TWI623970B - 脆性基板的切割方法 - Google Patents

Abstract

本發明的脆性基板的切割方法包括下列步驟：首先，提供具有至少一切割線的一脆性基板。接著，沿著脆性基板的切割線掃描，且對脆性基板的一切割位置照射脈衝雷射光，以使脆性基板形成對應的切割痕跡。切割位置是偏離先前切割位置。最後，再沿著脆性基板的切割線掃描及切割，且依序重複對先前切割位置照射脈衝雷射光，以使相同切割位置的切割痕跡的深度較前次切割痕跡更深。

Description

脆性基板的切割方法

本發明係與脆性基板切割有關，特別是指一種利用脈衝雷射光的脆性基板的切割方法。

目前對於晶圓切割通常都選用鑽石鋸片(saw blade)、雷射加工或混合兩者的方式，例如臺灣I289891號專利係揭露一種混合鋸片及雷射加工的技術。

但實際切割時，鑽石鋸片從硬質的晶圓切割至軟質的膠(glue)時，此時鑽石鋸片會發生抖動，而使硬質的晶圓背面側邊附近發生背崩(chipping)。如此，隨著晶圓進入10奈米以下製程，未來晶圓切割也會面臨更精密的挑戰，因此，這種背崩結構將可能影響晶片效能。

此外，以脈衝雷射光對晶圓切割時，因為需要重複對晶圓的切割線持續照射脈衝雷射光，以完成對晶圓的雷射切割，但持續照射雷射光來執行對晶圓的深度加工，會使得晶圓本身累積雷射光的熱能，導致晶圓被切割面變形或表面汙損，而影響晶圓加工。

有鑑於上述缺失，本發明的目的在於提供一種利用雷射切割技術來改善背崩及熱累積的問題。

為達成上述目的，本發明的脆性基板的切割方法包括下列步驟：首先，提供具有至少一切割線的一脆性基板。接著，沿著脆性基板的切割線掃描，且對脆性基板的一切割位置照射脈衝雷射光，以使切割位置形成對應的切割痕跡。切割位置是偏離先前切割位置。最後，再沿著脆性基板的切割線掃描及切割，且依序重複對先前切割位置照射脈衝雷射光，以使相同切割位置的切割痕跡的深度較前次切割痕跡更深。

如此，藉由偏離切割位置，來減少連續在相同切割位置照射脈衝雷射光束所累積的熱能，以及藉由重複對先前切割位置照射脈衝雷射光束，來增加切割痕跡的深度及形成雷射切割道。

為達成上述目的，本發明還提供另一種的脆性基板的切割方法，其包括下列步驟：首先，提供具有至少一切割線的一脆性基板。接著，沿脆性基板的切割線藉由一刀具切割出一切割槽。然後，沿著脆性基板的切割線掃描，且對切割槽的槽底的一切割位置照射脈衝雷射光，以使切割位置形成對應的一切割痕跡。切割位置是偏離先前切割位置。最後，再沿著脆性基板的切割線掃描及切割，且依序重複對先前切割位置照射脈衝雷射光，以使相同切割位置的該切割痕跡的深度較前次該切割痕跡更深。

如此，不僅可達成先前所述的目的及優點，更能藉由混合刀具使用，減少脈衝雷射光束照射的次數。

有關本發明所提供之脆性基板的切割方法的詳細步驟、特點、流程或運作方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

10、40、60‧‧‧晶圓

11‧‧‧基板

13‧‧‧半導體晶片

15、17、61‧‧‧切割線

20‧‧‧切割設備

21‧‧‧飛秒雷射光源

22‧‧‧λ/2延遲片

23‧‧‧第一反射鏡

24‧‧‧擴束器

25‧‧‧可調光圈

26‧‧‧分光鏡

27‧‧‧光電開關

28‧‧‧λ/4延遲片

29‧‧‧第二反射鏡

30‧‧‧雷射掃描裝置

31‧‧‧鏡頭

41‧‧‧半導體層

43‧‧‧膠層

45‧‧‧載板

50‧‧‧刀具

63‧‧‧切割槽

第1圖是晶圓的示意圖。

第2圖是切割設備的示意圖。

第3A-3G圖是本發明的第一實施例，該實施例是晶圓切割方法執行切割晶圓的示意圖。

第4A-4G圖是本發明的第二實施例，該實施例是晶圓切割方法執行切割晶圓的示意圖。

第5圖是本發明的第三實施例，該實施例是晶圓切割方法包括使用刀具切割的示意圖。

以下，茲配合各圖式列舉對應之較佳實施例來對本發明 的晶圓切割方法的步驟、組成構件及達成功效來作說明。然各圖式中晶圓切割方法的步驟、組成及外觀僅用來說明本發明的技術特徵，而非對本發明構成限制。

脆性基板可以是玻璃基板、矽基板、鍺基板、矽-鍺基板、氮化矽基板、藍寶石基板、砷化鎵基板等各種材料的半導體基板，隨後實施例中，脆性材料以矽晶圓(基板)為例來說明。

切割痕跡於隨後圖中是以弧形形狀表示，但實際上，切割痕跡也可以是其他形狀，故不以實施例所繪圖示為限。

如第1圖所示，該圖是晶圓的示意圖。晶圓10是在基板11上形成多個半導體晶片13，並藉由多條橫向的切割線15及多條縱向的切割線17來劃分出該些半導體晶片。

切割設備可分為偏振型分光光路及非偏振型分光光路，其中，偏振型分光光路與非偏振型分光光路的硬體主要差異在於分光器的選擇，偏振型分光光路選用偏極化分光鏡(Polarization Beam Splitter,PBS)，非偏振型分光光路選用分光鏡。偏振型光路最大的功能性特點是兩光路之能量可以透過λ/2延遲片對應於PBS之旋轉角度改變進而分配其能量比例。為求論述簡要，本案隨後以非偏振型分光光路為例來做說明。

如第2圖所示，切割設備20包括一飛秒雷射光源21、一λ/2延遲片22、一第一反射鏡23、一擴束器(expander)24、一可調光圈25、一分光鏡26、一光電開關27、一λ/4延遲片28、一第二反射鏡29、一雷射掃描裝置30及一鏡頭31。飛秒雷射光源21是用來產生雷射光束。雷射光束透過λ/2延遲片22，以調整線極化光方向及第一反射鏡23進入擴束器24，以調整雷射光束直徑。接著，雷射光束透過可調式光圈25作雷射光束整形並通過分光鏡26，而射向光電開關27、λ/4延遲片28，將線極化轉成圓極化光及第二反射鏡29，最後，雷射掃描裝置30掃描晶圓10的切割線15、17及射出脈衝雷射光。鏡頭31係供雷射掃描裝置30定位晶圓10的切割線15、17位置，及拍攝與觀察切割線15、17被加工的狀態。

其中，λ/2延遲片22、第一反射鏡23、擴束器24、可調光圈25、分光鏡26、光電開關27、λ/4延遲片28及第二反射鏡29的組合也 被稱為雷射光學引擎，雷射光學引擎用以調整雷射光束的光學特性。實際上，雷射光學引擎的組成也可以包含其他光學元件，或省略本實施例的部分元件，因此，雷射光學引擎的組成不以本實施例所述為限。

於本實施例中，雷射掃描裝置30是選用高速掃描裝置，以進行長行程且高速的掃描，及MHz等級以上的重複頻率的雷射光束，以提高雷射光束執行切割的速率。此外，雷射掃描裝置有吹氣單元，用以對晶圓的切割痕跡吹氣，以使切割後的雜物不殘留於切割痕跡上，以提高切割精度。並且，保護雷射掃描裝置受切割噴發物質汙染。

實際上，切割設備20也可以是其他配置的組成，因此，不以第2圖所繪及所述為限。

本發明的晶圓切割方法包括下列步驟：首先，提供前述的晶圓。接著，沿著晶圓的切割線掃描，且對晶圓的一切割位置照射脈衝雷射光，以使切割位置形成對應的一切割痕跡。其中，切割位置是偏離先前切割位置。然後，再沿著晶圓的切割線掃描及切割，且依序重複對先前切割位置照射脈衝雷射光，以使相同切割位置的切割痕跡的深度較前次該切割痕跡更深。

對於前述步驟中，切割位置是偏離先前切割位置可分成兩種態樣，第一種態樣是藉由第3A-3G圖來說明，第二種態樣是藉由第4A-4G圖來說明。其中，第3A-3G圖及第4A-4G圖分別是利用沿切割線剖視部分的晶圓示意圖來說明。

首先說明第一種態樣。如第3A圖所示，晶圓40的結構由上而下大致分成半導體層41、膠層43及載板45，本發明的晶圓切割方法主要是要切割半導體層41及膠層43。半導體層41的硬度是大於膠層43。此外，晶圓的結構除了上述的三層外還可能有其他層，因此，晶圓結構不以此所述為限。

請續參照第3A圖，脈衝雷射光是照射晶圓的切割位置，接著，先前脈衝雷射光照射的切割位置(即第3A圖)會在晶圓上形成切割痕跡，如第3B圖中的凹陷處，然後，移動飛秒雷射光源，並照射脈衝雷射光，切割位置是偏離先前切割位置，如此，部分重疊的兩切割痕跡中新的切割 痕跡深度會較先前切割痕跡深度更深，如第3C圖所示，然後，再次移動飛秒雷射光源，並照射脈衝雷射光，即切割位置又再次偏離前次切割位置，第3B圖中脈衝雷射光的焦點位置照射脈衝雷射光，此時，在本實施例中，晶圓已切割至膠層。

第3A-3C圖中，脈衝雷射光所形成的三次切割痕跡都有部分重疊，且切割痕跡的深度持續增加，也就是脈衝雷射光形成的切割痕跡的深度是大於先前脈衝雷射光形成的切割痕跡的深度。

接著，再次掃描切割線及進行切割，且依序重復對先前切割位置照射脈衝雷射光，即回到3A及3B圖的脈衝雷射光照射位置。其中，因為第3C圖中，切割位置形成的切割痕跡已切割至膠層，因此，重複對先前切割位置照射脈衝雷射光就會排除這個切割位置，也就是說，當切割位置形成的切割痕跡已切割至預定的位置時，這個切割位置在重複手段中會被排除。

如3D圖所示，飛秒雷射光源是移回到第3A圖的切割位置，並照射脈衝雷射光，第3E圖的飛秒雷射光源是移回到第3B圖的切割位置，並照射脈衝雷射光。隨後，如第3F圖所示，飛秒雷射光源又移回到第3A圖的切割位置，並照射脈衝雷射光，最後，如第3G圖所示，晶圓已被有效地切斷半導體層，即形成雷射切割道。在重複對切割位置照射脈衝雷射光時，相同切割位置上，切割痕跡的深度會較前次切割痕跡更深。

由於，脈衝雷射光每次照射晶圓的位置都不是在前次切割位置，因此，本發明的晶圓切割方法是可以有效降低熱累積，來提高切割晶圓的精度及效率。並且，本發明的晶圓切割方法利用雷射光來加工，因此，面對不同材質或硬度的材料時也不會發生先前技術中所述的背崩問題。

隨後說明，第二種態樣。第二態樣中晶圓結構的說明與第一態樣相同，於此不再贅述。

脈衝雷射光是以一預定間隔照射在切割線上，如第4A-4C圖所示，而使晶圓表面於不重疊的切割位置照射脈衝雷射光，而形成第一次切割痕跡，表示，脈衝雷射光照射的位置與先前脈衝雷射光的照射位置所形成的切割痕跡是不重疊。接著，再沿著晶圓的切割線掃描，且依序於 先前切割位置附近照射脈衝雷射光，以使切割痕跡與先前切割痕跡是部分重疊，重疊的兩切割痕跡中切割痕跡深度較前次切割痕跡更深，如第4C-4G圖所示。

然後，又進行掃描及依序重複照射先前切割位置，如此反覆且週期性對晶圓照射脈衝雷射光來達成切割晶圓的目的，且晶圓不會發生背崩及降低熱累積。其中，切割完成後，第4G圖中的切割痕跡及殘留晶圓都會被完全移除，而形成如第3G圖的雷射切割道。

如第5圖所示，本發明的晶圓切割方法除了前述第一實施例單獨利用雷射來進行切割外，也可先利用一刀具50，先沿著晶圓60的切割線61切割出一切割槽63，接著利用上述的第一實施例的雷射切割機制，對晶圓的切割槽61的槽底照射脈衝雷射光。

其中，刀具是鑽石刀、水刀的其中一者，但也不以此所述為限。對切割槽的槽底照射脈衝雷射裝的方法及步驟與第一實施例相同，因此，相同部分不再贅述。不同處在於，因為晶圓已藉由刀具切割出切割槽，因此，脈衝雷射光照射的切割位置是位在切割槽的槽底，如此，不僅可減少脈衝雷射光照射晶圓的次數，更可降低晶圓發生的熱累積問題。

此外，雖然實施例中脈衝雷射光的焦點是以位在晶圓的表面，但實際上，脈衝雷射光也可以藉由離焦的方式照射晶圓的切割位置，使晶圓上形成切割痕跡。離焦的方式是指脈衝雷射光的焦點位置是離開晶圓的表面，例如，在晶圓的表面的上方或者在晶圓表面的下方，因此，脈衝雷射光的焦點位置是不以實施例所述為限。

雖然，以上各實施例中切割方法都是藉由移動雷射掃描裝置來改變脈衝雷射光照射位置，但實際上，也可以藉由移動脆性基板來改變脈衝雷射光的照射位置，因此，不以移動雷射掃描裝置為限。

最後，再次強調，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

Claims (5)

1. 一種脆性基板的切割方法，包括下列步驟：提供具有至少一切割線的一脆性基板；沿著該脆性基板的切割線掃描，且對該脆性基板的一切割位置照射脈衝雷射光，以使該切割位置形成對應的一切割痕跡，該切割位置係偏離先前該切割位置，偏離是該切割位置的切割痕跡與先前該切割位置的切割痕跡是不重疊；及再沿著該脆性基板的切割線掃描，且依序重複對先前該切割位置照射脈衝雷射光，以使該切割痕跡的深度較前次該切割痕跡更深。
2. 如申請專利範圍第1項所述的脆性基板切割方法，其中，重複對先前該切割位置照射脈衝雷射光是於先前該切割位置附近照射該脈衝雷射光，以使該切割痕跡與先前該切割痕跡是部分重疊，重疊的該二切割痕跡中該切割痕跡的深度較前次該切割痕跡更深。
3. 一種脆性基板的切割方法，包括下列步驟：提供具有至少一切割線的一脆性基板；沿該脆性基板的切割線藉由一刀具切割出一切割槽；沿著該脆性基板的切割線掃描，且對該切割槽的槽底的一切割位置照射脈衝雷射光，以使該切割位置形成對應的一切割痕跡，該切割位置係偏離先前該切割位置，偏離是該切割位置的切割痕跡與先前該切割位置的切割痕跡是不重疊；及再沿著該脆性基板的切割線掃描，且依序重複對先前該切割位置照射脈衝雷射光，以使該切割痕跡的深度較前次該切割痕跡更深。
4. 如申請專利範圍第3項所述的脆性基板切割方法，其中，重複對先前該切割位置照射脈衝雷射光是於先前該切割位置附近照射該脈衝雷射光，以使該切割痕跡與先前該切割痕跡是部分重疊，重疊的該二切割痕跡中該切割痕跡的深度較前次該切割痕跡更深。
5. 如申請專利範圍第3項所述的脆性基板切割方法，其中，該刀具是鑽石刀、水刀的其中一者。