CN116504668A - 半导体结构的加工装置、加工方法及半导体结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半导体结构的加工装置、加工方法及半导体结构。此半导体结构的加工装置包含载台与改质能量源。载台承载具有晶格结构之半导体结构。改质能量源提供一非均匀改质能量分布阵列于半导体结构之加工目标区上，使其形成非均匀改质区。在非均匀改质区中，加工目标区与晶格结构之至少一天然解理面(natural cleavage plane)相交之重叠区段(overlapped section)相较于重叠区段以外之区域具有较低之改质程度(modification degree)，以减少半导体结构产生由重叠区段沿着天然解理面延伸之侧向裂隙。

Description

半导体结构的加工装置、加工方法及半导体结构

技术领域

本发明是有关于一种加工装置、加工方法及其加工物，特别是有关于一种半导体结构的加工装置、加工方法及半导体结构。

背景技术

近年来，由于半导体技术不断地蓬勃发展，使得科技类产品得以大步跃进。在半导体制程中，常使用加工元件对晶圆等材料进行切割、研磨或抛光等加工程序。半导体结构具有宽能带隙性质、高硬度、高导热率以及化学惰性性质等优点，因此是制备高温电子元件、高频大功率元件更为理想的材料。然而半导体材料的高硬度及天然解理面特性，却不易于切片、研磨或抛光等加工程序的进行。因为半导体材料具有晶格结构，在进行切片、研磨或抛光等加工程序时，容易沿着天然解理面延伸生成侧向裂隙，进而产生非预期之裂隙、碎裂或其他质量问题。因此，如何透过改质来提升半导体材料的加工质量，实属当前重要研发课题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明之一或多个目的就是在提供一种半导体结构的加工装置、加工方法及半导体结构，以解决上述习知技艺之问题。

为达前述目的，本发明提出一种半导体结构的加工装置，用以进行一加工程序，至少包含：一载台，用以承载一半导体结构，该半导体结构具有一晶格结构(latticestructure)，该半导体结构定义有一加工目标区；以及一改质能量源，用以在该加工程序之一非均匀改质(non-uniform modification)步骤中，提供一非均匀改质能量分布阵列于该载台上之该半导体结构之该加工目标区上，使得该半导体结构之该加工目标区形成一非均匀改质区，其中在该非均匀改质区中，该加工目标区与该晶格结构之至少一天然解理面(natural cleavage plane)相交之一重叠区段(overlapped section)相较于该重叠区段以外之一区域具有一较低之改质程度(modification degree)，以减少该半导体结构产生由该重叠区段沿着该天然解理面延伸之侧向裂隙。

其中，在单位面积之该非均匀改质能量分布阵列中，该改质能量源提供于该加工目标区与该天然解理面之该重叠区段上之一第一改质能量值低于该改质能量源提供于该加工目标区上该重叠区段以外之该区域之一第二改质能量值，以及/或者该改质能量源提供于该加工目标区与该天然解理面之该重叠区段上之一第一改质能量聚焦点数量低于该改质能量源提供于该加工目标区上之该重叠区段以外之该区域之一第二改质能量聚焦点数量。

其中，该改质能量源沿一调控路径使得该加工目标区之该重叠区段以外之该区域相较于该重叠区段具有一较高之改质程度，其中该调控路径与该重叠区段之间呈一夹角。

其中，该半导体结构之该加工目标区中之一位置之改质程度正相关于该位置与该重叠区段之间之距离。

其中，该改质能量源选自于由一雷射源、一微波源及一射频源所组成之族群。

其中，本发明之半导体结构的加工装置还包括一分离能量源，用以在该加工程序之一分离步骤中施加一分离能量于该半导体结构之该加工目标区上，藉以从该非均匀改质区分离该载台上之该半导体结构。

其中，该半导体结构为一晶圆或一晶锭。

其中，该半导体结构为一绝缘层上半导体(SOI)结构之一晶圆。

其中，该改质能量源于该晶圆之一深度形成该非均匀改质区。

其中，该半导体结构之该加工目标区为一预定分离面(defined separationsurface)。

为达前述目的，本发明另提出一种半导体结构，该半导体结构具有一晶格结构，该半导体结构定义有一加工目标区，其特征在于该半导体结构之该加工目标区上形成有一非均匀改质区，其中在该非均匀改质区中，该加工目标区与该晶格结构之一天然解理面相交之一重叠区段相较于该重叠区段以外之一区域具有一较低之改质程度，以减少该半导体结构产生由该重叠区段沿着该天然解理面延伸之侧向裂隙。

为达前述目的，本发明另提出一种半导体结构的加工方法，用以进行一加工程序，至少包含下列步骤：提供一半导体结构，该半导体结构承载于一载台上，该半导体结构具有一晶格结构，该半导体结构定义有一加工目标区；以及进行该加工程序之一非均匀改质步骤，藉以利用一改质能量源提供一非均匀改质能量分布阵列于该半导体结构之该加工目标区上，使得该半导体结构之该加工目标区形成一非均匀改质区，其中在该非均匀改质区中，该加工目标区与该晶格结构之一天然解理面相交之一重叠区段相较于该重叠区段以外之一区域具有一较低之改质程度，以减少该半导体结构产生由该重叠区段沿着该天然解理面延伸之侧向裂隙。

其中，在单位面积之该非均匀改质能量分布阵列中，该改质能量源提供于该加工目标区与该天然解理面之该重叠区段上之一第一改质能量值低于该改质能量源提供于该加工目标区上该重叠区段以外之该区域之一第二改质能量值，以及/或者该改质能量源提供于该加工目标区与该天然解理面之该重叠区段上之一第一改质能量聚焦点数量低于该改质能量源提供于该加工目标区上之该重叠区段以外之该区域之一第二改质能量聚焦点数量。

其中，该改质能量源沿一调控路径使得该加工目标区之该重叠区段以外之该区域相较于该重叠区段具有一较高之改质程度，其中该调控路径与该重叠区段之间呈一夹角。

其中，本发明之半导体结构的加工方法还包括进行该加工程序之一分离步骤，该分离步骤施加一分离能量于该半导体结构之该加工目标区上，藉以从该非均匀改质区分离该载台上之该半导体结构。

其中，该半导体结构为一晶圆或一晶锭。

其中，该半导体结构为一绝缘层上半导体(SOI)结构之一晶圆。

承上所述，依本发明之半导体结构的加工装置、加工方法及半导体结构，至少具有以下优点：

(1)改质能量源在半导体结构之加工目标区上形成非均匀之改质能量分布阵列，使得加工后之半导体结构之加工目标区与天然解理面两者之相交处相较于加工目标区之其他位置具有较低之改质程度，可降低沿着天然解理面生成之侧向裂隙。

(2)可藉由调整改质能量源所提供之改质能量值以及/或者调整改质能量源所提供之单位面积之改质能量聚焦点数量，以对应地调整加工目标区上所形成之缺陷或破裂等改质现象之改质程度，并减少加工后之半导体结构产生沿着天然解理面延伸之侧向裂隙。

(3)可使得加工目标区沿着调控路径具有较高之改质程度，有助于使得裂隙沿着调控路径生成在加工目标区上，而非生成在天然解理面上，以减少加工后之半导体结构产生沿着天然解理面延伸之侧向裂隙。

兹为使钧审对本发明的技术特征及所能达到的技术功效有更进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例及配合详细的说明如后。

附图说明

图1绘示本发明之半导体结构的加工方法之流程示意图。

图2绘示本发明之半导体结构的加工装置进行改质步骤之示意图。

图3绘示本发明之半导体结构的加工装置对半导体装置进行非均匀改质步骤之示意图。

图4绘示半导体结构之加工目标区与天然解理面具有相交处之示意图，(a)为上视图，(b)为侧视图。

图5绘示本发明之非均匀改质能量分布阵列之示意图，其具有不同改质能量值之聚焦点分布阵列。

图6绘示本发明之非均匀改质能量分布阵列之示意图，其具有不同聚焦点密度分布阵列。

图7绘示本发明之沿着调控路径形成非均匀改质能量分布阵列之示意图，(a)为第一种改质能量值分布范例，(b)为第二种改质能量值分布范例。

图8绘示本发明之沿着调控路径形成非均匀改质能量分布阵列之示意图，(a)为加工目标区平行于(100)晶面之范例，(b)为加工目标区平行于(111)晶面之范例。

图9绘示本发明之加工装置对半导体结构进行分离步骤之示意图，(a)为由同一方向提供改质能量与分离能量，(b)为由相对方向提供改质能量与分离能量，(c)为由垂直方向提供改质能量与分离能量。

图10绘示本发明之半导体结构具有一个加工目标区之示意图，其中(a)为上视图，(b)为剖面侧视图。

图11绘示本发明之半导体结构具有多个加工目标区之示意图，其中(a)为上视图，(b)为剖面侧视图。

附图标记说明：

10：载台

20：改质能量源

22：雷射产生器

23：脉冲光

24：透镜组

25：雷射源

30：分离能量源

40：微波或射频源

90：检测及控制单元

100：半导体结构

100a：第一半部结构

100b：第二半部结构

110：加工目标区

113：深色之圆圈

114：浅色之圆圈

120：非均匀改质能量分布阵列

130：非均匀改质区

140：天然解理面

142：侧向裂隙

150：重叠区段

160：区域

D：深度

X：调控路径

A、A1、A2、A3、A4：夹角

(100)、(111)：晶面[110]、：晶向L1、C1：横向双箭头

L2、C2：纵向双箭头

S10、S20、S30、S35、S40、S50、S60、S70：步骤I-I’、II-II’：剖面线

具体实施方式

为利了解本发明之技术特征、内容与优点及其所能达成之功效，兹将本发明配合图式，并以实施例之表达形式详细说明如下，而其中所使用之图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后之真实比例与精准配置，故不应就所附之图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围。此外，为使便于理解，下述实施例中的相同元件以相同的符号标示来说明。

另外，在全篇说明书与权利要求书所使用的用词，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本发明的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本发明的描述上额外的引导。

关于本文中如使用“第一”、“第二”、“第三”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已。

其次，在本文中如使用用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，其均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明提供一种半导体结构的加工装置、加工方法及半导体结构，用以对具有晶格结构之半导体结构进行加工程序，使得半导体结构可减少产生沿着天然解理面(naturalcleavage plane)延伸之侧向裂隙(crack propagation，或称裂缝)，藉此可应用至许多半导体制程，例如，但不限于，SOI(绝缘层上半导体)制程、晶锭切片(Slicing)制程、晶粒切割(Dicing)制程、晶圆薄化(Thinning)制程、晶圆分离(Separation)制程或者是封装(Packaging)制程等。本发明可适用于具有晶格结构之各种加工物(工件)，晶格结构之种类或型态并无局限，例如含有半导体材料之半导体结构。上述之半导体材料例如，但不限于，Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、GaN或InP等基板材料。上述之半导体结构例如，但不限于，晶圆或晶锭。举例而言，半导体结构可例如为SOI(绝缘层上半导体)结构之晶圆。

请一并参阅图1、图2、图3及图4所示，图1绘示本发明之半导体结构的加工方法之流程示意图，但不以此为限。图2绘示本发明之半导体结构的加工装置进行改质步骤之示意图。图3绘示本发明之半导体结构的加工装置对半导体装置进行非均匀改质步骤之示意图。图4绘示半导体结构之加工目标区与天然解理面具有相交处之示意图。本发明之半导体结构的加工方法用以对半导体结构100进行加工程序，且至少包含下列步骤：步骤S10，提供待加工之半导体结构100；以及步骤S20，对半导体结构100进行加工程序之非均匀改质(non-uniform modification)步骤。本发明之半导体结构的加工装置至少包含载台10及改质能量源20，用以对半导体结构100之加工目标区110进行加工程序之非均匀改质步骤S20，使得改质加工后之半导体结构100之加工目标区110形成非均匀改质区130，藉此可减少产生沿着半导体结构100之天然解理面140延伸之侧向裂隙142。在此非均匀改质区130中，加工目标区110与天然解理面140两者之相交处(即，重叠区段150)相较于加工目标区110之其他位置(即，区域160)具有较低之改质程度(modification degree)。

加工装置之载台10用以承载具有晶格结构之半导体结构100。载台10可为固定式载台或移动式载台。加工装置之改质能量源20用以提供非均匀分布之改质能量于半导体结构100之加工目标区110上。改质能量源20可为固定式或移动式设计，以固定式或移动式提供改质能量。

以半导体结构100为晶圆举例，晶圆定义有加工目标区110位于晶圆之径向截面(Radial Section)及/或轴向截面(Axial Section)上。上述之径向截面或轴向截面可例如为位于晶圆之任一深度D中或表面上。上述之加工目标区110例如作为后续之分离步骤中之预定分离面(defined separation surface)，但不限于此。半导体结构100之厚度范围例如，但不限于，为约50μm至约1,800μm。加工目标区110例如为位于半导体结构100之深度D中或表面上。本发明之加工目标区110在半导体结构100所占之面积及厚度并无特别限定，其可依据实际制程需求而定。以半导体结构100之厚度为约1,800μm为例，加工目标区110之深度D之范围可介于约0μm至约1,800μm之间，同理改质能量之聚焦点与载台10之间的距离范围可依据实际制程不同而介于约1,800μm至约0μm之间。

一般而言，具有晶格结构的半导体结构100在外力作用下，会依据一定结晶方向破裂，称为解理。一般天然解理面的方向和获得解理的难易程度，主要受到晶格结构的控制，所以解理面会和晶格结构的晶格平面(即，晶面)平行，如图4(a)所示。半导体结构100依据其晶格结构的不同，具有许多对应之天然解理面140(即，晶面或平行于晶面之表面)。当半导体结构100受到半导体制程中的外力作用而产生缺陷或破裂等改质现象时，若产生此缺陷或破裂等改质现象之位置越靠近天然解理面140(晶面)，则此晶面越容易产生解理现象。而且，纵使此天然解理面140没有被完全解理，也至少会产生许多裂缝，甚至以生成有缺陷或破裂等改质现象之位置作为起点沿着天然解理面140产生延伸之侧向裂隙142，如图4(b)所示，尤其在后续分离步骤所施加之分离能量等外力作用下，更是容易产生上述之侧向裂隙142。本发明藉由使得半导体结构100之加工目标区110形成非均匀改质区130可降低上述之侧向裂隙142生成于天然解理面140。

换言之，只要上述之加工目标区110与天然解理面140两者呈相交状态(即，非呈平行状态)，则上述缺陷或破裂等改质现象之位置越靠近加工目标区110与天然解理面140之重叠交会处，就越容易沿着天然解理面140在非加工目标区中产生侧向裂隙142，而非沿着加工目标区110(预定分离面)产生裂隙，因此自然容易造成半导体结构100产生非预期之裂隙、碎裂或其他质量问题。

因此，本发明之半导体结构的加工装置及加工方法之一项特色在于改质能量源20所提供之改质能量在半导体结构100之加工目标区110上形成非均匀之改质能量分布，例如非均匀改质能量分布阵列，使得加工目标区110与天然解理面140两者之相交处(即，重叠区段150)相较于加工目标区110之其他位置(即，区域160)具有较低之改质程度，意即使得改质加工后之半导体结构100之加工目标区110形成非均匀改质区130。

详言之，请参阅图5及图6，并请同时参阅图1至图4，本发明之半导体结构的加工装置之改质能量源20例如提供非均匀改质能量分布阵列120于半导体结构100之加工目标区110上，藉以使得半导体结构100之加工目标区110形成非均匀改质区130。改质能量源20选自于由一雷射源25、微波或射频源40之一微波源以及微波或射频源40之一射频源所组成之族群，用以提供改质能量予加工目标区110。此外，改质能量源20亦可为选用其他可形成非均匀改质能量分布(例如非均匀改质能量分布阵列)之能量源。

本发明之改质能量源20藉由在半导体结构100之加工目标区110上产生聚焦点以提供不均匀分布之改质能量予加工目标区110，故可在加工目标区110上产生非均匀改质能量分布阵列120。如图5、图6及图7所示，每个圆圈均代表改质能量源20所提供之改质能量之聚焦点，深色之圆圈113代表改质能量之数值较大，浅色之圆圈114代表改质能量之数值较小。其中，在此非均匀改质区130中，加工目标区110与晶格结构之至少一天然解理面140相交之重叠区段150(overlapped section)相较于加工目标区110之区域160(重叠区段150以外之位置)具有较低之改质程度，以减少半导体结构100产生由重叠区段150沿着天然解理面140延伸之侧向裂隙。

在单位面积之非均匀改质能量分布阵列120中，改质能量源20提供于加工目标区110与天然解理面140之重叠区段150上之第一改质能量值低于改质能量源20提供于重叠区段150以外之区域160之一第二改质能量值，如图5所示，以及/或者改质能量源20提供于加工目标区110与天然解理面140之重叠区段150上之一第一改质能量聚焦点数量低于改质能量源提供于重叠区段150以外之区域160之一第二改质能量聚焦点数量，如图6所示。本发明之非均匀改质能量分布阵列120之态样不限于上述举例，只要可使得加工目标区110与天然解理面140两者之相交处(即，重叠区段150)相较于加工目标区110之其他位置(即，区域160)具有较低之改质程度即可适用于本发明中。例如，半导体结构100之加工目标区110中之一位置之改质程度正相关于此位置与重叠区段150之间之距离。举例而言，在又一种可行之非均匀改质能量分布阵列120态样中，改质能量值及/或单位面积之改质能量聚焦点数量(即，聚焦点密度)对应于聚焦点及重叠区段150之间之距离，且可例如为渐进式(连续式)或阶段式(分级式)对应于聚焦点及重叠区段150之间之距离。例如，改质能量值及/或单位面积之改质能量聚焦点数量正相关于(例如，正比于)聚焦点与重叠区段150之间之距离，且例如为连续式或分级式正相关于(例如，正比于)聚焦点与重叠区段150之间之距离。意即，聚焦点与重叠区段150之间之距离越远，则可选择性地使得改质能量源20提供于半导体结构100之加工目标区110之改质能量值及/或单位面积之改质能量聚焦点数量越高。

本发明之半导体结构的加工装置及加工方法之另一项特色在于可藉由调整改质能量源20所提供之改质能量值以及/或者调整改质能量源20所提供之单位面积之改质能量聚焦点数量，以对应地调整加工目标区110上所形成之缺陷或破裂等改质现象之改质程度，例如降低加工目标区110上之重叠区段150(相交处)之改质程度或者是增加区域160(非相交处)之改质程度，而使得加工目标区110与天然解理面140两者之重叠区段150(相交处)相较于其他位置具有较低之改质程度。

如图7(a)及图7(b)所示，本发明之改质能量源20亦可使得调控路径X上之半导体结构100相较于天然解理面140之半导体结构100具有较高之改质程度。调控路径X可例如为位于加工目标区110上，甚至可位在半导体结构100上非平行于(或非重叠于)天然解理面140之任何位置上，调控路径X之数量可为一条或多条，调控路径X之形状可为直线、弧形线、曲折线或波浪线等，只要能够使得改质现象所引致之裂隙之生成方向避开对应于半导体结构100之晶格结构之天然解理面140就可适用于本发明中。

举例而言，上述之调控路径X可例如位于加工目标区110(即，后续之分离步骤中之预定分离面)上。因此，本发明之加工装置之改质能量源20可例如沿调控路径X使得加工目标区110之区域160相较于重叠区段150具有较高之改质程度，且调控路径X与重叠区段150之间呈一夹角A。夹角A例如大于0度，且夹角不大于90度。举例而言，夹角A可为45度，或夹角A可为30度或90度。以半导体结构100之加工目标区110(预定分离面)平行于(100)晶面且天然解理面140平行于[110]晶向或晶向为例，调控路径X与重叠区段150之间之夹角A1例如约为45度，如图8(a)所示。以半导体结构之加工目标区110(预定分离面)平行(111)晶面且天然解理面140平行于/>晶向、/>晶向或/>晶向为例，调控路径X与/>晶向之重叠区段150之间之夹角A2例如约为90度，调控路径X与/>晶向之重叠区段150之间之夹角A4例如约为30度，调控路径X与/>晶向之重叠区段150之间之夹角A3例如约为30度，如图8(b)所示。

因此，本发明之半导体结构的加工装置及加工方法之又一项特色在于可选择性使得加工目标区110沿着上述之调控路径X具有较高之改质程度。藉此，本发明可藉由调整及控制改质程度，达到导引及控制缺陷或破裂等改质现象所引致之裂隙之生成方向之效果。因此，有助于使得裂隙沿着调控路径X生成在加工目标区110(即，预定分离面)上，而非生成在天然解理面140上。

以雷射源25作为本发明之改质能量源20举例说明，雷射源25例如为，但不限于Nd:YAG脉冲雷射、Nd:YVO4脉冲雷射或Ti-Sapphire脉冲雷射。雷射源25所产生之脉冲光23(即，雷射光)扫描式照射半导体结构100之加工目标区110，藉以使得缺陷密度范围为约100ea/mm²至约1,000,000ea/mm²，其中脉冲光之移动速率范围为约10mm/sec至约1,000mm/sec，脉冲光波长约大于700nm，脉冲光波长范围较佳为约700nm至约1,600nm，脉冲宽度约小于1,000ns，重复频率(Repetition Frequency)范围为约5KHz至约10MHz，脉冲能量(PulseEnergy，E)范围例如为约0.1μJ至约1,000μJ，光点点径(Spot Diameter)范围例如为约0.5μm至约50μm。如图2及图3所示，雷射源25藉由雷射产生器22产生脉冲光23，且此脉冲光23经由透镜组24传递至半导体结构100上。由于雷射源之脉冲光23会在聚焦点形成非线性吸收效应及产生热效应，而形成热点(Hot Spot)，因此会造成聚焦点处之半导体结构100离子化产生自由电子，并且自由电子的能量也会转移至聚焦点处之半导体结构100而升高聚焦点之半导体结构100的温度，亦即会增加聚焦点之吸收系数，以吸收更多改质能量源20提供之改质能量，进而提升改质效果。所以，当雷射源25所产生之脉冲光23之聚焦点聚焦在半导体结构100之加工目标区110上时，就会提供改质能量予此半导体结构100之加工目标区110，使其产生原子键结弱化、结构弱化或由单晶型态转变成多晶型态或非晶型态、硬度降低等质变或缺陷现象等改质现象。

请参阅图9，并且请继续参阅图1以及图2至图8所示，图9绘示本发明之半导体结构的加工装置对半导体结构进行分离步骤之示意图。在进行加工程序之非均匀改质步骤S20之后，本发明之半导体结构的加工方法还可选择性对半导体结构100进行加工程序之分离步骤S30，用以分离或薄化半导体结构100。在分离步骤S30中，半导体结构的加工装置以分离能量源30施加分离能量于载台10上之半导体结构100之加工目标区110上。在分离步骤S30中，上述已形成非均匀改质区130之加工目标区110作为预定分离面，藉以从预定分离面分离或薄化半导体结构100。分离能量源30所施加之分离能量可利用加工目标区110与其他区域(即，非加工目标区)之应力、结构强度、晶格型态或硬度的差异，以沿着加工目标区110产生裂缝，进而将载台10上之半导体结构100分离或薄化成第一半部结构100a及第二半部结构100b。本发明所采用之分离能量源30选自于由雷射源25、微波源及射频源(微波或射频源40)所组成之族群，但不限于此。分离能量源30可为任何可产生分离能量之能量源，例如为可产生热能以作为分离能量之热源。除此之外，本发明之改质能量源20及分离能量源30可为相同能量源或不同能量源，例如分别选自于由雷射源25、微波源及射频源(微波或射频源40)所组成之族群。

上述之「分离或薄化」半导体结构100指例如从上述半导体结构100上移除(Removing)、分割(Separating)、切割(Cutting)或分裂(Splitting)、裁切(Slicing)出一部分材料或一片状结构，其中此部分材料或片状结构可选择性被回收或再利用。换言之，上述之分离或薄化后半导体结构100可能为单一加工后结构(即，第一半部结构100a或第二半部结构100b)或者为两个加工后结构(即后述之第一半部结构100a及第二半部结构100b)。上述之加工目标区110可依据制程所需，位在半导体结构100之任何深度或表面(不限于正表面或背表面)。因此，本发明之分离或薄化半导体结构100之厚度(即，第一半部结构100a及/或第二半部结构100b之厚度)可依据实际应用之制程需求而调整及变化，本发明并不局限于特定之厚度。

如同先前所述，本发明之改质能量源20使得加工目标区110(即，预定分离面)与天然解理面140之重叠区段150具有较低改质程度，在进行非均匀改质步骤S20时已可减少半导体结构100以重叠区段150作为起点产生沿着天然解理面140延伸之侧向裂隙。本发明在对半导体结构100之加工目标区110进行分离步骤S30时，更可进一步减少产生沿着天然解理面140延伸之侧向裂隙，故能较理想的从非均匀改质区130顺利将半导体结构100分离成第一半部结构100a及第二半部结构100b。

以分离能量源30为微波或射频源40为例，此微波或射频源40为微波源或射频源以输出微波或射频电磁波以提供微波或射频能量作为上述之分离能量，藉以利用非均匀改质区130(即，加工目标区110)与其他区域(即非加工目标区)之应力、结构强度、晶格型态或硬度的差异，对于微波或射频能量反应的不同，例如产生温度差异并引起热应力，故可从非均匀改质区130处分离或薄化半导体结构100，使得半导体结构10分离成第一半部结构100a及第二半部结构100b。微波或射频源40输出微波或射频以提供分离能量予半导体结构100之方向并无特别限定，其可从不同于(如图9(b)所示之相对侧)、相同于(如图9(a)所示之同一侧)或垂直于(如图9(c)所示)改质能量源20提供改质能量予半导体结构100之方向来提供微波或射频能量。此外，除了前述的相对侧方向、相同侧方向或垂直方向之外，微波或射频源40提供微波或射频能量之方向与雷射源25提供雷射能量之方向，也可以是呈一夹角，且此夹角介于约0度至约180度之间。

此外，本发明不局限于先使半导体结构10之加工目标区110全部形成有非均匀改质区130后，再施加分离能量于半导体结构10之非均匀改质区130上。亦即，不论半导体结构100之加工目标区110局部或全部形成有非均匀改质区130，本发明皆可施加分离能量予半导体结构10之非均匀改质区130上。

换言之，本发明之加工程序之非均匀改质步骤S20与分离步骤S30可为依序进行，例如利用非均匀改质步骤S20使得加工目标区110全部形成有非均匀改质区130之后，再进行分离步骤S30。本发明之加工程序之非均匀改质步骤S20与分离步骤S30亦可为同时进行，例如利用非均匀改质步骤S20使得加工目标区110部份形成有非均匀改质区130，即可进行分离步骤S20，藉以部份或全部分离或薄化半导体结构10。

在本发明中，载台10不限于固定式载台或移动式载台。改质能量源20亦不限于固定式或移动式设计。例如，本发明可利用移动式载台10水平式移动半导体结构100(如图2及图3下方的横向双箭头C1所示)或者是作为改质能量源20之雷射源25水平式移动脉冲光(如图2及图3上方的横向双箭头L1所示方向)，藉以使得脉冲光水平式扫描照射半导体结构100之加工目标区110。此外，本发明还可例如利用移动式载台10垂直式移动半导体结构100(即，改质能量源20纵向固定，而载台10纵向可移动，如图2及图3下方的纵向双箭头C2所示方向)或者是改质能量源20之雷射源25垂直式移动脉冲光(即，改质能量源20纵向可移动，如图2及图3上方的纵向双箭头L2所示方向，而载台10纵向固定)，藉以使得脉冲光垂直式扫描照射半导体结构100之加工目标区110。换言之，本发明可选择性在加工程序中依据半导体结构100之形态(例如外型)对应地上下调整改质能量源20所产生之聚焦点照射半导体结构100之深度，以达较佳改质效果。

另外，若半导体结构100之剖面呈翘曲形状，则本发明可透过调整聚焦点以沿着翘曲形状在半导体结构100的表面或深度X中形成上述之非均匀改质区130。本发明之雷射源25可例如以单一脉冲光形成单一聚焦点照射半导体结构100。而且，本发明也可例如以单一脉冲光形成复数个聚焦点照射半导体结构100，或者是例如以复数个脉冲光形成复数个聚焦点或单一聚焦点照射半导体结构100。其中，上述之复数个脉冲光可为具有相同波长或不同波长，藉以适用于不同之半导体材料。举例来说，雷射源25可以包含有两种波长以上的脉冲光，因此可依据不同成分的半导体结构来选择适合的雷射波长。此外，在其他实施态样中，上述之移动式载台10之移动方式也不限于垂直式移动或水平式移动半导体结构100，移动式载台10也可例如为转动式、倾斜式或其他方式移动半导体结构100，亦即只要能够调整脉冲光之聚焦点照射半导体结构100之位置，均可适用于本发明中。

另外，透过调整脉冲光之聚焦点照射半导体结构100之位置，可使得加工目标区110不限于全面式分布于半导体结构100之全部区域上，如图10(a)及图10(b)所示，加工目标区110亦可例如为仅分布于半导体结构100之部份径向截面及/或纵向截面，如图11(a)及图11(b)所示。举例来说，一个加工目标区110(见图10(a)及图10(b))或多个加工目标区110(见图11(a)及图11(b))可以是位于半导体结构100之部分区域，且加工目标区110之剖面形状并无特别限制，可依实际需求而定，举例来说可以如图10(a)及图10(b)所示地呈U字型，其中图10(b)为图10(a)中沿剖面线I-I’所得之剖面侧视图，而图11(b)为图11(a)中沿剖面线II-II’所得之剖面侧视图。

举例而言，改质能量源20(如，雷射源25)所提供之脉冲光可例如沿着晶圆或晶锭等晶体结构的径向截面或轴向截面之方向扫描以提供改质能量予半导体结构100，半导体结构100之质变或缺陷之分布方向平行于径向截面或轴向截面之方向，其中脉冲光沿着径向截面或轴向截面之方向扫描时之扫描路径并无特别限定，只要能够提供雷射能量予半导体结构100之加工目标区110，即可适用于本发明中。由于微波或射频电磁波可穿透晶圆/晶锭等半导体结构100，因此微波或射频源40可从平行于径向截面或轴向截面之方向、垂直于径向截面或轴向截面之方向或其他方向提供微波或射频电磁波，且均仅有产生质变或缺陷之半导体结构100(即非均匀改质区130)会吸收较多微波或射频能量。以微波或射频源40为提供微波之微波源为例，本发明之微波之波长范围为约1mm至约1m，频率范围为约300GHz至约0.3GHz，功率范围例如为约200瓦至约5,000瓦。本发明之雷射源25所输出之雷射能量不局限于高于、低于或等于微波或射频源40所输出之微波或射频能量。由于雷射源25以及微波或射频源40之设置方式及其运作原理为习知技术者所熟知，故本发明此处不再赘述。

此外，本发明之加工装置100更选择性例如包含一热源，用以进行一加热步骤S50，藉以在进行上述之加工程序之改质步骤S10、分离步骤S20及/或磨抛步骤S35的时候或是之后加热半导体结构100，可降低其材料脆性以及降低其分离面之粗糙度。热源可例如为改质能量源20之雷射源25、分离能量源20之微波或射频源40、放电加工(EDM)单元、另一雷射源或另一微波或射频源、加热液体槽及/或一红外光源之一者或多者。其中，在分离步骤S20中若同时以热源加热半导体结构100，则可提升半导体结构100之温度，且加热可在非均匀改质区130上产生更多自由电子，自由电子的产生相对于其他区域(非加工目标区)可吸收更多的微波能量，因而升高加工目标区110之非均匀改质区130之温度，又因温度升高有助于非均匀改质区130吸收更多改质能量以产生更多的自由电子，而吸收更多微波或射频辐射源所提供之电磁能量，故而形成正向循环。

除此之外，在进行上述的分离步骤S20时，半导体结构100之加工目标区110之周围(分离面)会产生深浅不一致的表面裂缝。因此，本发明还可选择性进行一填补步骤S70，例如利用一外力扰动源，例如超音波单元提供一超音波驱使填补材料填补加工目标区110之切割或薄化面上之表面裂缝，避免这些多余之表面裂缝持续扩大，不仅能够藉此强化其结构，还可藉此达到快速(甚至加快)进行分离步骤S20的功效。填补材料之成分可例如为Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、GaN或InP等材料，但不限于此，任何适合填补裂缝之材料，例如填补剂或涂胶均可适用于本发明中。超音波之频率范围例如为，但不限于约15KHz至约30KHz。此填补步骤S70可选择性在流体中进行，此流体例如为加热液体、水或空气等传导媒介，超音波可在流体中产生流体滴柱及冲击压力波，促使填补材料之材料颗粒嵌入加工目标区110之切割或薄化面上之表面裂缝。此外，本发明并不局限于特定构造之超音波单元，超音波单元提供超音波之方向也无特别限定，其可为任意方向，只要能够达成填补效果，即可适用于本发明中。

除此之外，如图2及图3所示，本发明之加工装置100更选择性例如包含一检测及控制单元90，用以在加工程序之检测及控制步骤S40中检测半导体结构100之非均匀改质区130之形成状态，例如藉由检测自由电子量得知其光电导衰减变化及缺陷生成状态，进而回馈控制雷射源25所提供之雷射能量及/或回馈控制微波或射频源40所提供之微波或射频能量，例如控制微波或射频源40所提供之微波或射频能量之大小、频率或加工进料速度等。

在进行上述之分离步骤S30之后，本发明还可选择性进行一磨抛步骤S35，藉以利用磨抛单元磨抛(研磨抛光)上述之分离或薄化后半导体结构100(例如第一半部结构100a及/或第二半部结构100b)。其中，磨抛单元可例如为改质能量源20之雷射源25、分离能量源30之微波或射频源40或放电加工(EDM)单元、另一雷射源、另一微波或射频源以及/或者加热液体槽之一者或多者，藉以利用雷射能量、放电能量或微波或射频能量磨抛上述之分离或薄化后半导体结构(例如第一半部结构100a或者是第一半部结构100a及第二半部结构100b)以降低切割或薄化面之表面粗糙度。其中，上述之检测及控制步骤S40例如可在进行非均匀改质步骤S20、分离步骤S30及/或磨抛步骤S35的时候或者之后，甚至之前进行。

在进行上述的分离步骤S30或磨抛步骤S35之后，本发明甚至还可包含进行一或多个后续步骤S60，上述之后续步骤S60例如选自于由镀膜步骤、气相沉积步骤、黄光步骤、微影步骤、蚀刻步骤及扩散步骤所组成之族群。由于后续步骤S60之选用依据实际半导体制程之需求而定，故此处不另赘述。

综上所述，本发明之半导体结构的加工装置、加工方法及半导体结构，至少具有以下优点：

(1)改质能量源在半导体结构之加工目标区上形成非均匀之改质能量分布阵列，使得加工后之半导体结构之加工目标区与天然解理面两者之相交处相较于加工目标区之其他位置具有较低之改质程度，可降低沿着天然解理面生成之侧向裂隙。

(2)可藉由调整改质能量源所提供之改质能量值以及/或者调整改质能量源所提供之单位面积之改质能量聚焦点数量，以对应地调整加工目标区上所形成之缺陷或破裂等改质现象之改质程度，并减少加工后之半导体结构产生沿着天然解理面延伸之侧向裂隙。

(3)可使得加工目标区沿着调控路径具有较高之改质程度，有助于使得裂隙沿着调控路径生成在加工目标区上，而非生成在天然解理面上，以减少加工后之半导体结构产生沿着天然解理面延伸之侧向裂隙。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应包含于后附之权利要求书中。

Claims (17)

1.一种半导体结构的加工装置，用以进行一加工程序，其特征在于，至少包含：

一载台，用以承载一半导体结构，该半导体结构具有一晶格结构，该半导体结构定义有一加工目标区；以及

一改质能量源，用以在该加工程序之一非均匀改质步骤中，提供一非均匀改质能量分布阵列于该载台上之该半导体结构之该加工目标区上，使得该半导体结构之该加工目标区形成一非均匀改质区，其中在该非均匀改质区中，该加工目标区与该晶格结构之至少一天然解理面相交之一重叠区段相较于该重叠区段以外之一区域具有一较低之改质程度，以减少该半导体结构产生由该重叠区段沿着该天然解理面延伸之侧向裂隙。

2.如权利要求1所述之半导体结构的加工装置，其特征在于，其中在单位面积之该非均匀改质能量分布阵列中，该改质能量源提供于该加工目标区与该天然解理面之该重叠区段上之一第一改质能量值低于该改质能量源提供于该加工目标区上该重叠区段以外之该区域之一第二改质能量值，以及/或者该改质能量源提供于该加工目标区与该天然解理面之该重叠区段上之一第一改质能量聚焦点数量低于该改质能量源提供于该加工目标区上之该重叠区段以外之该区域之一第二改质能量聚焦点数量。

3.如权利要求1所述之半导体结构的加工装置，其特征在于，其中该改质能量源沿一调控路径使得该加工目标区之该重叠区段以外之该区域相较于该重叠区段具有一较高之改质程度，其中该调控路径与该重叠区段之间呈一夹角。

4.如权利要求1所述之半导体结构的加工装置，其特征在于，其中该半导体结构之该加工目标区中之一位置之改质程度正相关于该位置与该重叠区段之间之距离。

5.如权利要求1、2、3或4所述之半导体结构的加工装置，其特征在于，其中该改质能量源选自于由一雷射源、一微波源及一射频源所组成之族群。

6.如权利要求1所述之半导体结构的加工装置，其特征在于，还包括一分离能量源，用以在该加工程序之一分离步骤中施加一分离能量于该半导体结构之该加工目标区上，藉以从该非均匀改质区分离该载台上之该半导体结构。

7.如权利要求1所述之半导体结构的加工装置，其特征在于，其中该半导体结构为一晶圆或一晶锭。

8.如权利要求1所述之半导体结构的加工装置，其特征在于，其中该半导体结构为一绝缘层上半导体结构之一晶圆。

9.如权利要求8所述之半导体结构的加工装置，其特征在于，其中该改质能量源于该晶圆之一深度形成该非均匀改质区。

10.如权利要求1所述之半导体结构的加工装置，其特征在于，其中该半导体结构之该加工目标区为一预定分离面。

11.一种半导体结构，该半导体结构具有一晶格结构，该半导体结构定义有一加工目标区，其特征在于，该半导体结构之该加工目标区上形成有一非均匀改质区，其中在该非均匀改质区中，该加工目标区与该晶格结构之一天然解理面相交之一重叠区段相较于该重叠区段以外之一区域具有一较低之改质程度，以减少该半导体结构产生由该重叠区段沿着该天然解理面延伸之侧向裂隙。

12.一种半导体结构的加工方法，用以进行一加工程序，其特征在于，至少包含下列步骤：

提供一半导体结构，该半导体结构承载于一载台上，该半导体结构具有一晶格结构，该半导体结构定义有一加工目标区；以及

进行该加工程序之一非均匀改质步骤，藉以利用一改质能量源提供一非均匀改质能量分布阵列于该半导体结构之该加工目标区上，使得该半导体结构之该加工目标区形成一非均匀改质区，其中在该非均匀改质区中，该加工目标区与该晶格结构之一天然解理面相交之一重叠区段相较于该重叠区段以外之一区域具有一较低之改质程度，以减少该半导体结构产生由该重叠区段沿着该天然解理面延伸之侧向裂隙。

13.如权利要求12所述之半导体结构的加工方法，其特征在于，其中在单位面积之该非均匀改质能量分布阵列中，该改质能量源提供于该加工目标区与该天然解理面之该重叠区段上之一第一改质能量值低于该改质能量源提供于该加工目标区上该重叠区段以外之该区域之一第二改质能量值，以及/或者该改质能量源提供于该加工目标区与该天然解理面之该重叠区段上之一第一改质能量聚焦点数量低于该改质能量源提供于该加工目标区上之该重叠区段以外之该区域之一第二改质能量聚焦点数量。

14.如权利要求12所述之半导体结构的加工方法，其特征在于，其中该改质能量源沿一调控路径使得该加工目标区之该重叠区段以外之该区域相较于该重叠区段具有一较高之改质程度，其中该调控路径与该重叠区段之间呈一夹角。

15.如权利要求12所述之半导体结构的加工方法，其特征在于，还包括进行该加工程序之一分离步骤，该分离步骤施加一分离能量于该半导体结构之该加工目标区上，藉以从该非均匀改质区分离该载台上之该半导体结构。

16.如权利要求12所述之半导体结构的加工方法，其特征在于，其中该半导体结构为一晶圆或一晶锭。

17.如权利要求12所述之半导体结构的加工方法，其特征在于，其中该半导体结构为一绝缘层上半导体结构之一晶圆。