TW201942962A - 晶圓切割方法 - Google Patents

Abstract

一種晶圓切割方法，包括以下步驟。在晶圓的表面上形成光阻層。將雷射整形成線型光束。使用線型光束照射光阻層與晶圓，以在光阻層中形成溝槽，且同時在晶圓中形成內部改質區，其中內部改質區位在溝槽下方。進行蝕刻製程，以移除溝槽下方的包括內部改質區的部分晶圓，而將晶圓切開。

Description

晶圓切割方法

本揭露是有關於一種切割方法，且特別是有關於一種晶圓切割方法。

因應電子產品輕薄化與高強度需求，開發多層或薄化材料製程刻不容緩，尤其是金屬、半導體與介電材料等多層材料組成的晶圓，現有晶圓切割方式無法滿足此類晶圓的需求。舉例來說，機械加工(刀輪)設備便宜，但因切割接觸力，易產生基板材料破裂與崩角；雷射切割精度高，但傳統雷射切割加工受到熱效應影響而造成晶粒強度降低；單以電漿蝕刻進行切割加工，需搭配光阻的曝光顯影且具有難以蝕刻金屬層的問題。

因此，晶圓切割製程面臨瓶頸，發展新的晶圓切割製程技術為目前的重要課題。

本揭露提供一種晶圓切割方法，其可有效地切割晶圓。

本揭露提出一種晶圓切割方法，包括以下步驟。在晶圓的表面上形成光阻層。將雷射整形成線型光束(vertical line beam)。使用線型光束照射光阻層與晶圓，以在光阻層中形成溝槽，且同時在晶圓中形成內部改質區(internal modification zone)，其中內部改質區位在溝槽下方。進行蝕刻製程，以移除溝槽下方的包括內部改質區的部分晶圓，而將晶圓切開。

基於上述，由於本揭露所提出的晶圓切割方法藉由線型光束同時形成光阻層中的溝槽與晶圓中的內部改質區，所以不需使用曝光顯影製程即可在光阻層中定義出溝槽，且內部改質區有助於提升蝕刻製程的移除率，因此可有效地切割晶圓。此外，本揭露所提出的晶圓切割方法屬於非接觸加工，因此可防止破裂與崩角的情況產生。

為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為本揭露一實施例的晶圓切割方法的流程圖。圖2A至圖2E為本揭露一實施例的晶圓切割製程的剖面圖。

請參照圖1與圖2A，進行步驟S100，在晶圓100的表面上形成光阻層102。晶圓100的材料例如是矽(Si)、藍寶石(sapphire)、碳化矽(SiC)、玻璃(glass)或熔融二氧化矽(fused silica)。光阻層102的材料例如是正光阻材料或二氧化矽(SiO2)。光阻層102的形成方法例如是旋轉塗佈法或化學氣相沉積法(CVD)。

此外，晶圓100的表面可為晶圓100的正面S1或背面S2。晶圓100的正面S1可為具有積體電路(IC)的表面，且背面S2為正面S1的相對面。在此實施例中，是以從晶圓100的正面S1進行切割製程為例來進行說明，因此將光阻層102形成在晶圓100的正面S1上，但本揭露並不以此為限。在另一實施例中，亦可從晶圓100的背面S2進行切割製程，而將光阻層102形成在晶圓100的背面S2上。

請參照圖1與圖2B，進行步驟S102，將雷射整形成線型光束104。雷射的波長例如是可使線型光束104穿透或半穿透晶圓100的波長。此外，所選用的雷射的波長範圍會根據晶圓100的材料類型而有所不同。舉例說明如下，在晶圓100的材料為矽的情況下，雷射的波長可為1500奈米至6500奈米。在晶圓100的材料為藍寶石的情況下，雷射的波長可為250奈米至5000奈米。在晶圓100的材料為碳化矽的情況下，雷射的波長可為350奈米至1100奈米。在晶圓100的材料為玻璃的情況下，雷射的波長為350奈米至2600奈米。在晶圓100的材料為熔融二氧化矽的情況下，雷射的波長為200奈米至2600奈米。此外，雷射的脈衝寬度例如是1飛秒(fs)至100皮秒(ps)。

線型光束104例如是多焦點光束(multifocus beam)、絲化光束(filamentation beam)、細長化光束(elongated beam)或貝索光束(Bessel beam)。多焦點光、細長化光束與貝索光束是藉由側向入射的機制形成線型光束，而絲化光束是藉由控制脈衝寬度與能量的物理機制來形成線型光束。

請參照圖1、圖2B與圖2C，進行步驟S104，使用線型光束104照射光阻層102與晶圓100(圖2B)，以在光阻層102中形成溝槽106，且同時在晶圓100中形成內部改質區108(圖2C)，其中內部改質區108位在溝槽106下方。亦即，可藉由進行一次線型光束104的照射，而同時形成光阻層102中的溝槽106與晶圓100中的內部改質區108。光阻層102中的溝槽106亦可稱為切割道(scribe line)。內部改質區108的厚度例如是等於晶圓100的厚度。

詳細來說，在藉由線型光束104照射光阻層102之後，照射到線型光束104的光阻層102會被移除，而在光阻層102中形成溝槽106，因此不需使用曝光顯影製程即可在光阻層102中定義出溝槽106。此外，光阻層102的溝槽106可暴露出待移除的內部改質區108。如此一來，在後續蝕刻製程中，光阻層102可對其所覆蓋的晶圓100進行保護，且移除由溝槽106所暴露出的內部改質區108。

另一方面，在藉由線型光束104照射晶圓100之後，內部改質區108中的材料會進行改質。詳細而言，內部改質區108的改質機制是藉由線型光束104激發出高動能的自由電子，接著進行熱電子轉移，而將熱能傳遞到內部改質區108的材料中，以進行改質。舉例來說，上述改質機制可使內部改質區108中的材料的晶格改變(如，單晶變成多晶或非晶)、產生空孔或裂縫等，而有助於在後續蝕刻製程中移除內部改質區108。

請參照圖1、圖2D與圖2E，進行步驟S106，進行蝕刻製程110，以移除溝槽106下方的包括內部改質區108的部分晶圓100，而將晶圓100切開(圖2D)。由於在內部改質區108中的材料已進行改質，因此有助於提升蝕刻製程110的移除率，進而可有效地對晶圓100進行切割(圖2E)。蝕刻製程110例如是乾式蝕刻製程或濕式蝕刻製程。乾式蝕刻製程例如是電漿蝕刻製程。

在此實施例中，蝕刻製程110是以電漿蝕刻製程為例來進行說明。使用線型光束104形成內部改質區108可彌補電漿蝕刻製程無法蝕刻金屬層的問題，且能夠增加電漿蝕刻製程的移除率。另一方面，透過電漿蝕刻製程可消除藉由線型光束104加工後殘留在側壁上的應力，進而增加晶粒強度。

基於上述實施例可知，由於上述晶圓切割方法藉由線型光束104同時形成光阻層102中的溝槽106與晶圓100中的內部改質區108，所以不需使用曝光顯影製程即可在光阻層102中定義出溝槽106，且內部改質區108有助於提升蝕刻製程110的移除率，因此可有效地切割晶圓100。此外，上述實施例的晶圓切割方法屬於非接觸加工，因此可防止破裂與崩角的情況產生。

＜實驗例＞

＜實施例1~7與比較例＞

＜光阻塗佈＞以旋轉塗佈法在材料為矽的晶圓上塗佈光阻層。光阻層的材料為AZ1505。

＜雷射光束＞

將雷射整型成貝索光束(Bessel beam)(線型光束)。實施例1~7與比較例中所使用的雷射的參數條件如下表1所示。

表1

＜形成切割道與內部改質區＞

將實施例1~7與比較例的雷射光束照射在塗佈有光阻層的晶圓上，同時進行雷射表面劃線(laser surface scribing)與雷射內部改質(laser internal modification)，而在光阻層中形成切割道(溝槽)，且同時在切割道下方的晶圓中形成內部改質區。

圖3為本揭露實驗例2的塗佈有光阻層的晶圓經雷射光束照射後的掃描式電子顯微鏡的照片圖。如圖3所示，可清楚地看到實施例2的光阻層中的切割道與晶圓中的內部改質區。

＜蝕刻製程＞

對晶圓進行電漿蝕刻製程。在電漿蝕刻製程中，由於在切割道的位置未被光阻層遮蔽，因此電漿會蝕刻位於切割道下方的包括內部改質區的部分晶圓。

在實施例1~7與比較例中，為了比較實施例1~7與比較例在相同電漿蝕刻條件下的移除率，因此未將晶圓完全切穿。

＜實驗結果＞

圖4至圖5為本揭露的實驗例1~7與比較例的晶圓切割結果的掃描式電子顯微鏡的照片圖。

由圖4至圖5可知，在相同電漿蝕刻條件下，具有內部改質區的實驗例1~7的蝕刻深度比不具有內部改質區的比較例來的深。此外，實驗例1~7具有較平整的蝕刻輪廓。

綜上所述，由於上述實施例的晶圓切割方法藉由線型光束同時形成光阻層中的溝槽與晶圓中的內部改質區，所以不需使用曝光顯影製程即可在光阻層中定義出溝槽，且內部改質區有助於提升蝕刻製程的移除率，因此可有效地切割晶圓。此外，上述實施例的晶圓切割方法屬於非接觸加工，因此可防止破裂與崩角的情況產生。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧晶圓

102‧‧‧光阻層

104‧‧‧線型光束

106‧‧‧溝槽

108‧‧‧內部改質區

110‧‧‧蝕刻製程

S1‧‧‧正面

S2‧‧‧背面

S100、S102、S104、S106‧‧‧步驟

圖1為本揭露一實施例的晶圓切割方法的流程圖。 圖2A至圖2E為本揭露一實施例的晶圓切割製程的剖面圖。 圖3為本揭露實驗例2的塗佈有光阻層的晶圓經雷射光束照射後的掃描式電子顯微鏡的照片圖。 圖4至圖5為本揭露的實驗例1~7與比較例的晶圓切割結果的掃描式電子顯微鏡的照片圖。

Claims (10)

1. 一種晶圓切割方法，包括： 在晶圓的表面上形成光阻層； 將雷射整形成線型光束； 使用所述線型光束照射所述光阻層與所述晶圓，以在所述光阻層中形成溝槽，且同時在所述晶圓中形成內部改質區，其中所述內部改質區位在所述溝槽下方；以及 進行蝕刻製程，以移除所述溝槽下方的包括所述內部改質區的部分該晶圓，而將所述晶圓切開。
2. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓切割方法，其中所述表面包括正面。
3. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓切割方法，其中所述表面包括背面。
4. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓切割方法，其中所述晶圓的材料包括矽、藍寶石、碳化矽、玻璃或熔融二氧化矽。
5. 如申請專利範圍第4項所述的晶圓切割方法，其中 在所述晶圓的材料為矽的情況下，所述雷射的波長為1500奈米至6500奈米， 在所述晶圓的材料為藍寶石的情況下，所述雷射的波長為250奈米至5000奈米， 在所述晶圓的材料為碳化矽的情況下，所述雷射的波長為350奈米至1100奈米， 在所述晶圓的材料為玻璃的情況下，所述雷射的波長為350奈米至2600奈米，且 在所述晶圓的材料為熔融二氧化矽的情況下，所述雷射的波長為200奈米至2600奈米。
6. 申請專利範圍第1項所述的晶圓切割方法，其中所述雷射的脈衝寬度為1飛秒至100皮秒。
7. 申請專利範圍第1項所述的晶圓切割方法，其中所述雷射的波長為使所述線型光束穿透或半穿透所述晶圓的波長。
8. 申請專利範圍第1項所述的晶圓切割方法，其中所述線型光束包括多焦點光束、絲化光束、細長化光束或貝索光束。
9. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓切割方法，其中所述內部改質區的厚度等於所述晶圓的厚度。
10. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓切割方法，其中所述蝕刻製程包括乾式蝕刻製程或濕式蝕刻製程。