置施加的、具有预定波长的激光束的材料制成。
文档编号B23K26/08GK1788912SQ20051011626
公开日2006年6月21日 申请日期2005年11月4日 优先权日2004年11月4日
发明者星野仁志, 大庭龙吾, 古田健次, 武田升, 北原信康 申请人:株式会社迪斯科