分割薄半导体衬底的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体衬底的切割或分割(dicing)，该半导体衬底通常以半导体晶圆的形式存在，本发明尤其是涉及薄半导体衬底的分割。
【背景技术】
[0002]以晶圆形式存在的半导体衬底被分割以形成分离后的集成器件或芯片。当这种半导体衬底在使用于永远更小的终端产品的薄半导体晶粒的生产中变得更薄时，切割薄半导体衬底，现在被制造大约100微米或更小的厚度，已经变成越来越具挑战性。
[0003]薄半导体衬底能够使用机械锯片(mechanical blade saw)分割或者使用机械锯片部分地分割较厚的半导体衬底，然后研磨该半导体衬底直到半导体衬底被分离。可是，据发现，使用锯片施加机械力导致了分割后的半导体晶粒出现裂纹和/或断裂。对于厚度小于100微米的半导体衬底而言，成品率损失通常超过30%。这样使得对于进行批量生产而言，其成为缺乏吸引力的工序。另一方面，研磨前分割这种两步式方法是缓慢的，且对于进行批量生产而言也是不理想的。
[0004]除了使用机械锯片以外，传统的激光分割工序也能够处理，其中激光束被投射在半导体衬底的表面。这通过融熔和汽化导致半导体衬底材料的烧蚀，直到集成器件被分离。
[0005]当使用传统的激光分割分离半导体衬底时，相对高的激光能量水平被需要来达到衬底材料开始融熔和汽化的点。这种高激光强度的消极的副作用在于:热量损坏分离后的集成器件的侧边。这种热量损坏导致集成器件中晶粒强度出现明显的降低，其在薄半导体衬底的情形下尤其存在问题。当在后处理蚀刻步骤中晶粒强度可以大体在某种程度上得到恢复的同时，该蚀刻工序需要腐蚀性化学品，其可能损坏半导体晶粒上的有源元件(activecomponent)和其上装配有半导体衬底的载体(通常为粘性带体)。
【发明内容】
[0006]因此，本发明的目的是寻求提供一种分割薄半导体衬底的方法，和传统的激光分割处理相比，其减少了对分离后的集成器件的边缘的结构性损害，并藉此维持该分离后的集成器件的晶粒强度。
[0007]所以，本发明提供一种使用激光能量分割多个集成器件的方法，该多个集成器件包含在半导体衬底中，该方法包含有以下步骤:将第一激光束投射在沿着衬底分布的切割线上，以烧蚀衬底沿着待分割的切割线分布的局部，该被烧蚀的衬底的局部相邻于已被分割的衬底的切割线处形成有重塑材料(recast material);以及将第二激光束投射在衬底相邻于切割线的另一个局部，以对相邻于切割线所形成的重塑材料进行热处理。
[0008]这里通过参考附图，以更详尽的方式描述本发明是很方便的。附图和相关的说明的具体性不应被理解为代替由权利要求所规定的本发明的广泛认同的普遍性。
【附图说明】
[0009]现在参考附图，描述本发明所述的分割薄半导体衬底的方法的实例，其中。
[0010]图1所示为合适来应用本发明的激光分割装置的局部前视示意图。
[0011]图2所示为包含有大量切割线的、支撑于衬底固定器上的衬底的平面示意图，其阐述了根据本发明第一较佳实施例所述的分割方法。
[0012]图3a和图3b表明了衬底分割期间所形成的重塑材料。
[0013]图4所示为使用根据本发明第二较佳实施例所述的分割方法被分割的半导体衬底的平面示意图；以及。
[0014]图5所示为使用根据本发明第三较佳实施例所述的另一个分割方法被分割的半导体衬底的平面示意图。
【具体实施方式】
[0015]图1所示为适合来应用本发明的激光分割装置的局部前视示意图。该激光分割装置被操作来沿着至少一个切割线在衬底1的目标表面3上使用激光能量辐射分割大体平整的半导体衬底1。
[0016]具体地，图1表明了衬底固定器H，其可以是平台或夹具的形式，用于在分割期间支撑衬底1。投射器I设置在衬底固定器Η的上方，以产生激光束输出Β，其可包含有一个或多个激光束。投射系统Ρ设置在投射器I的下方，以将激光束输出Β聚焦在衬底1的目标表面3上，此时衬底1被支撑于衬底固定器Η上。激光束输出Β在衬底1上的冲击区域通过Τ所表示。而且，驱动器系统Α，例如平台组件，使得衬底固定器Η在平行于ΧΥ平面的平面上相对于激光束输出Β产生相对位移。
[0017]更详细地讲，投射器I更进一步包含有激光源4，其可沿着光轴6输出脉冲激光辐射，该光轴6也和投射系统Ρ的光轴6是共同的。激光源4连接于控制器4C上，除其它功能外，该控制器4C能被使用来控制诸如所述激光辐射的脉冲宽度、重复频率、和功率或能量密度之类的参数。在图1中，控制线或总线使用虚线或断线来表示。
[0018]分光器8将所述的激光辐射形成图案为包含有一个或多个激光束的激光束输出Bo在这个特定的实例中，分光器8包含有装配在旋转平台82上的衍射光学器件(D0E:Diffractive Optical Element )8，该旋转平台82使得DOE实现围绕垂直的Z轴旋转。旋转平台82的这种旋转通过控制器82得以控制。该D0E可以被设计来产生如同用户所期望的各种布置形式的激光束输出B。
[0019]通常，将要经历分割的衬底1首先被装配在安装于环形框架(图中未示)上的带体(tape)或薄膜(foil)上。然后，装配在安装于环形框架上的带体或薄膜上的衬底1的这种组成结构通常以外围夹持(peripheral clamping)的方式安装在衬底固定器Η上。
[0020]除了将激光束输出Β的部件以期望的配置聚焦在衬底1上之外，投射系统Ρ也可以完成其他的功能，例如偏差和/或失真修正。
[0021]另外，图1中所阐明的激光分割装置表示了设置在照射器I和衬底固定器Η之间的可调式空间过滤器F。这个空间过滤器F包含有大量的电动板体P1、Ρ2，这些电动板体P1、Ρ2的位置能够得以调整，以致于至少部分地阻挡激光束输出Β中(数个)选定激光束和如所期望地成形激光束输出Β。
[0022]电动板体Pl、Ρ2使用各自的连接于控制器FC的马达Ml、M2在平行于Υ方向上可前后移动。另一对板体(图中未示)能够类似地被包括，其使用各自的也连接于控制器FC的马达在平行于X方向上可前后移动。
[0023]以上提及的各个控制器4C、82C、AC、FC被连接到主控制器C上。
[0024]如图1所示，离开D0E 8和进入投射系统P的激光束输出B包含有必要的准直光束。在这个特定的配置中，使用第一和第二透镜10a、10b得以产生中间的焦平面，电动板体Pl、P2得以设置，位于这个平面以内或者紧紧相邻于这个平面。以这种方式，电动板体P1、P2的重叠端缘(eclipsing edge)可有效地连同激光束输出B —起，聚焦在目标表面3上。
[0025]图2所示为包含有大量切割线2的、支撑于衬底固定器Η上的衬底1的平面示意图，其阐述了根据本发明第一较佳实施例所述的分割方法。各种切割线2表明在目标表面3上。
[0026]这些切割线2以Χ-Υ网格图案分布在位于集成器件23之间的普通水平面上，集成器件23以矩阵布置形式分布在目标表面3上。在典型的半导体衬底1上将普遍存在很多这种集成器件23，但为了简单清晰起见，这里仅仅表明少量的集成器件23。图2阐述了纵向扫描接着侧向步进方法，以沿着多条连续的切割线2在特定的方向上(在这个案例中为土Υ)分割衬底1。
[0027]以下为藉此可以完成分割处理的方法的实例。通过在-Υ方向上扫描光束阵列Β的方式，衬底1沿着切割线2a被分割。实际上，通过使用驱动器系统A (参见图1)在+Y方向上扫描衬底固定器Η的方式，这种相对移动可得以实现。
[0028]沿着切割线2a完成分割动作之后，驱动器系统A被驱动来在+X方向上步进衬底固定器Η —些数量△ X。结果，激光束输出Β将会相对于目标表面3有效地移动一些数量-ΛΧ。现在，通过在+Υ方向上扫描光束阵列Β的方式，衬底1沿着切割线2b被分割。实际上，通过操作驱动器系统A在-Y方向上扫描衬底固定器Η的方式，这种相对移动可得以实现。
[0029]为了参考的目的，图2也表明了大量切割线2的纵向的中轴2’。在图2示意性地描述的装置中，两个单独的线性马达(图中未示)被操作来沿着正交的D1和D2轴独立地驱动衬底固定器H，D1和D2轴相对于X和Y轴成45度的角正对。如此，衬底固定器Η在X和/或Υ轴上的移动包括沿着D1和D2轴的并行驱动。
[0030]通常，衬底固定器Η将在平行于ΧΥ平面的一参考平面(例如磨石表面)上方被引起平滑地浮动，例如，在空气轴承或永磁轴承(图中没有表述)的协助下。在定位设备，如干涉仪(interferometers)或线性编码器的帮助下，衬底固定器Η的准确位置能够得以被监控和控制。而且，聚焦控制或水平面感测同样也普遍地被采用，以确保衬底1的目标表面3相对于投射系统Ρ保持在期望的水平面上。
[0031]图3a和图3b表明了在半导体衬底1的分割期间所形成的重塑材料2c、2d。在图3a中，激光束输出B已经沿着衬底1的切割线2分割了衬底1。在图3b中，可以看出，一些融熔的、汽化的衬底材料沿着集成器件23的侧壁固化，而形成重塑材料2c、2d。这种重塑材料2c、2d应通过加热处理以将其移除、减少或弱化，以便于提高集成器件23的晶粒强度。
[0032]例如，重塑材料的热处理可以用来烧蚀重塑材料，从而减少它或完全移除它。另外或者可选地，重塑材料的热处理可以再次将其熔融，以弱化重塑材料和提高晶粒的强度。
[0033]根据此处本发明较佳实施例所述，一旦完成了衬底1沿着切割线2的切割动作，那么相邻于切割线2形成的、以融熔或汽化的衬底形式存在的重塑材料2c、2d将通过以激光能量方式加热的方式而被处理。因此，在使用第一激光束沿着切割线2分割之后，第二激光束其后可被投射在衬底的每一部分上，其包括相邻于切割线2的形成于衬底1上的重