TWI601590B - Ablation processing methods - Google Patents
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Description
本發明係有關對半導體晶圓等被加工物照射雷射光束而施行燒蝕加工之燒蝕加工方法。
藉由切削裝置或雷射加工裝置等加工裝置，將在表面形成有由分割預定線所劃分之IC、LSI、LED等複數元件的矽晶圓、藍寶石晶圓等晶圓分割為個別之元件，分割後之元件被廣泛地利用於手機、電腦等各種電子機器。
使用稱作切割機(dicing saw)之切割裝置的切割方法被廣泛地採用於晶圓之分割。切割方法係將以金屬、樹脂固化鑽石等砥粒之厚度30μm左右之切削刀，以30000rpm左右之高速回轉並往晶圓切入，藉此切削晶圓，將晶圓分割為個別之元件。
另一方面，近年來提案有一種方法，是將對晶圓具有吸收性之波長之脈衝雷射光束照射於晶圓而藉由燒蝕加工形成雷射加工溝，沿著該雷射加工溝以破斷裝置將晶圓割斷而分割為個別之元件(日本特開平10-305420號公報)。
利用燒蝕加工形成雷射加工溝，加工速度可以比利用切割機之切割方法還快，且即便是藍寶石或SiC等高硬度素材所構成之晶圓亦可較容易加工。
又，由於可以使加工溝為例如10μm以下等之狹窄寬度，故與以切割方法來加工時相比，具有於1枚晶圓之元件獲取量可增加之特徵。
然而，於晶圓照射脈衝雷射光束時，於脈衝雷射光束所照射之區域會有熱能量集中而產生殘渣。若該殘渣附著於元件表面則會產生元件品質下降之問題。
於是，在日本特開2004-188475號公報提案有一種雷射加工裝置，是為了解消如此之因殘渣造成之問題，而於晶圓之加工面塗佈PVA(聚乙烯醇)、PEG(聚乙二醇)等水溶性樹脂以形成保護膜，且通過該保護膜來於晶圓照射脈衝雷射光束。
[專利文獻1]日本特開平10-305420號公報
[專利文獻2]日本特開2004-188475號公報
雖然藉由塗佈保護膜可解決殘渣附著於元件表面之問題，但會有因保護膜造成雷射光束之能量擴散而使得加工效率變差之問題。又，於分割預定線被覆有被稱作TEG(Test Element Group，測試元件群)之金屬之膜時，會有雷射光束在TEG被反射而使燒蝕加工變為不充分之問題。
本發明是鑑於如此之事情而構成者，其目的在於提供一種可抑制能量之擴散及雷射光束之反射的燒蝕加工
方法。
根據本發明，提供一種燒蝕加工方法，係於被加工物照射雷射光束而施行燒蝕加工者，該燒蝕加工方法包含以下步驟：保護膜形成步驟，係至少於應進行燒蝕加工之被加工物之區域塗佈液狀樹脂，且前述液狀樹脂混有對雷射光束之波長具有吸收性之粉末，而形成含有該粉末之保護膜；及雷射加工步驟，係於實施了該保護膜形成步驟後，於形成有該保護膜之被加工物之區域照射雷射光束而施行燒蝕加工。
較佳者是粉末之平均粒徑比雷射光束之點徑小。較佳者是雷射光束之波長為355nm以下，粉末包含從由Fe2O3、ZnO、TiO2、CeO2、CuO、及Cu2O所構成之群中選擇出之金屬氧化物，液狀樹脂包含聚乙烯醇。
本發明之燒蝕加工方法，係至少於應進行燒蝕加工之被加工物之區域塗佈液狀樹脂而形成保護膜，且前述液狀樹脂混有對雷射光束之波長具有吸收性之粉末，因此，雷射光束之能量被保護膜中之粉末吸收而傳達於被加工物，能量之擴散及雷射光束之反射被抑制而可有效率且圓滑地執行燒蝕加工。
圖1係適於實施本發明之燒蝕加工方法之雷射加工裝置的立體圖。
圖2係雷射光束照射單元之方塊圖。
圖3係透過黏著膠帶而藉由環狀框支持之半導體晶圓的立體圖。
圖4係顯示液狀樹脂塗佈步驟的立體圖。
圖5係顯示各種金屬氧化物之分光穿透率的圖表。
圖6係顯示燒蝕加工步驟的立體圖。
圖7(A)係顯示晶圓之燒蝕加工結果的照片，該晶圓被覆著含有氧化鈦之保護膜。圖7(B)係顯示晶圓之燒蝕加工結果的照片，該晶圓沒有被覆保護膜。圖7(C)係顯示晶圓之燒蝕加工結果的照片，該晶圓被覆著不含有金屬氧化物之習知保護膜。
圖8(A)係顯示TEG部份之燒蝕加工結果的照片，該TEG部份被覆著含有氧化鈦之保護膜。圖8(B)係顯示TEG部份之燒蝕加工結果的照片，該TEG部份沒有被覆保護膜。圖8(C)係顯示TEG部份之燒蝕加工結果的照片，該TEG部份被覆著不含有金屬氧化物之習知保護膜。
以下，參照圖面來詳細說明本發明之實施型態。圖1係顯示著適於實施本發明之燒蝕加工方法之雷射加工裝置的概略構成圖。
雷射加工裝置2包含有可朝X軸方向移動地搭載於靜止基台4上之第1滑動塊6。第1滑動塊6係藉由加工進给手段12而沿著一對導軌14朝加工進给方向(亦即X軸方向)
移動，加工進给手段12係由滾珠螺桿8與脈衝馬達10構成。
第2滑動塊16係可朝Y軸方向移動地搭載於第1滑動塊6上。亦即，第2滑動塊16係藉由分度進给手段22而沿著一對導軌24朝分度進给方向(亦即Y軸方向)移動，分度進给手段22係由滾珠螺桿18與脈衝馬達20構成。
於第2滑動塊16上透過圓筒支持構件26而搭載有夾頭工作台28，夾頭工作台28可藉由加工進给手段12與分度進给手段22朝X軸方向及Y軸方向移動。於夾頭工作台28設有夾具30，該夾具30係夾持被夾頭工作台28吸引保持之半導體晶圓。
於靜止基台4站立設置有柱32，於該柱32安裝有用於收納雷射光束照射單元34之殼體35。如圖2所示，雷射光束照射單元34包含有用於振盪發射YAG雷射或YVO4雷射之雷射振盪器62、反覆頻率設定手段64、脈衝寬調整手段66、功率調整手段68。
藉由雷射光束照射單元34之功率調整手段68而調整至預定功率之脈衝雷射光束，係在安裝於殼體35前端之聚光器36的鏡子70被反射，且更藉由聚光用物鏡72而聚光以照射於被保持在夾頭工作台28之半導體晶圓W。
在殼體35的前端部，與聚光器36於X軸方向排列而配設有檢測應進行雷射加工之加工區域之攝像單元38。攝像單元38包含有利用可視光而對半導體晶圓之加工區域進行攝像之通常CCD等攝像元件。
攝像單元38更包含有紅外線攝像單元，且該紅外
線攝像單元係由：於半導體晶圓照射紅外線的紅外線照射器、可捕捉由紅外線照射器所照射之紅外線的光學系統、輸出與由該光學系統所捕捉之紅外線對應之電訊號的紅外線CCD等紅外線攝像元件構成，而將所攝像之圖像訊號朝控制器(控制手段)40發送。
控制器40係由電腦構成，具有依據控制程式而進行演算處理之中央處理裝置(CPU)42、收納控制程式等之唯讀記憶體(ROM)44、收納演算結果等之可讀寫之隨機存取記憶體(RAM)46、計數器48、輸入介面50、輸出介面52。
加工進给量檢測手段56係由延著導軌14配設之線性標度54、及配設於第1滑動塊6之未圖示的讀取頭構成，加工進给量檢測手段56之檢測訊號係朝控制器40之輸入介面50輸入。
分度進给量檢測手段60係由延著導軌24配設之線性標度58、及配設於第2滑動塊16之未圖示的讀取頭構成，分度進给量檢測手段60之檢測訊號係朝控制器40之輸入介面50輸入。
以攝像單元38所攝像之圖像訊號亦朝控制器40之輸入介面50輸入。另一方面，由控制器40之輸出介面52朝脈衝馬達10、脈衝馬達20、雷射光束照射單元34等輸出控制訊號。
如圖3所示，在雷射加工裝置2之加工對象(半導體晶圓W)的表面中，正交形成有第1切割道S1與第2切割道S2，在由第1切割道S1與第2切割道S2所劃分之區域形成有
多數之元件D。
晶圓W係貼著於作為黏著膠帶之切割膠帶T，切割膠帶T之外周部係貼著於環狀框F。藉此，晶圓W成為透過切割膠帶T而受環狀框所支持之狀態，藉由圖1所示之夾具30將環狀框F夾持而支持固定於夾頭工作台28上。
本發明之燒蝕加工方法首先是實施液狀樹脂塗佈步驟，於晶圓W之應進行燒蝕加工之區域塗佈液狀樹脂，且前述液狀樹脂混有對雷射光束之波長具有吸收性之粉末。
例如，如圖4所示，於液狀樹脂供給源76貯藏著混有對雷射光束之波長(例如355nm)具有吸收性之粉末(例如TiO2)之PVA(聚乙烯醇)等液狀樹脂80。
藉由驅動幫浦78，貯藏於液狀樹脂供給源76之液狀樹脂80從供給噴嘴74朝晶圓W的表面供給，於晶圓W的表面塗佈液狀樹脂80。然後，使該液狀樹脂80硬化而形成混有對雷射光束之波長具有吸收性之粉末的保護膜82。
往晶圓W的表面上的液狀樹脂80的塗佈方法可採用例如一面使晶圓W旋轉一面塗佈之旋塗法。於本實施型態是採用TiO2來作為混入PVA(聚乙烯醇)、PEG(聚乙二醇)等液狀樹脂中的粉末。
於圖4所顯示之實施形態雖然是將含有粉末之液狀樹脂80朝晶圓W的全面塗佈而形成保護膜82，但亦可將液狀樹脂80僅塗佈於應進行燒蝕加工之區域(亦即，第1切割道S1與第2切割道S2)而形成保護膜。
在本實施型態中，半導體晶圓W係由矽晶圓形成。由於矽晶圓之吸收端波長為1100nm，故使用波長為355nm以下之雷射光束可圓滑地執行燒蝕加工。混入液狀樹脂之粉末之平均粒徑宜比雷射光束之點徑小，例如宜比10μm小。
參照圖5，顯示有ZnO、TiO2、CeO2、Fe2O3之分光穿透率。由該圖表可理解到，若將使用於燒蝕加工之雷射光束的波長設定於355nm以下，則雷射光束幾乎都被該等金屬氧化物的粉末吸收。
除了圖5所顯示之金屬氧化物，由於CuO、及Cu2O亦具有相同傾向之分光穿透率，故可採用作為混入液狀樹脂之粉末。因此，作為混入液狀樹脂之粉末，可採用TiO2、Fe2O3、ZnO、CeO2、CuO、Cu2O之任一者。
於表1顯示該等金屬氧化物之消光係數(消衰係數)k及熔點。附帶一提，消光係數k與吸收係數α之間具有α=4πk/λ的關係。在此，λ為使用之光的波長。
在實施液狀樹脂塗佈步驟而於晶圓W的表面形成保護膜82後，實施利用燒蝕加工之雷射加工步驟。在該雷射加工步驟中，如圖6所示，將對半導體晶圓W及保護膜
82中之粉末具有吸收性之波長(例如355nm)之脈衝雷射光束37以聚光器36聚光而照射於半導體晶圓W的表面，並將夾頭工作台28朝圖6之箭頭X1方向以預定之加工進給速度移動，沿著第1切割道S1藉由燒蝕加工形成雷射加工溝84。
將保持著晶圓W之夾頭工作台28朝Y軸方向分度進給，並沿著全部之第1切割道S1藉由燒蝕加工形成同樣之雷射加工溝84。接著，在將夾頭工作台28轉動90度後，沿著朝與第1切割道S1正交之方向伸長之全部之第2切割道S2藉由燒蝕加工形成同樣之雷射加工溝84。
本實施形態是採用矽晶圓作為半導體晶圓W，於作為液狀樹脂之PVA中混入平均粒徑100nm之TiO2粉末，將PVA塗佈於晶圓W的表面而於晶圓W的表面形成含有TiO2粉末之保護膜82，以下述之雷射加工條件進行雷射加工。另外，TiO2之吸收端波長為400nm。
光源：YAG脈衝雷射
波長：355nm(YAG雷射之第3諧波)
平均輸出：0.5W
反覆頻率：200kHz
點徑：ψ10μm
進给速度：100mm/秒
根據本發明之燒蝕加工方法，係於晶圓W的表面塗佈液狀樹脂80而形成保護膜82後，實施燒蝕加工，且前述液狀樹脂80混有對雷射光束之波長具有吸收性之粉末，因此，雷射光束之能量被粉末吸收而傳達於晶圓W，能量
之擴散及雷射光束之反射被抑制而可有效率且圓滑地執行燒蝕加工。混入液狀樹脂中之粉末是作為加工促進劑發揮作用。
在沿著全部之切割道S1、S2形成雷射加工溝84後，使用已為熟知之破斷裝置，將切割膠帶T朝半徑方向擴張而於晶圓W賦予外力，藉由該外力將晶圓W沿著雷射加工溝84分割為個別之元件D。
參照圖7(A)顯示之照片，其顯示在被覆含有氧化鈦之PVA保護膜後進行燒蝕加工的結果。為了比較，於圖7(B)顯示有無保護膜的狀態，於圖7(C)顯示有形成不含有粉末之PVA保護膜的情況下的燒蝕加工結果。
由該等照片之比較，很明顯地，圖7(A)顯示之本實施形態並無產生任何剝落而形成漂亮的雷射加工溝。
參照圖8(A)顯示之照片，其顯示藉由本發明之燒蝕加工方法來對被稱作TEG之用於測試元件特性之形成於切割道上之電極進行加工時的加工結果。為了比較，於圖8(B)顯示有不形成PVA保護膜時的加工結果，於圖8(C)顯示有形成不含有粉末之PVA保護膜時的加工結果。
由圖8(A)顯示之照片，很明顯地，本發明之燒蝕加工方法可於TEG形成有漂亮的雷射加工溝，但圖8(B)顯示之習知方法不能於TEG燒蝕加工，圖8(C)顯示之習知方法幾乎不能於TEG燒蝕加工。
2‧‧‧雷射加工裝置
4‧‧‧靜止基台
6‧‧‧第1滑動塊
8‧‧‧滾珠螺桿
10‧‧‧脈衝馬達
12‧‧‧加工進给手段
14‧‧‧導軌
16‧‧‧第2滑動塊
18‧‧‧滾珠螺桿
20‧‧‧脈衝馬達
22‧‧‧分度進给手段
24‧‧‧導軌
26‧‧‧圓筒支持構件
28‧‧‧夾頭工作台
30‧‧‧夾具
32‧‧‧柱
34‧‧‧雷射光束照射單元
35‧‧‧殼體
36‧‧‧聚光器
37‧‧‧脈衝雷射光束
38‧‧‧攝像單元
40‧‧‧控制器
42‧‧‧中央處理裝置
44‧‧‧唯讀記憶體
46‧‧‧隨機存取記憶體
48‧‧‧計數器
50‧‧‧輸入介面
52‧‧‧輸出介面
54‧‧‧線性標度
56‧‧‧加工進给量檢測手段
58‧‧‧線性標度
60‧‧‧分度進给量檢測手段
62‧‧‧雷射振盪器
64‧‧‧反覆頻率設定手段
66‧‧‧脈衝寬調整手段
68‧‧‧功率調整手段
70‧‧‧鏡子
72‧‧‧聚光用物鏡
74‧‧‧供給噴嘴
76‧‧‧液狀樹脂供給源
78‧‧‧幫浦
80‧‧‧液狀樹脂
82‧‧‧保護膜
84‧‧‧雷射加工溝
D‧‧‧元件
F‧‧‧環狀框
S1‧‧‧第1切割道
S2‧‧‧第2切割道
T‧‧‧切割膠帶
W‧‧‧晶圓
圖1係適於實施本發明之燒蝕加工方法之雷射加工裝
置的立體圖。
圖2係雷射光束照射單元之方塊圖。
圖3係透過黏著帶而藉由環狀框支持之半導體晶圓的立體圖。
圖4係顯示液狀樹脂塗佈步驟的立體圖。
圖5係顯示各種金屬氧化物之分光穿透率的圖表。
圖6係顯示燒蝕加工步驟的立體圖。
圖7(A)係顯示晶圓之燒蝕加工結果的照片，該晶圓被覆著含有氧化鈦之保護膜。圖7(B)係顯示晶圓之燒蝕加工結果的照片，該晶圓沒有被覆保護膜。圖7(C)係顯示晶圓之燒蝕加工結果的照片，該晶圓被覆著不含有金屬氧化物之習知保護膜。
圖8(A)係顯示TEG部份之燒蝕加工結果的照片，該TEG部份被覆著含有氧化鈦之保護膜。圖8(B)係顯示TEG部份之燒蝕加工結果的照片，該TEG部份沒有被覆保護膜。圖8(C)係顯示TEG部份之燒蝕加工結果的照片，該TEG部份被覆著不含有金屬氧化物之習知保護膜。
74‧‧‧供給噴嘴
76‧‧‧液狀樹脂供給源
78‧‧‧幫浦
80‧‧‧液狀樹脂
82‧‧‧保護膜
F‧‧‧環狀框
T‧‧‧切割膠帶
W‧‧‧晶圓
Claims (4)
- 一種燒蝕加工方法，係於被加工物照射雷射光束而施行燒蝕加工，該燒蝕加工方法包含以下步驟：保護膜形成步驟，係至少於應進行燒蝕加工之被加工物之區域塗佈液狀樹脂，且前述液狀樹脂混有對雷射光束之波長具有吸收性之金屬氧化物的粉末，而形成含有該金屬氧化物的粉末之保護膜；及雷射加工步驟，係於實施了該保護膜形成步驟後，於形成有該保護膜之被加工物之區域照射雷射光束而施行燒蝕加工，前述金屬氧化物的粉末之平均粒徑比雷射光束之點徑小，且前述金屬氧化物的粉末之平均粒徑比10μm小。
- 如申請專利範圍第1項之燒蝕加工方法，其中前述雷射光束之波長為355nm以下，前述金屬氧化物的粉末包含從由Fe2O3、ZnO、TiO2、CeO2、CuO、及Cu2O所構成之群中選擇出之金屬氧化物，前述液狀樹脂包含聚乙烯醇。
- 如申請專利範圍第1項之燒蝕加工方法，其中前述被加工物在切割道上形成有由金屬構成的測試元件群(TEG)。
- 如申請專利範圍第1項之燒蝕加工方法，其中前述雷射光束之點徑是10μm以下。
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