專利名稱：用于激光割片的保護(hù)膜劑和使用保護(hù)膜劑的晶片加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保護(hù)膜劑，其被用于在給晶片例如半導(dǎo)體晶片的預(yù)定區(qū)域施加激光束以執(zhí)行預(yù)定加工過程的激光割片中。本發(fā)明還涉及使用該保護(hù)膜劑的激光割片的加工方法。
背景技術(shù)：
已知在現(xiàn)有技術(shù)中，在半導(dǎo)體器件制造過程中形成的晶片具有被稱為“道”的格子狀的預(yù)置分割線劃分開層狀結(jié)構(gòu)，其包括堆置在半導(dǎo)體基板(例如硅等)表面上的絕緣膜和功能膜。被這些“道”劃分開的各區(qū)域形成半導(dǎo)體芯片，例如IC或LSI。也就是說，通過沿著這些“道”切割晶片而獲得多個半導(dǎo)體芯片。一光學(xué)器件晶片具有被這些“道”劃分成多個區(qū)域的層狀結(jié)構(gòu)，其包括被堆置在藍(lán)寶石(sapphire)基板表面上的氮化鎵化合物半導(dǎo)體晶片等。當(dāng)沿著這些“道”切割光學(xué)器件晶片時，光學(xué)器件晶片被分割成例如發(fā)光二極管或激光二極管等光學(xué)器件。這些光學(xué)器件在電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
沿著這些“道”切割晶片通常是由被稱為“割片機(jī)(dicer)”的切割設(shè)備來執(zhí)行。該切割設(shè)備包括夾具工作臺，用于保持作為工件的晶片；切割裝置，用于切割被保持在夾具工作臺上的晶片；以及運(yùn)動裝置，用于使所述夾具工作臺和所述切割裝置彼此相互運(yùn)動。該切割裝置包括一高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)芯軸，以及一安裝在該芯軸上的切割刀片。該切割刀片包括一盤形基座，以及被安裝在該基座側(cè)表面的外圍部分上的環(huán)形切割刃。所述切割刃例如包括通過電成型而固定在上述基座側(cè)表面的外圍部分上的金剛石磨粒，磨粒尺寸在3μm級，切割刃的厚度形成為20μm級。
具有上述層狀結(jié)構(gòu)的晶片是非常脆的材料。因此，晶片存在著一些問題，當(dāng)晶片被切割刀片(切割刃)切割成半導(dǎo)體芯片時，會產(chǎn)生瑕疵，劃痕或碎片，使得形成在芯片表面上的電路元件所需要的絕緣膜剝落。
為避免上述問題，目前通常的做法是在利用切割刀片切割之前，沿著“道”施加激光，從而形成與切割刀片(切割刃)的寬度相對應(yīng)的溝槽，然后利用刀片進(jìn)行切割。
當(dāng)沿著晶片的“道”施加激光時，又產(chǎn)生了新的問題。即，激光被吸收到例如硅基板中，熱能導(dǎo)致硅熔化或熱分解，從而產(chǎn)生硅蒸氣等，它們冷凝和沉積在芯片表面上。硅蒸氣等產(chǎn)生的冷凝沉積(碎屑)很大程度上損害了半導(dǎo)體芯片的質(zhì)量。
為了解決由于碎屑帶來的問題，已公開的日本專利申請1978-8634(以下稱為專利文獻(xiàn)1)和1993-211381(以下稱為專利文獻(xiàn)2)提出了一些方法，其中，在要被加工的晶片表面上形成了具有水溶性樹脂的保護(hù)膜，并且激光經(jīng)由保護(hù)膜照射該表面。
根據(jù)專利文獻(xiàn)1和2的方法，芯片表面受到保護(hù)膜的保護(hù)。因此，即使硅蒸氣等(其是在激光照射下基板的熱分解產(chǎn)物)分散和冷凝，其冷凝物(碎屑)沉積在保護(hù)膜的表面上，而不沉積在芯片表面上。此外，由于保護(hù)膜是水溶性的，因此通過用水沖洗可以很容易除去保護(hù)膜。也就是說，保護(hù)膜上的碎屑在保護(hù)膜被水沖洗的同時也被沖洗掉。結(jié)果，避免了碎屑在芯片表面上的沉積。
但是，利用上述方法仍然不能完全避免碎屑的沉積，尤其是會產(chǎn)生碎屑沉積在芯片外周邊部分上的問題。這可能涉及到下述機(jī)構(gòu)在激光的照射下，基板的熱分解在保護(hù)膜的熱分解之前進(jìn)行，并且，作為熱分解產(chǎn)物的硅蒸氣等的壓力使得在保護(hù)膜和芯片表面的外周邊部分之間產(chǎn)生空隙(在“道”的附近)，換句話說，在外周邊部分處發(fā)生保護(hù)膜的局部剝落。結(jié)果，在芯片表面的外周邊部分處發(fā)生碎屑沉積。還存在這樣的問題，即，保護(hù)膜被粘附到芯片表面上的粘附力很小，使得保護(hù)膜容易剝落。這種剝落是碎屑容易沉積在芯片表面的外周邊部分上的另一因素。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于激光割片的保護(hù)膜劑，這種激光割片可以形成對晶片表面具有高粘附力的保護(hù)膜，并且在利用這種激光割片由晶片制造芯片過程中，能夠有效防止在芯片的整個表面，包括它們的外周邊部分上沉積碎屑。本發(fā)明還提供一種利用所述保護(hù)膜劑加工晶片的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于激光割片的保護(hù)膜劑，包括一種溶液，在所述溶液中溶解有水溶性樹脂和至少一種水溶性激光吸收劑，所述水溶性激光吸收劑選自水溶性染料、水溶性色素以及水溶性紫外線吸收劑。
在本發(fā)明的保護(hù)膜劑中，以下是優(yōu)選的(1)對于波長為355nm的激光，所述溶液中的固體成份的g吸收系數(shù)k在3×10-3-2.5×10-1abs·L/g(abs吸光度)的范圍內(nèi)。
(2)包含在100份重量的水溶性樹脂中的激光吸收劑的量為0.01-10份重量。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種晶片的加工方法，其包括利用根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光割片的保護(hù)膜劑涂覆晶片的被加工表面以形成保護(hù)膜；以及利用激光經(jīng)由所述保護(hù)膜照射所述被加工表面以執(zhí)行加工。
本發(fā)明的上述加工方法通?？梢圆捎孟铝写胧?3)所述激光的波長為355nm。
(4)在所述晶片上形成多個被布置成格子狀的道劃分開的半導(dǎo)體芯片，并且利用激光經(jīng)由所述保護(hù)膜照射所述道以形成溝槽。
(5)在利用激光照射之后用水沖洗掉所述保護(hù)膜。
根據(jù)本發(fā)明的用于激光割片的保護(hù)膜劑除了包含水溶性樹脂外還包含水溶性激光吸收劑。這樣，通過涂覆保護(hù)膜劑并使其干燥而形成在晶片表面上的保護(hù)膜顯示出高的激光吸收性，并且當(dāng)激光照射時迅速熱分解，以便沿著所述道線實(shí)現(xiàn)激光加工。因此，可以有效地防止當(dāng)暴露于激光中時，在基板的熱分解產(chǎn)物，蒸氣等的壓力下發(fā)生的保護(hù)膜剝落現(xiàn)象。另外，被用作水溶性激光吸收劑的水溶性染料等對于晶片表面都具有高的親和力。因此，增強(qiáng)了保護(hù)膜的粘附力，有效地抑制了保護(hù)膜從晶片表面尤其是道線附近剝落的情況。因此，由根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)膜劑形成保護(hù)膜，并且通過激光照射執(zhí)行激光割片，從而有效地防止碎屑沉積在被切割芯片的整個表面上。
通常使用波長為355nm的激光。在利用這種激光執(zhí)行割片時，所使用的激光吸收劑的量被調(diào)節(jié)為保護(hù)膜(所述溶液中的固體成份)的g吸收系數(shù)k在3×10-3-2.5×10-1abs·L/g(abs吸光度)的范圍內(nèi)。這樣，可以實(shí)現(xiàn)沿著精細(xì)線寬度的道線均勻加工。


圖1是一半導(dǎo)體晶片的透視圖，其利用本發(fā)明的保護(hù)膜劑的晶片加工方法對進(jìn)行加工。
圖2是圖1所示的半導(dǎo)體晶片的放大剖視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的晶片加工方法中保護(hù)膜形成步驟的一個圖4是半導(dǎo)體晶片的主要部分的放大視圖，該半導(dǎo)體晶片具有通過圖3所示的保護(hù)膜形成步驟而形成在其上的保護(hù)膜。
圖5是半導(dǎo)體晶片通過保護(hù)帶被環(huán)形支架支承的狀態(tài)的透視圖，該半導(dǎo)體晶片具有形成在其上的保護(hù)膜。
圖6是在根據(jù)本發(fā)明的晶片加工方法中用于執(zhí)行激光施加步驟的激光加工設(shè)備的主要部分的透視圖。
圖7是被安裝在圖6所示的激光加工設(shè)備上的激光施加裝置的結(jié)構(gòu)的方框示意圖。
圖8是描述激光焦點(diǎn)直徑的示意圖。
圖9(a)和(b)是根據(jù)本發(fā)明的晶片加工方法中激光施加步驟的解釋圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的晶片加工方法中，激光施加步驟中的激光施加位置的解釋圖。
圖11是半導(dǎo)體晶片的主要部分的放大剖視圖，示出了通過根據(jù)本發(fā)明的晶片加工方法中的激光施加步驟而形成在半導(dǎo)體晶片中的激光加工溝槽。
圖12是半導(dǎo)體晶片的主要部分的放大剖視圖，示出了通過根據(jù)本發(fā)明的晶片加工方法中的保護(hù)膜去除步驟而將涂覆在半導(dǎo)體晶片表面上的保護(hù)膜去除后的狀態(tài)。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的晶片加工方法中，用于執(zhí)行切割步驟的切割設(shè)備的主要部分的透視圖。
圖14(a)和(b)是根據(jù)本發(fā)明的晶片加工方法中的切割步驟的解釋圖。
圖15(a)和(b)是通過根據(jù)本發(fā)明的晶片加工方法中的切割步驟，沿著激光加工溝槽切割半導(dǎo)體晶片的狀態(tài)的解釋圖。
具體實(shí)施例方式
(保護(hù)膜劑)本發(fā)明的保護(hù)膜劑包括一種包含水溶性樹脂和水溶性激光吸收劑的溶液。
水溶性樹脂用作保護(hù)膜的基材，但不限于此，只要當(dāng)材料溶解在例如水等溶劑中，涂覆并干燥后可以形成膜即可，例如，其包括聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、帶有5個或更多氧亞乙基重復(fù)單元(oxyethylene recurring unit)的聚乙二醇、聚氧乙烯、甲基纖維素、乙基纖維素、羥丙纖維素、聚丙烯酸、聚乙烯醇-聚丙烯酸嵌段聚合物、聚乙烯醇-聚丙烯酸酯嵌段聚合物、聚甘油(polyglycerin)。這些樹脂可以單獨(dú)使用，或者兩個或更多的結(jié)合使用。
本發(fā)明中形成在晶片表面上的保護(hù)膜在激光加工后用水沖洗去除。如果考慮保護(hù)膜的水沖洗能力，優(yōu)選使用只具有一個醚鍵或羥基作為極性基的樹脂，例如如上面所述的水溶性樹脂聚乙烯醇或聚乙二醇。這是因?yàn)榫哂幸粋€極性基，例如一個羧基或一個叔胺的水溶性樹脂趨向于牢固固定于晶片表面(芯片表面)上，并且在用水沖洗后仍可能保持在晶片表面上。另一方面，只具有一個醚鍵或羥基的樹脂具有相對較弱的粘附性，可以有效地避免在用水沖洗后仍保留有其殘留物?？紤]到可用水沖洗方面，所用的水溶性樹脂的聚合度或分子量最好較低。如果以聚乙烯醇為例，其聚合度最好在大約300的程度。但是，具有高聚合度或高分子量的水溶性樹脂的可用水沖洗性較低，不過在該情況下，可以同時利用可塑劑(將在下面描述)來避免可用水沖洗性的下降。
作為用于與上述水溶性樹脂相結(jié)合的激光吸收劑，水溶性染料、水溶性色素以及水溶性紫外線吸收劑被使用。它們都是水溶性的，并且最好均勻地存在于保護(hù)膜中。此外，它們與晶片表面具有很強(qiáng)的親和力，并且可以形成牢固粘附于晶片表面上的保護(hù)膜。此外，它們的溶液最好在存放過程中具有高的存放能力，而不會有不良情況出現(xiàn)，例如相分離或沉淀，并且可以確保滿意的涂覆性能。如果使用諸如顏料的水溶性激光吸收劑，例如保護(hù)膜的激光吸收性能將發(fā)生變化，或者存放性能或涂覆性能很差，使得很難形成均勻厚度的保護(hù)膜。
在本發(fā)明中選擇水溶性顏料作為上述水溶性染料，例如選自偶氮染料(單偶氮和多偶氮染料、金屬復(fù)合鹽偶氮染料、唑林酮偶氮染料(pyrazolone azo dye)、芪偶氮(stilbene azo)染料、唑偶氮(thiazole azo))、蒽醌染料(蒽醌衍生物、蒽酮衍生物)、靛類染料(靛類衍生物、硫靛衍生物)、酞花青染料、碳離子染料(carboniumdye)(二苯甲烷染料、三苯甲烷染料、呫噸染料、吖啶染料)、醌亞胺染料(quinoneimine dye)(吖嗪染料、嗪染料、噻唑染料)、次甲基染料(花青染料、偶氮甲堿染料)、喹啉染料(quinolinedye)、亞硝基染料(nitroso dye)、苯醌染料(benzoquinone dye)和萘醌染料(naphthoquinone dye)、苯胺染料(naphthalimide dye)、紫環(huán)酮染料(perinone dye)以及其它染料等。
至于水溶性染料，從環(huán)境負(fù)荷方面考慮，優(yōu)選使用作為食品添加劑的染料，例如食品紅2號、食品紅40號、食品紅102號、食品紅104號、食品紅105號、食品紅106號、食品黃NY、食品黃4號酒石黃、食品黃5號、食品黃5號日落黃FCF、食品橙AM(Food0range AM)、食品朱1號、食品朱4號、食品朱101號、食品藍(lán)1號、食品藍(lán)2號、食品綠3號、食品瓜顏色B、食品蛋顏色3號。
水溶性紫外線吸收劑例如是4，4′-2羧基二苯甲酮、二苯甲酮-4-羧酸、2-羧基蒽醌、1，2-萘二羧酸、1，8-萘二羧酸、2，3-萘二羧酸、2，6-萘二羧酸、2，7-萘二羧酸、鈉鹽、鉀鹽、銨鹽、以及它們的季銨鹽、2，6-蒽醌二磺酸鈉鹽、2，7-蒽醌二磺酸鈉鹽、以及阿魏酸。
在本發(fā)明中，所使用的上述水溶性激光吸收劑的量要能夠保證所希望的激光吸收能力。如果使用波長為355nm的激光進(jìn)行加工，例如水溶性激光吸收劑優(yōu)選使用這樣的量，即保護(hù)膜(溶液的固體成份)的g吸收系數(shù)k(g absorption coefficient k)在3×10-3到2.5×10-1abs·L/g的范圍內(nèi)(abs吸光度)。如果g吸收系數(shù)k比上述范圍低，則保護(hù)膜的激光吸收能力低，使得由激光照射產(chǎn)生的保護(hù)膜的熱分解明顯滯后于基板例如硅。結(jié)果，由于熱分解產(chǎn)物的蒸氣壓力而容易導(dǎo)致膜剝落，并在芯片的外周邊部分處形成碎屑。如果g吸收系數(shù)k比上述范圍高，當(dāng)施加激光時，由于來自基板的激光反射，保護(hù)膜的熱分解發(fā)生得更為容易。這樣，激光的加工寬度比激光焦點(diǎn)直徑大。這可能不是很合適，特別是對于沿具有很小線寬度的“道”進(jìn)行割片而言。
如果選擇使用這樣的激光吸收劑，即其所用的激光的波長在其最大吸收波長范圍內(nèi)，其小量的使用就能夠保證上述范圍內(nèi)的g吸收系數(shù)k。如果選擇使用不滿足上述條件的激光吸收劑，則必須大量使用才能保證上述范圍內(nèi)的g吸收系數(shù)k。但是，如果激光吸收劑所使用的量太大，當(dāng)包含其的溶液被涂覆和干燥以形成保護(hù)膜時就會在激光吸收劑和水溶性樹脂之間產(chǎn)生相分離。如果激光吸收劑所使用的量太小，激光吸收劑就可能不均勻地分布在保護(hù)膜上。因此，通常優(yōu)選這樣選擇激光吸收劑，即，基于100份重量的水溶性樹脂，0.01-10份重量的激光吸收劑的使用量能夠保證在上述范圍內(nèi)的g吸收系數(shù)k。
在本發(fā)明中，除了上述水溶性樹脂和激光吸收劑，其它混合劑可以溶解在用作保護(hù)膜劑的溶液中，例如，可以使用可塑劑和表面活性劑。
可塑劑用于增強(qiáng)保護(hù)膜在激光加工后的水沖洗能力。可塑劑優(yōu)選用于特別是使用帶高分子量的水溶性樹脂時。使用可塑劑的優(yōu)勢還在于其可以抑制由于激光的照射而引起的水溶性樹脂的碳化。水溶性的低分子量化合物優(yōu)選被用作這種可塑劑，其例如包括乙二醇、三甘醇、四甘醇、乙醇胺、丙三醇。這些化合物可以單獨(dú)使用或兩種或多種組合使用。這種可塑劑的用量是這樣的，即在溶液涂覆和干燥之后不會在可塑劑和水溶性樹脂之間產(chǎn)生相分離。例如，其推薦量是基于100份重量的水溶性樹脂，使用75份或少于75份重量，尤其是20-75份重量的可塑劑。
表面活性劑用于增強(qiáng)涂覆性能，并且還增強(qiáng)溶液的存放穩(wěn)定性。可以使用任何非離子型、陽離子型、陰離子型、或兩性型表面活性劑，只要它們是水溶性的。
非離子型表面活性劑的例子有壬基酚基、低碳醇基(higheralcohol-based)、多元醇基、聚氧化亞烷基二醇基、聚氧乙烯烷基酯基、聚氧乙烯烷基醚基、聚氧化亞乙基烷基酚醚基、以及聚氧乙烯脫水山梨糖醇烷基酯基。陽離子型表面活性劑的例子有季銨鹽和銨鹽。陰離子型表面活性劑的例子有烷基苯磺酸以及它們的鹽，烷基硫酸酯鹽、甲基?；撬猁}、以及醚磺酸鹽。兩性型表面活性劑的例子有咪唑啉甜菜堿基、酰胺基丙基甜菜堿基、以及氨基二丙酸鹽基表面活性劑?？梢赃x擇這些表面活性劑中的一種或兩種與多種的組合。根據(jù)溶液，任何一種表面活性劑的量可以是10ppm或幾百ppm。
在本發(fā)明的用于激光割片的保護(hù)膜劑(其包括內(nèi)部溶解有上述組分的溶液)中，該溶液的固體含量應(yīng)該根據(jù)所使用的水溶性樹脂的類型、聚合度或分子量來確定，使溶液具有適當(dāng)?shù)耐扛残阅?。如果固體含量過高，例如會使涂覆困難，導(dǎo)致可能不均勻或殘存有氣泡。如果固體含量過低，則在將溶液涂覆在晶片表面上時溶液容易往下滴，并且不容易控制干燥后的膜厚(保護(hù)膜的膜厚)。因此，盡管根據(jù)所使用的水溶性樹脂等有所不同，但溶液中的固體含量(各種成份的總含量)優(yōu)選設(shè)置在占重量的3％-30％量級。在固體中的水溶性樹脂的量通常占重量的5％或更多。這適于使保護(hù)膜具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度并且防止在芯片表面上沉積碎屑。
制備溶液(本發(fā)明中的保護(hù)膜劑)所用的溶劑可以是其中溶解有上述水溶性樹脂和水溶性激光吸收劑的溶劑。溶劑例如是水、乙醇、酯、烷撐二醇、烷撐二醇單烷基醚、烷撐二醇單烷基醚乙酸酯，其中，優(yōu)選為水和烷撐二醇單烷基醚。對于烷撐二醇單烷基醚，優(yōu)選為丙二醇單甲醚(PGME)。用于工作環(huán)境的最優(yōu)選溶劑是水或含有水的混合溶劑。
本發(fā)明的上述保護(hù)膜劑被涂覆到將被加工的晶片表面上，晶片上形成多個被布置成格子狀的“道”劃分成的半導(dǎo)體芯片，隨后使所述涂覆層干燥，從而形成保護(hù)膜。利用激光經(jīng)過保護(hù)膜照射這些“道”以形成溝槽(執(zhí)行激光割片)。保護(hù)膜的可推薦厚度(保護(hù)膜劑的干燥厚度)在“道”上通常為0.1-5μm的量級。原因如下這種將被加工的晶片表面具有很多凹痕和突起，并且這些“道”形成在這些凹痕中。因此，如果上述厚度很小，則這些突起中的保護(hù)膜的厚度就非常小以至于碎屑可能進(jìn)入保護(hù)膜并沉積在芯片表面上。另一方面，非必要的大厚度并不能帶來特別的優(yōu)勢，而且還具有在加工后用水沖洗費(fèi)時的缺點(diǎn)。
下面將描述利用根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)膜劑進(jìn)行的激光割片對晶片進(jìn)行加工。
圖1是一半導(dǎo)體晶片的透視圖，其利用本發(fā)明的保護(hù)膜劑的晶片加工方法對進(jìn)行加工。圖2是圖1所示的半導(dǎo)體晶片的主要部分的放大剖視圖。圖1和2所示的半導(dǎo)體晶片2具有多個以矩陣形式由層壓件21形成的半導(dǎo)體芯片22，例如IC和LSI，層壓件21包括堆置在硅等半導(dǎo)體基板20的表面20a上的絕緣膜和形成電路功能膜。各半導(dǎo)體芯片22被形成為格子狀的道23劃分開。在所述實(shí)施例中，構(gòu)成層壓件21的絕緣膜是包括SiO2膜的低壓電常數(shù)絕緣膜(低-k膜)，或者是由無機(jī)材料例如SiOF或BSG(SiOB)衍生得到的膜，或者是由有機(jī)材料——聚合物例如聚酰亞胺或聚對二甲苯得到的膜。
為了沿著上述半導(dǎo)體晶片2的道23執(zhí)行激光加工，第一步驟是利用上述保護(hù)膜劑在將被加工的半導(dǎo)體晶片2的一個表面——表面2a上形成保護(hù)膜。
在該保護(hù)膜形成步驟中，利用旋轉(zhuǎn)涂覆器4將保護(hù)膜劑涂覆到半導(dǎo)體晶片2的表面2a上，如圖3所示。旋轉(zhuǎn)涂覆器4安裝有一帶有吸附/保持裝置的夾具工作臺41，以及一個安置在夾具工作臺41中心上方的噴管42。半導(dǎo)體晶片2被放置在夾具工作臺41上，其表面2a朝上，利用夾具工作臺41的旋轉(zhuǎn)，液態(tài)的保護(hù)膜劑通過噴管42滴在半導(dǎo)體晶片的該表面的中心。通過這一工序，液態(tài)保護(hù)膜劑在離心力的作用下流到半導(dǎo)體晶片2的外周邊部分，覆蓋了半導(dǎo)體晶片2的整個表面。液態(tài)保護(hù)膜劑被適當(dāng)加熱而干燥，從而在半導(dǎo)體晶片2的表面2a上形成厚度為0.1-5μm量級(道23上的厚度)的保護(hù)膜24，如圖4所示。
當(dāng)保護(hù)膜24以這種方式形成在半導(dǎo)體晶片2的表面2a上時，在半導(dǎo)體晶片2的背面粘附一個被安裝在環(huán)形支架5上的保護(hù)帶6，如圖5所示。
然后，利用激光通過保護(hù)膜24照射半導(dǎo)體晶片2的表面2a(道23)。利用圖6-8所示的激光加工設(shè)備執(zhí)行該激光照射或施加步驟。
圖6-8所示的激光加工設(shè)備7包括用于保持工件的夾具工作臺71、用于對被保持在夾具工作臺71上的工件施加激光的激光施加裝置72、以及用于對被保持在夾具工作臺71上的工件圖像進(jìn)行成像的成像裝置73。夾具工作臺71被構(gòu)造成能夠吸附保持工件，并且能夠利用一運(yùn)動機(jī)構(gòu)(未示出)沿著由圖6中的箭頭X表示的加工進(jìn)給方向和箭頭Y表示的分度進(jìn)給方向運(yùn)動。
如圖7所示，激光施加裝置72包括大致水平放置的圓柱形殼體721。脈沖激光振蕩裝置722和傳輸光學(xué)系統(tǒng)723被安置在殼體721內(nèi)。脈沖激光振蕩裝置722由包括YAG激光振蕩器或YVO4激光振蕩器的脈沖激光振蕩器722a以及附加到該脈沖激光振蕩器722a上的脈沖重復(fù)頻率設(shè)置裝置722b構(gòu)成。傳輸光學(xué)系統(tǒng)723包括合適的光學(xué)器件例如光束分散器。在殼體721的前端處安裝一聚焦裝置724，該聚焦裝置724容納有由一公知形狀的透鏡組構(gòu)成的集光透鏡。利用脈沖激光振蕩裝置722振蕩的激光經(jīng)由傳輸光學(xué)系統(tǒng)723到達(dá)聚焦裝置724，并且從該聚焦裝置724導(dǎo)向被保持在聚焦工作臺71上的工件，預(yù)定焦點(diǎn)直徑是D。
如果顯示為高斯分布的脈沖激光通過圖8所示的聚焦裝置724的物鏡724a施加時，焦點(diǎn)直徑D由下述公式限定D(μm)＝4×λ×f/(π×W)其中λ是脈沖激光束的波長(μm)，W是入射到物鏡724a的脈沖激光束的直徑(mm)，以及f是物鏡724a的焦距(mm)。
在所述實(shí)施例中，被安裝到構(gòu)成激光施加裝置72的殼體721的前端部分處的成像裝置73除了包括利用可見光線的采集圖像的普通成像裝置外，還包括用于向工件施加紅外線的紅外線照射裝置，用于俘獲由所述紅外線照射裝置施加的紅外線的光學(xué)系統(tǒng)，以及用于輸出與被所述光學(xué)系統(tǒng)俘獲的紅外線相對應(yīng)的電信號的成像裝置(CCD)。成像裝置73發(fā)送所獲得的圖像信號至一未示出的控制裝置。
下面參照圖6和圖9(a)和(b)至圖11描述利用上述激光加工設(shè)備7執(zhí)行的激光施加步驟。
在該激光施加步驟中，半導(dǎo)體晶片2被放置在激光加工設(shè)備7的夾具工作臺71上，如圖6所示，形成保護(hù)膜24的一側(cè)朝上。在該狀態(tài)下，半導(dǎo)體晶片2被吸附保持在夾具工作臺71上。在圖6中，沒有示出安裝有保護(hù)帶6的環(huán)形支架5。但是，環(huán)形支架5被一個安置在夾具工作臺71上的適當(dāng)?shù)闹Ъ鼙３盅b置保持。
如上所述吸附保持半導(dǎo)體晶片2的夾具工作臺71通過一運(yùn)動機(jī)構(gòu)(未示出)而定位在成像裝置73的正下方。當(dāng)夾具工作臺71位于成像裝置73的正下方時，利用成像裝置73和控制裝置(未示出)執(zhí)行用于檢測被激光加工的半導(dǎo)體晶片2的加工區(qū)域的對齊操作。也就是說，成像裝置73和控制裝置(未示出)執(zhí)行圖像處理，例如圖案匹配，用于使形成在半導(dǎo)體晶片2的預(yù)定方向上的道23與用于沿著道23施加激光的激光施加裝置72的聚焦裝置724對齊，從而實(shí)現(xiàn)激光施加位置的對齊。對于沿著與半導(dǎo)體晶片2的上述預(yù)定方向垂直的方向延伸的道23，以類似方式執(zhí)行激光施加位置的對齊。此時，在形成道23的半導(dǎo)體晶片2的表面2a上形成基本不透明的保護(hù)膜24，但是道23可以利用紅外線成像從表面2a上方執(zhí)行對齊。
以上述方式檢測形成在所述被保持在夾具工作臺71上的半導(dǎo)體晶片2上的道23，并且執(zhí)行激光施加位置的對齊。在對齊完成后，夾具工作臺71運(yùn)動到激光施加裝置72的聚焦裝置724所處的激光施加區(qū)域，如圖9(a)所示。在該激光施加區(qū)域，預(yù)定道23的一端(圖9中的左端)位于激光施加裝置72的聚焦裝置724的正下方。利用由聚焦裝置724施加的脈沖激光725，夾具工作臺71，也就是說半導(dǎo)體晶片2沿著圖9(a)中箭頭X1表示的方向以預(yù)定進(jìn)給速度運(yùn)動。當(dāng)激光施加裝置7的施加位置到達(dá)道23的另一端(圖9(a)、(b)中的右端)位置時，如圖9(b)所示，停止施加脈沖激光725，夾具工作臺71，即半導(dǎo)體晶片2停止運(yùn)動。
然后，夾具工作臺71，即半導(dǎo)體晶片2沿著與圖面垂直的方向(即分度進(jìn)給方向)運(yùn)動大約10-20μm。然后，利用由激光施加裝置72施加的脈沖激光725，夾具工作臺71，也就是說半導(dǎo)體晶片2沿著圖9(b)中箭頭X2表示的方向以預(yù)定進(jìn)給速度運(yùn)動。當(dāng)激光施加裝置72到達(dá)圖9(a)所示的位置時，停止施加脈沖激光725，夾具工作臺71，即半導(dǎo)體晶片2停止運(yùn)動。
如上所述，在夾具工作臺71，即半導(dǎo)體晶片2的往復(fù)運(yùn)動過程中，脈沖激光725被施加給道23，其焦點(diǎn)P對齊道23的上表面附近的區(qū)域，焦點(diǎn)P之間的間隙比切割刀片(將在下面進(jìn)行描述)的寬度大，如圖10所示。
例如在下述加工條件下執(zhí)行激光施加步驟光源YVO4激光器或YAG激光器波長355nm脈沖重復(fù)頻率50-100kHz輸出0.3-4.0W焦點(diǎn)直徑9.2μm加工進(jìn)給速度1-800mm/秒通過執(zhí)行上述激光施加步驟，在已經(jīng)形成道23的半導(dǎo)體晶片2的層壓件21中沿著道23形成寬度比切割刀片(將在下面進(jìn)行描述)寬的激光加工溝槽25，如圖11所示。激光加工溝槽25到達(dá)半導(dǎo)體基板20以除去層壓件21。然后，在該激光施加步驟中，脈沖激光725經(jīng)保護(hù)膜施加給上面形成有道23的層壓件21，由于保護(hù)膜24具有高激光吸收性能，因此保護(hù)膜24的熱分解與層壓件21和半導(dǎo)體基板20的熱分解基本上同時(或之前)發(fā)生。結(jié)果，在激光施加部位處發(fā)生膜破裂。也就是說，保護(hù)膜24成為加工起始點(diǎn)。在以這種方式在保護(hù)膜24中形成加工起始點(diǎn)后，或在形成加工起始點(diǎn)的大致同時，通過施加脈沖激光725加工層壓件21和半導(dǎo)體基板20。這樣避免了保護(hù)膜24在層壓件21和半導(dǎo)體基板20的熱分解產(chǎn)物的蒸氣壓力下剝落。因此，可以有效地避免由于這種保護(hù)膜的剝落而引起碎屑沉積在半導(dǎo)體芯片22的外周邊緣部。另外，保護(hù)膜24粘附到晶片表面20a(半導(dǎo)體芯片22的表面)上的粘附力很強(qiáng)以至于在加工過程中保護(hù)膜24很少發(fā)生剝落。結(jié)果，可以有效地避免由于這種保護(hù)膜的剝落而引起的碎屑沉積。也就是說，如圖11所示，由于形成上述保護(hù)膜24，碎屑26沉積在保護(hù)膜24的表面而不沉積在半導(dǎo)體芯片22上。因此，可以有效地避免由于碎屑26的沉積而降低半導(dǎo)體芯片22的質(zhì)量。
在以上述方式沿著所述道進(jìn)行了激光施加步驟之后，夾具工作臺71被沿著箭頭Y表示的方向分度進(jìn)給道之間的一個間隙(分度進(jìn)給步驟)，因此被保持在夾具工作臺71上的半導(dǎo)體晶片2也進(jìn)行同樣的操作，并且再次執(zhí)行激光施加步驟。在以這種方式對所有沿預(yù)定方向延伸的道執(zhí)行激光施加步驟和分度進(jìn)給步驟之后，夾具工作臺71轉(zhuǎn)動90度，因此，被保持在夾具工作臺71上的半導(dǎo)體晶片也轉(zhuǎn)動90度。然后，和上面所述的一樣，沿著每個垂直于預(yù)定方向延伸的道執(zhí)行激光施加步驟和分度進(jìn)給步驟，從而可以在形成于半導(dǎo)體晶片2上的所有道23中形成激光加工溝槽25。
然后將涂覆在半導(dǎo)體晶片2的表面2a上的保護(hù)膜24去除，該半導(dǎo)體晶片2粘附在被安裝于環(huán)形支架5上的保護(hù)帶6上。對于該保護(hù)膜去除步驟，保護(hù)膜24可以用水(或熱水)沖洗，如圖12所示，這是因?yàn)槿缜八?，保護(hù)膜24是由水溶性樹脂形成的(其它成份也是水溶性的)。此時，在上述激光施加步驟的過程中在保護(hù)膜24上產(chǎn)生的碎屑26也與保護(hù)膜24一起被沖洗掉，如上所述，保護(hù)膜24的去除執(zhí)行起來非常容易。
在保護(hù)膜24以上述方式被去除之后，沿著在半導(dǎo)體晶片2的道23中形成的激光加工溝槽25執(zhí)行切割半導(dǎo)體晶片2的切割步驟。該切割步驟可以利用通常被用作割片機(jī)的切割設(shè)備8進(jìn)行，如圖13所示。切割設(shè)備8包括裝配有吸附/保持裝置的夾具工作臺81，帶有切割刀片821的切割裝置82，以及用于將保持在夾具工作臺81上的工件成像的成像裝置83。
下面參照圖13至15(a)，15(b)描述利用上述切割設(shè)備8執(zhí)行的切割步驟。
去除保護(hù)膜24的半導(dǎo)體晶片2被放置在切割設(shè)備6的夾具工作臺81上，半導(dǎo)體晶片2的表面2a朝上，如圖13所示。在該條件下，半導(dǎo)體晶片2通過吸附裝置(未示出)保持在夾具工作臺81上。吸附保持半導(dǎo)體晶片2的夾具工作臺81利用一運(yùn)動機(jī)構(gòu)(未示出)被定位在成像裝置83的正下方。
當(dāng)夾具工作臺81位于成像裝置83的正下方時，利用成像裝置83和控制裝置(未示出)執(zhí)行用于檢測半導(dǎo)體晶片2的被切割區(qū)域的對齊操作。也就是說，成像裝置83和控制裝置(未示出)執(zhí)行圖像處理，例如圖案匹配，用于使形成在半導(dǎo)體晶片2的預(yù)定方向上的道23與用于沿著激光加工溝槽25切割半導(dǎo)體晶片2的切割刀片821對齊，從而實(shí)現(xiàn)切割區(qū)域的對齊。對于沿著與半導(dǎo)體晶片2的上述預(yù)定方向垂直的方向延伸的道23，以類似方式執(zhí)行切割區(qū)域的對齊。
以上述方式檢測形成在所述被保持在夾具工作臺81上的半導(dǎo)體晶片2上的道23，并且執(zhí)行切割區(qū)域的對齊。在對齊完成后，保持半導(dǎo)體晶片2的夾具工作臺81運(yùn)動到切割區(qū)域中的切割起始位置。此時，半導(dǎo)體晶片2被這樣定位，使得被切割的道23的一端(圖14(a)、(b)的左端)位于距離切割刀片821正下方的位置向右一預(yù)定量的位置處，如圖14(a)所示。半導(dǎo)體晶片2還這樣定位，使得切割刀片821位于形成在道23中的激光加工溝槽25的中心處。
當(dāng)夾具工作臺81，即半導(dǎo)體晶片2已經(jīng)到達(dá)切割區(qū)域中的切割起始位置時，切割刀片821從由圖14(a)中的雙點(diǎn)劃線表示的待機(jī)位置向下進(jìn)行一深度設(shè)定運(yùn)動，從而進(jìn)入由圖14(a)中的實(shí)線表示的預(yù)定進(jìn)給位置。該進(jìn)給位置這樣設(shè)定，使得切割刀片821的下端到達(dá)被粘附在半導(dǎo)體晶片2背面上的保護(hù)帶6，如圖14(a)和15(a)所示。
然后，切割刀片821以預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，并且夾具工作臺821，即半導(dǎo)體晶片2以預(yù)定的切割進(jìn)給速度沿圖14(a)中箭頭X1表示的方向運(yùn)動。當(dāng)夾具工作臺821，即半導(dǎo)體晶片2到達(dá)這樣一個位置，即，道23的另一端(圖14(a)和14(b)中的右端)位于距離切割刀片821正下方的位置向左一預(yù)定量的位置處(如圖14(b)所示)時，夾具工作臺821，即半導(dǎo)體晶片2停止。通過進(jìn)給夾具工作臺821，即半導(dǎo)體晶片2，使得沿著形成在道23中的激光加工溝槽25形成到達(dá)半導(dǎo)體晶片2的背面的切割溝槽27，從而切割半導(dǎo)體晶片2，如圖15(b)所示。在該切割步驟中，只有半導(dǎo)體基板20被切割刀片821切割。這樣可以防止在切割刀片821切割在半導(dǎo)體基板20的表面上形成的層壓件21時使層壓件21剝落。
上述切割步驟在例如下面的條件下執(zhí)行切割刀片外徑52mm，厚度20μm切割刀片的旋轉(zhuǎn)速度30,000轉(zhuǎn)/分鐘切割進(jìn)給速度50mm/秒然后，切割刀片821到達(dá)圖14(b)中的雙點(diǎn)劃線表示的待機(jī)位置，并且夾具工作臺821，即半導(dǎo)體晶片2沿著圖14(b)中箭頭X2表示的方向運(yùn)動，直到其返回到圖14(a)所示的位置。然后，夾具工作臺81，即半導(dǎo)體晶片2沿著與圖面垂直的方向(即分度進(jìn)給方向)分度進(jìn)給一對應(yīng)于道23之間間隙的量，從而使緊接著被切割的道23到達(dá)與切割刀片821相對的位置。當(dāng)緊接著被切割的道23已經(jīng)位于與切割刀片821相對的位置時，執(zhí)行上述切割步驟。
對形成在半導(dǎo)體晶片2上的所有道23執(zhí)行上述切割步驟。結(jié)果，半導(dǎo)體晶片2被沿著形成在道23中的激光加工溝槽25切割，并且被分成獨(dú)立的半導(dǎo)體芯片20。在該切割步驟中，執(zhí)行切割時提供切割用水(純凈水)。這樣，利用提供的切割用水可以將保護(hù)膜24去除，而不需要再另外提供上述的保護(hù)膜去除步驟。此處需要注意，該切割步驟可以同時作為保護(hù)膜去除步驟而被執(zhí)行。
當(dāng)根據(jù)半導(dǎo)體晶片被分割的實(shí)施例描述了本發(fā)明的晶片加工方法時，應(yīng)該明白本發(fā)明可以用于其它晶片的各種類型的激光加工。例如，本發(fā)明可用于光學(xué)器件晶片的分割。
示例在下述示例中使用的激光加工設(shè)備的規(guī)格如下激光光源YVO4激光器波長355nm脈沖重復(fù)頻率50-100kHz輸出0.3-4.0W焦點(diǎn)直徑9.2μm加工進(jìn)給速度1-800mm/秒(例1)制備下述組分的保護(hù)膜劑水溶性樹脂20g皂化度為88％、聚合度為300的聚乙烯醇水溶性激光吸收劑0.2g阿魏酸水80g固體的g吸收系數(shù)k＝1.56×10-1利用旋轉(zhuǎn)器將上述保護(hù)膜劑涂覆在硅晶片上，并且干燥以形成道上厚度為0.5-1.5μm的保護(hù)膜。然后，上面形成有保護(hù)膜的硅晶片被安裝到滿足上述規(guī)格的激光加工設(shè)備上并進(jìn)行激光加工。然后，用純凈水將保護(hù)膜沖洗掉，并且觀察激光掃描的周邊。觀察到邊緣區(qū)域的隆起部，但是沒有觀察到周邊部分有碎屑沉積。這樣硅晶片處于可以使用的高度。加工寬度與不受涂覆膜厚度影響的激光焦點(diǎn)直徑大致相當(dāng)。
(例2)除了作為水溶性激光吸收劑的阿魏酸的量變?yōu)?.8g外，保護(hù)膜劑的制備方式與例1完全相同。保護(hù)膜劑的固體的g吸收系數(shù)k為5.61×10-1。
利用上述保護(hù)膜劑，在一硅晶片上以與例1相同的方式形成厚度為0.2μm的保護(hù)膜。以相同的方式執(zhí)行激光加工，并且用水沖洗掉保護(hù)膜。以與例1相同的方式觀察激光掃描的周邊，顯示沒有碎屑。加工寬度稍大于激光焦點(diǎn)直徑，但是硅晶片處于可用高度。
(例3)除了使用皂化度為75％、聚合度為500的聚乙烯醇作為水溶性樹脂外，保護(hù)膜劑的制備方式與例1相同。保護(hù)膜劑的固體的g吸收系數(shù)k為1.56×10-1與例1相同。
利用上述保護(hù)膜劑，在一硅晶片上以與例1相同的方式形成厚度為0.5-1.5μm的保護(hù)膜。以相同的方式執(zhí)行激光加工，并且用水沖洗掉保護(hù)膜。以與例1相同的方式觀察激光掃描的周邊，顯示沒有碎屑。加工寬度與不受涂覆膜厚度影響的激光焦點(diǎn)直徑大致相當(dāng)。
(例4)除了使用單偶氮染料(Hodogaya化學(xué)公司的AIZEN SWTW3)代替阿魏酸用作水溶性激光吸收劑外，保護(hù)膜劑的制備方式與例3完全相同。保護(hù)膜劑的固體的g吸收系數(shù)k為7.9×10-2。
利用上述保護(hù)膜劑，在一硅晶片上以與例1相同的方式形成厚度為0.5-1.5μm的保護(hù)膜。以相同的方式執(zhí)行激光加工，并且用水沖洗掉保護(hù)膜。以與例1相同的方式觀察激光掃描的周邊，顯示沒有碎屑。加工寬度與不受涂覆膜厚度影響的激光焦點(diǎn)直徑大致相當(dāng)。
(例5)除了添加15g丙三醇作為可塑劑外，保護(hù)膜劑的制備方式與例5完全相同。保護(hù)膜劑的固體的g吸收系數(shù)k為7.9×10-2，與例5相同。
利用上述保護(hù)膜劑，在一硅晶片上以與例1相同的方式形成厚度為0.5-1.5μm的保護(hù)膜。以相同的方式執(zhí)行激光加工，并且用水沖洗掉保護(hù)膜。以與例1相同的方式觀察激光掃描的周邊，顯示沒有碎屑。加工寬度與不受涂覆膜厚度影響的激光焦點(diǎn)直徑大致相當(dāng)。
(相比較的示例1)除了未使用水溶性激光吸收劑阿魏酸外，保護(hù)膜劑的制備方式與例1完全相同。保護(hù)膜劑的固體的g吸收系數(shù)k為1.94×10-3。
利用上述保護(hù)膜劑，在一硅晶片上以與例1相同的方式形成厚度為0.5-1.5μm的保護(hù)膜。以相同的方式執(zhí)行激光加工，并且用水沖洗掉保護(hù)膜。以與例1相同的方式觀察激光掃描的周邊，顯示明顯的碎屑沉積和膜的剝落。
權(quán)利要求
1.一種用于激光割片的保護(hù)膜劑，包括一種溶液，在所述溶液中溶解有水溶性樹脂和至少一種水溶性激光吸收劑，所述水溶性激光吸收劑選自水溶性染料、水溶性色素以及水溶性紫外線吸收劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光割片的保護(hù)膜劑，其特征在于，對于波長為355nm的激光，所述溶液中的固體成份的g吸收系數(shù)k在3×10-3至2.5×10-1abs·L/g(abs吸光度)的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光割片的保護(hù)膜劑，其特征在于，包含在100份重量的水溶性樹脂中的激光吸收劑的量為0.01-10份重量。
4.一種晶片的加工方法，包括利用根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光割片的保護(hù)膜劑涂覆晶片的被加工表面以形成保護(hù)膜；以及利用激光經(jīng)由所述保護(hù)膜照射所述被加工表面以執(zhí)行加工。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加工方法，其特征在于，所述激光的波長為355nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加工方法，其特征在于，在所述晶片上形成多個被布置成格子狀的道劃分開的半導(dǎo)體芯片，并且利用激光經(jīng)由所述保護(hù)膜照射所述道以形成溝槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加工方法，其特征在于，在利用激光照射之后用水沖洗掉所述保護(hù)膜。
全文摘要
一種用于激光割片的保護(hù)膜劑，包括一種溶液，在所述溶液中溶解有水溶性樹脂和至少一種水溶性激光吸收劑，所述水溶性激光吸收劑選自水溶性染料、水溶性色素以及水溶性紫外線吸收劑。保護(hù)膜劑被涂覆到晶片的被加工面上，然后干燥以形成保護(hù)膜。激光割片穿過保護(hù)膜，從而由晶片制造出芯片。結(jié)果，可以有效防止在芯片的整個表面，包括它們的外周邊部分上沉積碎屑。
文檔編號B23K26/18GK1800258SQ20051012025
公開日2006年7月12日 申請日期2005年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月12日
發(fā)明者高梨博, 川上敦史, 吉川敏行, 北原信康 申請人:東京應(yīng)化工業(yè)株式會社, 株式會社迪斯科