CN105778644B - 雷射切割用保护膜组成物及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种雷射切割用保护膜组成物，其特征包含：水溶性聚合物以及交联剂；其中该水溶性聚合物的重量平均分子量为10000～150000，尤其以12500～125000最佳。本发明添加交联剂使水溶性聚合物的官能基间产生交联反应，可使水溶性聚合物具有较高的热稳定性。应用于雷射切割制程中，能保护基材较不易沾附细屑，可减少基材污染问题。且因保护膜的热稳定性提升，在雷射切割时，能增加保护膜的稳定性使其不易衰减并使切割道较平整的功效。

Description

雷射切割用保护膜组成物及应用

技术领域

本发明是关于一种雷射切割用保护膜组成物，尤指一种应用于雷射切割制程所使用的保护膜。

背景技术

半导体晶圆具层合结构，其包含层间绝缘膜及功能性膜堆叠于半导体基板(如，硅)上，而晶圆在切割制程中，在基板上实施与形成各种电路，并且经由表面处理之后，切断分离(切割)半导体基板后，制造出组件小片(例如半导体组件等)；其中切断分离制程是通过沿着其界道(street)的边界区切割晶圆，使分别设置的电子组件分离，而达到制程目的。但随着半导体装置整合度增加且界道宽度变窄，使切割的精准度随著增加，伴随而来的热效应问题(切割道因热而崩裂、破片等)成为雷射切割制程中的瓶颈。

晶圆切割制程从利用刀片切割晶圆，演变为目前典型的雷射切割制程；是为先沿着界道施以雷射光，藉此形成与切割刀的切割边缘宽度相称的沟槽，再用刀片切割晶圆。然而，雷射光沿着晶圆的界道照射时，所产生的热能被晶圆吸收，导致热能累积于晶圆上，衍生出切割制程中无可避免的问题。然而，晶圆的层合结构中最上层位置的绝缘膜；其主要材料为聚酰亚胺(polyimide)，在晶圆雷射切割制程中容易破裂或损害。且热能易导致晶圆基材的硅熔解或热分解，因而产生硅蒸气等问题，凝结并沉积在晶圆表面上。因此，针对切割晶圆时，若晶圆的保护膜不具耐热性，则易导致保护膜破裂，而使晶圆切割所产生的喷溅物渗入破裂膜的空隙，由于这些残留物为非水溶性，当沾附于晶圆表面上，无法通过水冲洗掉而成为晶圆缺陷。

近年来，发展出仅利用雷射切割晶圆的制程，因其可作为精密切割方法而备受瞩目，该方法所造成的热损害较少且可实施高精密加工。然而，即使使用此方法，因雷射光的热度可能使晶圆的绝缘膜发生不良分层。此外，因热产生的硅蒸气烟雾，也可能累积于分层状态的绝缘膜与晶圆的上表面间，当清洗晶圆的绝缘膜时，此烟雾沉积物将无法去除，而残留成为缺陷，造成晶圆上表面污染的问题。

已知用于解决此问题的技术，例如TW 200631086 A号专利揭示一种雷射切割用保护膜剂，其包含一种溶液，此溶液有水溶性树脂及至少一种选自水溶性染料、水溶性着色剂及水溶性紫外线吸收剂的水溶性雷射光吸收剂溶解于其中，其主要是将如聚乙烯醇、聚乙二醇或纤维素等水溶性树脂，涂覆于晶圆表面以形成保护膜，然后再实施雷射光的切割制程。因此，晶圆表面受到保护膜的保护，即使硅蒸气或基板受到雷射照射影响的热分解产物等残留物，仅会散布或凝结沉积在保护膜的表面上，不会沉积在芯片面上。此外，因为保护膜为水溶性，其可藉水洗而轻易移除，也就是说，以水清洗保护膜的同时，可清除保护膜上的残留物。

此外，TW I399402号专利揭露一种用于晶圆切割的保护膜组成物，其包括至少一选自聚乙基恶唑啉及聚乙烯吡咯烷酮所组成的群组的树脂、至少一选自水溶性树脂及酒精性单体所组成的群组的成分、以及一溶剂，例如水或水与有机溶剂的混合物。因此，用于晶圆切割的保护膜组成物具有高热稳定性，可防止因切割制程中雷射照射而产生热解交联材料，且对晶圆显示高黏着力，可防止雷射晶圆切割制程中保护膜的分层。再者，该保护膜组成物可形成具适当硬度的保护膜，因此使晶圆切割时，保护膜并不会有破裂的问题。

然而，上述的二种方法均是使用水溶性树脂，通常具有较差的热稳定性，在晶圆的雷射切割制程中照射雷射后将产生内热，水溶性树脂若使用的分子量不够高，可能会受热而热解，对于基材保护效果则会有限。

因此，如何开发出具有高热稳定性，且可防止切割制程中因雷射照射而产生热解的保护膜组成物，乃是现阶段晶圆制造产业亟欲解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺憾，发明人有感其未臻于完善，遂竭其心智悉心研究克服，凭其从事该项产业多年累积的经验，研发出一种雷射切割用保护膜组成物。

为达上述目的，本发明提供一种雷射切割用保护膜组成物，其包含：水溶性聚合物；以及交联剂；其中该水溶性聚合物的重量平均分子量(Mw)为5000～150000，尤其以12500～125000最佳。本发明通过添加交联剂使高分子间交联度提升，应用于雷射切割用保护膜时，具有高热稳定性，并可使用较低分子量水溶性树脂涂布，设备机台较易清洁且涂布可较均匀，可维持使雷射切割时的保护膜强度不衰减的功效。

本发明所述的保护膜组成物涂布于欲加工的晶圆表面上，所形成的厚度通常约100至5000nm，尤以500～1500nm最佳，因其添加交联剂使高分子间交联度提升，所使用的水溶性聚合物的重量平均分子量最低仅须为5000。此外，雷射切割用保护膜剂使用较高分子量的高分子时，组成物中须相对使用较多量的溶剂，在涂膜制程固化使溶剂蒸发后，容易造成涂膜厚度不均匀的情形。

上述的组成物，其中该水溶性聚合物的结构中至少含有亲水性基团，该亲水性基团是选自由羟基、环氧乙烷基、酰胺基、胺基、磺酸基、亚磺酸基、羧基及羰基所组成的群组。

根据本发明的一个实施例，该水溶性聚合物是选自由聚乙二醇类、聚丙二醇类、聚环氧乙烷类、聚环氧丙烷类、聚醚酯类、聚乙烯基醇类、聚丙烯酸钠类、聚丙烯酰胺类、聚乙烯基咯烷酮类、羧甲基纤维素、聚四亚甲基二醇类及聚醚酯类所组成的群组。

上述的组成物，其中该交联剂是选自由异氰酸酯系交联剂、三聚氰胺系交联剂、环氧系交联剂、丙烯酸酯系交联剂、醛类或具有异氰酸酯基的(甲基)丙烯酸酯所组成的群组。

上述的组成物，其中以100重量份的水溶性聚合物为基准，该交联剂为0.1至10重量份，较佳为1至5重量份，添加过多时水溶性不佳，需使用热水清洁设备去除保护膜。

上述的组成物，进一步包含选自由界面活性剂、消泡剂、流平剂及溶剂所组成的群组的添加物。界面活性剂为0.01至5重量份，选用聚氧乙烯脂类、聚氧乙烯醚类、山梨醇类、山梨醣醇酯类、聚醚类、脂肪醇烷氧基类、硬脂酸类、磺酸类、羧酸类、磷酸盐类等非离子或阴离子界面活性剂单项或多项配合使用。消泡剂则选用甲基醚类、聚醚酯类、丙二醇类、环氧乙烷与环氧丙烷聚合物、低碳醇类、高级醇类等单项或多项配合使用。流平剂则为0.1至5重量份，选用聚氧乙烯醚类、醇醚类、醋酸盐类、丙烯酸类、丙烯酸酯类、苯甲酮类、羟基类等单项或多项搭配使用。溶剂为5～30重量份，选用醚类、低碳醇类、丙二醇类、醇醚类、羟酸类等单项或多项搭配使用。

本发明的另一目的为提供一种雷射切割用保护片，其包括：一基片；以及涂覆于该基片上的上述的雷射切割用保护膜组成物所形成的保护层。

本发明所述的雷射切割用保护膜组成物可以为液态的涂覆剂，或预先涂覆成型于一基片表面，进一步配合黏着剂层以贴附于晶圆表面，或使用较具黏着性的水溶性聚合物，不使用黏着剂层也可贴附于晶圆表面，作为雷射切割用保护片而使用。

本发明所述的雷射切割用保护膜组成物涂覆于欲加工的晶圆表面上，例如，该晶圆表面上已形成有多个格子图案的界道所分隔的半导体芯片，之后干燥此涂层，藉此形成保护膜。保护膜的厚度通常约100至5000nm，尤以500～1500nm最佳，因欲加工的晶圆表面具有许多凹处及凸处，界道是形成于这些凹处中，如果前述厚度过小，则凸处的保护膜的厚度会过小，使得碎物进入保护膜并沉积于芯片面上；另一方面，非必要的厚度并未有任何优点，仅会导致加工之后以水清洗耗时的缺点。

为进一步揭露本发明，以使本发明所属技术领域者具有通常知识者可据以实施，以下谨以数个实施例进一步说明本发明。然应注意者，以下实施例仅是用以对本发明做进一步的说明，并非用以限制本发明的实施范围，且任何本发明所属技术领域者具有通常知识者在不违背本发明的精神下所得以达成的修饰及变化，均属于本发明的范围。

附图说明

图1为本发明实施例三的雷射切割用保护片

具体实施方式

为充分了解本发明的目的、特征及功效，兹通过下述具体的实施例，对本发明做一详细说明，说明如后：

下文将提供根据本发明的雷射切割用保护膜的实施说明与下表：

实施例一

制得下列组成的保护膜水溶液︰

首先取水溶性树脂以聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)20g(分子量约13K)溶解于100ml水中，再添加交联助剂戊二醛(Glutaraldehyde)1g。前述保护膜水溶液以旋转涂布的方式涂覆于硅晶圆上，并经干燥于硅晶圆上形成厚度为500～1300nm的保护膜，再将涂布完成的硅晶圆置于雷射加工设备上，进行雷射加工后使用纯水洗去保护膜并观察硅晶圆上雷射加工的周遭情况，无硅污沉积，且加工后的界面宽度与雷射设定参数直径相仿，显示并不受保护膜涂层影响。

实施例二

同实例一方式与重量份制备保护膜水溶液，但另改选用分子量约119K的聚乙烯醇。使用与实例一雷同的方式涂布与评估保护膜，该保护膜可使用纯水洗净、无硅污沉积且加工后的界面宽度与雷射设定参数直径相仿。

比较例一

同实例一方式与重量份制备保护膜水溶液，但不添加交联剂。使用与实例一雷同的方式涂布与评估保护膜，得使用纯水洗去该保护膜，但易观察硅晶圆雷射加工的周遭有硅污沉积，且切割道有烧灼现象。

比较例二

同实例一方式与重量份制备保护膜水溶液，但交联剂改为15g。使用与实例一雷同的方式涂布与评估保护膜，使用常温的纯水不易洗去该保护膜；需使用热水，但雷射加工周遭无明显切割道烧结物与残留的现象。

比较例三

同实例一方式与重量份制备保护膜水溶液，但选用分子量约250K的聚乙烯醇，使用与实例一雷同的方式涂布与评估保护膜，使用常温的纯水不易洗去保护膜；需使用热水，且因膜厚不均匀造成切割道不平整、烧结物与硅污残留增量现象。

实施例三

同实例一方式与重量份制备保护膜水溶液，将该保护膜水溶液涂覆于一基片上，形成雷射切割用保护片。

实施例三的雷射切割用保护片如图1所示，该雷射切割用保护片1包括：一基片10；以及涂覆于该基片上的雷射切割用保护膜组成物所形成的保护层20，该保护层20的厚度为500至1500nm。

如上所述，本发明完全符合专利三要件：新颖性、进步性和产业上的可利用性。以新颖性和进步性而言，本发明通过提供一种雷射切割用保护膜组成物，通过添加交联剂使高分子间交联度提升，应用于雷射切割用保护膜时，具有高热稳定性，并可使涂布时较不易污染设备机台，且可维持使雷射切割时的保护膜强度不衰减的功效；就产业上的可利用性而言，利用本发明所衍生的产品，当可充分满足目前市场的需求。

本发明在上文中已以较佳实施例揭露，然熟习本项技术者应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，举凡与该实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以下文的申请专利范围所界定者为准。

【符号说明】

1 雷射切割用保护片

10 基片

20 保护层

Claims (9)

1.一种雷射切割用保护膜组成物，其特征在于包含：

水溶性聚合物是聚乙烯醇；以及

交联剂是戊二醛；

其中该水溶性聚合物的重量平均分子量为12500～125000。

2.根据权利要求1所述的组成物，其特征在于，所述水溶性聚合物的结构中至少含有一亲水性基团，该亲水性基团是选自由羟基、环氧乙烷基、酰胺基、胺基、磺酸基、亚磺酸基、羧基及羰基所组成的群组。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的组成物，其特征在于，以100重量份的所述水溶性聚合物为基准，所述交联剂为0.1至10重量份。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的组成物，其特征在于，进一步包含选自由界面活性剂、消泡剂、流平剂及溶剂所组成的群组的添加物。

5.根据权利要求4所述的组成物，其特征在于，所述界面活性剂是选自由聚氧乙烯脂类、聚氧乙烯醚类、山梨醇类、山梨醣醇酯类、聚醚类、脂肪醇烷氧基类、硬脂酸类、磺酸类、羧酸类、磷酸盐类非离子或阴离子界面活性剂所组成的群组。

6.根据权利要求4所述的组成物，其特征在于，所述消泡剂是选自由甲基醚类、聚醚酯类、丙二醇类、环氧乙烷与环氧丙烷聚合物、低碳醇类、高级醇类所组成的群组。

7.根据权利要求4所述的组成物，其特征在于，所述流平剂为0.1至5重量份，是选自由聚氧乙烯醚类、醇醚类、醋酸盐类、丙烯酸类、丙烯酸酯类、苯甲酮类、羟基类所组成的群组。

8.根据权利要求4所述的组成物，其中该溶剂是选自由醚类、低碳醇类、丙二醇类、醇醚类、羟酸类所组成的群组。

9.一种雷射切割用保护片，其特征在于，包括：基片；以及涂覆于该基片上的如权利要求1至8项中任一项所述的雷射切割用保护膜组成物所形成的保护层，该保护层厚度为100至5000nm。