CN105441201B - 晶片清洗液及应用其的晶片加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种晶片清洗液及应用其的晶片加工方法。该晶片清洗液，包括0.01wt％至30wt％的水溶性高分子、0.01wt％至10wt％的界面活性剂以及其余为水。本发明的晶片清洗液可适用于晶片切割制作工艺或晶片研磨制作工艺上，以移除残留在晶片表面上的杂质，提升晶片产品的表现。

Description

晶片清洗液及应用其的晶片加工方法

技术领域

本发明涉及一种清洗液，且特别是涉及一种晶片清洗液及应用其的晶片加工方法。

背景技术

晶片切割和晶片研磨是晶片制作工艺中重要的步骤。在晶片进行切割或研磨制作工艺后，往往会在其表面上残留切割或研磨产生的碎片以及使用的试剂，这些在晶片表面上残留的杂质会影响后续的制作工艺。因此，需要一种能有效清除这些杂质的清洗液来清洁晶片表面。

这种应用于晶片清洗的清洗液，其需具有良好的粒子包覆效果，能包覆切割产生的碎片，避免其聚集成团，以及具有较低的表面张力，使其能轻易进入孔道和孔隙内，清除其中残留的杂质，而不伤及衬底。一般使用时需搭配含二氧化碳的去离子水进行清洗，由于清洗液组成会因与含二氧化碳的去离子水混合产生稀释作用，因此提供稳定的表面张力即相当重要，可使清洗液渗透至切割的位置，将切割所产生的热与静电移除，以避免产生的热与静电造成晶片线路短路。

另，切割所产生的颗粒若无适当的包覆，此颗粒会沉积在晶片表面，若沉积在凸块(bump)上，会影响后续打线(bumping)的效率，与接着力。

目前市面上的清洗液，其主成分大多为长碳链界面活性剂。这些清洗液对粒子的包覆能力尚不够理想，而且稀释后表面张力增加幅度很大，使其在使用上会降低清洗液的渗透能力。因此，有必要开发出一种新的清洗液，其包覆粒子的能力能比长碳链界面活性剂更好，同时在稀释后，表面张力增加不大，以在使用上更加方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶片清洗液，其具有更好的小粒子包覆能力，以及稀释后表面张力增加不大的特性。

本发明的再一目的在于还提供一种晶片加工方法，可在切割制作工艺或研磨制作工艺后，利用晶片清洗液在清除晶片表面杂质上，具有更好的清洁能力，同时在使用上，也更加的便利。

为达上述目的，本发明提供一种晶片清洗液，其利用切割产生的热使水溶性高分子聚集在切割面上，产生更佳的包覆效果与润滑效果，以降低切割出的粒子颗粒大小，使颗粒更容易悬浮在溶液，不沉降至晶片表面，以避免晶片的污染。

本发明提供一种晶片清洗液，其组成包括水溶性高分子、界面活性剂和溶剂。水溶性高分子在整体晶片清洗液中的重量百分浓度为0.01wt％至30wt％，界面活性剂在整体晶片清洗液中的重量百分浓度为0.01wt％至10wt％；其余为水。

本发明提供一种晶片清洗液，其包括的水溶性高分子具有雾点(clouding point)为摄氏30-80度间的特征。雾点低于摄氏25度，在存储时，常会因为存储温度高于雾点造成存储安定性不佳，产生分层的现象；在实务研磨上温度并不会高于摄氏80度，若温度高于摄氏80度，会对于操作人员产生烫伤危险，因此，若水溶性高分子雾点摄氏高于80度，则无法达到润滑效果。

依照本发明的一实施例所述，上述水溶性高分子选自由聚乙烯醇类聚合物及其共聚合物所组成的族群。

依照本发明的一实施例所述，上述聚乙烯醇类聚合物的该聚乙烯醇的聚合度为300至3000。

依照本发明的一实施例所述，上述聚乙烯醇类聚合物的该聚乙烯醇的碱化度为65至99。

依照本发明的一实施例所述，上述水溶性高分子的分子量为13,200至176,000。

依照本发明的一实施例所述，上述晶片清洗液的表面张力稀释比例在5000倍以下，其表面张力为45.0达因/厘米以下。

依照本发明的一实施例所述，上述界面活性剂包括阳离子界面活性剂、阴离子界面活性剂或两性离子界面活性剂。

依照本发明的一实施例所述，上述界面活性剂包括辛醇、癸醇、十二烷醇、十三烷醇、十八烷醇、硬脂醇、油醇、辛基酚、壬基酚、十二烷基酚等化合物的乙氧基及/或丙氧基加成的化合物，或以上的混合物。

本发明还提出一种使用此晶片清洗液的晶片加工方法，其包括，对晶片进行切割制作工艺或研磨制作工艺，然后，以上述晶片清洗液进行清洗制作工艺。

依照本发明的一实施例所述，上述晶片研磨制作工艺包括化学机械研磨法(CMP)或机械式研磨法。

基于上述，本发明的晶片清洗液，使用雾点为30至80度之间的水溶性高分子做为主成分，其可以提升清洗液包覆粒子杂质的能力，并减少稀释后表面张力的增加幅度。另外，本发明还提出一种晶片加工方法，其使用此晶片清洗液可去除切割或是研磨制作工艺所产生的杂质。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图和表格作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例的晶片清洗液以进行晶片加工方法的半导体晶片示意图；

图2A至图2C为本发明实施例的晶片清洗液以进行晶片加工方法的流程的剖面示意图；

图3为本发明的实验例和比较例，在稀释后的表面张力的变化曲线；

图4为以实验例的清洗液进行清洗后残留在晶片上的颗粒的粒径分布图；

图5为以比较例的清洗液进行清洗后残留在晶片上的颗粒的粒径分布图。

符号说明

10：衬底

12：材料层

14：切割道

14a：水平切割道

14b：垂直切割道

16、16a：芯片

20：沟槽

100：晶片

200：切割刀具

具体实施方式

本发明提供一种晶片清洗液，其包括：水溶性高分子、界面活性剂和水。本发明实施的晶片清洗液具有良好的小粒子包覆能力，以及稀释后表面张力不会大幅增加的特性，使其在清除晶片表面杂质上，具有更好的清洁能力，同时在使用上，也更加的便利。以下将详细说明此晶片清洗液的各成分。

水溶性高分子

水溶性高分子包括雾点(clouding point)为摄氏30至80度之间的聚乙烯醇类聚合物。聚乙烯醇类聚合物可为聚乙烯醇与聚乙烯醇共聚合物。在一实施例中，此聚乙烯醇类聚合物的聚乙烯醇的聚合度为300以上。在另一实施例中，此聚乙烯醇类聚合物的聚乙烯醇的聚合度为300至3000。在又一实施例中，此聚乙烯醇类聚合物的聚乙烯醇的聚合度为2000到2200。在一实施例中，水溶性高分子的分子量为13200至176,000。再者，聚乙烯醇类聚合物的聚乙烯醇的碱化度为65至99。此外，此水溶性高分子在整体晶片清洗液中的重量百分浓度为0.01wt％至30wt％。本发明实施例的水溶性高分子包括聚乙烯醇类聚合物，因此，所形成的晶片清洗液的粒子包覆能力较佳。如此，在进行晶片清洗时，能更有效的去除晶片表面上残留的杂质和溶剂。

本发明实施例的聚乙烯醇及其共聚合物可以是以各种方法来形成。在一实施例中，聚乙烯醇及其共聚合物利用聚乙烯酯与碱化触媒进行反应而获得。其中聚乙烯酯可由乙烯酯类化合物在自由基起始剂作用下，在醇类溶剂中进行聚合反应形成。在一实施例中，乙烯酯类化合物包括：醋酸乙烯酯、甲酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、戊酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯、硬酯酸乙烯酯、以及苯甲酸乙烯酯等。其共聚合物单体选自于乙烯、丙烯、丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、丙烯酰胺的衍生物、丙烯醇、丙烯醇的有机酸酯类、马来酸、马来酸的酯类、衣糠酸以及衣糠酸的酯类等所组成的族群。上述醇类溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、或其组合、或其衍生物。上述自由基起始剂包括偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化苯甲酰(BPO)等。上述聚合反应并无特别限制，一般用以制造聚乙烯酯类化合物的反应条件均可使用。通过调整反应物添加量与聚合反应的时间，以控制最终聚乙烯酯类化合物的聚合度。上述碱化触媒可包括碱金属或碱土金属的氢氧化物或碳酸化合物，例如氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、或碳酸钙等。碱化触媒的种类并无特殊限制，一般用于与聚乙烯酯进行碱化反应，以制造聚乙烯醇的无机碱化合物均可使用。另外，碱化触媒也可包括有机胺碱性化合物，例如氨水、氢氧化四甲基铵、氢氧化四乙基铵、氢氧化四丙基铵、氢氧化四丁基铵、或其衍生物。

界面活性剂

界面活性剂包括阳离子界面活性剂、阴离子界面活性剂或两性离子界面活性剂。界面活性剂可为直链型界面活性剂或是支链型界面活性剂。在一实施例中，界面活性剂包括辛醇、癸醇、十二烷醇、十三烷醇、十八烷醇、硬脂醇、油醇、辛基酚、壬基酚、十二烷基酚等化合物的乙氧基及/或丙氧基加成的化合物，或以上的混合物。此界面活性剂在整体晶片清洗液中的重量百分浓度为5wt％至10wt％。本发明实施例的界面活性剂浓度在上述范围中时，此晶片清洗液表面张力稀释程度为：稀释1500倍，表面张力增加比例≦31.25达因/厘米；稀释倍数3000倍，表面张力增加比例≦40.63达因/厘米。由于本发明实施例的晶片清洗液并不会随着稀释比例大幅增加，而造成表面张力大幅度的增加，因此，在应用时更加的便利。

本发明还提供一种使用此晶片清洗液的晶片加工方法，以切割制作工艺将晶片切割成多数个芯片，或是以研磨制作工艺将晶片表面平坦化，然后以上述晶片清洗液去除芯片或晶片表面上的杂质。

图1为利用本发明实施例的晶片清洗液以进行晶片切割方法的半导体晶片示意图。图2A至图2C为利用本发明实施例的晶片清洗液以进行晶片切割的流程的剖面示意图。

晶片在制作工艺的处理包括以晶片研磨使晶片表面平坦化和以晶片切割形成多数个芯片。在进行晶片研磨或晶片切割时，会产生许多切割研磨碎片。这些切割研磨碎片和制作工艺中使用的试剂，会黏附在晶片的表面上，影响晶片产品的表现。在本发明的实施例中，在晶片研磨或晶片切割后使用上述晶片清洗液，可以去除晶片表面上的杂质，提升晶片产品的表现。

请参照图1与图2A，首先提供晶片100，其具有多数个切割道14。切割道14包括在第一方向延伸的多个水平切割道14a与在第二方向延伸的多个垂直切割道14b。水平切割道14a与垂直切割道14b排列成格子图案，以分隔出多数个芯片16。

更具体地说，晶片100至少包括衬底10与材料层12。衬底10例如为半导体衬底、半导体化合物衬底或是绝缘层上有半导体衬底(Semiconductor Over Insulator，SOI)。半导体可为IVA族的原子，例如硅或锗。半导体化合物可为IVA族的原子所形成的半导体化合物，例如碳化硅或是硅化锗，或是IIIA族原子与VA族原子所形成的半导体化合物，例如砷化镓。

材料层12中具有上述切割道14。在一实施例中，在以刀具进行切割之前，已先以激光切割制作工艺将材料层12和一部分的衬底10去除，因此切割道14的底部暴露出衬底10的表面。在另一实施例中，切割道14的底部仍有材料层12覆盖在衬底10上(未绘示)。

晶片100上还可以具有各种半导体元件、金属内连线、焊垫、保护层(Passivationlayer)，但为了清楚起见，在附图中未绘示出来。

请参照图2A至图2C，以切割刀具200进行切割制作工艺，沿着先前形成在材料层12的切割道14，切割衬底10，以形成多数个芯片16a，以及分隔多数个芯片16a的沟槽20。在一实施例中，切割刀具可为钻石刀具(Diamond Blade)。

在进行此切割制作工艺时，会产生切割碎片，这些切割碎片或切割使用的试剂(统称为杂质)会黏附在晶片100的表面上，而影响晶片100产品的表现。使用本发明的上述晶片清洗液进行清洗制作工艺，可以去除晶片100表面上黏附的杂质。在一实施例中，使用本发明的上述晶片清洗液进行清洗制作工艺，是在切割制作工艺后进行，以去除晶片100表面上黏附的杂质。在另一实施例中，则于进行切割制作工艺时，同时进行清洗制作工艺，以本发明的晶片清洗液清洗晶片100的表面，如此不但能去除切割时产生的切割碎片，同时晶片清洗液也能在切割制作工艺时帮助切割刀具200降温。

本发明的上述清洗液，也可以应用于化学机械研磨制作工艺或机械式研磨制作工艺。在一实施例中，晶片100表面以化学机械研磨法(CMP)处理，使其表面平坦化。在另一实施例中，以化学机械研磨法或以机械式研磨法进行晶片100的薄化。同样地，可以在进行研磨制作工艺的过程中或是在进行研磨制作工艺之后，以本发明的晶片清洗液进行清洗制作工艺，以去除晶片100表面上残留的杂质。

以下将针对本发明的实验例和做为比较例的市售品的性质进行比较，特别是其小粒子包覆能力和稀释后的表面张力的变化，其结果详细说明如下。

＜实验例一＞

将50克的碱化度80摩尔百分比、聚合度2000的聚乙烯醇、25克的十二烷基聚乙二醇丙二醇共聚物醚类(界面活性剂)溶于925克的水中，检测pH值调整到5.80，检测雾点为摄氏45度。测量原清洗液的结果如表1所示。以水稀释的表面张力变化如图3所示。以商用晶片切割机进行切割，清洗液稀释倍率为2500倍，以光学显微镜观察晶片表面，无颗粒残留，取切割后废水样品，以MICROTRAC Nanotrac 150粒径分析仪进行粒径分析，其结果如图4所示。

＜实验例二＞

将50克的碱化度84摩尔百分比、聚合度1400的聚乙烯醇、25克的十二烷基聚乙二醇丙二醇共聚物醚类(界面活性剂)溶于925克的水中，检测pH值调整到5.91，检测雾点为摄氏75度。以商用晶片切割机进行切割，清洗液稀释倍率为2500倍，以光学显微镜观察晶片表面，无颗粒残留。

＜实验例三＞

将50克的碱化度74摩尔百分比、聚合度500的聚乙烯醇、25克的十二烷基聚乙二醇丙二醇共聚物醚类(界面活性剂)溶于925克的水中，检测pH值调整到5.84，检测雾点为摄氏35度。以商用晶片切割机进行切割，清洗液稀释倍率为2500倍，以光学显微镜观察晶片表面，无颗粒残留。

＜比较例＞

将市售商品以水稀释的表面张力变化如图3所示。以商用晶片切割机进行切割，清洗液稀释倍率为2500倍，以光学显微镜观察晶片表面，有颗粒残留，取切割后废水样品，以MICROTRAC Nanotrac150粒径分析仪进行粒径分析，其结果如图5所示。

表1

由表1和图4-图5的结果可知，实验例的小粒子悬浮粒径百分比占73.5％，明显高于比较例的小粒子悬浮粒径百分比55.3％，且小颗粒粒径为0.23微米，也较比较例0.27微米低。另外依据测试结果显示，实施例的大颗粒粒径为0.66微米，相较于比较例0.91微米小约38％，且大颗粒含量比例仅含26.5％，相较于比较例44.7％低约68.7％，表示相对于比较例，实验例对粒子的包覆能力和分散能力较佳，如此能更有效的对杂质进行包覆和清洗，且能避免粒子聚集成团而沉降。

图3为实验例和比较例，在稀释后表面张力的变化。由图3中可知，实验例的稀释稳定佳，即使稀释也能维持相似的表面张力，在实际使用上，即使稀释比例有些微误差，对于清洗效果的差异可降低至最小。

综上所述，本发明的晶片清洗液，使用水溶性高分子做为主成分，提升了对小粒子的包覆能力，使其清洗效果更好，同时，此晶片清洗液在稀释后，其表面张力的增加幅度非常小，表示具有良好的稀释稳定性，在稀释后使用时更为便利。基于上述，本发明实施例的晶片清洗液及使用其的晶片加工方法，可以有效的去除晶片表面上的杂质，进而提升晶片产品的表现。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (8)

1.一种晶片清洗液，包括：

0.01wt％至30wt％的水溶性高分子，该水溶性高分子的雾点为摄氏30至80度之间，且该水溶性高分子选自于聚乙烯醇类聚合物及其共聚物所组成族群；以及

0.01wt％至10wt％的界面活性剂，其余为水。

2.如权利要求1所述的晶片清洗液，其中该聚乙烯醇类聚合物及其共聚物的聚合度为300至3000。

3.如权利要求1所述的晶片清洗液，其中该聚乙烯醇类聚合物及其共聚物的碱化度为65至99摩尔百分比。

4.如权利要求1所述的晶片清洗液，其中该晶片清洗液的表面张力稀释比例在5000倍以下，其表面张力为45.0达因/厘米以下。

5.如权利要求1所述的晶片清洗液，其中该界面活性剂包括非离子型界面活性剂、阳离子界面活性剂、阴离子界面活性剂或两性离子界面活性剂。

6.如权利要求5所述的晶片清洗液，其中该非离子型界面活性剂包括辛醇、癸醇、十二烷醇、十三烷醇、十八烷醇、油醇、辛基酚、壬基酚、十二烷基酚化合物的乙氧基及/或丙氧基加成的化合物，或以上的混合物。

7.一种晶片加工方法，包括：

提供晶片；

对该晶片进行切割制作工艺或研磨制作工艺；以及

以如权利要求1至6中任一所述的晶片清洗液进行清洗制作工艺。

8.如权利要求7所述的晶片加工方法，其中该研磨制作工艺包括化学机械研磨法或机械式研磨法。