CN1311528C - 在半导体晶片上形成划线的方法以及用以形成这种划线的设备 - Google Patents

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Abstract

制备了包括有表面上通过半导体晶片生产过程形成了许多图案化半导体器件的硅晶片(50)，于硅晶片(50)上涂布透明膜以覆盖许多半导体器件。将这种具有透明膜的半导体晶片即硅晶片(50)置于转台(26)上，以此硅晶片的未被透明膜覆盖的背面朝上背离转台(26)，沿着用于将此半导体晶片分成许多半导体芯片的划线形成线条由激光束加热上述背面以形成激点，所加热的温度则低于半导体晶片的软化点，同时沿此划线形成线条连续地冷却此激点附近的区域。

Description

在半导体晶片上形成划线的方法以及用以形成这种划线的设备
发明领域
本发明涉及形成用以将其上具有种种半导体器件图案的半导体晶片如硅晶片，分成预定尺寸的半导体芯片的划线的方法；还涉及适用于此形成划线的方法的形成划线的设备。
背景技术
表面上具有各种图案化半导体器件的硅晶片可沿着相邻图案间的边界线分成预定尺寸的半导体芯片。用于将硅晶片分成半导体芯片的方法已知有切割、划线以及其他一些方法。
在划线方法中，是在考虑到硅晶片的结晶取向的基础上，沿着拟形成半导体芯片的毗邻半导体图案间的界线在硅晶片表面上形成划线。经划线后，将硅晶片分成多块半导体芯片。这类划线是通过使金刚石部件或类似部件对硅晶片的表面作压力接触而形成。因而这种划线过程会因划线条件在硅晶片表面上形成划线的同时，在硅晶片的多处产生裂纹或碎屑的风险。
为避免出现上述情况，通常广泛采用切割法来分割硅晶片。在切割过程中，是以其中埋设有金刚石磨粒的刀片高速旋转，而得以沿相邻的拟形成半导体芯片的相邻图案间的界线切割硅晶片。
但切割硅晶片的过程是用机械方法实现，因而在沿着切割硅晶片的线条周围同样有产生碎裂的风险。当碎裂发生，因碎裂而产生的破碎硅晶片就会作为有害的杂质进入半导体芯片。有了这种杂质的半导体芯片就未必能提供预定的功能。
为了生产平面显示器件例如液晶显示设备，业已开发了在玻璃基片上形成划线以分割玻璃基片的下述方法。在此方法中是以激光束沿着拟将玻璃基片分割的线条连续照射，同时持续地冷却玻璃基片的为激光束照射的区域。曾考虑过采用将激光束加热再结合冷却的方法在硅晶片上形成划线。但这种方法并未付诸实践，这是由于当硅晶片的表面在以激光照射的同时加以冷却之际，就有可能损害硅晶片表面上半导体器件的电性能。
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供用来在半导体晶片例如硅晶片等上形成用于分割半导体晶片而不会造成损坏，也不会在半导体晶片中产生碎屑、裂纹等形成划线的方法，以及提供适用于这种方法的形成划线的设备。
发明内容
本发明的用于在半导体晶片上形成划线的方法，包括下述步骤：制备出包括有通过半导体晶片生产过程而于半导体表面上图案化形成许多半导体器件的半导体晶片；于此半导体晶片表面涂覆透明膜以覆盖住所有这许多半导体器件；将具有此透明膜的半导体晶片置于规定的台上且使此半导体晶片的背面背离此规定的台；同时沿着用以形成将半导体分成许多半导体芯片的划线的预定线条(以后称作划线形成线条)，连续地以激光束加热此规定的台上半导体晶片的背面以形成激点，加热至低于半导体晶片软化点的温度，同时连续地沿此划线形成线条冷却激点附近的区域。
在本发明的一种实施形式中，此半导体晶片的表面于预定的位置处有一对准标记，而此对准标记是用来使上面固定有半导体晶片的上述台定位。
在本发明的一种实施形式中，所述在其上固定有此半导体晶片的台是根据通过上述透明膜所成像的该对准标记的图像而定位的。
本发明的在半导体片上形成划线的设备包括将在其上置放半导体晶片的台，而此半导体晶片的背面则背离此台，其中此半导体晶片包括许多在其生产过程中在其表面上形成的许多图案化的半导体器件，在此表面上具有对准标记且此表面为透明膜覆盖；在此半导体晶片的背面上沿划线形成线条连续地形成激点的装置；以及将与沿此划线形成线条由激光束加热到低于放置在所述台上的半导体晶片软化点的温度的区域邻近的区域的装置。所述的台包括成像机构，用以将此台上放置的半导体晶片上的对准标记通过该透明膜成像。
附图说明
图1是阐明本发明的用以形成划线的方法的过程的示意性侧视图。
图2是由上述过程获得的硅晶片的侧视图。
图3是本发明的用以形成划线的设备例子的示意性前视图。
图4是上述形成划线的设备的放大示意图。
图5是此用来形成划线的设备中转台的示意性平面图。
图6概示此用来形成划线的设备的作业。
具体实施方式
下面详述本发明的实例。在以下各实施例中是将硅晶片用作半导体晶片，但是本发明也可以基本上相同的方式用于其它半导体晶片。半导体芯片是在硅晶片上按下述过程生产。首先于硅晶片的一个表面上在半导体芯片区中图案化成种种类型的半导体器件(硅晶片生产过程)。然后洗涤包括有图案化半导体器件的硅晶片的表面，以除去自然发生的氧化物层、污染物，等等。之后用本发明的形成划线的方法，沿着拟将硅晶片分成半导体芯片的线条在此硅晶片上形成划线。然后将此硅晶片沿该划线分开而产生出许多半导体芯片。
下面举例说明本发明的用于形成划线的方法。如图1所示，于硅晶片的生产过程中在硅基片的一个表面上图案化形成许多半导体器件，然后将此具有图案化半导体器件的硅晶片表面洗涤。这样便制备成硅晶片50。在此硅晶片50的表面上设置一对对准标记。硅晶片50置于一规定的操作台61上且使硅晶片50的具有图案化半导体器件的表面面向上。
当硅晶片50置于操作台61上后即于硅晶片50的具有图案化半导体器件的表面上涂布透明膜62。这样，如图2所示，硅晶片50的整个表面便为透明膜62覆盖。在此状态下，此具有图案化半导体器件的硅晶片50的表面即为透明膜62保护。
然后将此硅晶片50运送到并置放于本发明的划线形成设备的台上并保持于此台的表面上。
图3是本发明的划线形成设备的例子的示意性结构图。如图3所示，此划线形成设备包括在水平基座11上的可滑动台12。可滑动台12可按规定的水平方向(Y方向)往复移动。
可滑动台12由一对导轨14与15支承成可沿它们作水平滑动。该导轨14与15设于基座11的上表面之上，相互平行地沿Y方向延伸。在导轨14与15的中央位置平行于这两根导轨设有滚珠丝杠(ballscrew)13，使之能由马达(未图示)带动。滚珠丝杠13可向前与向后转动。此滚珠丝杠13上配合有滚动螺母(ball nut)16。滚动螺母16是整体地设于滑动台12之上而不转动。当滚珠丝杠13向前与向后转动，滚动螺母16便循Y方向在两个方向上沿滚珠丝杠13移动。这样，与滚动螺母16成整体的可滑动台12便可于Y方向上沿导轨14和15朝两个方向滑动。
该可滑动台12上沿水平方向设有台座19。该台座19由设在滑动台12上方的一对导轨21作可滑动地支承。这对导轨21沿垂直于Y方向的X方向延伸且相互平行。在这对导轨21之间的中央位置处设有与之平行的滚珠丝杠22。此滚珠丝杠22可由马达23带动朝前和向后转动。
滚珠丝杠22上配合着滚动螺母24。滚动螺母24整体地设于台座19上而不转动。当滚珠丝杠22向前与向后转动，滚动螺母24便循X方向于两个方向上沿导轨对21滑动。
台座19上安装有转动机构25。在转动机构25上水平地设置一转台26。转台26上设置着要在上面形成划线的硅晶片50。转动机构25构造成能让转台26绕转动机构25的垂直中心轴线转动。此转动机构25可使转台26相对于一基准位置转过一任意旋转角θ。在转台26上，将硅晶片50设置成使其被透明膜62覆盖的表面与转台26的上表面接触。硅晶片50由例如吸盘固定于转台26上，然后使转台26定位。换言之，在转台26上，上面没有图案化半导体器件的硅晶片50的背面背离此转台26。
图4是转台26与其邻区的放大示意图，而图5是转台与其邻区的示意性平面图。在盘形转台26上面朝下的硅晶片50的表面上有一对对准标记，同时转台26上有一对圆形通孔26a与这对对准标记相对应地设置。在转台26之下与其成整体地设有成像机构38。该成像机构38设置成使各个通孔26a的中心轴线基本上与各成像机构38的光轴匹配。
各成像机构38包括CCD摄像机38a，以及用此CCD摄像机38a经各相应通孔26a将转台26上的硅晶片50的对应的对准标记成像的光学系统38b。各成像机构38的成像结果输出给图像处理设备(未图示)。
转台26上方以与其合适的间隔设有一支承台31。支承台31水平地支承于光学座33的下端。光学座33是垂直设置的。光学座33的上端则接附于设在底座31上的安装台32的下表面上。安装台32上设有用来产生激光束的激光振荡器34。激光振荡器34产生的激光束照射光学座33内保持的光学系统。
由激光振荡器34振荡产生的激光束指向硅晶片50的无半导器件的背面，并形成椭圆形的激点，此点沿着相邻的将作为半导体芯片的部分之间拟形成为划线的线条有较大的长度。
于支承台31上沿X方向与光学座33隔适当的距离处设有冷却喷嘴37。该冷却喷嘴37面对位于转台26上的硅晶片50，它用来将冷却剂例如冷却水喷射到硅晶片50的背面。更确切地说，此冷却剂是喷射到硅晶片50的背面上离椭圆形激点长轴方向一端适当远处的一个位置上。如上所述，由光学座33导引出的激光束于硅晶片50的背面上形成激点LS。从冷却喷嘴37喷射出的冷却剂例如可以是水与压缩空气的混合流体、冷却水、压缩空气、He气、H2气或CO2气体。
支承台31于冷却喷嘴37附近设有成像机构40用来使硅晶片50的背面成像，成像机构40包括一CCD(摄像元件)41，面向被冷却喷嘴37以冷却剂喷射的硅晶片50背面上一个位置邻近的规定区域。CCD41面对此规定区域而于其间设置光学系统42。CCD41探测此划线是否无差错地形成。CCD41可以拍摄硅晶片50背面区域的图像，具体地说，可拍摄冷却喷嘴37喷射冷却剂所在位置附近沿此椭圆形激点长轴的区域。
支承台31还设有圆盘割刀(wheel cutter)35，它相对于由光学座33导引的激光束于硅晶片50的背面上所形成的激点与冷却喷嘴37对置。圆盘割刀35是沿着光学座33辐射出的激光束形成的激点的长轴设置的。此圆盘割刀35是用来在转台26上硅晶片50的沿拟形成的划线的方向上的一个端部区中形成一缺口。圆盘割刀35由芯片架36保持而能上下运动。
包括使滑动台12与台座19定位的划线形成设备的各种操作的控制以及转动机构25和激光振荡器34的控制都是由控制部件(未图示)执行。
用于在硅晶片50上形成划线的具有上述结构的划线形成设备按下述方式操作。首先将包括硅晶片50的尺寸以及划线将形成的位置等信息数据输入控制部件。
然后将硅晶片50置于转台26上使覆盖有透明膜62的硅晶片50的表面朝向下方。硅晶片50由吸持装置固定后定位。由于硅晶片50的上面形成有半导体器件的表面为透明膜62覆盖，这些半导体器件或类似器件就不会为转台26损伤或破碎。
硅晶片50相对于转台26被吸持固定并定位成使得硅晶片50表面上的这对对准标记分别对应于转台26上形成的各通孔26a。
为了使固定于转台26上的硅晶片50定位，成像机构38的CCD摄像机38a使硅晶片50表面上的对准标记成像。各CCD摄像机38a的成像中心与相应的对准标记的中心间的偏移由成像处理设备(未图示)计算，计算结果发送给控制部件。
控制部件根据图像处理设备求得的偏移计算结果将转台26定位成，使激点的长轴与硅晶片50上的划线形成线条相一致。当此划线形成线条于硅晶片50的端部区中面向圆盘割刀35时，便降低圆盘割刀35而于此划线形成线条的端部区中形成一缺口。
转台26沿划线形成线条于X方向滑动。在此滑动中，激光振荡器34振荡产生出激光束而冷却喷嘴37以压缩空气喷射冷却水。
如图6所示，激光振荡器34的激光束形成椭圆形的激点LS于硅晶片50的背面上且在沿着划线形成线条SL上较长。冷却剂喷向划线形成线条上在激点LS后适当距离的位置处。这样便形成了一冷却点CP。
将上面形成有激点LS的硅晶片50的背面加热至低于硅晶片50熔点的温度。于是在其上形成有激点LS的硅晶片50的背面便被加热而不熔化，同时在此加热的点处产生压应力。
由冷却喷嘴37喷射的冷却剂如冷却水等于硅晶片50背面上激点邻域内形成冷却的点CP。硅晶片50的背面由冷却点CP冷却，同时在冷却点CP处产生张应力。
上述张应力产生在硅晶片50背面上产生压应力区域附近的位置上。于是根据此各应力在激点LS与冷却点CP之间生成应力梯度。结果便从硅晶片50背面端部区形成的缺口TR沿硅晶片50的厚度方向，沿划线形成线条SL形成了为分开硅晶片50所需的“分割必需的垂直裂纹”。
在上述情形下，这种分割必需的垂直裂纹常是肉眼看不见的，是在硅晶片50的背面上沿划线形成线条SL于厚度方向上形成的。由于此分割必需的垂直裂纹是由压应力与张应力生成的，于是在生成分割必需的垂直裂纹时不含有在硅晶片50上沿划线形成线条SL发生碎屑、开裂等风险。
然后以相同方式于硅晶片50的背面沿划线形成线条SL连续地形成用于将硅晶片50分成半导体芯片所需的垂直裂纹线(划线)，当在硅晶片50的整个背面沿划线形成线条形成了分割所需的垂直裂纹线(划线)时，即将硅晶片50提供给下一阶段，即分割阶段且此时仍涂布着透明膜62。在此分割阶段，将硅晶片50沿垂直裂纹线(划线)分开。
在硅晶片50沿所有的垂直裂纹线(划线)分开时，便获得许多在透明膜62上的半导体芯片。
在上述例子中，硅晶片50是通过吸持面固定于转台26上。或者也可用机械方法保持硅晶片50的周面而将其固定于转台上。
上述例子中是在硅晶片50的端部区中形成缺口TR后，使激点LS和冷却点CP沿着从此缺口TR延伸出的划线形成线条SR移向硅晶片50背面的内侧，这样地形成了分割必需的垂直裂纹线(划线)。或者也可在紧接激点通过硅晶片50端部区之后的时刻与紧接冷却点通过硅晶片50的端部区之前的时刻两者之间的某个时刻，而不是在移动激点LS与冷却点CP之前，由缺口加工装置来形成此缺口。在这另一种方式下，可以将分割所必需的垂直裂纹按相同的深度形成。在这样的方式下，可以避免非期望的和不需的裂纹不受控制地形成于硅晶片的端部区中。
至于缺口加工装置可以采用对脆性材料进行划痕的金刚石工具或超硬合金刀具，或是脉冲式激光器如YAG激光器，等等。这种缺口还可以于硅晶片50背面上形成于端部区以外的任何位置上。
在冷却点形成后，可在此硅晶片背面上形成第二激点。此时，业已形成的分割必需的垂直裂纹便可以到达为透明膜所覆盖的硅晶片的表面，这样便简化了分割阶段的作业。
工业实用性
根据本发明的于半导体晶片上形成划线的方法，在以透明膜覆盖半导体晶片的有图案化半导体器件的半导体晶片表面同时，用激光束加热和用冷却喷嘴冷却半导体晶片的背面。这样便形成了分割半导体晶片所需的垂直裂纹线(划线)，于是就不会损伤其上具有图案化半导体器件的表面。
由于这种划线是利用热应力形成，故不会形成不需要的裂纹。于是在分割半导体晶片时，与通常的技术相比产生的碎屑较少。
根据本发明可采用的用以形成划线的设备可以用来实施上述这种划线方法。

Claims (4)

1.用于在半导体晶片上形成划线的方法，它包括下述步骤：制备出包括通过半导体晶片生产过程而于半导体表面上图案化形成的许多半导体器件的半导体晶片；于此半导体晶片表面施加透明膜以覆盖住所有这许多半导体器件；将具有此透明膜的半导体晶片置于规定的台上，使此半导体晶片的背面背离此规定的台；沿着将半导体晶片分成许多半导体芯片的划线形成线条，连续地以激光束加热此规定的台上半导体晶片的背面以形成激点，加热至低于半导体晶片软化点的温度，同时连续地沿此划线形成线条冷却激点附近的区域。
2.权利要求1所述的用于在半导体晶片上形成划线的方法，其中此半导体晶片的表面于预定的位置处有一对准标记，而此对准标记是用来使上面固定有半导体晶片的上述台定位。
3.权利要求2所述的用于在半导体晶片上形成划线的方法，其中所述在其上固定有此半导体晶片的台是根据通过上述透明膜所成像的该对准标记的图像而定位的。
4.用于在半导体晶片上形成划线的设备，它包括：在其上放置半导体晶片的台，而此半导体晶片的背面则背离此台，其中此半导体晶片包括许多在其生产过程中于其表面上图案化形成的许多半导体器件，在此表面上具有对准标记且此表面被透明膜覆盖；在此半导体晶片的背面上沿划线形成线条连续地形成激点的装置；以及将与沿此划线形成线条由激光束加热到低于放置在所述台上的半导体晶片软化点的温度的区域邻近的区域连续冷却的装置；其中所述的台包括成像机构，用以将此台上放置的半导体晶片上的对准标记通过该透明膜成像。
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