CN1577755B - 激光束处理方法和激光束处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于半导体晶片的激光束处理方法，该半导体晶片具有形成在半导体基底前表面上的低电介质绝缘膜，被网格道分划的多个电路，和部分形成在每个网格道上的测试金属图案，该方法包括：网格道探测步骤，其通过对每个网格道取像来探测金属图案所在区域的位置；以及激光束处理步骤，其用于在第一处理环境下，把激光束射到所探测的金属图案所在区域的位置，和在不同于第一处理环境的第二处理环境下，把激光束射到该低电介质绝缘膜所在区域的位置，以去除该金属图案和低电介质绝缘膜，所述第一和第二处理环境包括激光束的输出和半导体晶片的处理进给速度。

Description

激光束处理方法和激光束处理装置
技术领域
本发明涉及一种半导体晶片的处理方法，该半导体晶片具有形成在前表面上的低电介质绝缘膜、由网格道形成的多个电路以及部分形成在各网格道上测试金属图案，本发明还涉及一种激光束处理装置。
背景技术
本领域的技术人员应该知道在半导体器件的制造方法中，半导体晶片在基本上呈盘状的半导体基底的前表面上具有多个被网格道(切割线)分划的区域，在该分划区域中形成例如IC或LSI的电路，沿着网格道将该半导体晶片切割分为单独的半导体芯片。沿着半导体晶片网格道的切割通常由称为“切块机”的切割设备完成。该切割设备包括一用于保持作为工件的半导体晶片的吸盘台，一用于切割被保持在吸盘台上的半导体晶片的切割装置，一用于吸盘台与切割装置彼此相对移动的移动装置。该切割装置包括一高速旋转的旋转轴和固定在轴上的切割刀。该切割刀包括一盘状基体和一环状边缘，该环状边缘形成在基体的侧壁上，通过电铸沉积将直径约为3μm的钻石磨粒附着基底上形成大约20μm的厚度。
最近几年中，为了提高诸如IC或LSI电路的产量，提供了一种半导体晶片，其具有一层低电介质绝缘膜(低k膜)，该低电介质绝缘膜由一层无机材料膜(如SiOF或BSF(SiOB))或一层有机材料膜(如聚酰亚胺基或聚对二甲苯基聚合体)构成，所述材料膜层叠在半导体基底(硅晶片)的前表面上。因为低电介质绝缘膜由多层(5至15层)类似云母和极脆物层叠，当用切割刀片沿着网格道切割半导体晶片时，该低电介质绝缘膜会被剥落，剥落的低电介质绝缘膜落在电路上，对半导体芯片产生致命打击。
为了解决上述问题，JP-A2003-320466披露了一种处理装置，它发出一个激光束，激光束射在网格道的低电介质绝缘膜上，以去除低电介质绝缘膜，并且用切割刀沿着已去除的低电介质绝缘膜上的网格道切割半导体晶片。
然而，在一个具有测试金属图案的半导体晶片中，这个半导体晶片被称作“测试元件组(Test Element Group)”，其用于测试部分形成在网格道上的低电介质绝缘膜上每个电路的作用，这带来一个问题，即使当激光束用于去除低电介质绝缘膜，由铜或铝制成的金属膜会干涉激光束而不能平滑去除低电介质绝缘膜。作为对策，当用于网格道上的激光束其输出量一旦增大到可去除金属图案的程度时，产生了新的问题，即只有低电介质绝缘膜形成的网格道部分的半导体基底被切断，其散落的碎片粘附到连接电路的电连接片上，由此使半导体芯片恶化。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种激光束处理方法和激光束处理装置，其可平滑的去除半导体基底的网格道上的低电介质绝缘膜和部分形成在每个网格道上的测试金属图案。
为了获得上述目的，根据本发明，提供一种用于半导体晶片的激光束处理方法，该半导体晶片具有形成在半导体基底前表面上的低电介质绝缘膜、被网格道分划的多个电路和部分形成在各网格道上的测试金属图案，该方法包括：
网格道探测步骤，其通过对每个网格道取像来探测金属图案所在区域的位置；以及
激光束处理步骤，其用于在第一处理环境下，把激光束射到所探测的金属图案所在区域的位置，和在不同于第一处理环境的第二处理环境下，把激光束射到该低电介质绝缘膜所在区域的位置，以去除该金属图案和低电介质绝缘膜，所述第一和第二处理环境包括激光束的输出和半导体晶片的处理进给速度。
其中，该激光束处理步骤包括金属图案去除步骤和低电介质绝缘膜步骤，所述金属图案去除步骤用于在所述第一处理环境下，把激光束射到金属图案上以去除该金属图案，而所述低电介质绝缘膜步骤用于在所述第二处理环境下，把激光束射到该低电介质绝缘膜以去除该低电介质绝缘膜。
另外，在本发明中，提供一种用于半导体晶片的处理方法，该半导体晶片具有形成在半导体基底前表面上的低电介质绝缘膜、网格道分划的多个电路、部分形成在每个网格道上的测试金属图案，该方法包括：
网格道探测步骤，其通过对每个网格道取像以探测金属图案所在位置；以及
激光束处理步骤，其在不同的处理环境下，把激光束射到网格道探测步骤探测到的金属图案所在区域和低电介质绝缘所在区域的位置，去除该金属图案和低电介质绝缘膜。
该激光束处理步骤包括金属图案去除步骤和低电介质绝缘膜去除步骤，金属图案去除步骤把激光束射到金属图案上以去除该金属图案，而低电介质绝缘膜去除步骤把激光束射到该低电介质绝缘膜区域以去除该低电介质绝缘膜。
另外，为了解决上述主要技术问题，根据本发明，提供一种激光束处理装置，包括一吸盘台，用于保持工件；一激光束部件，用于将激光束射至保持在吸盘台上的工件上；以及一对准装置，用于探测将被激光束部件处理的区域；其中
该装置还包括一探测装置，用于探测被置于被保持在吸盘台上的工件的处理区域中的特定构件所在区域位置；一存储装置，用于存储被探测装置探测到的特定构件所在区域位置信息；以及一控制装置，它根据存储在存储装置中信息，控制激光束部件的激光束处理环境。
该工件为半导体晶片，该半导体晶片具有形成在半导体基底前表面上的低电介质绝缘膜和被网格道分划的多个电路，该特定构件为部分形成在每个网格道上的测试金属图案，以及该探测装置包括一用于识别低电介质绝缘膜颜色和金属图案颜色的颜色识别传感器。
另外，在本发明中，提供一激光束处理装置，包括一吸盘台，用于保持工件；一激光束部件，用于把激光束射到保持在吸盘台上的工件；以及一对准装置，用于探测将被激光束部件处理的区域；其中
该装置还具有存储装置，用于存储预先置于工件处理区域上的特定构件所在区域的信息；以及一控制装置，它根据存储在存储装置中信息，控制激光束部件的激光束处理环境。
该工件为半导体晶片，该半导体晶片具有形成在半导体基底前表面上的低电介质绝缘膜和被网格道分划的多个电路，该特定构件为部分形成在每个网格道上的测试金属图案，以及存储装置预先存储金属图案所在区域的信息。
附图说明
图1是根据本发明构成的激光束处理装置的立体图；
图2是表示装配在图1所示激光束处理装置中的激光束部件的示意性框图；
图3是作为将用本发明激光束处理方法处理工件的半导体晶片的立体图；
图4是图3所示半导体晶片的放大截面图；
图5a和图5b是解释本发明激光束处理方法中网格道探测步骤的示意图；
图6a和图6b是解释本发明激光束处理方法中金属图案去除步骤的示意图；以及
图7a和图7b是解释低电介质绝缘膜去除步骤的示意图。
具体实施方式
下文将参照相应附图详细说明根据本发明的激光束处理方法和激光束处理装置。
图1是根据本发明构成的激光束处理装置的立体图。图1所示的激光束处理装置包括一固定基座2；一置于固定基座2上的吸盘台机构3，其可在箭头X所示方向移动并保持工件；一置于固定基座2上的激光束部件装置支撑机构4，其可在垂直于箭头X所示方向的箭头Y所示方向上移动；一置于激光束部件支撑机构4上的激光束部件5，其可在箭头Z所示方向上移动。
上述吸盘台机构3包括一对置于固定基座2上的导轨31和31，它们沿着箭头X所示方向彼此平行设置；一置于导轨31和31上的第一滑块32，其可在箭头X所示方向移动；一置于第一滑块32上的第二滑块33，其可在箭头Y所示方向移动；一通过圆柱件34支撑在第二滑块33上的支撑台35；吸盘台36作为工件保持装置。该吸盘台36包括多孔材料制成的吸附卡盘361，并且其通过一未示出的抽吸装置将作为工件的盘状半导体晶片保持在吸附卡盘361上。该吸盘台36通过安装在圆柱件34中的脉冲马达(未示出)旋转。
上述第一滑块32的底面上具有与上述一对导轨31和31相适配的一对导槽321和321，其顶面上具有沿着箭头Y方向彼此平行设置的一对导轨322和322。如上所述的第一滑块32通过在一对导轨31和31上分别适配导槽321和321，在箭头X所示的方向上沿着一对导轨31和31是可移动的。所举例说明的实施例中的吸盘台机构3具有用于使第一滑块32在箭头X所示的方向上沿着一对导轨31和31移动的移动装置37。该移动装置37包括在上述一对导轨31和31之间设置并与之平行的外螺纹杆371，以及用于旋转驱动该外螺纹杆371的驱动源，例如脉冲马达372。该外螺纹杆371的一端由固定在上述固定基座2上的轴承座373可旋转地支撑，其另一端由未示出的减速器与上述脉冲马达372的输出轴传动耦合。该外螺纹杆371螺旋入从第一滑块32中心部分的底面突出的螺母块(未示出)中的螺纹通孔。因此，通过利用脉冲马达372在法线方向或相反方向驱动外螺纹杆371，第一滑块32在箭头X所示的方向上沿着导轨31和31被移动。
上述第二滑块33，其底面上具有与上述第一滑块32顶面上的一对导轨322和322相适配的一对导槽331和331，并且通过将导槽331和331分别适配在一对导轨322和322上，其在箭头Y所示的方向上可移动。所示出实施例的吸盘台机构3具有一移动装置38，用于在箭头Y所示的方向上沿着设置在第一滑块32上的一对导轨322和322移动第二滑块33。该移动装置38包括在上述一对导轨322和322之间设置并与之平行的外螺纹杆381，以及用于旋转驱动该外螺纹杆381的驱动源，例如脉冲马达382。该外螺纹杆381的一端由固定在上述固定基座2顶面上的轴承座383可旋转地支撑，其另一端由未示出的减速器与上述脉冲马达382的输出轴传动耦合。该外螺纹杆381螺旋入从第二滑块33中心部分的底面突出的螺母块(未示出)中的螺纹通孔。因此，通过利用脉冲马达382在法线方向或相反方向驱动外螺纹杆381，第二滑块32在箭头Y所示的方向上沿着导轨322和322被移动。
上述激光束部件支撑机构4具有一对沿着箭头Y所示的分度进给(index-feeding)方向彼此平行设置在基底座2上的导轨41和41，并且一可移动的支撑座42设置在导轨41和41上，其可在箭头Y所示的方向上移动。该可移动支撑座42包括一可移动地安装在导轨41和41上的可移动支撑部分421，安装部分422与可移动支撑部分421连接。该安装部分422在其侧面上设有一对在箭头Z方向上平行延伸的导轨423和423。所示实施例中的激光束部件支撑机构4具有移动装置43，其用于沿着箭头Y所示的分度进给方向上的一对导轨41和41移动可移动支撑座42。该移动装置43包括在上述一对导轨41和41之间设置并与之平行的外螺纹杆431，以及用于旋转驱动该外螺纹杆431的驱动源，例如脉冲马达432。该外螺纹杆431的一端由固定在上述固定基座2上的轴承座(未示出)可旋转地支撑，其另一端由未示出的减速器与上述脉冲马达432的输出轴传动耦合。该外螺纹杆431螺旋入从构成可移动支撑座42的可移动支撑部分421中心部分的底面突出的螺母块(未示出)中的螺纹通孔。因此，通过利用脉冲马达432在法线方向或相反方向驱动外螺纹杆431，可移动支撑座42在箭头Y所示的分度进给方向上沿着导轨41和41移动。
所示实施例中的激光束部件5包括一部件保持器51和一连接在该部件保持器上的激光束部件52。该部件保持器51具有一对导槽511和511，其可滑动地适配在上述安装部分422的导轨423和423上，并且该部件保持器通过将导槽511和511分别适配在上述导轨423和423上在箭头Z所示方向上可移动，从而被支撑。
所示的激光束部件52包括一固定在上述部件保持器51上并基本上水平延伸的圆柱型罩521。如图2所示，在罩521中安装有一激光束振荡装置522和一激光束调制装置523。一YAG激光振荡器或是一YVO4激光振荡器可被用作激光束振荡装置522。该激光束调制装置523包括一重复频率设置装置523a，一激光束脉冲宽度设置装置523b和一激光束波长设置装置523c。构成激光束调制装置523的重复频率设置装置523a、激光束脉冲宽度设置装置523b和激光束波长设置装置523c可为本领域技术人员公知的类型，因此本文将省略其结构的详细描述。本身为公知类型的聚光器524被连接到上述罩521的末端。
从上述激光束振荡装置522振荡产生的激光束通过激光束调制装置523射到聚光器524。在激光束调制装置523中，重复频率设置装置523a转换该激光束为具有预设重复频率的脉冲激光束，该激光束脉冲宽度设置装置523b将该脉冲激光束的脉冲宽度设为预设宽度，以及该激光束波长设置装置523c将该脉冲激光束的波长设为预设值。
参照图1，对准装置6探测将被上述激光束部件52处理的处理区域，其被安装在构成上述激光束部件52的罩521的前端。所示实施例中的该对准装置6包括一用于照明工件的照明装置，一用于俘获被照明装置照亮的区域的光学系统，以及一用于获取被光学系统俘获图像的图像拾取装置(CCD)。该对准装置6将图像信号传输至下文描述的控制装置。
所示实施例的激光束处理装置包括探测装置7，用于通过将在下文详细描述的对工件网格道(处理区域)的取像，探测金属图案(特定构件)所在区域的位置。在本实施例中，该探测装置7被安装在构成激光束部件52的聚光器524上，并由照明工件的照明装置、俘获被照明装置照亮的区域的光学系统、以及识别光学系统俘获图像颜色的颜色识别传感器构成，其将探测信号传输至下文描述的控制装置。
所示实施例中的激光束部件5具有移动装置53，用于沿箭头Z所示方向上的一对导轨423和423移动部件保持器51，类似前文提到的移动装置，该移动装置53包括在一对导轨423和423之间设置的外螺纹杆(未示出)，以及一用于转动驱动该外螺纹杆的驱动源，例如脉冲马达532。通过脉冲马达532在法线方向或相反方向上驱动该外螺纹杆(未示出)，该部件保持器51和该激光束部件52沿着箭头Z所示方向上的导轨423和423移动。
所示实施例的该激光束处理装置包括一控制装置100。该控制装置100由一微机组成，并且包括根据控制程序执行操作的一中央处理器(CPU)101，一用于存储控制程序的只读存储器(ROM)102，一存储操作结果并在其上写入和读取信息的随机存取存储器(RAM)103，一输入接口104和一输出接口105。该随机存取存储器(RAM)103起到存储装置的作用，用于存储被探测装置7探测到的金属图案所在区域的位置信息。来自探测装置7和对准装置6的探测信号被输入如此构成的控制装置100的输入接口104中。控制信号从输出接口105输出至上述脉冲马达372、脉冲马达382、脉冲马达432、脉冲马达532和激光束部件52。
下文将顺序描述利用上述激光束处理装置处理半导体晶片工件的激光束处理方法。
图3是将要用本发明的激光束处理方法处理的半导体晶片的立体图，图4是形成在图3所示半导体晶片上的网格道211的截面放大图。在图3及图4所示的半导体晶片20中，被半导体基底21(例如硅晶片)的前表面21a上的多个网格道(切割线)分划为多个区域，并且诸如IC或LSI的电路212形成在每个分划区域上。在该半导体晶片20中，低电介质绝缘膜213层叠在半导体基底21的前表面上，多个测试金属图案214被部分形成在每个网格道211上，它们被称为“测试元件组”，用于测试电路212的作用。
如图1所示，半导体晶片20置于组成激光束处理装置1的吸盘台机构3的吸盘台36的吸附卡盘361上，使得前侧21a面朝上，并且吸附卡盘361可以吸附和支持半导体晶片。吸附着半导体晶片20的吸盘台通过移动装置37沿着导轨31和31移动，并被定位在置于激光束部件5上的对准装置6的右下方(right below)。
吸盘台36被定位在对准装置6的右下方之后，用于探测将被处理的半导体晶片处理区域的对准工作通过对准装置6和控制装置100实现。即对准装置6和控制装置100进行图像处理，例如图案匹配，激光束部件5的聚光器524以预定方向对准形成在半导体晶片20上的网格道211，其中激光束部件5用于沿网格道211照射激光束，由此实现激光束的定位。类似的，对垂直于上述预设方向延伸且形成在半导体晶片20上的网格道211实现激光束的位置的对准。
探测到保持在吸盘台36上的形成于半导体晶片20上的网格道211并完成如上所述的激光束的位置对准之后，移动吸盘台36，如图5a所示，将预设网格道211的一端(图示的左端)带至探测装置7的右下方的一个位置。接着每个作为特定构件形成在网格道211上的金属图案214区域位置被定位，即，吸盘台36在箭头X1所示方向上移动，直到探测装置7到达如图5b所示预设网格道211的另一端(图中的右端)，在此期间中，探测装置7探测在X方向上每个金属图案214一端至另一端的X方向坐标值，并将该探测到的坐标值发送至控制装置100(网格道探测步骤)。控制装置100将形成在网格道211上的每个金属图案214的输入X方向坐标值临时存储在随机存取存储器(RAM)103中。
然后，如图6a所示，移动吸盘台36，将具有金属图案214的预设网格道211的另一端(图中的右端)带至激光束部件52的聚光器524的右下方，其中，该金属图案214的X方向坐标值已经被探测到。吸盘台36然后以预设的处理进给速度在箭头X2所示的方向上移动。在吸盘台36沿着箭头X2所示方向到达聚光器524右下方的移动过程中，上述网格道探测步骤探测到每个金属图案214的X方向坐标值，在此期间，该控制装置100输出控制信号至激光束部件52，使来自聚光器524的激光束射到金属图案214上，以便去除金属图案214。以及，如图6b所示，在预定网格道211的一端(图中所示的左端)到达激光束部件52的聚光器524的右下方之前，只有网格道211上的多个金属图案被去除(金属图案去除步骤)。
下述处理环境为所示实施例中上述金属图案去除步骤设置。每个金属图案214的厚度设置为5μm。
处理环境：金属图案去除步骤
光源：YAG激光器或YVO4激光器
波长：355nm(紫外辐射)
输出：1.0W
重复频率：50kHz
脉冲宽度：10ns
聚焦斑直径：25μm
进给速度：50mm/sec
通过完成如上所述的金属图案去除步骤去除形成在网格道211上的金属图案214之后，已去除金属图案214的预设网格道211的一端(图中所示的左端)被带至如图7a所示的激光束部件52的聚光器524的右下方。然后在吸盘台36以预定的进给速度沿箭头X1所示方向移动时，控制装置100输出一控制信号至激光束部件52，将来自聚光器524的激光束射到低电介质绝缘膜231上。结果，如图7b所示，在聚光器524到达预定网格道211另一端(图中的右端)之前，形成在网格道211上的低电介质绝缘膜213被去除(低电介质绝缘膜去除步骤)。
下述处理环境为所示实施例中上述低电介质绝缘膜去除步骤设置。每个低电介质绝缘膜213的厚度设置为10μm。
处理环境：低电介质绝缘膜去除步骤
光源：YAG激光器或YVO4激光器
波长：355nm(紫外辐射)
输出：0.5W
重复频率：50kHz
脉冲宽度：10ns
聚焦斑直径：25μm
进给速度：100mm/sec
沿着预设网格道211完成网格道探测步骤、金属图案去除步骤和低电介质绝缘膜去除步骤之后，该吸盘台36，即，保持在吸盘台36上的半导体晶片20沿着箭头Y所示方向移过相邻网格道211之间的间隙，以完成上述网格道探测步骤，类似地完成金属图案去除步骤和低电介质绝缘膜运动步骤。网格道探测步骤之后，对所有在预设方向上延伸的网格道211完成金属图案去除步骤和低电介质绝缘膜运动步骤，该吸盘台36，即，保持在吸盘台36上的半导体晶片20被旋转90°，对在垂直上述预设方向上延伸的网格道211完成上述网格道探测步骤、金属图案去除步骤和低电介质绝缘膜去除步骤，由此去除形成在半导体晶片20上所有网格道211的金属图案214和低电介质绝缘膜213。
在上述实施例中，作为金属图案去除步骤和低电介质绝缘膜去除步骤的处理环境，激光束的输出和处理进给速度被改变。然而，只是它们中之一可被改变。
在上述实施例中，对每个网格道分别完成网格道探测步骤、金属图案去除步骤和低电介质绝缘膜去除步骤。然而，可对所有的网格道在金属膜去除步骤和低电介质绝缘膜去除步骤之前完成网格道探测步骤，并将所有网格道上的探测信息存储在随机存取存储器(RAM)103中。
在去除如上所述的半导体晶片20的所有形成在网格道211上的金属图案214和低电介质绝缘膜213之后，保持着半导体晶片20的吸盘台36返回到第一次吸附保持半导体晶片20的位置，以取消对半导体晶片20的吸附保持。然后该半导体晶片20通过未示出的运送装置被带到切块步骤。在该切块步骤中，用具有切割刀的切割机沿着网格道211切割半导体晶片20，并将其分为单个的半导体芯片。因为已经在该点去除了形成在网格道211上的金属图案214和低电介质绝缘膜213，可事先防止在刀片切割低电介质绝缘膜时剥皮的发生。
下面将描述本发明的另一实施例。
在上述实施例中，是在先于金属图案去除步骤和低电介质绝缘去除步骤的网格道探测步骤中探测形成在半导体晶片20的每个网格道211上的金属图案214的X方向的坐标值的。然而该金属图案去除步骤和低电介质绝缘去除步骤可在不执行网格道探测步骤的情况下完成。即，形成在半导体晶片20上的网格道211和形成在每个网格道211上的金属图案214的设计位置和尺寸信息预先存储在只读存储器(ROM)102中或是任选存储在控制装置100的随机存取存储器中。通过基于存储在只读存储器(ROM)或随机存取存储器(RAM)103的信息完成上述金属图案去除步骤和低电介质绝缘膜步骤，形成在半导体晶片20的所有网格道211上的金属图案214和低电介质绝缘膜213可不经过网格道探测步骤而被去除。
在上述实施例中，完全独立地完成了金属图案去除步骤和低电介质绝缘膜去除步骤。然而，在处理每个网格道211时，当提供的激光束在只有低电介质绝缘膜213的区域和同时具有低电介质绝缘膜213和金属图案214的区域之间其激光束处理环境交替地改变，可在一次处理进给工序中完成金属图案去除步骤和低电介质绝缘膜去除步骤。
根据本发明，由于激光束在如上所述不同处理环境下射到形成在半导体晶片网格道上的低电介质绝缘膜和测试金属图案上，该低电介质膜和金属图案可不损害半导体基底和电路而被平滑地去除。

Claims (2)

1.一种用于半导体晶片的激光束处理方法，该半导体晶片具有形成在半导体基底前表面上的低电介质绝缘膜、被网格道分划的多个电路和部分形成在各网格道上的测试金属图案，该方法包括：
网格道探测步骤，其通过对每个网格道取像来探测金属图案所在区域的位置；以及
激光束处理步骤，其用于在第一处理环境下，把激光束射到所探测的金属图案所在区域的位置，和在不同于第一处理环境的第二处理环境下，把激光束射到该低电介质绝缘膜所在区域的位置，以去除该金属图案和低电介质绝缘膜，所述第一和第二处理环境包括激光束的输出和半导体晶片的处理进给速度。
2.根据权利要求1的激光束处理方法，其中该激光束处理步骤包括金属图案去除步骤和低电介质绝缘膜步骤，所述金属图案去除步骤用于在所述第一处理环境下，把激光束射到金属图案上以去除该金属图案，而所述低电介质绝缘膜步骤用于在所述第二处理环境下，把激光束射到该低电介质绝缘膜以去除该低电介质绝缘膜。
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