用於雷射束加工機中的卡盤工作檯的製作方法
2023-04-24 08:40:56 3
專利名稱：用於雷射束加工機中的卡盤工作檯的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在雷射束加工機中用於保持工件的卡盤工作檯。
背景技術：
在半導體裝置的生產過程中，在大體盤形的半導體晶片的前表面上，由分割線(也稱分割道，「streets」)分切成排列為格子圖案的多個區域，且在每個被分切的區域中形成有電路如IC或LSI。通過沿分割線切割半導體晶片以將該半導體晶片分成上面形成有電路的多個區域，來製造單個的半導體晶片。光學裝置晶片，包括層壓在藍寶石基底的前表面上的氮化鎵基化合物半導體，其也被沿分割線切割而分成單個的光學裝置，例如廣泛用於電氣設備中的發光二極體或雷射二極體等。
通常使用被稱為「切塊機(dicer)」的切割機，來沿上述半導體晶片或光學裝置晶片的分割線進行切割。這種切割機，包括用於保持工件(如半導體晶片或光學裝置晶片)的卡盤工作檯，用於切割被保持在該卡盤工作檯上的工件的切割裝置，及用於使該卡盤工作檯和該切割裝置相對移動的切割進給裝置。該切割裝置包括心軸單元，其中該心軸單元包括旋轉心軸、安裝在該心軸上的切割刀片及用於旋轉驅動該旋轉心軸的驅動機構。該切割刀片包括盤狀的基座及安裝在該基座的側壁外周向部分上的環形切割刃；並通過電鑄將直徑約3μm的金剛石磨料固定在該基座上，以形成約20μm厚的切割刃。
由於藍寶石基底、碳化矽基底等具有較高的莫氏硬度，因此使用上述切割刀片進行切割並不總是很容易。此外，由於切割刀片厚度約為20μm，因此用於分切裝置的分割線的寬度必須約為50μm。因此，在裝置尺寸為300μm×300μm的情況下，分割道與晶片的面積比為14％，從而使生產率降低。
作為分割板狀工件(如半導體晶片等)的方法，現今已嘗試利用雷射束加工方法，其將能夠穿過工件且帶有焦點集的脈衝雷射束照射到待分割區域的內部。在利用這種雷射束加工技術的分割方法中，可按如下過程來分割工件將可從工件的一側穿過工件的紅外線範圍內的脈衝雷射束(其帶有焦點集)照射到內部，以在工件的內部沿分割線連續地形成變質層；以及沿分割線施加外力，其中該分割線的強度因為變質層的形成而變小。這種方法在日本專利No.3408805中公開。
為提高電路如IC或LSI的生產量，近來已經使用在半導體基底(如矽晶片)的前表面上具有低介電絕緣膜(低-k膜)的半導體晶片，其中該低介電絕緣膜由無機材料(例如SiOF或BSG(SiOB))或者由有機材料如聚合物(例如聚醯亞胺或聚對二甲苯)製成。然而，由於低-k膜由多層組成(5～15層)且像雲母一樣極易碎，因此當使用切割刀片沿分割線切割上述具有低-k膜的半導體晶片時，會產生這樣的問題，即低-k膜會被剝離掉，而這種剝離物會到達電路，從而對半導體晶片造成致命的損害。
為解決上述問題，JP-A 2003-320466中公開了一種用於除去低-k膜的加工機，所述加工機通過將雷射束照射到形成在半導體晶片的分割線上的低-k膜上而除去低-k膜，並使用切割刀片沿分割線從被除去的低-k膜處切割半導體晶片。
為使用雷射束加工半導體晶片，卡盤工作檯和雷射束照射裝置在切割進給方向上彼此相對移動，同時雷射束從雷射束照射裝置被照射到保持在卡盤工作檯上的半導體晶片。然而，當被照射的雷射束超出半導體晶片的周邊時，會產生這樣一個問題，即雷射束照射在保持半導體晶片的卡盤工作檯上，並損壞卡盤工作檯的工件保持區域，從而降低表面精度。此外，為了沿分割線分割半導體晶片，在半導體晶片放置在切割帶上的狀態下，沿分割線照射該雷射束；因此，當如上所述的雷射束超出半導體晶片的範圍時，切割帶因受熱融化，並與卡盤工作檯的工件保持區域粘合。形成在卡盤工作檯的工件保持區域中的真空抽吸孔，可能會被該切割帶堵住，並且可能會降低工件保持區域的表面精度。因此，根據情況需要，必須使用磨石擦掉與工件保持區域粘合的切割帶，或必須更換卡盤工作檯。
為解決上述問題，本發明的申請人在日本專利申請No.2004-58380中提出一種雷射束加工機，其可檢測形成在保持於卡盤工作檯上的工件上的分割線的起點坐標值和終點坐標值，將它們存儲在存儲裝置中，並從存儲在存儲裝置中的起點至終點的範圍內照射雷射束。
對每一條分割線而言，由於必須檢測保持在卡盤工作檯的工件保持區域上的工件的加工區域的坐標值，因此日本專利申請No.2004-58380所述的技術在生產率方面不令人滿意。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種用於雷射束加工機中使用的卡盤工作檯；即使當照射到工件上的雷射束超出工件的範圍，也不會損壞用於保持工件的工件保持區域。
根據本發明，本發明的上述目的可通過一種用於雷射束加工機中的卡盤工作檯來實現，其具有用於保持工件的工件保持區域，其特徵在於所述工件保持區域的形狀與所述工件相似，且其尺寸比所述工件小；同時，一個緩衝槽被這樣形成，以使所述緩衝槽環繞所述工件保持區域。
優選地，雷射束吸收元件放置在所述緩衝槽的底部。
由於本發明的卡盤工作檯的所述工件保持區域的形狀與所述工件相似，且其尺寸比所述工件小；同時，一個緩衝槽被這樣形成，以使所述緩衝槽環繞所述工件保持區域，因此即使當雷射束超出該工件的範圍時，雷射束也不被照射到工件保持區域上而是照射到雷射束緩衝槽，從而可以防止工件保持區域受到損壞。此外，即使當雷射束被照射到上述雷射束緩衝槽時，緩衝槽的底部也完全遠離雷射束的焦點，且雷射束會漫射，因此能量密度也不會高到足以加工雷射束緩衝槽，且卡盤工作檯也不會遭受損壞。當該工件放置在切割帶上時，如果發生上述超出的情況，那麼雷射束將被照射到該切割帶上，而該切割帶將因受熱融化。然而，由於該卡盤工作檯的工件保持區域不位於雷射束照射到該切割帶上的區域中，所以融化的切割帶不會與該工件保持區域粘合。因此，不需對該卡盤工作檯進行維護，從而可以降低運行成本。
圖1是安裝有根據本發明構造的卡盤工作檯的雷射束加工機的立體圖；圖2是根據本發明構造的卡盤工作檯的主要部分的立體圖；圖3是圖2所示的卡盤工作檯的截面圖；圖4是方塊圖，顯示在圖1所示的雷射束加工機中的雷射束加工裝置的構造；圖5是示意圖，用於解釋從圖4所示的雷射束加工裝置中照射的雷射束的焦斑直徑；圖6是作為工件的半導體晶片的立體圖；圖7是圖6所示的半導體晶片的放大截面圖；圖8是立體圖，顯示圖6所示的半導體晶片已被放置到切割帶(其被粘附在環形切割框上)上的狀態；圖9(a)和圖9(b)是解釋由圖1所示的雷射束加工機進行雷射束照射步驟的示意圖；圖10是表明本發明實施方式的示意圖，其中在圖9(a)和圖9(b)所示的雷射束照射步驟中，雷射束超出了工件的範圍；及圖11是表明本發明另一實施方式的圖，其中在圖9(a)和圖9(b)所示的雷射束照射步驟中，雷射束超出了工件的範圍。
具體實施例方式
下面將結合附圖詳細地說明本發明的優選實施方式。
圖1是根據本發明構造的雷射束加工機的立體圖。圖1所示的雷射束加工機，包括固定式基座2；用於保持工件的卡盤工作檯機構3，其以可在箭頭X所代表的加工進給方向上移動的方式安裝在該固定式基座2上；雷射束照射單元支承機構4，其以可在箭頭Y所代表的分度進給方向(即垂直於箭頭X所代表的方向)上移動的方式安裝在該固定式基座2上；及雷射束照射單元5，其以可在箭頭Z所代表的方向上移動的方式安裝在該雷射束照射單元支承機構4上。
上述卡盤工作檯機構3，包括一對導軌31和31，其安裝在該固定式基座2上，並沿箭頭X所代表的加工進給方向彼此平行地排列；第一滑塊32，其以可在箭頭X所代表的加工進給方向上移動的方式安裝在該導軌31和31上；第二滑塊33，其以可在箭頭Y所代表的分度進給方向上移動的方式安裝在該第一滑塊32上；支承臺35，其由圓柱件34支承在該第二滑塊33上；及作為工件保持裝置的卡盤工作檯36。該卡盤工作檯36由金屬材料如不鏽鋼等製成，且如圖2和圖3所示具有用於保持工件的工件保持區域360。頂部敞開的裝配孔361形成在該工件保持區域360中，且由多孔材料如多孔陶瓷等製成的吸附卡盤362裝配在該裝配孔361中。圓形抽吸槽363形成在上述裝配孔361底部的中心部分中，且環形抽吸槽364形成在該抽吸槽363的外側。該抽吸槽363和364通過抽吸道365與抽吸裝置(未示)相連通。上述工件保持區域360的形狀與工件相似，且其外周比工件的外周略小(3～5mm)，下文將進行說明。環形緩衝槽366被這樣形成，以使得可環繞具有工件保持區域360的卡盤工作檯36的工件保持區域360。該環形雷射束緩衝槽366的深度為5～10mm，寬度為20～30mm。由防蝕鋁(alumite)等製成並用於吸收雷射束的雷射束吸收元件367，放置於該雷射束緩衝槽366的底部處。這樣形成的卡盤工作檯36，例如將作為工件的盤狀半導體晶片放置在工件保持區域360上，並通過啟動未示的抽吸裝置來對其進行抽吸保持。通過安裝在圖1所示的圓柱件34中的脈衝馬達(未示)，來轉動該卡盤工作檯36。在示例性的實施方式中，該卡盤工作檯36包括用於固定切割框架的夾具368，其中粘附到作為工件的半導體晶片上的切割帶被固定在所述切割框架上。
參考圖1繼續說明，上述第一滑塊32在其下表面上具有被裝配到上述成對的導軌31和31上的一對導槽321和321，以及在其頂表面具有一對導軌322和322，所述一對導軌322和322被形成為彼此在箭頭Y所代表的分度進給方向上平行。通過將上述導槽321和321分別裝配到成對的導軌31和31上，上述構造的第一滑塊32被構造成，可沿成對的導軌31和31在箭頭X所代表的加工進給方向上移動。在示例性的實施方式中，卡盤工作檯機構3包括加工進給裝置37，其用於使該第一滑塊32沿成對的導軌31和31在箭頭X所代表的加工進給方向上移動。該加工進給裝置37包括外螺杆371，其布置在上述成對的導軌31和31之間並與其平行；還包括用於旋轉驅動該外螺杆371的驅動源如脈衝馬達372等。該外螺杆371，在一端處旋轉地支承到固定在上述固定式基座2上的軸承座373上，在另一端處與上述脈衝馬達372的輸出軸傳動連接。該外螺杆371擰入到帶螺紋的通孔中，其中該通孔形成在從該第一滑塊32的中心部分的下表面突出的內螺紋座(未示)中。因此，通過使用該脈衝馬達372在正常方向或反向方向上驅動該外螺杆371，該第一滑塊32在箭頭X所代表的加工進給方向上沿該導軌31和31移動。
上述第二滑塊33在其下表面包括一對導槽331和331，所述一對導槽331和331被裝配到設置在上述第一滑塊32頂表面上的成對的導軌322和322上；通過將導槽331和331分別安裝到成對的導軌322和322上，上述第二滑塊33被構造可在箭頭Y所代表的分度進給方向上移動。在示例性的實施方式中，卡盤工作檯機構3包括第一分度進給裝置38，用於使該第二滑塊33沿成對的導軌322和322在箭頭Y所代表的分度進給方向上移動，其中所述成對的導軌322和322設置在第一滑塊32上。該第一分度裝置38包括布置在上述成對的導軌322和322之間並與其平行的外螺杆381，及用於驅動該外螺杆381的驅動源如脈衝馬達382。該外螺杆381，在一端處旋轉地支承到固定在上述第一滑塊32頂表面上的軸承座383上，在另一端處與上述脈衝馬達382的輸出軸傳動連接。該外螺杆381擰入到帶螺紋的通孔中，其中該通孔形成於從該第二滑塊33的中心部分下表面突出的內螺紋座(未示)中。因此，通過使用該脈衝馬達382在正常方向或反向方向上驅動該外螺杆381，該第二滑塊33在箭頭Y所代表的分度進給方向上沿該導軌322和322移動。
上述雷射束照射單元支承機構4，包括安裝在該固定式基座2上並在箭頭Y所代表的分度進給方向上彼此平行排列的一對導軌41和41，及以可在箭頭Y所代表的方向上移動的方式安裝在導軌41和41上的活動支承基座42。該活動支承基座42，包括可活動地安裝在該導軌41和41上的活動支承部分421，及安裝在該活動支承部分421上的安裝部分422。該安裝部分422在其一個的側翼flank設置有沿箭頭Z所代表的方向彼此平行而延伸的一對導軌423和423。在示例性的實施方式中，雷射束照射單元支承機構4，包括第二分度進給裝置43，其用於使該活動支承基座42沿成對的導軌41和41在箭頭Y所代表的分度進給方向上移動。該第二分度進給裝置43，包括放置在上述成對的導軌41和41之間並與其平行的外螺杆431，及用於旋轉驅動該外螺杆431的驅動源如脈衝馬達432。該外螺杆431，在其一端處旋轉地支承到固定在上述固定式基座2上的軸承座(未示)上，且在另一端處與上述脈衝馬達432的輸出軸傳動連接。該外螺杆431擰入到帶螺紋的通孔中，其中該通孔形成於從該活動支承部分421(其構成該活動支承基座42)中心部分的下表面處突出的內螺紋座(未示)中。因此，通過使用該脈衝馬達432在正常方向或反向方向上驅動該外螺杆431，該活動支承基座42在箭頭Y所代表的分度進給方向上沿該導軌41和41移動。
在示例性的實施方式中，雷射束照射單元5，包括單元保持器51以及緊固到該單元保持器51上的雷射束照射裝置52。該單元保持器51包括一對導槽511和511，所述成對的導槽511和511可滑動地裝配到設置於上述安裝部分422上的成對的導軌423和423上；通過將導槽511和511分別安裝在上述導軌423和423上，該單元保持器51以可在箭頭Z所代表的方向上移動的方式被支承著。
所示例的雷射束照射裝置52，包括緊固到上述單元保持器51上並基本上水平方向延伸的圓筒形殼體521。如圖4所示，在殼體521中，安裝有脈衝雷射束振蕩裝置522和傳輸光學系統523。該脈衝雷射束振蕩裝置522由脈衝雷射束振蕩器522a(其由YAG雷射振蕩器或YVO4雷射振蕩器組成)和連接到該脈衝雷射束振蕩器522a上的重複頻率設置裝置522b組成。該傳輸光學系統523包括合適的光學元件如分光器等。容置由一組具有公知結構的透鏡所構成的聚光透鏡(未示)的聚光器524，連接到上述殼體521的末端上。
從上述脈衝雷射束振蕩裝置522進行振蕩的雷射束，通過傳輸光學系統523到達聚光器524，並從該聚光器524處以預定的焦斑直徑D照射到保持在上述卡盤工作檯36上的工件上。如圖5所示，當通過聚光器524的物鏡524a照射具有高斯分布的脈衝雷射束時，該焦斑直徑D定義為D(μm)＝4×λ×f/(π×W)(其中，λ是脈衝雷射束的波長(μm)，W是照射到物鏡524a上的脈衝雷射束的直徑(mm)，f是物鏡524a的焦距(mm))。
參照圖1，圖像攝像裝置6用於檢測將由上述雷射束照射裝置52進行加工的區域，且安裝在構成上述雷射束照射裝置52的殼體521的前端。該圖像攝像裝置6，包括用於照明該工件的照明裝置，用於捕獲被該照明裝置所照亮的區域的光學系統，及用於對由該光學系統所捕獲的圖像進行攝像的圖像攝像裝置(CCD)。圖像信號被傳輸到未示的控制裝置中。
在示例性的實施方式中，雷射束照射單元5，包括用於沿成對的導軌423和423在箭頭Z所代表的方向上移動該單元保持器51的移動裝置53。該移動裝置53包括布置在成對的導軌423和423之間的外螺杆(未示)，及用於旋轉驅動該外螺杆的驅動源如脈衝馬達532。通過使用該脈衝馬達532在正常方向或反向方向上驅動該外螺杆(未示)，該單元保持器51和該雷射束照射裝置52沿導軌423和423在箭頭Z所代表的方向上移動。在示例性實施方式中，通過在正常方向上驅動該脈衝馬達532，使該雷射束照射裝置52向上移動；以及通過在反向方向上驅動該脈衝馬達532，使該雷射束照射裝置52向下移動。
下面說明使用上述雷射束加工機利用雷射束進行加工工件的過程。
圖6是將被雷射束所加工的半導體晶片(其作為工件)的立體圖，圖7是圖6所示的半導體晶片的分割線的放大截面圖。在圖6和圖7所示的半導體晶片20中，在半導體基底21(如矽晶片)的前表面21a上，由多條分割線分切成格子圖案的多個區域，且在每個被分切的區域中形成電路212(如IC或LSI)。該半導體晶片20包括層壓在該半導體基底21的前表面上的低介電絕緣膜213。
如圖8所示，如上述構造的半導體晶片20放置在切割帶26上，其中該切割帶26由氯乙烯等合成樹脂薄層sheet組成，且該合成樹脂薄層以前表面21a朝上的方式粘附到環形切割框架25上。
通過該切割帶26而被支承到切割框架25上的半導體晶片20，被以前表面21a朝上的方式送到卡盤工作檯36的工件保持區域360上，該卡盤工作檯36構成了如圖1所示的雷射束加工機的卡盤工作檯機構3；且該半導體晶片20藉助於該切割帶26被放置在該工件保持區域360上。然後，通過啟動未示的抽吸裝置，將半導體晶片20抽吸保持在該工件保持區域360上。此時，如上所述，由於該工件保持區域360的形狀與該半導體晶片20相似，且其尺寸小於半導體晶片20，所以半導體晶片20的周向部分從該工件保持區域360的周邊向外突出，並位於該環形緩衝槽366上方。由設置在該卡盤工作檯36上的夾具368來固定該切割框架25。通過操作進給裝置37，用於抽吸保持半導體晶片20的卡盤工作檯36沿導軌31和31移動，且被送至安裝在該雷射束照射單元5上的圖像攝像裝置6的正下方。
在該卡盤工作檯36位於該圖像攝像裝置6的正下方後，由該圖像攝像裝置6和未示的控制裝置來進行對準工作，該對準工作用於檢測半導體晶片20將被雷射束所加工的加工區域。即，該圖像攝像裝置6和控制裝置(未示)進行圖像處理(例如圖形匹配等)，從而將形成在半導體晶片20的預定方向上的分割線211與雷射束照射單元5的聚光器524對準，用以沿分割線211照射雷射束，由此完成雷射束照射位置的對準。同時，也沿垂直於上述預定方向、在形成於半導體晶片20上的分割線211上進行相似的雷射束照射位置的對準。
在檢測分割線211(其形成在保持於卡盤工作檯36上的半導體晶片20上)並進行雷射束照射位置的對準後，移動該卡盤工作檯36，以將在預定方向(圖9(a)中的水平方向)上延伸的預定分割線211送至該雷射束照射裝置52的聚光器524的正下方位置。此外，如圖9(a)所示，分割線211的一端(圖9(a)中的左端)位於該聚光器524的正下方。然後，該卡盤工作檯36以預定進給速率在箭頭X1所代表的加工進給方向上移動，同時將雷射束從該雷射束照射裝置52的聚光器524照射到形成在分割線211上的低介電絕緣膜213上。此時，從聚光器524處所照射的雷射束的焦點P，被設定在低介電絕緣膜213的表面上。如圖9(b)所示，當聚光器524的照射位置到達分割線211的另一端(圖9(b)中的右端)時，暫停雷射束的照射。結果，除去了形成在分割線211上的低介電絕緣膜213(雷射照射步驟)。
在上述雷射束照射步驟中，如圖10所示，由於反應延時或出錯，從雷射束照射裝置52的聚光器524所照射的雷射束可能超出半導體晶片20的範圍。此時，儘管雷射束照射到切割帶26上且切割帶26受熱融化，但由於在雷射束照射到切割帶26的區域中不存在該卡盤工作檯36的工件保持區域361，所以融化的切割帶不會粘合到該工件保持區域360上。如圖11所示，當作為工件的半導體晶片20不是放置在切割帶上而是直接保持在該卡盤工作檯36的工件保持區域360上時，如果在上述雷射束照射步驟中從雷射束照射裝置52的聚光器524中所照射的雷射束超出半導體晶片20的範圍，那麼雷射束將直接照射到該卡盤工作檯36的雷射束緩衝槽366上。由於雷射束緩衝槽366的底部完全遠離雷射束的焦點P，且雷射束會漫射，因此能量密度也不會高到足以加工雷射束緩衝槽366的地步，因此該卡盤工作檯36不會損壞。在示例性的實施方式中，由於雷射束吸收元件367放置在雷射束緩衝槽366的底部，因此可以確定地防止該卡盤工作檯36受到損壞。
在示例性的實施方式中，上述雷射束照射步驟中的加工條件設置如下。
光源YAG雷射或YVO4脈衝雷射波長355nm輸出0.5W重複頻率50kHz脈衝寬度10ns焦斑直徑9.2μm加工進給速率100mm/sec當在如圖9(a)所示的預定分割線211上完成雷射束照射步驟之後，該卡盤工作檯36在垂直於分割線211的分度進給方向上移動一段距離(其等於分割線之間距離)，以進行上述雷射束照射步驟。重複進行分度進給步驟和雷射束照射步驟，以除去形成在所有分割線211(其沿半導體晶片20的預定方向延伸)上的低介電絕緣膜213。如上所述，在沿半導體晶片20的預定方向延伸的分割線211上完成雷射束照射步驟後，該卡盤工作檯36(即半導體晶片20)旋轉90°，以在沿垂直於分割線211(該分割線211沿上述預定方向延伸)的方向上延伸的分割線211上進行上述雷射束照射步驟。結果，除去了形成在半導體晶片20的所有分割線211上的低介電絕緣膜213。
如上所述，在除去了形成在半導體晶片20的所有分割線211上的低介電絕緣膜213後，保持半導體晶片20的卡盤工作檯36返回到開始抽吸保持半導體晶片20的位置，以取消對半導體晶片20的抽吸保持。然後，通過未示的傳送裝置將半導體晶片20送到切割步驟。在該切割步驟中，用帶有切割刀片的切割機沿分割線211切割半導體晶片20，以將其分成單個的半導體晶片。由於低介電絕緣膜213已從分割線11上除去，因此可以防止在使用刀片切割低介電絕緣膜時發生低介電絕緣膜的剝離。
儘管上面已經說明了用於除去形成在半導體晶片分割線上的低介電絕緣膜的雷射加工實施方式，但是通過將可穿過半導體晶片的、波長為1,054nm的脈衝雷射束沿半導體晶片的分割線照射至半導體晶片上，本發明的雷射束加工機也可用於這樣的雷射加工當中，即在半導體晶片的內部形成連續的變質層。
權利要求
1.一種用於雷射束加工機中的卡盤工作檯，其具有用於保持工件的工件保持區域，其特徵在於所述工件保持區域的形狀與所述工件相似，且其尺寸比所述工件小；同時，一個緩衝槽被這樣形成，以使所述緩衝槽環繞所述工件保持區域。
2.如權利要求1所述的用於雷射束加工機中的卡盤工作檯，其特徵在於雷射束吸收元件放置在所述緩衝槽的底部。
全文摘要
一種用於雷射束加工機中的卡盤工作檯，其具有用於保持工件的工件保持區域，其中所述工件保持區域的形狀與所述工件相似，且其尺寸比所述工件小；同時，一個緩衝槽被這樣形成，以使所述緩衝槽環繞所述工件保持區域。
文檔編號B23K26/00GK1669720SQ20051005511
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月17日 優先權日2004年3月17日
發明者飯塚健太呂 申請人:株式會社迪斯科