TWI446422B - 雷射切割用保護膜劑及使用此保護膜劑之晶圓加工方法 - Google Patents

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Description

雷射切割用保護膜劑及使用此保護膜劑之晶圓加工方法
本發明係關於雷射切割用保護膜劑，其係用於將雷射光束施於晶圓(如，半導體晶圓)的預定區域以進行預定加工之雷射切割，本發明亦關於使用此保護膜劑藉雷射切割之加工方法。
如嫻於此技術者習知者，在半導體裝置製法中形成的晶圓具層合結構，其包含絕緣膜和功能性膜堆疊於半導體基板(如，矽)的面上，其藉表列式的分割線(所謂的界道(streets))分隔。以界道分隔的各區域界定出半導體晶片，如，IC或LSI。亦即，沿著界道切割晶圓，得到多個半導體晶片。光學裝置晶圓具層合結構，其包含以氮化鎵為基礎之化合物半導體或其類似物堆疊於藍寶石基板或其類似物上，以界道分隔成多個區域。沿著這些界道切割時，光學裝置晶圓被劃分成光學裝置，如，發光二極體或雷射二極體。這些光學裝置在電氣設備中的用途廣泛。
晶圓沿著界道之切割通常係藉切割裝置(所謂的切割器)進行。此切割裝置包含用以固定晶圓(其為工作物件)的夾頭台(chuck table)、用以切割夾在夾頭台上的晶圓之切割構件及用以移動夾頭台和切割構件之相對位置之移動構件。此切割構件包括要於高速旋轉的轉軸及設於軸上的切割刀。此切割刀包含盤狀底部和設於該底部側表面之外圍部分上的環狀切割邊緣。此切割邊緣，例如，包含鑽石磨蝕粒，其晶粒尺寸約3微米，藉電成形(electroforming)而固定於底部側表面的外圍部分，形成之厚度約20微米。
具前述層合結構之晶圓是脆度高的材料。因此，在以切割刀(切割邊緣)將晶圓切成半導體晶片時，此晶圓有一些問題存在，裂紋、刮痕或形成碎屑，造成形成於晶片面上之電路元件所須之絕緣膜的剝離情況。
欲防止前述問題，目前常在以切割刀切割之前，沿著界道施以雷射光，藉此形成與切割刀(切割邊緣)寬度相稱的溝槽，之後以刀切割。
但是，雷射光沿著晶圓的界道施用時，有著雷射光被吸收的新問題形成，例如雷射光被矽基板所吸收，其熱能導致矽熔解或熱分解，因此而產生矽蒸氣..等，其凝結並沉積在晶片表面上。所得矽蒸氣..等之凝結沉積物(碎物)嚴重損及半導體晶片品質。
欲解決碎物造成的問題，日本專利申請公開第1978－8634號(以下稱為專利文件1)和日本專利申請公開第1993－211381號(以下稱為專利文件2)提出方法，其中，包含水溶性樹脂之保護膜形成於欲加工的晶圓表面上，此表面透過保護膜以雷射光照射。
根據專利文件1和2之方法，此晶片面受到保護膜之保護。因此，即使矽蒸氣或其類似物(其為基板受到雷射照射影響之熱分解產物)散佈及凝結，其凝結物(碎物)沉積在保護膜的表面上，不會沉積在晶片面上。此外，因為保護膜為水溶性，其可藉水洗而輕易移除。亦即，以水清洗保護膜的同時，可洗除保護膜上的碎物。因此，可防止碎物沉積於晶片面上。
但以前述方法仍無法完全防止碎物沉積，特別是，發生碎物沉積在晶片周圍邊緣部分的問題。可能涉及的機制如下：以雷射光照射，在保護膜熱分解之前，基板熱分解，而矽蒸氣或其類似物(熱分解作用產物)的壓力使得孔洞形成於保護膜和晶片面的周圍邊緣部分(界道線附近)(換言之，在周圍邊緣部分發生保護膜部分剝離的情況)。其結果是，碎物沉積發生於晶片面的周圍邊緣部分。另一問題在於，保護膜與晶圓面之黏合性低，使得保護膜易於剝離。這樣的剝離是碎物易沉積在晶片面周圍邊緣部分的另一因素。
因此，本發明的目的是要提出一種雷射切割用保護膜劑，其可形成保護膜，此保護膜與晶圓面之黏合性高，在藉雷射切割法自晶圓製造晶片時，能夠有效地防止碎物沉積於晶片的整個面(包括其周圍邊緣部分)上；並提出一種使用此保護膜劑對晶圓加工之方法。
根據本發明的一個方面，提出一種雷射切割用保護膜劑，其包含一種溶液，此溶液有水溶性樹脂及至少一種選自水溶性染料、水溶性著色劑及水溶性紫外線吸收劑之雷射光吸收劑溶解於其中。
本發明之保護膜劑中，較佳地，(1)溶液的固體對波長355奈米的雷射光所具有的g吸收係數k在3 x 10－ 3 至2.5 x 10－ 1 abs．L/g的範圍內(abs：吸收度)，及(2)基於100重量份水溶性樹脂，雷射光吸收劑含量係0.01至10重量份。
根據本發明的另一方面，提出一種用於晶圓之加工方法，包含將欲加工之晶圓表面以前述雷射切割用保護膜劑塗覆，繼而乾燥，以形成保護膜；及以雷射光經保護膜照射欲加工之表面以實施加工。
本發明之加工方法通常採用下列方式：(3)雷射光的波長為355奈米。
(4)在晶圓中形成多個由排列成格子圖案的界道所分隔之半導體晶片，這些界道以雷射光經保護膜照射而形成溝槽。
(5)保護膜在雷射光照射之後，以水清洗而去除。
根據本發明之雷射切割用保護膜劑除了水溶性樹脂以外，也含有水溶性雷射光吸收劑。因此，藉塗覆和乾燥保護膜劑而形成於晶圓面上的保護膜在以雷射光照射時，展現對雷射光的高度吸收，沿著界道線被及時熱分解而藉雷射加工。因此，得以有效避免因為曝於雷射光而形成之基板之熱分解產物之蒸氣壓..等而造成保護膜剝離之情況。此外，水溶性染料..等(其作為水溶性雷射光吸收劑)對於晶圓面皆具有高親和力。因此，保護膜之黏合性獲得增進，並得以有效地抑制保護膜自晶圓面(特別是界道線附近)剝離。據此，藉本發明之保護膜劑形成保護膜，藉雷射光進行雷射切割，藉此，得以有效地防止碎物沉積遍佈於經切割的晶片面。
通常，使用波長355奈米之雷射光。使用此雷射光進行切割時，調整所用的雷射光吸收劑的量，使得保護膜(前述溶液的固體)的g吸收係數k在3 x 10－ 3 至2.5 x 10－ 1 abs．L/g的範圍內(abs：吸收度)。藉此，可沿著細線寬度的界道線達到均勻加工結果。
 (保護膜劑)
本發明之保護膜劑包含含有水溶性樹脂和水溶性雷射光吸收劑之溶液。
此水溶性樹脂作為保護膜之基質，若其為在溶解於溶劑(如，水)中經塗覆及乾燥而可形成膜之材料，則並無限制。其實例包括聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、具5或更多個氧伸乙基重覆單元之聚乙二醇、聚氧化乙烯、甲基纖維素、乙基纖維素、羥基丙基纖維素、聚丙烯酸、聚乙烯醇－聚丙烯酸嵌段共聚物、聚乙烯醇－聚丙烯酸酯嵌段共聚物和聚甘油。這些樹脂可單獨使用或以二或更多者併用。
本發明中之形成於晶圓面上的保護膜於雷射加工之後，藉以水清洗而移除。若將保護膜之可水洗性列入考慮，較佳情況中，使用僅具有醚鏈結或羥基作為極性基團之樹脂，如，聚乙烯醇或聚乙二醇，作為前述水溶性樹脂。這是因為具有極性基團(如，羧基或三級胺)的水溶性樹脂會與晶圓面(晶片面)緊密結合，且在以水清洗之後可能仍留在晶圓面上之故。另一方面，僅具有醚鏈結或羥基的樹脂之黏著性相當弱，可以有效地避免其於以水清洗之後仍殘留。以可水洗性的觀點而言，所用水溶性樹脂的聚合度或分子量以較低為佳。以聚乙烯醇為例，其聚合度以約300為佳。但具有高聚合度或高分子量之水溶性樹脂的可水洗性低，但在此處，伴隨使用塑化劑(述於下文中)可防止可水洗性之降低。
作為雷射光吸收劑而與前述水溶性樹脂併用者，可使用水溶性染料、水溶性著色劑和水溶性紫外光吸收劑。這些物劑皆為水溶性，得以有利地均勻地存在於保護膜中。此外，它們對晶圓面展現良好親和性，並可形成與晶圓面高度黏合之保護膜。此外，它們的優點在於，其溶液具高儲存安定性並且，於儲存期間內，沒有如相分離或沉降之類的缺點，並可確保令人滿意的塗覆性質。如果使用非水溶性雷射光吸收劑(如，顏料)，保護膜的雷射吸收力會改變，或者儲存安定性或塗覆性質會欠佳，使其難以形成厚度均勻的保護膜。
作為本發明之前述水溶性染料者，水溶性染料選自，如，偶氮染料(單偶氮和多偶氮染料、金屬錯合物鹽偶氮染料、吡唑啉酮偶氮染料、菧(stilbene)偶氮染料、噻唑偶氮染料)、蒽醌染料(蒽輥衍生物、蒽酮衍生物)、靛類染料(靛類衍生物、硫靛類衍生物)、酚花青染料、離子染料(二苯基甲烷染料、三苯基甲烷染料、二苯並吡喃染料、吖啶染料)、醌亞胺染料(嗪染料、噁嗪染料、噻嗪染料)、次甲基染料(花青染料、偶氮基次甲基染料)、喹啉染料、亞硝基染料、苯醌染料和萘醌染料、萘醯亞胺染料、perinone染料和其他染料。
作為水溶性染料者，就環境負載..等觀點，以作為食品添加劑之染料為佳，如：Fiid Red No.2,Food Red No.40,Food Red No.102,Food Red No.104,Food Red No.105,Food Red No.106,Food Yellow NY,Food Yellow No.4 tartrazine,Food Yellow No.5,Food Yellow No.5 Sunset Yellow FCF,Food Orange AM,Food Vermillion No.1,Food Vermillion No.4,Food Vermillion No.101,Food Blue No.1,Food Blue No.2 Food Green No.3.Food Melon Color B,and Food Egg Color No.3。
水溶性紫外光吸收劑的例子為4,4'－二羧基二苯甲酮、二苯甲酮－4－羧酸、2－羧基萘醌、1,2－萘二羧酸、1,8－萘二羧酸、2,3－萘二羧酸、2,6－萘二羧酸和2,7－萘二羧酸及其鈉鹽、鉀鹽、銨鹽和四級銨鹽，2,6－蒽醌二磺酸鈉鹽、2,7－蒽醌二磺酸鈉鹽和阿魏酸。這些物質中，較佳者是阿魏酸。
本發明中，前述水溶性雷射光吸收劑用量係使得能夠確保所欲雷射光吸收力者。如果使用波長355奈米(例如)的雷射光加工，則水溶性雷射光吸收劑的用量以使得保護膜(該溶液的固體)的g吸收係數k在3 x 10－ 3 至2.5 x 10－ 1 abs．L/g的範圍內(abs：吸收度)為佳。如果此g吸收係數k低於前述範圍，則保護膜的雷射光吸收力低至使得保護膜因雷射光照射而導致之熱分解情況遠低於基板(如，矽)。其結果是，會有因為熱分解產物之蒸氣壓而發生膜剝離等情況之傾向，並且會在晶片的周圍邊緣部分形成碎物。如果g吸收係數k高於前述範圍，易發生保護膜之熱分解作用，甚至因為施用雷射光而自基板反射。因此，雷射的加工寬度變得大於雷射點直徑。此可能並不適合，特別是，沿著線寬非常小的界道切割時。
如果選擇並使用最大吸收波長範圍係雷射光波長所屬範圍的雷射光吸收劑時，其少量使用可確保g吸收係數k在前述範圍內。如果選用無法符合此條件之雷射光吸收劑，則必須使用大量，以確保g吸收係數k在前述範圍內。但是，如果雷射光吸收劑的用量過大，當含有雷射光吸收劑之溶液在塗覆和乾燥以形成保護膜時，可能會造成雷射光吸收劑和水溶性樹脂之間之相分離情況。如果雷射光吸收劑用量過少，雷射光吸收劑於保護膜中之分佈可能不均勻。通常，因此，較佳地，選擇雷射光吸收劑，使得以100重量份水溶性樹脂計為0.01至10重量份的用量能夠確保g吸收係數k在前述範圍內。
本發明中，除了前述水溶性樹脂和雷射光吸收劑以外，其他混配劑(compounding agents)可溶解於作為保護膜劑之溶液中。例如，可以使用塑化劑和界面活性劑。
使用塑化劑，以增進保護膜於雷射加工之後之可水洗性。以使用塑化劑為佳，使用具有高分子量之水溶性樹脂時更是如此。使用塑化劑的另一優點在於，其可抑制因為照射雷射光而導致之水溶性樹脂之碳化情況。此塑化劑以水溶性、低分子量化合物為佳。其例子有乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、乙醇胺和甘油。這些化合物可單獨使用或以二或更多者併用。此塑化劑之用量為使得溶液在塗覆和乾燥之後，塑化劑和水溶性樹脂之間不會發生相分離的情況者。例如，以100重量份水溶性樹脂計，其建議用量是75重量份或以下，特別是20至75重量份。
使用界面活性劑以增進塗覆性質，並進一步增進溶液的儲存安定性。可以使用非離子性、陽離子性、陰離子性或兩性類型的任何界面活性劑，只要其具水溶性即可。
非離子性界面活性劑的例子有以壬基酚為基礎者、以高碳醇為基礎者、以多羥基醇為基礎者、以聚氧伸烷二醇為基礎者、以聚氧伸乙基烷基酯為基礎者、以聚氧伸乙基烷基醚為基礎者、以聚氧伸乙基烷基酚醚為基礎者及以聚氧伸乙基山梨糖醇酐烷基酯為基礎之界面活性劑。陽離子界面活性劑的例子為四級銨鹽和胺鹽。陰離子界面活性劑的例子為烷基苯磺酸和其鹽、烷基硫酸酯鹽、甲基牛磺酸鹽及醚磺酸鹽。兩性界面活性劑的例子有以咪唑啉甜菜鹼為基礎者、以醯胺基丙基甜菜鹼為基礎者和以胺基二丙酸鹽為基礎之界面活性劑。可以選擇這些界面活性劑之一者或二或更多者之組合。任何界面活性劑的量可為以溶液計之數十ppm或數百ppm。
本發明之用於雷射切割之保護膜劑(其包含有前述組份溶解於其中之溶液)中，必須依照所用水溶性樹脂之類型、聚合度或分子量設定溶液中之固體含量，以使得溶液具有適當的塗覆性質。如果固體含量過高，例如，塗覆困難，導致厚度不均或氣泡進入。如果固體含量過低，溶液塗覆於晶圓面時，可能會滴落，且難以調整乾燥之後的膜厚度(保護膜厚度)。因此，溶液中之固體含量(各成份總含量)以設定於約3至30重量%為佳，但此根據所用的水溶性樹脂等而有所不同。固體中之水溶性樹脂的量通常是5重量%或以上。此為提供保護膜適當強度及防止碎物沉積於晶片面上之較佳者。
用以製備溶液(其為本發明之保護膜劑)之溶劑可以是前述水溶性樹脂和水溶性雷射光吸收劑溶解於其中之溶劑。溶劑例為水、醇、酯、伸烷二醇、伸烷二醇單烷基醚和伸烷二醇單烷基醚醋酸酯。其中，較佳者是水和伸烷二醇單烷基醚者。作為伸烷二醇單烷基醚者，以丙二醇單甲醚(PGME)為佳。對於工作環境而言，最佳溶劑是水或含有水之混合溶劑。
前述本發明之保護膜劑塗覆於欲加工之晶圓表面上，例如，在晶圓上形成多個由排列成格子圖案的界道(streets)所分隔之半導體晶片之欲加工之晶圓表面上，之後乾燥此塗層，藉此形成保護膜。界道以雷射光透過保護膜照射，以形成溝槽(進行雷射切割)。界道上之保護膜的建議厚度(保護膜劑的乾燥厚度)通常約0.1至5微米。其原因如下：此欲加工的晶圓表面具有許多凹處和凸處，界道形成於這些凹處中。因此，如果前述厚度過小，則凸處之保護膜的厚度會過小，使得碎物進入保護膜並沉積於晶片面上。另一方面，非必要的大厚度不會提供特別的優點，僅會導致加工之後以水清洗耗時的缺點。
下文中將解釋使用根據本發明之保護膜劑，藉雷射切割法對晶圓加工。
附圖1所示者為根據本發明加工之半導體晶圓之透視圖。附圖2是附圖1所示之半導體晶圓之基本部份之放大截面圓。附圖1和2中所示的半導體晶圓2具有多個半導體晶片22，如，IC和LSI，其以矩陣形式由層合物21形成，此層合物21包含絕緣膜和形成電路的功能膜堆疊於矽或其類似物之半導體基板20的面20a上。各個半導體晶片22以形成格子圖案的界道23分隔。所示體系中，構成層合物21之絕緣膜是包含SiO2 膜之低介電常數絕緣膜(低k膜)，或是衍生自無機材料(如，SiOF或BSG(SiOB))的膜，或製自有機材料(其為聚合物，如，聚醯亞胺或Parylene)的膜。
欲沿著前述半導體晶圓2之界道23進行雷射加工，第一個步驟是使用前述保護膜劑，在面2a、即欲加工之半導體晶圓2表面上形成保護膜。
此保護膜形成步驟中，藉附圖3中所示之旋轉塗覆器4，將保護膜劑塗覆於半導體晶圓2的面2a上。旋轉塗覆器4配備具有抽吸/固定構件之夾頭台41，及置於夾頭台41中央上方的噴嘴42。此半導體晶圓2以面2a向上的方式放置於夾頭台41上，夾頭台41旋轉，液體形式的保護膜劑由噴嘴42滴在半導體晶圓2面的中央處。藉此程序，液體保護膜劑因離心力而流至半導體晶圓2的外圍部分，覆蓋半導體晶圓2的面。此液態保護膜劑適度受熱而乾燥，藉此，在半導體晶圓2的面2a上形成厚度約0.1至5微米(在界道23上之厚度)的保護膜24，如附圖4所示者。
一旦以此方式而於半導體晶圓2的面2a上形成保護膜24，把裝在環狀框5上的保護帶6附著至半導體晶圓2的背面，此如附圖5所示者。
之後，半導體晶圓2的面2a(界道23)以雷射光透過保護膜24照射。雷射光照射或施用步驟係使用附圖6至8所示之雷射加工設備進行。
附圖6至8中所示之雷射加工設備7包含用以固定工作物件的夾頭台71、用以將雷射光施於固定於夾頭台71上之工作物件之雷射光施用構件72及用以使得固定於夾頭台71上之工作物件形成影像之影像形成構件73。夾頭台71之構造使其吸住和固定工作物件，並藉由移動機構(未示)而在附圖6中之以箭頭X指示的加工進料方向和箭頭Y指示的指示進料方向移動。
如附圖7所示者，此雷射光施用構件72包括實質上水平放置的圓筒狀套筒721。脈衝式雷射光振盪構件722和傳輸光學系統723置於套筒721內。脈衝式雷射光振盪構件722由脈衝式雷射光振盪器722a(包含YAG雷射振盪器或YVO4雷射振盪器)和與其相併的脈衝重複頻率設定構件722b所構成。傳輸光學系統723包括適當的光學元件，如，分光器。容納由鏡片組合構成之聚光透鏡(未示)之聚焦裝置724(其本身可為習知形狀)置於套筒721正面端上。以脈衝式雷射光振盪構件722振盪之雷射光經由傳輸光學系統723到達聚焦裝置724，並由聚焦裝置724以預定的焦點直徑D指向固定於夾頭台71上的工作物件。
以下列式定義焦點直徑D，如附圖8所示者，如果以高斯分佈的脈衝式雷射光透過聚焦裝置724的聚焦物鏡724a施用：D(微米)＝4xλxf/(πxW)
其中λ代表脈衝式雷射光的波長(微米)，W代表入射至聚焦物鏡724a之脈衝式雷射光的直徑(毫米)，而f代表聚焦物鏡724a的焦點距離(毫米)。
所示體系中，位於構成雷射光施用構件72之套筒721之正面端部分之影像形成裝置73除了用以藉由使用可見光而取得影像之一般的影像形成裝置(CCD)以外，還由用以將紅外光指於工作物件之紅外光發光構件、用以捕捉藉紅外光發光構件施加之紅外線之光學系統及用以輸出對應於光學系統所捕捉之紅外線之電子訊號之影像形成裝置(紅外光CCD)所構成。此影像形成構件73將得到的影像訊號送至控制構件(未示)。
將以參考附圖6和附圖9(a)、9(b)至11的方式描述使用前述雷射加工設備7進行之此雷射光施用步驟。
雷射光施用步驟中，半導體晶圓2置於附圖6中所示之雷射加工設備7的夾頭台71上，形成保護膜24的側邊向上。此情況中，半導體晶圓被吸引並固定於夾頭台71上。附圖6中，裝設有保護帶於其上的環狀框5未示。但使用在夾頭台71上之適當的框固定此環狀框5。
藉移動機構(未示)，將前述吸取和固定半導體晶圓2之夾頭台71置於影像形成構件73正下方。當夾頭台71位於影像形成構件73正下方時，用以偵側欲雷射加工的半導體晶圓2之加工區之校準操作係藉影像形成構件73和控制構件(未示)進行，亦即影像形成構件73與控制構件(未示)進行影像加工(如圖案相配)以校準界道23(其以半導體晶圓2之預定方向，使用用以沿著界道23施以雷射光之雷射光施用備件72的聚焦裝置724形成)，藉此完成雷射光施用位置之校準。對於與半導體晶圓2之預定方向垂直延伸的界道，以類似的方式校準雷射光施用位置。此時，基本上不透明的保護膜24形成於半導體晶圓2的面2a上，此處有界道23形成，但界道23可以紅外線形成影像且可自面2a上方進行校準。
前述方法中，偵測固定於夾頭台71上之半導體晶圓2上的界道23，並校準雷射光施用位置。校準完成之後，將夾頭台71移動至雷射光施用區(雷射光施用構件72的聚焦裝置724位於此處)，如附圖9(a)中所示者。雷射光施用區中，預定界道23的一端(附圖9中的左端)位於雷射光施用構件72的聚焦裝置724正下方。在脈衝式雷射光725自聚焦裝置724施用下，夾頭台71，即，半導體晶圓2以預定速率於附圖9(a)中箭頭X1所指的方向移動。如附圖9(b)所示者，雷射光施用構件7的施用位置到達界道23另一端(附圖9(a)、9(b))右端位置時，停止施以脈衝式雷射光725，並中止夾頭台71，即，半導體晶圓2，之移動。
之後，夾頭台71，即，半導體晶圓2，於垂直於附圖紙面的方向(即，指向進料方向)移動約10至20微米。之後，在自雷射光施用構件72施用脈衝式雷射光725之下，夾頭台71，即，半導體晶圓2，以預定進料速率於附圖9(b)中箭頭X2所指的方向移動。當雷射光施用構件72到達附圖9(a)所示位置時，脈衝式雷射光725之施用中止，並中止夾頭台71，即，半導體晶圓2，之移動。
如前述者，在夾頭台71，即，半導體晶圓2的往復移動期間內，將脈衝式雷射光725施於界道23，其焦點P對準界道23上表面的鄰近區域，P之間的間隔比切割刀(述於下文中)寬度來得寬，如附圖10所示者。
雷射光施用步驟係於，如，下列加工條件下進行：雷射光源：YVO4雷射或YAG雷射波長：355奈米脈衝重複頻率：50至100kHz輸出：0.3至4.0瓦特焦點直徑：9.2微米加工速率：1至800毫米/秒
藉由進行前述雷射光施用步驟，沿著界道23，在已形成界道23之半導體晶圓2之層合物21形成寬度比切割刀(述於下文中)來得大之經雷射加工的溝槽25，此如附圖11所示者。此經雷射加工的溝槽到達半導體基板20以移除層合物21。當在此雷射光施用步驟中，透過保護膜24將脈衝式雷射光725施用至其中形成界道23的層合物21時，保護膜24之熱分解作用與層合物21和半導體基板20之熱分解作用幾乎同時發生(或於之前發生)，此因保護膜24具高雷射光吸收力之故。其結果是，雷射施用處之膜破裂。亦即，保護膜24成為加工的起點。以此方式而在保護膜24中形成加工的起點之後，或者與形成加工起點幾乎同時，層合物21和半導體基板20藉施以脈衝式雷射光725而加工。因此，防止保護膜24在層合物21或半導體基板20之熱分解產物的蒸氣壓下被剝離。因此，得以有效地避免因為保護膜24之剝離而導致碎物沉積在半導體晶片22的周圍邊緣部分之情況。此外，保護膜24與晶圓面20a(半導體晶片22的面)之黏合性高，使得保護膜24於加工期間內之剝離(例如)情況最少。因此，得以有效地避免因為保護膜24之剝離而導致之碎物沉積。亦即，如附圖11所示者，因已形成前述保護膜24，碎物26沉積在保護膜24的表面上，且不會沉積在半導體晶片22上。據此，得以有效地避免因碎物26沉積而使半導體晶片22品質受損之情況。
以前述方式沿著界道進行雷射光施用步驟之後，半導體晶圓2固定於其上的夾頭台71藉由箭頭Y所指方向上的界道之間的間隔而指向(指向步驟)，再度進行雷射光施用步驟。雷射光施用步驟之後，以類似方式在沿著預定方向延伸的所有界道進行指向步驟，據此，半導體晶圓2固定於其上的夾頭台71，90度轉向。之後，如前述者，沿著垂直於前述預定方向延伸的各個界道進行雷射光施用步驟和指向步驟，藉此，可以於左半導體晶圓2中形成的所有的界道23中形成經雷射加工的溝槽25。
之後移除黏在位於環狀框5上之保護帶6上所塗覆半導體晶圓2面2a上的保護膜24。關於此保護膜移除步驟，因為如前述者，保護膜24製自水溶性樹脂(其他組份亦為水溶性)，所以可以水(或熱水)洗除保護膜24，此如附圖12所示者。同時，亦沿著保護膜24洗除於前述雷射光施用步驟期間內形成之保護膜24上的碎物26。如此處所示者，保護膜24之移除可以非常簡單的方式進行。
以前述方式移除保護膜24之後，進行切割步驟以沿著在半導體晶圓2之界道23中形成之經雷射加工的溝槽25切割半導體晶圓2。可以使用通常作為切割裝置之切割裝置8進行此切割步驟，此如附圖13所示者。此切割裝置包含配備吸氣/固定構件之夾頭台81、配備切割刀821之切割構件82及用以使得固定於夾頭台81上的工作物件形成影像之形成影像的構件83。
以參考附圖13至15(a)、15(b)的方式描述使用前述切割裝置8進行之切割步驟。
把已剝除保護膜24之半導體晶圓2覆於切割裝置6的夾頭台81上，半導體晶圓2面2a向上，此如附圖13所示者。此條件下，半導體晶圓2藉抽氣構件(未示)固定於夾頭台81上。藉移動機構(未示)，使吸氣並固定半導體晶圓2之夾頭台81位於形成影像的構件83正下方處。
夾頭台81位於影像形成構件83正下方時，用以偵測半導體晶圓2欲切割區之校準操作係藉影像形成構件83和控制構件(未示)進行。亦即，影像形成構件83和控制構件進行影像加工(如圖案相配)以校準界道23(其以半導體晶圓2之預定方向，使用用以沿著經雷射光加工的溝槽25切割半導體晶圓2的切割刀821形成)，藉此完成切割區之校準。對於與半導體晶圓2之預定方向垂直延伸的界道23，以類似的方式校準切割區。
以前述方式，偵測形成於固定在夾頭台81上之半導體晶圓2上的界道23，並校準切割區。完成此校準之後，固定半導體晶圓2的夾頭台81被移動至切割區中的切割起點。此時，半導體晶圓2的位置使得欲被切割的界道23之一端(附圖14(a)、14(b)中的左端)位於切割刀821正下方的右方預定量的位置，此如附圖14(a)所示者。半導體晶圓2的位置亦使得切割刀821位於在界道中形成之經雷射加工之溝槽25的中央處。
夾頭台81，即，半導體晶圓2，到達切割區的切割起點時，切割刀821自附圖14(a)中的雙點線指示的待命位置以設定動作深度向下移動，藉此到達附圖14(a)中之以實線表示的預定位置。此預定位置設定使得切割刀821的下端到達黏在半導體晶圓2背面的保護帶6，此如附圖14(a)和附圖15(a)中所示者。
之後，切割刀821以預定轉速旋轉，夾頭台81，即，半導體晶圓2，以預定切割速率於附圖14(a)中的箭頭X1所指的方向移動。夾頭台81，即，半導體晶圓2所到位置使得界道23的另一端(附圖14(a)和附圖14(b)的右端)位於切割刀821正下方的左方預定量的位置，此如附圖14(b)所示者，夾頭台81，即，半導體晶圓2之移動中止。藉由以此方式操作夾頭台81，即，半導體晶圓2，沿著在界道23中經雷射加工的溝槽25形成到達半導體晶圓2背面的切割溝槽27，此如附圖15(b)所示者。此切割步驟中，僅半導體基板20被切割刀821所切割。此可防止層合物21因為使用切割刀821切割形成於半導體基板20的面上之層合物21而被剝除。
於例如下列條件下進行前述切割步驟：切割刀：外徑52毫米，厚度20微米切割刀轉速：30,000rpm切割速率：50毫米/秒
之後，使切割刀821到達在附圖14(b)中以雙點線指出的待命位置，夾頭台81，即，半導體晶圓2，於附圖14(b)中的箭頭X2所指的方向移動，直到回到附圖14(a)所示的位置。之後，夾頭台81，即，半導體晶圓2，於垂直圖之紙面的方向(即，指向方向)移動，其移動量相當於界道23之間的間隔，藉此，之後欲被切割的界道23到達與切割刀821相對的位置。下一個欲被切割的界道23置於與切割刀821相對的位置時，進行前述切割步驟。
對半導體晶圓2中形成之所有的界道23進行前述切割步驟。其結果是，半導體晶圓2被沿著在界道23中形成之經雷射加工的溝槽25切割，藉此分成個別的半導體晶片20。此切割步驟中，進行切割，並供應切割用水(純水)。因此，可藉供應的切割用水去除保護膜24，不須個別提供前述保護膜移除步驟。如前述者，可進行切割步驟並同時作為保護膜移除步驟。
雖然已經以半導體晶圓被分割的體系為基礎地描述本發明之晶圓加工法，但應瞭解本發明可以應用於其他晶圓之各種類型之雷射加工。例如，本發明可用於光學裝置晶圓之分割。
實例
下列實例中所用雷射加工設備之規格如下：雷射光源：YVO4雷射波長：355奈米脈衝重複頻率：50至100kHz輸出：0.3至4.0瓦特焦點直徑：9.2微米加工速率：1至800毫米/秒
(實例1)
製得具下列組成之保護膜劑：水溶性樹脂：皂化度88%且聚合度300之聚乙烯醇：20克水溶性雷射光吸收劑：阿魏酸0.2克水：80克固體之g吸收係數k＝1.56 x 10－ 1
前述保護膜劑以旋轉器塗覆於矽晶圓上，並經乾燥而形成界道上之厚度為0.5至1.5微米的保護膜。之後，將有保護膜形成於其上之矽晶圓置於具前述規格的雷射加工設備上，並進行雷射加工。之後，以純水洗除保護膜，觀察雷射掃描周圍。觀察邊緣區域之凸起，未察覺周圍上有碎物沉積。因此，此矽晶圓為可使用的狀態。加工寬度與雷射點直徑相仿，不受塗膜厚度之影響。
(實例2)
以與實例1完全相同的方式製得保護膜劑，但阿魏酸(水溶性雷射光吸收劑)的量改為0.8克。固體之g吸收係數k是5.61 x 10－ 1 。
使用前述保護膜劑，以與實例1相同的方式，在矽晶圓上形成0.2微米厚的保護膜。以相同方式進行雷射加工，以水洗除保護膜。以與實例1相同的方式觀察雷射掃描周圍，顯示沒有碎物沉積。加工寬度略大於雷射點直徑，但此矽晶圓為可用狀態。
(實例3)
以與實例1相同的方式製得保護膜劑，但使用皂化度75%且聚合度500之聚乙烯醇作為水溶性樹脂。保護膜劑之固體之g吸收係數k是1.56 x 10－ 1 ，此與實例1相同。
使用前述保護膜劑，以與實例1相同的方式，在矽晶圓上形成0.5至1.5微米厚的保護膜。以相同方式進行雷射加工，以水洗除保護膜。以與實例1相同的方式觀察雷射掃描周圍，顯示沒有碎物沉積。加工寬度與雷射點直徑相仿，不受塗膜厚度之影響。
(實例4)
以與實例3完全相同的方式製得保護膜劑，但使用水溶性單偶氮染料(AIZEN SWTW3，Hodogaya Chemical Co.,Ltd.)代替阿魏酸作為水溶性雷射光吸收劑。保護膜劑之固體之g吸收係數k是7.9 x 10－ 2 。
使用前述保護膜劑，以與實例1相同的方式，在矽晶圓上形成0.5至1.5微米厚的保護膜。以相同方式進行雷射加工，以水洗除保護膜。以與實例1相同的方式觀察雷射掃描周圍，顯示沒有碎物沉積。加工寬度與雷射點直徑相仿，不受塗膜厚度之影響。
(實例5)
以與實例5完全相同的方式製得保護膜劑，但使用15克甘油作為塑化劑。保護膜劑之固體之g吸收係數k是7.9 x 10－ 2 ，此與實例5相同。
使用前述保護膜劑，以與實例1相同的方式，在矽晶圓上形成0.5至1.5微米厚的保護膜。以相同方式進行雷射加工，以水洗除保護膜。以與實例1相同的方式觀察雷射掃描周圍，顯示沒有碎物沉積。加工寬度與雷射點直徑相仿，不受塗膜厚度之影響。
(比較例1)
以與實例1完全相同的方式製得保護膜劑，但未使用阿魏酸(水溶性雷射光吸收劑)。保護膜劑之固體之g吸收係數k是1.94 x 10－ 3 。
使用前述保護膜劑，以與實例1相同的方式，在矽晶圓上形成0.5至1.5微米厚的保護膜。以相同方式進行雷射加工，以水洗除保護膜。以與實例1相同的方式觀察雷射掃描周圍，顯示明顯有碎物沉積且膜有剝離現象。
2．．．半導體晶圓
2a．．．面
4．．．旋轉塗覆器
5．．．環狀框
6．．．保護帶
7．．．雷射加工設備
8．．．切割裝置
20．．．半導體基板
20a．．．面
21．．．層合物
22．．．半導體晶片
23．．．界道
24．．．保護膜
25．．．經雷射加工的溝槽
26．．．碎物
27．．．切割溝槽
41．．．夾頭台
42．．．噴嘴
71．．．夾頭台
72．．．雷射光施用構件
73．．．影像形成構件
81．．．夾頭台
82．．．切割構件
83．．．形成影像的構件
721．．．圓筒狀套筒
722．．．脈衝式雷射光振盪構件
722a．．．脈衝式雷射光振盪器
722b．．．脈衝重複頻率設定構件
723．．．傳輸光學系統
724．．．聚焦裝置
724a．．．聚焦物鏡
725．．．脈衝式雷射光
821．．．切割刀
f．．．焦點距離
P．．．焦點
X．．．箭頭
X1．．．箭頭
X2．．．箭頭
Y．．．箭頭
附圖1是透視圖，所示者為使用本發明之保護膜劑，藉晶圓加工法加工之半導體晶圓。
附圖2是附圖1所示之半導體晶圓之放大截面圖。
附圖3是解說圖，所示者是根據本發明之晶圓加工方法中之保護膜形成步驟之體系。
附圖4是具有藉附圖3所示之保護膜形成步驟而使保護膜形成於其上之半導體晶圓之基本部份之放大截面圖。
附圖5是透視圖，所示者是具有保護膜形成於其上之半導體晶圓經由保護帶而以環狀框架承載之狀態。
附圖6是用以在根據本發明之晶圓加工方法中，進行雷射光施用步驟之雷射加工設備之基本部份的透視圖。
附圖7是方塊圖，所示者為配置於附圖6中所示之雷射加工設備之雷射光施用構件之構造。
附圖8是用以說明雷射光焦點直徑之示意圖。
附圖9(a)和9(b)是用以解釋根據本發明之晶圓加工方法中之雷射光施用步驟之解說圖。
附圖10是用以解釋在根據本發明之晶圓加工法中之雷射光施用步驟中，雷射光施用位置之解說圖。
附圖11是半導體晶圓之基本部份之放大截面圖，所示者為藉根據本發明之晶圓加工法中之雷射光施用步驟，在半導體晶圓中形成之經雷射加工的溝槽。
附圖12是半導體晶圓之基本部份之放大截面圖，所示者為塗覆於半導體晶圓面上之保護膜已經藉由根據本發明之晶圓加工法中之保護膜移除步驟移除之後的狀態。
附圖13是用以進行根據本發明之晶圓加工法中之切割步驟之切割裝置的基本部份之透視圖。
附圖14(a)和14(b)是根據本發明之晶圓加工方法中之切割步驟之解說圖。
附圖15(a)和15(b)是半導體晶圓藉根據本發明之晶圓加工方法中之切割步驟法沿著經雷射加工的溝槽切割之狀態之解說圖。
2．．．半導體晶圓
2a．．．面
20．．．半導體基板
23．．．界道

Claims (5)

  1. 一種雷射切割用保護膜劑，其包含一種溶液，此溶液中溶解有水溶性樹脂及至少一種選自水溶性染料、水溶性著色劑及水溶性紫外線吸收劑之水溶性雷射光吸收劑，其中該溶液的固體對波長355奈米的雷射光所具有的g吸收係數k在3 x 10-3 至2.5 x 10-1 abs．L/g的範圍內(abs：吸收度)，且基於100重量份該水溶性樹脂，該雷射光吸收劑含量係0.01至10重量份。
  2. 一種晶圓加工方法，包含：將欲加工之晶圓表面以如申請專利範圍第1項之雷射切割用保護膜劑塗覆，繼而乾燥，以形成保護膜；及以雷射光經該保護膜照射該欲加工之表面以實施加工。
  3. 如申請專利範圍第2項之加工方法，其中該雷射光的波長為355奈米。
  4. 如申請專利範圍第2項之加工方法，其中在該晶圓內形成多個由排列成格子圖案的界道(streets)所分隔之半導體晶片，這些界道係以該雷射光經該保護膜照射而形成溝槽。
  5. 如申請專利範圍第2項之加工方法，其中該保護 膜在以該雷射光照射之後，以水清洗而去除。
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