CN104584205A - 用于以激光和等离子体蚀刻的基板切割的遮罩残留物移除 - Google Patents

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Abstract

兹揭露切割具有数个IC的基板的方法。一方法包括下列步骤：形成遮罩并以飞秒激光划线工艺图案化遮罩，以提供具有间隙的经图案化遮罩。图案化暴露了介于IC之间的基板的区域。透过经图案化遮罩中的间隙蚀刻基板，以单分IC。移除遮罩，且将经切割基板上的金属化凸块接触无机酸溶液来移除遮罩残留物。

Description

用于以激光和等离子体蚀刻的基板切割的遮罩残留物移除
相关申请案的交互参照
此申请案主张在2012年8月27日提出的发明名称为“MASK RESIDUEREMOVAL FOR SUBSTRATE DICING BY LASER AND PLASMA ETCH”的美国临时专利申请案第61/693,673号，及在2013年3月15日提出的发明名称为“MASKRESIDUE REMOVAL FOR SUBSTRATE DICING BY LASER AND PLASMAETCH”的美国临时专利申请案第61/790,910号的优先权权益，该等美国临时专利申请案的整体内容为所有目的在此以全文形式并入。
技术领域
本发明的实施例关于半导体处理的领域，且特别关于用于切割基板(各基板上具有集成电路(IC))的遮蔽方法。
背景技术
在半导体基板处理中，在典型由硅或其它半导体材料组成的基板(亦被称作晶圆)上形成集成电路(IC)。通常，利用半导体、导电或绝缘的不同材料薄膜层来形成IC。可使用各种熟知工艺来掺杂、沉积并蚀刻这些材料，以在相同的基板上同步形成数个平行的IC，如存储器器件、逻辑器件、光伏器件等。
在器件形成工艺之后，将基板安置在支撑构件(如跨越膜框架而展开的黏着膜)上，并“切割(dice)”基板以将个别的元件或“晶粒(die)”彼此分离，以进行封装等工艺。目前，最普及的两种切割技术为划线(scribing)和锯切(sawing)。就划线而言，沿着预形成的划割线越过基板表面移动钻石尖头划线器。在诸如以滚轴施加压力之后，基板便可沿着划割线分开。就锯切而言，钻石尖头锯沿着切割道(street)切割基板。就薄基板单分(singulation)而言，诸如50至150微米(μm)厚的主体硅单分，习用的方式仅能产生不良的工艺品质。自薄基板单分晶粒时可能会面对的某些挑战可包括：在不同层之间形成微裂或分层、切削无机介电层、保持严格的切口宽度(kerf width)控制或精确的剥蚀深度控制。
尽管也考虑等离子体切割，用于图案化光阻的标准微影操作可能使实施成本过高。可能阻碍实施等离子体切割的另一局限为，在沿切割道切割中常遭遇的金属(如，铜)的等离子体处理可能造成生产问题或产量限制。最后，等离子体切割工艺的遮蔽也可能有问题，例如取决于基板的厚度及顶表面的表面形貌、等离子体蚀刻的选择性及存在于基板的顶表面上的材料等的问题。就此而言，一旦进行完晶粒单分后，可能在移除所选择的遮蔽材料时遇到问题。
发明内容
本发明的一或多个实施例指向切割包含数个集成电路(IC)的基板的方法。在一个实施例中，该方法涉及在基板上形成遮罩覆盖并保护IC。该方法涉及以激光划线工艺图案化遮罩，以提供具有间隙的经图案化遮罩，暴露IC之间的基板的区域。该方法涉及透过经图案化遮罩中的间隙等离子体蚀刻基板，以单分(singulate)IC。该方法进一步涉及移除遮罩，并将经切割基板的表面上的金属凸块或衬垫暴露于无机酸溶液。
在一个实施例中，用于切割具有数个IC的基板的系统包括激光划线模块，用以图案化遮罩并暴露IC之间的基板的区域，所述IC包括金属凸块或衬垫。该系统包括等离子体蚀刻模块，实体耦接激光划线模块，以等离子体蚀刻基板而单分IC。该系统包括湿式清洁站，耦接等离子体蚀刻模块，湿式清洁站经配置以移除遮罩并对暴露的金属凸块或衬垫进行无机酸清洗。该系统进一步包括机器人转移腔室，用以将经激光划线基板自激光划线模块转移至等离子体蚀刻模块，并自等离子体蚀刻模块转移至湿式清洁站。
附图说明
本发明的实施例以示例而非限制的方式绘示于附图的各图中，其中：
图1为绘示根据本发明的实施例，混合式激光剥蚀-等离子体蚀刻单分方法的流程图；
图2A绘示根据本发明的实施例，对应图1所绘示的切割方法的操作102的包括数个IC的半导体基板的剖面图；
图2B绘示根据本发明的实施例，对应图1所绘示的切割方法的操作103的包括数个IC的半导体基板的剖面图；
图2C绘示根据本发明的实施例，对应图1所绘示的切割方法的操作105的包括数个IC的半导体基板的剖面图；及
图2D绘示根据本发明的实施例，对应图1所绘示的切割方法的操作107的包括数个IC的半导体基板的剖面图；
图3A绘示根据本发明的实施例，施加于顶表面的水溶性遮罩及包括数个IC的基板的次表面薄膜的剖面图；
图3B绘示根据本发明的实施例，施加于顶表面的多层遮罩及包括数个IC的基板的次表面薄膜的剖面图；
图4绘示根据本发明的实施例的整合式切割系统的平面概要视图；以及
图5绘示根据本发明的实施例的示例计算机系统的方块图，该计算机系统控制本文所述的遮蔽、激光划线、等离子体切割等方法中的一或多个操作的自动化执行。
具体实施方式
兹描述分割基板的方法，各基板上具有数个IC。在以下的描述中，为了描述本发明的示范实施例，提出了诸多特定细节，诸如飞秒激光划线及深硅等离子体蚀刻条件。然而，对于本领域技术人员而言明显的是，可在没有该些特定细节时实施本发明的实施例。在其它实例中，未详细描述已知的方面，如IC制造、基板打薄、卷黏(taping)等，以避免对本发明的实施例造成不必要的混淆。在本说明书中提及“一实施例(an embodiment)”时意指参照该实施例所述的特定的特征、结构、材料或特性被包含在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书的各处中出现词语“在一实施例中”时，并不必然参照到本发明的相同实施例。进一步，可在一或多个实施例中以任何适当的方式结合特定的特征、结构、材料或特性。并且，应理解到图式中所显示的多个示范实施例仅为了说明而呈现，并不一定依照比例绘制。
术语“耦接(coupled)”与“连接(connected)”和其衍生词可在本文中用来描述组件间的结构关系。应理解该等术语彼此非同义词。更确切而言，在特定实施例中，“连接”可用以指示两个或两个以上元件彼此为直接实体接触或电气接触。“耦接”可用以指示两个或两个以上元件彼此为直接或间接(二者间有其他插入元件)实体或电气接触，及/或可用以指示两个或两个以上元件为互相合作或相互作用(例如，呈因果关系)。
本文使用的术语“之上(over)”、“之下(under)”、“之间(between)”与“上(on)”是意指一个材料层相对于其它材料层的相对位置。因此，例如，设置在另一层之上或之下的一个层可以直接地接触其它层或可以具有一或多个中间层。再者，设置在两个层之间的一个层可以直接地接触该两个层或可以具有一或多个中间层。相对地，位在第二层“上”的第一层意指第一层接触第二层。此外，一个层相对于其它层的相对位置是在假设操作是相对于基板来执行下所提供，而不需考量基板的绝对方位。
一般而言，混合式基板或涉及初始激光划线及后续等离子体蚀刻的基板切割工艺与用于晶粒单分的遮罩一起实施。可使用激光划线工艺来干净地移除未图案化(即，披覆(blanket))遮罩层、钝化层及次表面薄膜器件层。接着可随着基板的暴露或部份剥蚀而终止激光蚀刻工艺。接着可利用混合式切割工艺的等离子体蚀刻部分来蚀刻穿过基板的主体，例如穿过主体单晶硅，以进行晶片的单分或切割。
根据本发明的一实施例，飞秒激光划线与等离子体蚀刻的结合可用来将半导体基板切割成个别的或单分的IC。在一个实施例中，若不完全是的话，飞秒激光划线为基本上不平衡的工艺(non-equilibrium process)。举例而言，基于飞秒的(femtosecond-based)激光划线可被定位在伴随着可忽略的热破坏区处。在一实施例中，激光划线可用来单分具有超低κ膜(即，具有低于3.0的介电常数)的IC。在一个实施例中，以激光直接写入可免除微影图案化操作，容许遮蔽材料为非感光性材料，并以非常小的成本实施基于等离子体蚀刻的切割处理来划分基板。在一个实施例中，可在等离子体蚀刻腔室中使用直通硅穿孔(through silicon via；TSV)型蚀刻来完成切割工艺。
图1为绘示根据本发明的实施例的混合式激光剥蚀-等离子体蚀刻单分工艺100的流程图。图2A至图2D绘示根据本发明的实施例的包括第一及第二IC 225、226的基板206的剖面图，并对应方法100中的操作。
参见图1的操作102，并对应图2A，在基板206上方形成遮罩层202。一般而言，基板206可由适于承受形成于基板上的薄膜器件层204的制造工艺的任何材料所组成。举例而言，在一个实施例中，基板206为基于IV族的材料，例如，但不限于，单晶硅、锗或硅/锗。在另一个实施例中，基板206为III-V族材料，如，在发光二极管(LED)制造中所使用的III-V族材料基板。在器件制造期间，基板206典型为600μm至800μm厚，但如图2A所绘示，基板206被薄化至50μm至100μm。在一个实施例中，可由载体或背侧支撑件211来支撑经薄化基板，载体或背侧支撑件211可如伸展跨越框架(未绘示)并以晶粒附着膜(die attach film；DAF)208黏附至基板206的背侧的支撑带(backing tape)210。
在实施例中，第一及第二IC 225、226包括在硅基板206中制造且包装于介电堆迭中的存储器器件或互补金氧半导体(CMOS)晶体管。在该等器件或晶体管上方及周围介电层中可形成数个金属互连线，且金属互连线可用来电气耦接该等器件或晶体管以形成IC 225、226。组成切割道227的材料可类似于或相同于用来形成IC225、226的那些材料。举例而言，切割道227可包括介电材料、半导体材料及金属化的薄膜层。在一个实施例中，切割道227包括与IC 225、226类似的测试器件。切割道227的宽度可为介于10μm与100μm之间的任何宽度。
在实施例中，遮罩层202包括水溶性材料层覆盖IC 225、226的顶表面。遮罩层202也覆盖介于IC 225、226之间的中介切割道227。水溶性材料层可在图1的混合式激光划线及等离子体蚀刻切割方法100期间对IC 225、226的顶表面提供保护。在激光划线操作103之前，遮罩层202未经图案化。划线激光可用以通过剥蚀设置在切割道227上的遮罩层202的部分而进行划割线的直接写入。
图3A绘示根据本发明的实施例，包括水溶性层302的一个示范实施例的放大剖面图300A，其中水溶性层302接触IC 226的顶表面及切割道227。如图3A所示，基板206具有顶表面303，薄膜器件层设置于顶表面303上，且顶表面303与底表面301相对，底表面301与图2A的DAF 208相接。通常，薄膜器件层材料可包括，但不限于，有机材料(如，聚合物)、金属或无机介电质(如二氧化硅及氮化硅)。绘示于图3A的范例薄膜器件层包括二氧化硅层304、氮化硅层305、铜互连层308，加上设置于这些层之间的低-κ(如，低于3.5)或超低-κ(如，低于3.0)的层间介电层(interlayer dielectric layer；ILD)307，如，碳掺杂的氧化物(carbon dopedoxide；CDO)。IC 226的顶表面包括典型为铜的凸块312，典型为聚亚酰胺(PI)或类似聚合物的钝化层311围绕凸块312。凸块312及钝化层311因而构成IC的顶表面，而薄膜器件层形成次表面IC层。凸块312自钝化层311的顶表面延伸达凸块高度HB，于示范实施例中，凸块高度HB范围介于10μm与50μm之间。
在一实施例中，水溶性层302为遮罩层202，使得遮罩层202不包括其它材料层。在其它实施例中，水溶性层302仅为多层遮罩堆迭的第一(底部)层，如图3B所示。与其它更为习用的遮蔽材料(如光阻)或无机介电硬遮罩(如二氧化硅)或半硅氧烷(silsesquioxane)不同的是，包括水溶性层302的遮罩可立即被移除，而不会对下方钝化层311及/或凸块312造成损坏。根据一实施例，当水溶性层302为遮罩层202，水溶性层302不只作为习用划线工艺期间所用的污染保护层，还欲在切割道的后续等离子体蚀刻期间提供保护。因此，水溶性层302需要够厚以在等离子体蚀刻工艺存活，甚至保护铜制凸块312，若凸块312暴露于等离子体则可能被损坏、氧化或者污染。水溶性层302的最小厚度为通过后续等离子体蚀刻(如，图1中的操作105)可达到的选择性的函数。等离子体蚀刻选择性至少取决于水溶性层302的材料/成分及所利用的蚀刻工艺。
在一实施例中，水溶性材料包含水溶性聚合物。商业上可获得许多这样的聚合物用于诸如洗衣袋及购物袋、刺绣、绿色包装等应用。然而，由于对最大膜厚度、蚀刻抗性、热稳定性、在基板上施加及移除材料的力学及微污染的严格需求，用于本发明的水溶性材料的选择是复杂的。在切割道中，水溶性层302的最大厚度Tmax受限于激光通过剥蚀而透过遮罩进行图案化的能力。水溶性层302可比IC 225、226及/或切割道227的边缘(此处无切割道图案形成)厚得多。因此，Tmax通常为光学转换效率的函数，光学转换效率与激光波长有关。由于Tmax与切割道227有关，可选择切割道特征表面形貌、切割道宽度及施加水溶性层302的方法以达到期望的Tmax。在特定实施例中，由于较厚的遮罩需要多次激光通过，水溶性层302具有小于30μm的厚度Tmax，且有利地小于20μm。
在一实施例中，水溶性层302在至少60℃下为热稳定的，较佳在100℃下是稳定的，且理想地在120℃下是稳定的，以避免在材料温度将升高的后续等离子体蚀刻工艺期间过度交联。通常，过度交联会不利地影响材料的溶解度，使后蚀刻移除更难进行。依据此实施例，可以湿式施加水溶性层302至基板206上，以覆盖钝化层311及凸块312，或以干膜层迭方式施加水溶性层302。就任一施加模式(特别是作为干膜层迭)来说，范例材料可包括以下至少一者：聚(乙烯醇)、聚(丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸)、聚(丙烯酰胺)或聚(氧化乙烯)，以及同样易于获得的许多其它水溶性材料。用于层迭的干膜可仅包括水溶性材料，或可进一步包括同样是水溶性或是非水溶性的黏着层。在一特定实施例中，干膜包括在UV暴露后会减少黏着键结强度的UV敏感性黏着层。这样的UV暴露可发生于后续等离子体切割道蚀刻期间。
实验上，已发现就本文他处所述的示范硅等离子体蚀刻工艺而言，聚(乙烯醇)(PVA)可对将近1：20(PVA：硅)的蚀刻速率选择性提供介于1μm/min与1.5μm/min之间的蚀刻速率。其它范例材料可提供类似的蚀刻效能。因此，可通过等离子体蚀刻深度DE来决定IC的顶部凸块表面上的最小厚度(如，图3A及图3B中的Tmin)等离子体蚀刻深度DE同时为基板厚度TSub和激光划线深度DL二者的函数。在DE为至少50μm的示范实施例中，水溶性层302具有至少5μm的厚度，且有利地具有至少10μm的厚度，以为DE提供至少100μm的足够安全边际。
图3B绘示包括多层遮罩的一个示范实施例的放大剖面图300B，其中多层遮罩包括设置于水溶性层202A上的激光能量吸收材料层202B，而水溶性层202A接触IC 226及切割道227的顶表面。在具有多重遮罩层的实施例中，水溶性基底涂层设置于非水溶性覆盖涂层下方。基底涂层接着提供了一种剥除覆盖涂层的手段，而覆盖涂层提供等离子体蚀刻抗性及/或用于通过激光划线工艺的良好遮罩剥蚀。已发现，例如，对划线工艺中所利用的激光波长而言为透明的遮罩材料可有助于低晶粒边缘强度。因而，PVA的水溶性基底涂层(例如，作为第一遮罩材料层202A)可作为底切(undercut)遮罩的等离子体抗性/激光能量吸收覆盖涂层202B的手段，使整个遮罩可自下方IC薄膜层移除/剥离。水溶性基底涂层可进一步作为保护IC薄膜层不遭受用于剥除能量吸收遮罩层的工艺影响的屏障。在实施例中，激光能量吸收遮罩层为UV可固化的及/或UV吸收性的，及/或绿光频带(500至540nm)吸收性的。范例材料包括许多光阻及习用于IC晶片的钝化层的聚亚酰胺(PI)材料，也包括常见于黏着剂的UV可固化聚合物。在一个实施例中，光阻层可由正光阻材料构成，正光阻材料可例如，但不限于，248纳米(nm)光阻、193nm光阻、157nm光阻、极紫外线(extreme ultra-violet；EUV)光阻或含有双氮基醌(diazonaphthoquinone)敏化剂的酚树脂基体。在另一个实施例中，光阻层可由负光阻材料构成，负光阻材料可例如，但不限于，聚顺异戊二烯(poly-cis-isoprene)及聚桂皮酸乙烯酯(poly-vinyl-cinnamate)。
于方法100的操作103，且对应图2B，可通过以形成沟槽212的激光划线工艺所进行的剥蚀来图案化遮罩层202，沟槽212延伸经过次表面薄膜器件层204并暴露介于IC 225、226之间的基板206的区域。因此，激光划线工艺被用来剥蚀原先形成于IC 225、226之间的切割道227的薄膜材料。根据本发明的一实施例，如图2B所描绘，以基于激光的划线工艺图案化遮罩层202包括形成沟槽214，沟槽214部分进入IC 225、226间的基板206的区域。
在图3A所绘示的示范实施例中，取决于钝化层311及次表面薄膜器件层的厚度TF及水溶性层302(及作为部分遮罩202而被包括的任何额外材料层)的厚度Tmax，激光划线深度DL将近在5μm至50μm深的范围内，有利地在10μm至20μm深的范围内。
在一实施例中，以具有飞秒范围(即，10-15秒)内的脉冲宽度(持续期间)的激光(本文称作飞秒激光)图案化遮罩层202。根据一个实施例，图案化遮罩包括以波长小于或等于540纳米且激光脉冲宽度小于或等于400飞秒的飞秒激光将图案直接写入。在另一个实施例中，激光脉冲宽度小于或等于500飞秒。激光参数选择，如脉冲宽度，可为研发成功的激光划线及切割工艺的关键，成功的激光划线及切割工艺可最小化碎屑、微裂及分层，以达到干净的激光划线切割。飞秒范围内的激光频率有利地缓解与较长脉冲宽度(如，皮秒或奈秒)有关的热损坏问题。尽管不受限于理论，就目前了解，飞秒能量源可避免因皮秒源而存在的低能量再耦合机制(lowenergy recoupling mechanism)，且相较于奈秒源可提供更大的热不平衡性(thermalnonequilibrium)。在使用奈秒或皮秒激光源的情况下，存在于切割道227中的多种薄膜器件层材料在光吸收性及剥蚀机制方面表现相当不同。举例而言，诸如二氧化硅的介电层在正常情况下对所有商业上可获得的激光波长均为基本上透明的。相反地，金属、有机物(如，低-κ材料)及硅能够非常容易地耦合光子，尤其是基于奈秒的或基于皮秒的激光辐照。若选择非最佳激光参数，则在包括无机介电质、有机介电质、半导体或金属中的两者或更多者的堆迭结构中，切割道227的激光辐照可能不利地造成分层。举例而言，穿透高带隙能量介电质(诸如具有约9eV带隙的二氧化硅)而无可量测的吸收的激光可能在下方的金属层或硅层中被吸收，从而引起该金属层或硅层的显著汽化。汽化可能产生高压，而高压有潜力造成严重的层间分层及微裂化。已展示基于飞秒的激光辐照工艺可避免或减缓此等材料堆迭的微裂化或分层。
供基于飞秒激光的工艺所用的参数可经选择而对无机及有机介电质、金属及半导体而言具有实质上相同的剥蚀特征。举例而言，二氧化硅的吸收性(absorptivity)/吸收率(absorptance)为非线性的，且可使二氧化硅的吸收性/吸收率与有机介电质、半导体及金属的吸收性/吸收率更为一致。在一个实施例中，高强度且短脉冲宽度的飞秒是激光工艺被用来剥蚀薄膜层堆迭，该薄膜层堆迭包括二氧化硅层及有机介电质、半导体或金属中的一或多者。根据本发明的一实施例，合适的基于飞秒的激光工艺的特征在于高峰值强度(照度)，高峰值强度通常会导致多种材料中的非线性交互作用。在一个这样的实施例中，飞秒激光源具有将近在10飞秒至450飞秒的范围内的脉冲宽度，尽管较佳在50飞秒至500飞秒的范围内。
在某些实施例中，为了有宽频带或窄频带光学发射光谱，激光发射可跨越可见光谱(如，绿光、500至540nm频带)、紫外光(UV)，及/或红外线(IR)光谱的任何组合。甚至对飞秒激光剥蚀而言，某些波长可提供较其它波长更佳的效能。举例而言，在一个实施例中，相较于具有接近IR范围或在IR范围内的波长的基于飞秒的激光工艺而言，具有接近UV范围或在UV范围内的波长的基于飞秒的激光工艺可提供较干净的剥蚀工艺。在特定的实施例中，适用于半导体基板或基板划线的飞秒激光是基于具有将近小于或等于540纳米的波长的激光，尽管较佳是在540纳米至250纳米的范围内。在一特定实施例中，就具有小于或等于540纳米的波长的激光而言，脉冲宽度小于或等于500飞秒。然而，在替代实施例中，可使用双激光波长(如，IR激光及UV激光的组合)。
在一个实施例中，激光及相关的光学路径可在工作表面处提供在将近3μm至15μm的范围内的聚焦点，而较有利地是在5μm至10μm的范围内。工作表面处的空间光束轮廓(spatial beam profile)可为单一模式(高斯(Gaussian))或具有顶帽(tophat)轮廓外形的光束。在一实施例中，激光源具有在将近300kHz至10MHz的范围内的脉冲重复率(pulse repetition rate)，尽管较佳是在将近500kHz至5MHz的范围内。在一实施例中，激光源可在工作表面处传递在将近0.5μJ至100μJ的范围内的脉冲能量，尽管较佳是在将近1μJ至5μJ的范围内。在一实施例中，激光划线工艺以将近500毫米/秒至5米/秒的范围内(尽管较佳是在将近600毫米/秒至2米/秒的范围内)的速度沿着工件表面运行。
划线工艺可仅单程运行或多程运行，但较有利地不超过2程。激光可以给定的脉冲重复率施加于一系列单一脉冲中，或施加于一系列脉冲突发中。在一实施例中，尽管在硅基板划线/切割中在器件/硅介面处所量测的切口宽度较佳在将近6μm至10μm的范围内，但所产生的激光光束的切口宽度(kerf width)是在将近2μm至15μm的范围内。
回到图1及图2C，于操作105，通过等离子体蚀刻工艺216，透过经图案化遮罩层202中的沟槽212来蚀刻基板206，以单分IC 226。根据本发明的一实施例，蚀刻基板206包括蚀刻以基于飞秒的激光划线工艺所形成的沟槽212，以最终完全蚀刻穿过基板206，如图2C所描绘。
在一实施例中，蚀刻基板206包括使用等离子体蚀刻工艺。在一个实施例中，可使用直通穿孔蚀刻工艺。举例而言，在特定的实施例中，基板206的材料的蚀刻速率大于每分钟25μm。可于等离子体蚀刻操作105使用在高功率下操作的高密度等离子体源。范例功率范围介于3kW与6kW之间，或更高。
在一示范实施例中，可使用深度硅蚀刻(即，诸如直通硅穿孔(TSV)蚀刻)，在大于约40％的习用硅蚀刻速率的蚀刻速率下，蚀刻单晶硅基板或基板206，同时维持基本精确的剖面控制及实质上无扇形(scallop-free)的侧壁。可透过施加冷却功率来控制遮罩上的高功率的效应，冷却功率可透过冷却至-10℃至-15℃的静电夹具(ESC)来施加，以在整个等离子体蚀刻工艺期间将遮罩层维持在低于100℃且较佳介于70℃与80℃之间的温度。在这样的温度下可有利地维持遮罩的水溶性。
在特定的实施例中，等离子体蚀刻意味着数个保护性聚合物沉积循环随着时间插入数个蚀刻循环之间。可变化工作周期，而范例工作周期为将近1：1。举例而言，蚀刻工艺可具有持续时间为250ms至750ms的沉积循环，以及持续时间为250ms至750ms的蚀刻循环。在沉积循环及蚀刻循环之间，可以利用聚合CxFy气体(例如，但不限于，C4F6、CF4或C4F8)的沉积工艺化学物质替换用于范例硅蚀刻实施例的利用SF6的蚀刻工艺化学物质。在涉及晶圆(例如，在背侧上有SiO2层的晶圆)上的复合物材料堆迭的蚀刻的某些应用中，可利用诸如CF4及CHF3等气体。如本案所属技术领域所知，可进一步在蚀刻及沉积循环之间改变工艺压力，以在特定的循环中有利于各循环。
于操作107，如图2D所描绘，伴随着遮罩层202的移除而完成方法100。在一实施例中，首先以水洗掉遮罩，如以加压喷射的去离子水洗掉遮罩或浸入环境水或加热水浴中洗掉遮罩。在去离子水冲洗后，残留物或污渍可能存在于铜凸块上，而在单分之后的晶粒封装及组装期间导致因妨碍元件中的良好电性接触而产生的问题。在特别有利的实施例中，可通过使凸块化的晶圆表面接触各种浓度及温度的无机酸的水性溶液达某时间量以有效清除残留物(如，30秒至5分钟)，来移除残留物或污渍。此类无机酸可包括，例如，氢氯酸、磷酸或这两种酸的调合物。已证实有效的特定的实施例提供于下表1：
表1
在一个实施例中，在以无机酸溶液清洁凸块之后，可冲洗半导体晶圆(如，以水冲洗)来清除酸残留物。因此，在一个实施例中，无机酸清洗可移除诸如氟(即使凸块表面没有可见的残留物)的外来化学物质及/或遮罩残留物，其中氟可能是由利用如SF6及C4F8等的等离子体蚀刻工艺所导入。
转至图4，单一整合式平台400可经配置以进行混和式激光剥蚀-等离子体蚀刻单分工艺100中的许多或所有操作。举例而言，图4绘示根据本发明的一实施例的群集工具406的方块图，群集工具406耦接激光划线装置410，激光划线装置410用于基板的激光及等离子体切割。群集工具406耦接工厂介面402(factory interface；FI)，工厂介面402具有数个负载锁定室404。工厂介面402可为合适的大气端口(atmospheric port)，以作为外部制造设施与激光划线装置410及群集工具406之间的介面。工厂介面402可包括机器人，机器人具有手臂或刃以自储存单元(如，前开式传送盒(front opening unified pod))转移基板(或基板的载体)进入群集工具406或激光划线装置410或二者。
激光划线装置410亦耦接FI 402。在一实施例中，激光划线装置410包括在300至540nm频带中操作的飞秒激光。飞秒激光可进行混合式激光及蚀刻单分工艺100的激光剥蚀部分。在一个实施例中，激光划线装置410中也包括可移动载台，可移动载台经配置以相对于基于飞秒的激光移动基板或晶圆(或晶圆载体)。在特定的实施例中，飞秒激光也可移动。
群集工具406包括一或多个等离子体蚀刻腔室408，所述等离子体蚀刻腔室408通过机器人转移腔室耦接FI，机器人转移腔室容纳机器手臂用于在真空中转移基板。等离子体蚀刻腔室408适于进行混合式激光及蚀刻单分工艺100的等离子体蚀刻部分。在一个示范实施例中，等离子体蚀刻腔室408可进一步耦接SF6气体源，并耦接C4F8源及C4F6源中的至少一者。在特定的实施例中，尽管商业上也可获得其它合适的蚀刻系统，一或多个等离子体蚀刻腔室408为可自美国加州桑尼维尔市的应用材料股份有限公司获得的AppliedSilviaTM蚀刻系统。在一实施例中，整合式平台400的群集工具406部分中包括一个以上的蚀刻腔室408，以容许单分或切割工艺的高制造产量。
群集工具406可包括适于执行混合式激光剥蚀-等离子体蚀刻单分工艺100中的功能的其它腔室。在图4所绘示的示范实施例中，群集工具406包括遮罩形成模块412及湿式站414二者，仅管二者中任一者可在缺少另一者的情况下提供。遮罩形成模块412可为旋转涂布模块。作为旋转涂布模块，可旋转夹具经配置以通过真空来夹持，或者，经薄化基板安装在载体(如，安装在框架上的支撑带)上。在进一步的实施例中，旋转涂布模块流通地耦接水性溶液源。
湿式站414的实施例可用以在等离子体蚀刻基板后溶解水溶性遮罩材料层。举例而言，湿式站414可包括加压式喷雾喷射器，以分配水或其它溶剂。在进一步的实施例中，湿式站414包括无机酸清洗，例如，以将晶圆暴露于本文他处所述的一或多种无机酸清洁法。
图5绘示计算机系统500，于计算机系统500中可执行一组指令，指令可使机器执行本文所讨论的一或多种划线方法。范例计算机系统500包括处理器502、主存储器504(如，只读存储器(ROM)、快闪存储器、动态随机存取存储器(DRAM)如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)等等)、静态存储器506(如，快闪存储器、静态随机存取存储器(SRAM)等等)，及次存储器518(如，数据储存设备)，前述元件可经总线530彼此通讯。
处理器502表示一或多个通用处理设备，诸如微处理器、中央处理单元等等。更特定言之，处理器502可为复杂指令集计算(complex instruction set computing；CISC)微处理器、精简指令集计算(reduced instruction set computing；RISC)微处理器、超长指令字(very long instruction word；VLIW)微处理器等等。处理器502亦可为一或多个专用处理设备，诸如专用集成电路(application specific integrated circuit；ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gate array；FPGA)、数字信号处理器(digital signal processor；DSP)、网络处理器等等。处理器502经设置以执行处理逻辑526，处理逻辑526用于进行本文所讨论的操作及步骤。
计算机系统500可进一步包括网络接口设备508。计算机系统500也可包括视频显示单元510(如，液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT))、文数输入设备512(如，键盘)、游标控制设备514(如，鼠标)，及信号生成设备516(如，扬声器)。
次存储器518可包括机器可存取存储介质(或更具体而言，计算机可读存储介质)531，机器可存取存储介质531上储存一或多组指令(如，软件522)，指令可实施本文所述方法或功能中的任何一或多者。在计算机系统500执行软件522期间，软件522也可完全或至少部分地常驻于主存储器504及/或处理器502内部，主存储器504及处理器502亦构成机器可读取存储介质。可进一步经由网络接口设备508通过网络520发送或接收软件522。
尽管在范例实施例中将机器可存取存储介质531图示为单个介质，但术语“机器可读取存储介质(machine-readable storage medium)”应被视为包括储存一或多组指令的单个介质或多个介质(例如集中式或分散式数据库，及/或相关联的高速缓存及服务器)。术语“机器可读取存储介质”亦应被视为包括能够储存或编码一组指令的任何介质，该组指令可由机器执行且该组指令使机器执行本发明的方法中任何一或多者。因此，术语“机器可读取存储介质”应被视为包括(但不限于)固态存储器、光学及磁性介质，及其它非暂态(non-transitory)介质。
应了解到以上描述欲作为解说而非限制。举例而言，虽然图式中的流程图显示了由本发明的某些实施例所进行的特定操作顺序，应可了解到这样的顺序并非必要(如，替代实施例可进行不同顺序的操作、结合某些操作、重迭某些操作等等)。进一步，一旦阅读并理解以上描述，许多其它实施例对本案所属技术领域中的习知技艺者而言将是显而易懂的。尽管已参照特定示范实施例描述本发明，但可理解本发明并不受限于本文所描述的实施例，而可以随附权利要求书的精神及范畴内的修饰或变更来实施。因此，应参照随附权利要求书连同此等权利要求书所涵盖的等效例的完整范畴来决定本发明的范畴。

Claims (20)

1.一种切割基板的方法，该基板包含数个集成电路(IC)，该方法包含下列步骤：
于该基板上形成遮罩覆盖并保护所述IC；
以激光划线工艺图案化该遮罩，以提供具有多个间隙的经图案化遮罩，暴露介于所述IC之间的该基板的区域；
透过该经图案化遮罩中的所述间隙等离子体蚀刻该基板，以单分(singulate)所述IC；
移除该遮罩；以及
将该经切割基板的表面上的多个金属凸块或衬垫暴露于无机酸溶液。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该无机酸溶液包含HCl及H3PO4中的至少一者。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该无机酸溶液包含在25℃至40℃下具有0.2至0.6的当量浓度的HCl，且其中该暴露步骤发生达3至5分钟的持续时间。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该无机酸溶液包含在25℃至40℃下具有2至6的当量浓度的H3PO4，且其中该暴露步骤发生达3至5分钟的持续时间。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该无机酸溶液包含在25℃至40℃下0.2至0.6当量浓度的HCl及2至6当量浓度的H3PO4的混合物，且其中该暴露步骤发生达3至5分钟的持续时间。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成该遮罩的步骤进一步包含下列步骤：于该基板上沉积水溶性遮罩层，且其中移除该遮罩的步骤包含水冲洗。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该水溶性遮罩层包含PVA。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，形成该遮罩的步骤进一步包含下列步骤：沉积多层遮罩，该多层遮罩包含该水溶性遮罩层以及非水溶性遮罩层，该水溶性遮罩层作为基底涂层，且该非水溶性遮罩层作为该基底涂层的顶部上的覆盖涂层(overcoat)。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在遮罩移除步骤之后，所述金属凸块或衬垫具有遮罩残留物，且其中将该经切割基板的表面上的所述金属凸块或衬垫暴露于该无机酸溶液自所述金属凸块或衬垫移除该遮罩残留物。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，图案化该遮罩的步骤进一步包含下列步骤：以飞秒激光直接写入图案，该飞秒激光具有小于或等于540纳米的波长，及小于或等于400飞秒的激光脉冲宽度。
11.一种切割半导体晶圆的方法，该半导体晶圆包含数个集成电路(IC)，该方法包含下列步骤：
于该半导体晶圆上形成遮罩覆盖并保护所述IC，所述IC包括多个金属凸块或衬垫；
以激光划线工艺图案化该遮罩，以提供具有多个间隙的经图案化遮罩，暴露介于所述IC之间的该半导体晶圆的区域；
通过该经图案化遮罩中的所述间隙等离子体蚀刻该半导体晶圆，以单分(singulate)所述IC；
移除该遮罩以暴露所述金属凸块或衬垫；以及
对所述暴露的金属凸块或衬垫进行无机酸清洗。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该无机酸清洗包含下列步骤：将该半导体晶圆暴露于HCl及H3PO4中的至少一者。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，该无机酸清洗包含下列步骤：在25℃至40℃下，将该半导体晶圆暴露于具有0.2至0.6的当量浓度的HCl达3至5分钟的持续时间。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，该无机酸清洗包含下列步骤：在25℃至40℃下，将该半导体晶圆暴露于具有2至6的当量浓度的H3PO4达3至5分钟的持续时间。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，该无机酸清洗包含下列步骤：在25℃至40℃下，将该半导体晶圆暴露于0.2至0.6当量浓度的HCl及2至6当量浓度的H3PO4的混合物达3至5分钟的持续时间。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在遮罩移除步骤之后，所述暴露的金属凸块或衬垫具有遮罩残留物，且其中进行该无机酸清洗自所述暴露的金属凸块或衬垫移除该遮罩残留物。
17.一种用于切割基板的系统，该基板包含数个IC，该系统包含：
激光划线模块，用以图案化遮罩并暴露介于所述IC之间的该基板的区域，所述IC包括多个金属凸块或衬垫；
等离子体蚀刻模块，实体耦接该激光划线模块，以等离子体蚀刻该基板而单分(singulate)所述IC；
湿式清洁站，耦接该等离子体蚀刻模块，该湿式清洁站经配置以移除该遮罩并对所述金属凸块或衬垫进行无机酸清洗；以及
机器人转移腔室，用以将经激光划线基板自该激光划线模块转移至该等离子体蚀刻模块，并自该等离子体蚀刻模块转移至该湿式清洁站。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该激光划线模块包含飞秒激光，该飞秒激光具有小于或等于540纳米的波长，及小于或等于400飞秒的脉冲宽度。
19.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该等离子体蚀刻模块耦接SF6源并耦接C4F8源、CF4源及C4F6源中的至少一者。
20.如权利要求17所述的系统，其特征在于，通过该湿式清洁站所进行的该无机酸清洗包含使所述金属凸块或衬垫接触HCl及H3PO4中的至少一者，以自所述金属凸块或衬垫移除残留物。
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