TW202341273A - 利用主動聚焦雷射束雷射劃刻處理及電漿蝕刻處理的混合式晶圓切割方案 - Google Patents

利用主動聚焦雷射束雷射劃刻處理及電漿蝕刻處理的混合式晶圓切割方案 Download PDF

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Abstract

描述了切割半導體晶圓的方法，每個晶圓具有複數個積體電路。在一個範例中，對具有複數個積體電路的半導體晶圓進行切割的方法涉及在半導體晶圓上方形成遮罩，該遮罩由覆蓋並保護積體電路的層組成。接著利用主動聚焦雷射束雷射劃刻處理對遮罩進行圖案化，以提供具有間隙的圖案化的遮罩，從而暴露出積體電路之間的半導體晶圓的區域。接著，透過圖案化的遮罩中的間隙對半導體晶圓進行電漿蝕刻，以對積體電路切單。

Description

利用主動聚焦雷射束雷射劃刻處理及電漿蝕刻處理的混合式晶圓切割方案
本揭露的實施例係關於半導體處理的領域，並且具體而言，涉及切割半導體晶圓的方法，每個晶圓在其上具有複數個積體電路。
在半導體晶圓處理中，在由矽或其他半導體材料組成的晶圓（也稱為基板）上形成積體電路。大體上，利用半導、導電、或絕緣的各種材料的層來形成積體電路。使用各種為人熟知的處理對這些材料進行摻雜、沉積、和蝕刻，以形成積體電路。對每個晶圓進行處理以形成大量的單獨區域，其包含被稱為晶粒的積體電路。
在積體電路形成處理之後，將晶圓「切割（diced）」以將各別晶粒彼此分開，以用於封裝或在較大的電路中以未封裝的形式使用。用於晶圓切割的兩種主要技術是劃刻（scribing）和鋸切（sawing）。透過劃刻，將鑽石尖端的劃片沿著預先形成的劃刻線在晶圓表面上移動。這些劃刻線沿著晶粒之間的空間延伸。這些空間通常稱為「道（streets）」。鑽石劃片沿著道在晶圓表面形成劃痕。在施加壓力時，例如透過輥子，晶圓沿劃刻線分開。晶圓中的斷裂遵循晶圓基板的晶格結構。劃刻可用於厚度約10 mils（千分之一英寸）或更小的晶圓。對於較厚的晶圓，目前鋸切是切割的較佳方法。
透過鋸切，以每分鐘高轉數旋轉的鑽石尖端鋸片接觸晶圓表面，並沿著道鋸切晶圓。晶圓被安裝在諸如跨膜框架拉伸的黏合膜之類的支撐構件上，並且將鋸反覆施加到垂直和水平道兩者上。劃刻或鋸切的一個問題是，切屑（chips）和挖痕（gouges）會沿著晶粒的邊緣形成。此外，裂縫可能形成並從晶粒的邊緣擴散到基板中，並使積體電路無法工作。利用劃刻，碎裂和破裂特別是問題，因為在晶體結構的＜110＞方向上只能劃出正方形或矩形晶粒的一側。因此，切割晶粒的另一側導致鋸齒狀的分離線。由於碎裂和破裂，在晶圓上的晶粒之間需要額外的間隔以防止對積體電路的損壞，例如，將切屑和裂縫保持在距實際積體電路一定的距離處。由於間隔的要求，在標準尺寸的晶圓上不能形成那麼多的晶粒，並且浪費了原本可用於電路的晶圓占地空間。鋸的使用加劇了半導體晶圓上的占地空間的浪費。鋸的刀片約為15微米厚。如此，為了確保圍繞鋸所造成的切口的破裂和其他損傷不會損害積體電路，通常必須以三至五百微米分開每個晶粒的電路。此外，切割後，每個晶粒都需要進行徹底的清潔，以去除鋸切處理中產生的顆粒和其他污染物。
也使用了電漿切割，但也可能有局限性。例如，妨礙電漿切割的實施的一種限制可能是成本。用於圖案化光阻劑的標準微影操作可能使實施成本過高。可能妨礙電漿切割的實施的另一限制是，沿著道切割時對常見的金屬（例如銅）進行電漿處理會產生生產問題或產量限制。
本揭露的實施例包括用於切割半導體晶圓的方法和設備。
在一個實施例中，對具有複數個積體電路的半導體晶圓進行切割的方法涉及在半導體晶圓上方形成遮罩，該遮罩由覆蓋並保護積體電路的層組成。接著利用主動聚焦雷射束雷射劃刻處理對遮罩進行圖案化，以提供具有間隙的圖案化的遮罩，從而暴露出積體電路之間的半導體晶圓的區域。接著，透過圖案化的遮罩中的間隙對半導體晶圓進行電漿蝕刻，以對積體電路切單。
在另一實施例中，一種對包括複數個積體電路的半導體晶圓進行切割的方法涉及以主動聚焦雷射束雷射劃刻處理對半導體晶圓進行雷射劃刻，以切單積體電路。
在另一實施例中，一種用於對具有複數個積體電路的半導體晶圓進行切割的系統，該系統包括工廠介面。該系統亦包括雷射劃刻設備，其與工廠介面耦接並具有雷射組件，雷射組件經配置以提供主動聚焦的雷射束。該系統亦包括電漿蝕刻腔室，其與工廠介面耦接。
描述了切割半導體晶圓的方法，每個晶圓在其上具有複數個積體電路。在以下描述中，闡述了許多具體細節，例如主動聚焦的雷射束雷射劃刻方法以及電漿蝕刻條件和材料方案，以便提供對本揭露的實施例的透徹理解。對於所屬技術領域具有通常知識者將顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節的情況下實施本揭露的實施例。在其他情況中，未詳細描述諸如積體電路製造的為人熟知的態樣，以免不必要地模糊了本揭露的實施例。此外，應理解，於圖式中所示的各種實施例為說明性的表示，且並不一定按照比例繪製。
可以實施涉及初始雷射劃刻和隨後的電漿蝕刻的混合晶圓或基板切割處理，以進行晶粒切單（sigulation）。雷射劃刻處理可用於乾淨地去除遮罩層、有機和無機介電層、以及元件層。接著可以在晶圓或基板的暴露或部分蝕刻時終止雷射蝕刻處理。接著可以利用切割處理的電漿蝕刻部分來蝕刻穿過大塊的晶圓或基板，例如穿過大塊單晶矽，以產生晶粒或晶片切單或分割。更具體地，一或多個實施例涉及實施用於例如切割應用的主動聚焦的雷射束雷射劃刻處理。
描述了使用混合雷射劃刻和電漿蝕刻方法的用於晶圓切割的主動聚焦雷射束。可以實施本文描述的實施例以提供主動雷射束聚焦控制，以補償雷射切割處理中的卡盤變化。可以實施本文描述的實施例以提供主動雷射束聚焦控制，以補償雷射切割處理中的基板厚度變化。可以實施用於雷射切割的主動雷射束聚焦控制的實施例。在一個實施例中，透鏡的主動位置控制用於在雷射切割處理中聚焦雷射束。
為了提供背景資訊，在雷射切割處理中使用雷射束的固定焦點位置可能會導致劃刻輪廓，由於因為切割系統中的組裝公差而發生的卡盤表面的平整度或調平偏移所導致的卡盤和/或基板表面的變化，劃刻輪廓可能不理想。在切割處理中，還沒有已知的主動控制雷射聚焦的方法。
實施本文描述的一或多個實施例的優點可包括以下一或多項：  （1）整個晶圓上的劃刻輪廓的均勻性提高；（2）切口寬度更小；（3）晶圓良率更高；和/或（4）晶圓上的晶粒密度增加。此外，在晶圓翹曲的情況下，本文描述的方法可以用於在卡盤（和/或基板）上映射翹曲並調整雷射聚焦以補償翹曲，從而在翹曲的晶圓和/或翹曲的支撐表面上達到均勻的劃線。
可以實施本揭露的實施例以在雷射切割處理中主動控制用於切割矽基板的雷射束的焦點位置。在一個實施例中，首先透過在固定的高精度雷射位移感測器下在多個位置移動卡盤來製作矽基板卡盤的地形圖。接著，使用地形圖資料以在劃刻期間主動控制雷射聚焦透鏡位置。在一些情況下，晶圓會翹曲。代替地，可以在劃刻之前為每個晶圓產生翹曲圖，或也可以類似地為每個晶圓產生翹曲圖，以在翹曲的晶圓上產生乾淨且均勻的劃線。實施例可包括主動雷射聚焦控制、卡盤水平映射、或翹曲晶圓映射中的一或多個。應理解，由於雷射劃刻的開口形狀跟隨的蝕刻輪廓可以透過劃刻品質來判定，因此如果劃刻處理涉及如本文所述的主動雷射聚焦，則在電漿切割處理中可以改善蝕刻速率和輪廓均勻性。
為了提供進一步的背景資訊，在涉及初始雷射劃刻和隨後對塗覆的晶圓進行電漿蝕刻的混合晶圓或基板切割處理中，可以應用飛秒雷射來去除切割道上的遮罩和元件層，直到矽基板暴露為止。隨後進行電漿蝕刻以分離晶粒以實現晶粒切單。通常，非主動聚焦束用於飛秒雷射劃刻處理。然而，非主動聚焦束可能會限制處理靈活性和/或溝槽輪廓控制。
根據本揭露的一或多個實施例，劃刻雷射束被主動聚焦以改善混合雷射切割中的雷射劃刻處理。這樣，在本揭露的一個態樣中，可以將主動聚焦雷射束雷射劃刻處理與電漿蝕刻處理的結合用於將半導體晶圓切割成切單的積體電路。第1圖是根據本揭露的實施例，表示在對包括複數個積體電路的半導體晶圓進行切割的方法中的操作的流程圖100。第2A圖至第2C圖示出了根據本揭露的實施例，在實行對應於流程圖100的操作的切割半導體晶圓的方法期間，包括複數個積體電路的半導體晶圓的剖視圖。
參照流程圖100的操作102以及相對應的第2A圖，在半導體晶圓或基板204上方形成遮罩202。遮罩202由覆蓋和保護形成在半導體晶圓204的表面上的積體電路206的層組成。遮罩202亦覆蓋形成在每個積體電路206之間的中間道207。
根據本揭露的實施例，形成遮罩202包括形成諸如但不限於光阻劑層或I線圖案層的層。例如，諸如光阻劑層的聚合物層可以由另外適合於光刻處理的材料組成。在一個實施例中，光阻劑層由正性光阻劑材料組成，例如但不限於，248奈米（nm）光阻劑、193nm光阻劑、157nm光阻劑、極紫外光（ EUV）光阻劑、或具有重氮萘醌敏化劑的酚醛樹脂基質。在另一實施例中，光阻劑層由負性光阻劑材料組成，例如但不限於，聚順式異戊二烯（poly-cis-isoprene）和聚肉桂酸乙烯酯（poly-vinyl-cinnamate）。
在另一實施例中，形成遮罩202涉及形成在電漿沉積處理中沉積的層。例如，在一個這樣的實施例中，遮罩202由電漿沉積的鐵弗龍（Teflon）或類鐵弗龍（聚合CF 2）層組成。在一個具體的實施構例中，聚合CF 2層在涉及氣體C 4F 8的電漿沉積處理中沉積。
在另一實施例中，形成遮罩202涉及形成水溶性遮罩層。在一個實施例中，水溶性遮罩層易於溶解在水性介質中。例如，在一個實施例中，水溶性遮罩層由可溶於鹼性溶液、酸性溶液、或去離子水中的一或多種的材料組成。在一個實施例中，水溶性遮罩層在暴露於加熱處理例如在大約攝氏50-160度範圍內加熱時保持其水溶性。例如，在一個實施例中，水溶性遮罩層在暴露於雷射和電漿蝕刻切單處理中使用的腔室條件下之後可溶於水溶液。在一個實施例中，水溶性遮罩層由例如但不限於聚乙烯醇、（polyvinyl alcohol）、聚丙烯酸（polyacrylic acid）、葡聚醣（dextran）、聚甲基丙烯酸（polymethacrylic acid）、聚乙烯亞胺（polyethylene imine）、或聚環氧乙烷（polyethylene oxide）的材料組成。在特定的實施構例中，水溶性遮罩層在水溶液中的蝕刻速率約為每分鐘1-15微米的範圍內，更特定地，約為每分鐘1.3微米。
在另一實施例中，形成遮罩202涉及形成UV可固化遮罩層。在一個實施例中，遮罩層對UV光具有敏感性，該敏感性使UV可固化層的黏著性降低至少約80％。在一個這樣的實施例中，UV層由聚氯乙烯（polyvinyl chloride）或丙烯酸基（acrylic-based）材料組成。在一個實施例中，UV可固化層由具有在暴露於UV光時變弱的黏著特性的材料或材料堆疊組成。在一個實施例中，UV可固化的黏著膜對大約365nm的UV光敏感。在一個這樣的實施例中，這種敏感性使得能夠使用LED光來實行固化。
在一個實施例中，半導體晶圓或基板204由適合於經受製造處理的材料組成，並且可以在其上適當地佈置半導體處理層。例如，在一個實施例中，半導體晶圓或基板204由基於IV族的材料組成，例如但不限於晶體矽、鍺、或矽/鍺。在特定實施例中，提供半導體晶圓204包括提供單晶矽基板。在特定實施例中，單晶矽基板摻雜有雜質原子。在另一實施例中，半導體晶圓或基板204由III-V族材料組成，例如，用於製造發光二極體（LEDs）的III-V族材料基板。
在一個實施例中，作為積體電路206的一部分，半導體晶圓或基板204具有佈置在其上或其中的半導體元件的陣列。此半導體元件的範例包括，但不限於，記憶體元件或互補金屬氧化物半導體（CMOS）電晶體，該電晶體製造於矽基板中並封裝在介電層中。複數個金屬互連可以形成在元件或電晶體上方以及周圍的介電層中，並且可用於電耦接元件或電晶體以形成積體電路206。組成道207的材料可以與用於形成積體電路206的材料相似或相同。例如，道207可以由介電材料、半導體材料、和金屬化的層組成。在一個實施例中，一或多個道207包括類似於積體電路206的實際元件的測試元件。
參照流程圖100的操作104，以及相對應的第2B圖，利用主動聚焦的雷射束雷射劃刻處理對遮罩202進行圖案化，以提供具有間隙210的圖案化遮罩208，從而暴露出積體電路206之間的半導體晶圓或基板204的區域。如此，使用雷射劃刻處理來去除最初形成在積體電路206之間的道207的材料。根據本揭露的實施例，如第2B圖所示，利用主動聚焦雷射束雷射劃刻處理來圖案化遮罩202包括部分地在積體電路206之間的半導體晶圓204的區域中形成溝槽212。
為了比較的目的，作為不實施雷射束的主動聚焦校正的範例情況，第3圖示出了非主動聚焦雷射束雷射劃刻處理的剖視圖。
參照第3圖，卡盤300在其上具有基板302。雷射光學件304位於基板302上方。在位置A處，雷射束306A由雷射光學件304提供並入射到基板302的表面位置308A。由於卡盤表面300上的起伏，例如，由於基板302或卡盤300的不均勻地貌，在此情況下為波谷或低點，雷射束306A在位置308A處失焦。在位置B處，雷射束306B由雷射光學件304提供並入射到基板302的表面位置308B。雷射束306B在位置308B處聚焦，因為位置308B恰好是從雷射光學件304聚焦入射雷射束（例如306B）的目標位置。在位置C，從雷射光學器件304提供雷射束306C，並且雷射束306C入射在基板302的表面位置308C處。由於卡盤表面300上的起伏，例如，由於基板302或卡盤300的不均勻地貌，在此情況下為波峰或高點，雷射束306C在位置308C處失焦。更一般地，參照第3圖，如果僅在一個點實行聚焦，則晶圓302或卡盤300的頂表面具有一些起伏，造成來自光學件304的雷射在多個位置失焦（應理解，起伏可由卡盤翹曲和/或晶圓翹曲造成）。
與第3圖相反，作為實施雷射束的主動聚焦校正的範例情況，第4圖示出了根據本揭露的實施例的主動聚焦雷射束雷射劃刻處理的剖視圖。
參照第4圖，卡盤400在其上具有基板402。雷射光學件404位於基板402上方。在位置A處，雷射束406A由雷射光學件404提供並入射到基板402的表面位置408A。即使在卡盤表面400上存在起伏，例如，由於基板402或卡盤400的不均勻地貌，在此情況下為波谷或低點，雷射束406A也聚焦在位置408A處。由於雷射光學件被定位在基板402上方的相對較低的位置處以匹配波谷或低點，因此雷射是聚焦的。
在位置B處，雷射束406B由雷射光學件404提供並入射到基板402的表面位置408B。雷射束406B在位置408B處聚焦，因為位置408B恰好是從雷射光學件404聚焦入射雷射束（例如406B）的目標位置（標稱位置）。
在位置C處，雷射束406C由雷射光學件404提供並入射到基板402的表面位置408C。即使在卡盤表面400上存在起伏，例如，由於基板402或卡盤400的不均勻地貌，在此情況下為波峰或高點，雷射束406C也聚焦在位置408C處。由於雷射光學件被定位在基板402上方的相對升高的位置處以匹配波峰或高點，因此雷射是聚焦的。
更一般地，參照第4圖，晶圓402或卡盤400的頂表面具有一些起伏（應理解，起伏可由卡盤翹曲和/或晶圓翹曲造成）。基於卡盤和/或晶圓表面圖，調整雷射聚焦透鏡的位置以確保將雷射主動聚焦在晶圓表面的起伏位置上。
再次參照第4圖，根據本揭露的實施例，主動聚焦雷射束雷射劃刻處理涉及在半導體晶圓402的波谷位置（例如，位置408A）上方降低雷射束。在另一實施例中，主動聚焦雷射束雷射劃刻處理涉及在半導體晶圓402的波峰位置（例如，位置408C）上方升高雷射束。在一個實施例中，主動聚焦雷射束雷射劃刻處理涉及預映射半導體晶圓402的地貌或用於支撐半導體晶圓402的卡盤400的地貌，或兩者。在一個實施例中，主動聚焦雷射束雷射劃刻處理涉及使用高斯源雷射束。在一個這樣的實施例中，主動聚焦雷射束雷射劃刻處理涉及使用飛秒源雷射束。在一個實施例中，以主動聚焦雷射束雷射劃刻處理來劃刻涉及以主動聚焦基於飛秒的雷射束來劃刻。
在一個實施例中，基於飛秒的雷射被用作主動聚焦雷射束劃刻處理的源。例如，在一個實施例中，具有可見光譜中的波長加上紫外（UV）和紅外（IR）範圍（總寬帶光譜）的波長的雷射被用以提供基於飛秒的雷射脈衝，其具有脈衝寬度約為飛秒級（10 -15秒）。在一個實施例中，燒蝕（ablation）並不是或基本上不是依賴於波長的，因此適合於複雜的膜，例如遮罩202、道207的膜，以及可能的一部分半導體晶圓或基板204的膜。
第5圖示出根據本揭露的實施例的在飛秒範圍、皮秒範圍、和奈秒範圍內使用雷射脈衝寬度的效果。參照第5圖，透過使用飛秒範圍內的雷射束，相對於更長的脈衝寬度（例如，以奈秒級處理通孔500A的顯著的損壞502A），可以減輕或消除熱損壞問題（例如，在以飛秒級處理通孔500C的最小至沒有損壞502C）。在通孔500C形成處理中消除或減輕損壞可能是由於缺乏低能量回耦（如針對500B/502B的基於皮秒的雷射燒蝕所見）或熱平衡（如針對基於奈秒的雷射燒蝕所見） ，如第5圖所示。
雷射參數選擇（例如束輪廓）對於開發成功的雷射劃刻和切割處理是關鍵性的，該處理最小化碎裂，微裂痕、和分層，以實現乾淨的雷射劃片切割。雷射劃片切割越乾淨，可以實行的蝕刻處理就越順暢以供最終的晶粒切單。在半導體元件晶圓中，通常在其上設置許多不同材料類型（例如，導體、絕緣體、半導體）和厚度的功能層。這樣的材料可以包括，但不限於，有機材料，例如聚合物、金屬或無機介電質，例如二氧化矽和氮化矽。
設置在晶圓或基板上的各個積體電路之間的道可以包括與積體電路本身相似或相同的層。例如，第6圖示出了根據本揭露的實施例的可以在半導體晶圓或基板的道區域中使用的材料的堆疊的剖視圖。
參照第6圖，道區域600包括矽基板的頂部部分602、第一二氧化矽層604、第一蝕刻停止層606、第一低K介電層608（例如，具有的介電常數小於二氧化矽的介電常數4.0）、第二蝕刻停止層610、第二低K介電層612、第三蝕刻停止層614、未摻雜二氧化矽玻璃（USG）層616、第二二氧化矽層618、和光阻層620，其具有相對厚度。銅金屬化622設置在第一和第三蝕刻停止層606和614之間，並穿過第二蝕刻停止層610。在特定實施例中，第一、第二、和第三蝕刻停止層606、610、和614由氮化矽組成，而低K介電層608和612由碳摻雜的氧化矽材料組成。
在習知的雷射照射下（例如基於奈秒的照射），道600的材料在光吸收和燒蝕機制方面表現完全不同。例如，在正常條件下，諸如二氧化矽的介電層對於所有可商購的雷射波長基本上是透明的。相比之下，金屬、有機物（例如低K材料）和矽可以非常容易地耦合光子，特別是回應於基於奈秒的照射。在一個實施例中，主動聚焦雷射束雷射劃刻處理被用以在燒蝕低K材料層和銅層之前透過燒蝕二氧化矽層來圖案化二氧化矽層、低K材料層、和銅層。
在主動聚焦雷射束是基於飛秒的雷射束的情況下，在一個實施例中，合適的基於飛秒的雷射處理的特徵在於高峰值強度（輻照度），該峰值強度通常導致各種材料中的非線性交互作用。在一個這樣的實施例中，飛秒雷射源的脈衝寬度大約在10飛秒至500飛秒的範圍內，儘管較佳地在100飛秒至400飛秒的範圍內。在一個實施例中，飛秒雷射源的波長大約在1570奈米至200奈米的範圍內，儘管較佳地在540奈米至250奈米的範圍內。在一個實施例中，雷射和相對應的光學系統在工作表面上提供大約在3微米至15微米範圍內的焦點，儘管較佳地在大約5微米至10微米範圍內或在10-15微米之間。
在一個實施例中，雷射源具有大約在200kHz至10MHz範圍內的脈衝重複率，儘管較佳地在大約500kHz至5MHz的範圍內。在一個實施例中，雷射源在工作表面處傳遞大約在0.5uJ至100uJ範圍內的脈衝能量，儘管較佳地在大約1uJ至5uJ的範圍內。在一個實施例中，雷射劃刻處理沿著工件表面以大約在500mm/sec至5m/sec範圍內的速度運行，儘管較佳地在大約600mm/sec至2m/sec範圍內。
劃刻處理可以僅以單程或以多程運行，但是，在一個實施例中，較佳地以1-2程進行。在一個實施例中，在工件中的劃刻深度大約在5微米至50微米深的範圍內，較佳地大約在10微米至20微米深的範圍內。在一個實施例中，所產生的雷射束的切口寬度大約在2微米至15微米的範圍內，儘管在矽晶圓劃刻/切割中，較佳地在大約6微米至10微米的範圍內，在元件/矽界面處測量。
可以選擇具有好處和優點的雷射參數，例如提供足夠高的雷射強度以實現無機介電質（例如，二氧化矽）的離子化，並在直接燒蝕無機介電質之前最小化由底層損壞引起的分層和碎裂。同樣地，可以選擇參數以為工業應用提供有意義的處理產量，並具有精確控制的燒蝕寬度（例如，切口寬度）和深度。在一個實施例中，主動聚焦雷射束雷射劃刻處理適於提供這樣的優點。
應理解到，在使用雷射劃刻來圖案化遮罩以及完全劃穿過晶圓或基板以便切單晶粒的情況下，在上述雷射劃刻之後可以停止切割或切單處理。因此，在這種情況下將不需要進一步的切單處理。然而，在沒有單獨實施雷射劃刻來進行整體切單的情況下，可以考慮以下實施例。
現在參考流程圖100的選擇性操作106，實行中間後遮罩開啟清潔操作。在一個實施例中，後遮罩開啟清潔操作是基於電漿的清潔處理。在第一範例中，如下所述，基於電漿的清潔處理對基板204的由間隙210暴露的區域起反應。在基於反應性電漿的清潔處理的情況下，由於基於反應性電漿的清潔操作至少在某種程度上是基板204的蝕刻劑，因此清潔處理本身可能在基板204中形成或延伸溝槽212。在第二個不同的範例中，也如下所述，基於電漿的清潔處理對基板204的由間隙210暴露的區域不起反應。
根據第一實施例，基於電漿的清潔處理對基板204的暴露區域具有反應性，因為在清潔處理期間部分地蝕刻了暴露區域。在一個這樣的實施例中，將Ar或另一種非反應性氣體（或混合物）與SF 6結合以進行高偏壓電漿處理，以清潔劃刻的開口。實行使用在高偏壓功率下混合的氣體Ar + SF 6的電漿處理，以轟擊遮罩開啟的區域，以達成遮罩開啟區域的清潔。在反應性突破處理中，來自Ar和SF 6兩者的物理轟擊以及由於SF 6和F離子引起的化學蝕刻都有助於清潔遮罩開啟區域。方法可適用於光阻劑或電漿沉積的鐵弗龍遮罩202，其中突破處理導致相當均勻的遮罩厚度減低和溫和的矽蝕刻。然而，這種突破蝕刻處理可能不是最適合水溶性遮罩材料的。
根據第二實施例，基於電漿的清潔處理對基板204的暴露區域是不反應的，因為在清潔處理期間暴露的區域未被蝕刻或僅被蝕刻可忽略不計的程度。在一個這樣的實施例中，僅使用非反應性氣體電漿清潔。例如，使用Ar或另一種非反應性氣體（或混合物）實行高偏壓電漿處理，以進行遮罩凝結和劃刻開口清潔。該方法可適用於水溶性遮罩或用於較薄的電漿沉積鐵弗龍202。在另一個這樣的實施例中，使用單獨的遮罩凝結和劃刻溝槽清潔操作，例如，首先實行用於遮罩凝結的Ar或非反應性氣體（或混合物）高偏壓電漿處理，然後實行雷射劃刻溝槽的Ar + SF 6電漿清潔。此實施例可適用於由於遮罩材料太厚而Ar清潔不足以進行溝槽清潔的情況。對於更薄的遮罩，清潔效率有所改善，但是遮罩的蝕刻速率是更低，在隨後的深矽蝕刻處理中幾乎沒有消耗。在又一個這樣的實施例中，實行三操作清潔：  （a）用於遮罩凝結的Ar或非反應性氣體（或混合物）高偏壓電漿處理，（b）雷射劃刻溝槽的Ar + SF 6高偏壓電漿清潔，以及（c）Ar或非反應氣體（或混合物）高偏壓電漿處理，以進行遮罩凝結。根據本揭露的另一實施例，電漿清潔操作涉及首先使用反應性電漿清潔處理，例如以上在操作106的第一態樣中所述。接著在反應性電漿清潔處理之後實行例如與操作106的第二態樣所述的相關聯的非反應性電漿清潔處理。
參照流程圖100的操作108，以及相對應的第2C圖，透過圖案化遮罩208中的間隙210蝕刻半導體晶圓204，以切單積體電路206。根據本揭露的實施例，蝕刻半導體晶圓204包括藉由蝕刻最初以主動聚焦雷射束雷射劃刻處理形成的溝槽212，最終完全蝕刻穿過半導體晶圓204，如第2C圖所示。
在一個實施例中，以雷射劃刻處理對遮罩進行圖案化涉及在積體電路之間的半導體晶圓的區域中形成溝槽，並且對半導體晶圓進行電漿蝕刻涉及延伸溝槽以形成相對應的溝槽延伸。在一個這樣的實施例中，每個溝槽具有寬度，且每個相對應的溝槽延伸具有寬度。
根據本揭露的實施例，由於雷射劃刻而導致的遮罩開口的粗糙度會影響由於隨後形成的電漿蝕刻溝槽而導致的晶粒側壁品質。光刻開啟的遮罩通常具有光滑的輪廓，從而導致電漿蝕刻溝槽的相對應光滑側壁。相比之下，若選擇了不合適的雷射處理參數（例如點重疊，導致電漿蝕刻溝槽的水平粗糙側壁），則傳統雷射開啟的遮罩沿劃刻方向可具有非常粗糙的輪廓。儘管可以透過附加電漿處理使表面粗糙度變平滑，但是解決此類問題仍存在成本和產量的問題。因此，本文所述的實施例在從切單處理的雷射劃刻部分提供更平滑的劃刻處理和/或更可靠的溝槽形成處理的方面可能是有利的。
在一個實施例中，蝕刻半導體晶圓204包括使用電漿蝕刻處理。在一個實施例中，使用矽通孔型蝕刻處理。例如，在特定實施例中，半導體晶圓204的材料的蝕刻速率是大於每分鐘25微米。超高密度電漿源可以用於晶粒切單處理的電漿蝕刻部分。適於實行這種電漿蝕刻處理的處理腔室的一個範例是可從美國加州Sunnyvale的應用材料公司獲得的Applied Centura® Silvia TMEtch system。Applied Centura® Silvia TMEtch system結合了電容性和電感性RF耦合，其與僅使用電容性耦合所可能實現的相比，即使透過磁增強技術進行改良，仍提供對離子密度和離子能量的更多獨立控制。這種結合使得能夠有效地將離子密度與離子能量解耦，從而即使在非常低的壓力下也能達到相對高密度的電漿，而沒有很高的，可能造成損害的DC偏壓位准。這導致異常寬的處理窗口。然而，可以使用能夠蝕刻矽的任何電漿蝕刻腔室。在範例實施例中，深矽蝕刻用於以大於傳統矽蝕刻速率的約40％的蝕刻速率蝕刻單晶矽基板或晶圓204，同時保持基本精確的輪廓控制和實際上無荷葉邊（scallop）的側壁。在特定實施例中，使用矽通孔型蝕刻處理。蝕刻處理是基於從反應性氣體產生的電漿，其大體是基於氟的氣體，例如SF 6、C 4F 8、CHF 3、XeF 2、或能夠以相對快的蝕刻速率蝕刻矽的任何其他反應物氣體。在一個實施例中，如第2C圖所示，在切單處理之後去除遮罩層208。在另一個實施例中，與第2C圖相關聯描述的電漿蝕刻操作利用常規的Bosch型沉積/蝕刻/沉積處理（Bosch-type dep/etch/dep process）來蝕刻穿過基板204。大體上，Bosch型處理由三個子操作組成：沉積、定向轟擊蝕刻、和等向化學蝕刻，其經過多次迭代（循環），直到矽被蝕刻透為止。
因此，再次參照流程圖100和第2A圖-第2C圖，可以透過使用主動聚焦雷射束雷射劃刻處理的初始燒蝕來進行晶圓切割，以燒蝕穿過遮罩層、穿過晶圓道（包括金屬化）、並且部分地進入矽基板。接著可以透過隨後的貫穿矽的深度電漿蝕刻來完成晶粒切單。根據本揭露的實施例，下面與第7A圖-第7D圖相關地描述用於切割的材料堆疊的具體範例。
參照第7A圖，用於混合雷射燒蝕和電漿蝕刻切割的材料堆疊包括遮罩層702、元件層704、和基板706。遮罩層、元件層、和基板設置在晶粒附著膜708上方，該晶粒附著膜708固定至背帶710。在一個實施例中，遮罩層702是水溶性層，例如與遮罩202相關聯的上述水溶性層。元件層704包括設置在一或多個金屬層（例如銅層）和一或多個低K介電層（例如碳摻雜的氧化物層）上方的無機介電層（例如二氧化矽）。元件層704亦包括佈置在積體電路之間的道，道包括與積體電路相同或相似的層。基板706是塊狀單晶矽基板。
在一個實施例中，塊狀單晶矽基板706在被附接到晶粒附接膜708上之前從背側變薄。可以透過背側研磨處理來實行薄化。在一個實施例中，塊狀單晶矽基板706被減薄至大約50-100微米範圍內的厚度。重要的是要注意到，在一個實施例中，薄化是在雷射燒蝕和電漿蝕刻切割處理之前實行的。在一個實施例中，光阻層702具有厚度約5微米，且元件層704具有厚度在約2-3微米的範圍內。在一個實施例中，晶粒附著膜708（或能夠將薄化的或薄的晶圓或基板結合到背帶710的任何合適的替代物）具有大約20微米的厚度。
參照第7B圖，利用主動聚焦雷射束雷射劃刻處理712來圖案化遮罩702、元件層704、和基板706的一部分，以在基板706中形成溝槽714。參照第7C圖，使用貫穿矽的深電漿蝕刻處理716來將溝槽714向下延伸至晶粒附著膜708，從而暴露出晶粒附著膜708的頂部並且將矽基板706切單。在貫穿矽的深電漿蝕刻處理716期間，元件層704由遮罩層702保護。
參照第7D圖，切單處理可進一步包括圖案化晶粒附著膜708、暴露背帶710的頂部、以及將晶粒附著膜708切單。在一個實施例中，透過雷射處理或透過蝕刻處理將晶粒附著膜切單。進一步的實施例可包括隨後從背帶710去除基板706的切單部分（例如，作為單獨的積體電路）。在一個實施例中，切單的晶粒附著膜708被保持在基板706的切單部分的背側上。其他實施例可包括從元件層704去除遮罩層702。在替代實施例中，在基板706薄於大約50微米的情況下，主動聚焦雷射束雷射劃刻處理712用於完全切單基板706，而沒有使用額外的電漿處理。
單個處理工具可被配置以在主動聚焦的雷射束燒蝕和電漿蝕刻切單處理中實行許多或所有操作。例如，第8圖示出了根據本揭露的實施例的用於晶圓或基板的雷射和電漿切割的工具佈局的方塊圖。
參照第8圖，處理工具800包括工廠介面802（FI），工廠介面具有與其耦接的複數個裝載鎖804。群集工具806與工廠介面802耦接。群集工具806包括一或多個電漿蝕刻腔室，例如電漿蝕刻腔室808。雷射劃刻設備810也耦接到工廠介面802。在一個實施例中，處理工具800的總佔地面積可以是大約3500毫米（3.5公尺）乘以大約3800毫米（3.8公尺），如第8圖所示。
在一個實施例中，雷射劃刻設備810容納配置成提供主動聚焦雷射束的雷射組件。在一個這樣的實施例中，雷射組件被配置以在半導體晶圓的波谷位置上方的降低位置處提供主動聚焦的雷射束。在另一個這樣的實施例中，雷射組件被配置以在半導體晶圓的波峰位置上方的升高位置處提供主動聚焦的雷射束。在一個實施例中，雷射劃刻設備810被配置為預映射半導體晶圓的地貌或用於支撐半導體晶圓的卡盤的地貌，或兩者。在一個實施例中，雷射組件包括高斯源雷射束。在一個實施例中，雷射組件包括飛秒源雷射束。
在一個實施例中，雷射適於實行混合雷射的雷射燒蝕部分和蝕刻切單處理，例如上述的雷射燒蝕處理。在一個實施例中，可移動的台也包括在雷射劃刻設備810中，可移動的台配置以用於相對於雷射移動晶圓或基板（或其中之載體）。在特定實施例中，雷射也是可移動的。在一個實施例中，雷射劃刻設備810的總佔地面積可以是大約2240毫米乘以大約1270毫米，如第8圖所示。
在一個實施例中，一或多個電漿蝕刻腔室808被配置用於穿過圖案化的遮罩中的間隙來蝕刻晶圓或基板，以切單複數個積體電路。在一個這樣的實施例中，一或多個電漿蝕刻腔室808被配置以實行深矽蝕刻處理。在特定實施例中，一或多個電漿蝕刻腔室808是可從美國加州Sunnyvale的應用材料公司獲得的Applied Centura® Silvia TMEtch system。蝕刻腔室可被具體設計為用於深矽蝕刻，該深矽蝕刻用以產生容納在單晶矽基板或晶圓上或其中的單片積體電路。在一個實施例中，在電漿蝕刻腔室808中包括高密度電漿源，以促進高矽蝕刻速率。在一個實施例中，在處理工具800的群集工具806部分中包括多於一個的蝕刻腔室，以使切單或切割處理的製造生產率高。
工廠介面802可以是合適的大氣端口，以在外部製造設施與雷射劃刻設備810和群集工具806之間進行連接。工廠介面802可包括具有臂或刀片的機器人，該臂或刀片用於將晶圓（或其中之載體）從儲存單元（例如晶圓傳送盒）傳送到群集工具806或雷射劃刻設備810或兩者中。
群集工具806可包括適合於在切單方法中實行功能的其他腔室。例如，在一個實施例中，包括有沉積腔室812而代替另外的蝕刻腔室。沉積腔室812可經配置以在晶圓或基板的雷射劃片之前在晶圓或基板的元件層上或上方遮罩沉積。在一個這樣的實施例中，沉積腔室812適於沉積光阻層。在另一個實施例中，包括有濕/乾站814而代替另外的蝕刻腔室。濕/乾站可適合於在基板或晶圓的雷射劃刻和電漿蝕刻切單處理之後清潔殘留物和碎片，或適於移除遮罩。在又另一實施例中，包括有電漿蝕刻腔室而代替另外的深矽蝕刻腔室，且該電漿蝕刻腔室被配置用於實行基於電漿的清潔處理。在一個實施例中，亦包括計量站作為處理工具800的元件。
可提供本揭露的實施例作為電腦程式產品或軟體，其可以包括具有指令儲存於其上的機器可讀取媒體，該等指令可用以對電腦系統（或其他電子裝置）程式化以實行根據本揭露的實施例。在一個實施例中，電腦系統和與第8圖相關聯地描述的處理工具800耦接。機器可讀取媒體包括用於以機器（例如，電腦）可讀取的形式儲存或傳送資訊的任意機制。例如，機器可讀取（例如，電腦可讀取）媒體包括機器（例如，電腦）可讀取儲存媒體（例如，唯讀記憶體（「ROM」）、隨機存取記憶體（「RAM」）、磁碟儲存媒體、光學儲存媒體、快閃記憶體元件等）、機器（例如，電腦）可讀取傳輸媒體（電子、光學、聲波、或其他形式的傳播訊號（例如，紅外線訊號、數位訊號等））等。
第9圖示出了電腦系統900的範例形式的機器的示意圖，其中可以執行用於使機器實行本文所述的方法中的任意一或多個的一組指令。在替代的實施例中，機器可連接（例如，聯網）至在區域網路（LAN）、內部網路（intranet）、外部網路（extranet）、或網際網路中的其他機器。機器可操作於客戶端-伺服器網路環境中的伺服器或客戶端機器的能力中，或者是為同級間（peer-to-peer）（或分散式）網路環境中的端點機器（peer machine）。機器可以是個人電腦（PC）、平板電腦、機上盒（STB）、個人數位助理（PDA）、蜂巢式電話、網路應用程式、伺服器、網路路由器、交換機或橋接器、或是能夠執行指明將由該機器採取的動作的一組指令（順序的或以其他方式）之任意其他機器。進一步，儘管只示出單一機器，用語「機器（machine）」亦應被考量為包括機器（例如，電腦）的集合，該等機器個別地或集合地執行一組（或多組）指令以實行本文所述的一或多個方法。
在範例電腦系統900包括處理器902、主記憶體904（例如，唯讀記憶體（ROM）、快閃記憶體、動態隨機存取記憶體（DRAM）如同步DRAM（SDRAM）或Rambus DRAM（RDRAM）等）、靜態記憶體906（例如，快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體（SRAM）、MRAM等）、或次要記憶體918（例如，資料儲存裝置），其經由匯流排930彼此通訊。
處理器902代表一或多個通用處理裝置，例如微處理器、中央處理單元或類似者。更具體而言，處理器902可以是複雜指令集計算（CISC）微處理器、精簡指令集計算（RISC）微處理器、超長指令字集（VLIW）微處理器、實施其他指令集的處理器、或實施指令集的組合的處理器。處理器902也可以是一或多個專用處理裝置例如特殊應用積體電路（ASIC）、現場可程式閘陣列（FPGA）、數位信號處理器（DSP）、網路處理器或類似者。處理器902經配置以執行處理邏輯926以用於實行本文描述的操作。
計算機系統900可進一步包括網路介面裝置908。電腦系統900亦可包括視訊顯示單元910（例如，液晶顯示器（LCD）、發光二極體顯示器（LED）、或陰極射線管（CRT））、字母數字輸入裝置912（例如，鍵盤）、游標控制裝置914（例如，滑鼠）、和訊號產生裝置916（例如，揚聲器）。
次要記憶體918可包括，機器可存取儲存媒體（或更特定而言電腦可讀取儲存媒體）932，在該機器可存取儲存媒體上儲存有一或多組指令（例如，軟體922），該一或多組指令實施本文所描述的方法或功能中之任意一或多者。在由電腦系統900執行期間，軟體922亦可完全地或至少部分地位於主記憶體904中及/或於處理器902中，主記憶體904和處理器902亦構成機器可讀取儲存媒體。軟體922可進一步透過網路920經由網路介面裝置908而傳送或接收。
儘管機器可存取儲存媒體932在示例性實施例中示出為單一媒體，用語「機器可讀取儲存媒體（machine-readable storage medium）」應被考量為包括儲存一或多組指令的單一媒體或多個媒體（例如，中央或分散式資料庫、及/或相關聯的快取記憶體與伺服器）。用語「機器可讀取儲存媒體」亦應被考量為包括能夠儲存或編碼由機器所執行且使得機器實行本文的方法中之一或多者的指令組的任意媒體。用語「機器可讀取存儲媒體」因此而應考量為包括，但不限於固態記憶體，及光學和磁性媒體。
根據本揭露的實施例，機器可存取儲存媒體具有指令儲存於其上，該等指令使資料處理系統實行對具有複數個積體電路的半導體晶圓進行切割的方法。該方法包括在半導體晶圓上方形成遮罩，該遮罩由覆蓋並保護積體電路的層組成。接著利用主動聚焦雷射束雷射劃刻處理對遮罩進行圖案化，以提供具有間隙的圖案化的遮罩，從而暴露出積體電路之間的半導體晶圓的區域。接著，透過圖案化的遮罩中的間隙對半導體晶圓進行電漿蝕刻，以對積體電路切單。
因此，已揭露使用主動聚焦的雷射束和電漿蝕刻處理的混合晶圓切割方法。
100:流程圖 102:操作 104:操作 106:操作 108:操作 202:遮罩 204:半導體晶圓 206:積體電路 207:道 208:遮罩 210:間隙 212:溝槽 300:卡盤 302:基板 304:雷射光學件 400:卡盤 402:基板 404:雷射光學件 600:道區域 602:頂部部分 604:第一二氧化矽層 606:第一蝕刻停止層 608:第一低K介電層 610:第二蝕刻停止層 612:第二低K介電層 614:第三蝕刻停止層 616:未摻雜二氧化矽玻璃層 618:第二二氧化矽層 620:光阻層 622:銅金屬化 702:遮罩層 704:元件層 706:基板 708:晶粒附著膜 710:背帶 712:主動聚焦雷射束雷射劃刻處理 714:溝槽 716:貫穿矽的深電漿蝕刻處理 800:處理工具 802:工廠介面 804:裝載鎖 806:群集工具 808:電漿蝕刻腔室 810:雷射劃刻設備 812:沉積腔室 814:濕/乾站 900:電腦系統 902:處理器 904:主記憶體 906:靜態記憶體 908:網路介面裝置 910:視訊顯示單元 912:字母數字輸入裝置 914:游標控制裝置 916:訊號產生裝置 918:次要記憶體 920:網路 922:軟體 926:處理邏輯 930:匯流排 932:機器可存取儲存媒體 306A:雷射束 306B:雷射束 306C:雷射束 308A:表面位置 308B:表面位置 308C:表面位置 406A:雷射束 406B:雷射束 406C:雷射束 408A:表面位置 408B:表面位置 408C:表面位置 500A:通孔 500C:通孔 502A:損壞 502C:沒有損壞
第1圖是根據本揭露的實施例，表示在對包括複數個積體電路的半導體晶圓進行切割的方法中的操作的流程圖。
第2A圖示出了根據本揭露的實施例，在實行對應於第1圖的流程圖的操作102的切割半導體晶圓的方法期間，包括複數個積體電路的半導體晶圓的剖視圖。
第2B圖示出了根據本揭露的實施例，在實行對應於第1圖的流程圖的操作104的切割半導體晶圓的方法期間，包括複數個積體電路的半導體晶圓的剖視圖。
第2C圖示出了根據本揭露的實施例，在實行對應於第1圖的流程圖的操作108的切割半導體晶圓的方法期間，包括複數個積體電路的半導體晶圓的剖視圖。
第3圖示出了非主動聚焦雷射束雷射劃刻處理的剖視圖。
第4圖示出了根據本揭露的實施例的主動聚焦雷射束雷射劃刻處理的剖視圖。
第5圖示出了根據本揭露的實施例的在飛秒範圍、皮秒範圍、和奈秒範圍內使用雷射脈衝寬度的效果。
第6圖示出了根據本揭露的實施例的可以在半導體晶圓或基板的道區域中使用的材料的堆疊的剖視圖。
第7A圖至第7D圖示出了根據本揭露的實施例的在切割半導體晶圓的方法中各種操作的剖視圖。
第8圖示出了根據本揭露的實施例的用於晶圓或基板的雷射和電漿切割的工具佈局的方塊圖。
第9圖示出了根據本揭露的實施例的範例電腦系統的方塊圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:流程圖
102:操作
104:操作
106:操作
108:操作

Claims (11)

  1. 一種用於對包括複數個積體電路的一半導體晶圓進行切割的系統，該系統包括： 一工廠介面； 一雷射劃刻設備，其與該工廠介面耦接並包括一雷射組件，該雷射組件經配置以提供一主動聚焦的雷射束；和 一電漿蝕刻腔室，其與該工廠介面耦接。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該雷射組件經配置以在一半導體晶圓的一波谷位置上方的一降低的位置處提供該主動聚焦的雷射束。
  3. 如請求項1所述之系統，其中該雷射組件經配置以在一半導體晶圓的一波峰位置上方的一升高的位置處提供該主動聚焦的雷射束。
  4. 如請求項1所述之系統，其中該雷射劃刻設備經配置以預映射一半導體晶圓的一地貌或用於支撐一半導體晶圓的一卡盤的一地貌，或兩者。
  5. 如請求項1所述之系統，其中該雷射組件包括一高斯源雷射束。
  6. 如請求項1所述之系統，其中該雷射組件包括一飛秒源雷射束。
  7. 一種用於對包括複數個積體電路的一半導體晶圓進行切割的系統，該系統包括： 一沉積腔室，用於在該半導體晶圓上方形成一遮罩，該遮罩包括覆蓋並保護該等積體電路的一層，並且該半導體晶圓具有一頂表面； 一相機，用於預映射該等積體電路之間的區域中的該半導體晶圓的一整體的一地貌； 一雷射組件，用於在預映射該半導體晶圓的該整體之後，利用一主動聚焦雷射束雷射劃刻處理對該遮罩進行圖案化，以提供具有間隙的一圖案化的遮罩，從而暴露出該等積體電路之間的該半導體晶圓的該等區域，其中該主動聚焦雷射束雷射劃刻處理包括相對於該半導體晶圓的該頂表面沿著一垂直方向移動雷射光學件，以補償該預映射地貌的變化；及 一電漿蝕刻腔室，用於透過該圖案化的遮罩中的間隙對該半導體晶圓進行電漿蝕刻，以對該等積體電路切單。
  8. 如請求項7所述之系統，其中該雷射組件經配置以在一半導體晶圓的一波谷位置上方的一降低的位置處提供該主動聚焦的雷射束。
  9. 如請求項7所述之系統，其中該雷射組件經配置以在一半導體晶圓的一波峰位置上方的一升高的位置處提供該主動聚焦的雷射束。
  10. 如請求項7所述之系統，其中該雷射組件包括一高斯源雷射束。
  11. 如請求項7所述之系統，其中該雷射組件包括一飛秒源雷射束。
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