TWI629750B - 用於雷射刻劃製程中之雷射聚焦平面測定的方法與系統 - Google Patents

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Abstract

在實施例中，一種雷射刻劃配置於半導體晶圓上之遮罩的方法包括在雷射刻劃遮罩層之前測定上方配置遮罩層之半導體的高度。在一個實施例中，方法包括：利用光學感測器在切割道中測定遮罩下方的半導體晶圓的高度並以雷射刻劃製程圖案化遮罩。雷射刻劃製程聚焦刻劃雷射束在對應於切割道中之半導體晶圓的測定高度的平面。測定半導體晶圓之高度的實例可包括引導雷射束至半導體晶圓的切割道，雷射束被傳送通過遮罩並自晶圓反射，並以相機識別遮罩下方之晶圓的表面上之影像。

Description

用於雷射刻劃製程中之雷射聚焦平面測定的方法與系統 【優先權】
此申請案主張2013年9月24日申請之美國專利申請案第14/035,402號之優先權並將其全文以參考資料併入作為所有用途，美國專利申請案第14/035,402號主張2013年7月31日申請之美國臨時專利申請案第61/860,796號之優先權。
本發明之實施例關於半導體製程領域，更明確地，關於雷射刻劃半導體晶圓的方法。
在半導體晶圓製程中，積體電路形成於矽或其他半導體材料構成之晶圓(亦稱為基板)上。一般而言，多種材料(半導性、傳導性或絕緣性)層被用來形成積體電路。利用多種習知製程來摻雜、沉積與蝕刻這些材料以形成積體電路。各個晶圓經處理以形成大量包含積體電路的獨立區域(習知為芯片或晶粒)。
在積體電路形成製程之後，晶圓「經切割」以彼此 分隔個別晶粒，好用於封裝或用於較大電路中的未封裝形式。用於晶圓切割的兩個主要技術為刻劃與鋸切。就刻劃而言，鑽石尖端刻劃器沿著預先形成之刻劃線移動橫跨過晶圓。這些刻劃線沿著晶粒之間的空間沿伸。這些空間通常稱為「道」。鑽石刻劃沿著道在晶圓表面中形成淺刮痕。一旦施加壓力，例如用滾軸施加壓力，晶圓沿著刻劃線分開。晶圓中的斷裂沿著晶圓基板的晶格結構。刻劃可用於厚度約10密耳(千分之一英吋)或更小的晶圓。針對較厚的晶圓，鋸切是目前較佳的切割方法。
就鋸切而言，在每分鐘轉數高下旋轉的鑽石尖端鋸接觸晶圓表面並沿著道鋸切晶圓。晶圓安裝於支撐件(例如，延伸橫跨膜框架的黏合劑膜)上，且重複地將鋸施加於垂直道與水平道兩者上。一個刻劃或鋸切任一者相關的問題是會沿著晶粒的切斷邊緣形成碎片與鑿孔。此外，裂縫會形成並自晶粒的邊緣蔓延至基板並造成積體電路無法運作。刻劃下的碎片與裂縫特別有問題，因為方形或矩形晶粒僅有一側可刻劃於晶態結構的方向上。因此，晶粒的其他側的切開會造成鋸齒狀分隔線。由於碎片與裂縫，晶圓上的晶粒之間需要額外的間距以避免對積體電路的傷害，例如將碎片與裂縫維持在與實際積體電路相隔一距離處。由於間距需求，無法在標準尺寸晶圓上形成那麼多晶粒，而浪費了可用於電路的晶圓用地。鋸的使用惡化了半導體晶圓上用地的浪費。鋸的葉片約15微米厚。因此，為了確保切口周圍由鋸所造成的裂縫與其他傷害不會傷害到積體電路，通常必須有三至五百微米分 隔各個晶粒的電路。再者，在切割後，各個晶粒需要實質上的清潔以移除鋸切製程所造成的顆粒與其他汙染物。
亦已經使用過電漿切割，但電漿切割亦有所限制。舉例而言，一個限制電漿切割使用的限制因素可為成本。圖案化阻劑的標準微影術操作會使得應用成本過高。另一個可能會限制電漿切割使用的限制因素是常見金屬(例如，銅)的電漿製程在切割中沿著道會造成生產問題或產量限制。
本發明的一個或多個實施例關於切割半導體晶圓的方法，方法包括雷射刻劃配置於半導體晶圓上的遮罩。在一個實施例中，雷射刻劃後可接有電漿蝕刻以切割晶圓。
在一個實施例中，雷射刻劃配置於半導體晶圓上之遮罩的方法包括利用光學感測器在切割道中測定遮罩下方半導體晶圓的高度。方法包括以雷射刻劃製程圖案化遮罩。雷射刻劃製程聚焦刻劃雷射束於對應於切割道中半導體晶圓之測定高度處的平面。
在一個實施例中，方法包括引導雷射束至半導體晶圓的切割道，將雷射束傳送通過遮罩並自配置於遮罩下方的層反射。方法包括以光學感測器基於反射的雷射束偵測配置於遮罩下方的層的高度。方法包括基於配置於遮罩下方之層的偵測高度測定切割道中之半導體晶圓的高度。方法更包括以雷射刻劃製程圖案化遮罩。雷射刻劃製程聚焦刻劃雷射束於對應於切割道中半導體晶圓之測定高度的平面。
在一個實施例中，雷射刻劃配置於半導體晶圓上之 遮罩的系統包括雷射源，用以引導雷射束至半導體晶圓的切割道，雷射束被傳送通過遮罩並自配置於遮罩下方的層反射。系統包括光學感測器，光學感測器用以基於反射的雷射束偵測配置於遮罩下方之層的高度。系統包括處理器，處理器用以基於配置於遮罩下方之層的偵測高度而確定切割道中半導體晶圓的高度。系統亦包括雷射刻劃模組，雷射刻劃模組以雷射刻劃製程圖案化遮罩。雷射刻劃製程用以聚焦刻劃雷射束於對應於切割道中之半導體晶圓的測定高度的平面。
102‧‧‧吸盤
104‧‧‧切割帶
106‧‧‧框架
108‧‧‧樣本
110‧‧‧遮罩
112‧‧‧聚焦透鏡
114‧‧‧刻劃雷射束
116‧‧‧工作距離
118‧‧‧參考點
130‧‧‧系統
140‧‧‧雷射刻劃模組
145‧‧‧刻劃雷射
147‧‧‧刻劃雷射控制器
150‧‧‧晶圓表面偵測模組
155‧‧‧表面偵測雷射
157‧‧‧光學感測器
159‧‧‧偵測模組控制器
200‧‧‧方法
202、204、206、208‧‧‧操作
302‧‧‧遮罩
304‧‧‧基板
306‧‧‧積體電路
308‧‧‧鈍化層
310‧‧‧溝槽
400‧‧‧道
402‧‧‧頂部
404‧‧‧第一二氧化矽層
406‧‧‧第一蝕刻終止層
408‧‧‧第一低介電常數介電層
410‧‧‧第二蝕刻終止層
412‧‧‧第二低介電常數介電層
414‧‧‧第三蝕刻終止層
416‧‧‧無摻雜矽玻璃層
418‧‧‧第二二氧化矽層
420‧‧‧光阻層
422‧‧‧銅金屬
500‧‧‧製程工具
502‧‧‧工廠介面
504‧‧‧負載鎖定
506‧‧‧群集工具
508‧‧‧非等向性電漿蝕刻腔室
510‧‧‧雷射刻劃設備
512‧‧‧沉積腔室
514‧‧‧等向性電漿蝕刻腔室
600‧‧‧電腦系統
602‧‧‧處理器
604‧‧‧主要記憶體
606‧‧‧靜態記憶體
608‧‧‧網路接口元件
610‧‧‧影像顯示單元
612‧‧‧文字數字輸入元件
614‧‧‧指標控制元件
616‧‧‧信號產生元件
618‧‧‧次要記憶體
620‧‧‧網路
622‧‧‧軟體
626‧‧‧製程邏輯
630‧‧‧匯流排
631‧‧‧機器可存取的儲存媒介
以作為實例而非限制的方式來描述本發明的實施例，且可在連結圖式考量時參照下方詳細描述而更完整地瞭解本發明的實施例，圖式中：第1A圖描繪根據本發明實施例以晶圓表面處的焦平面雷射刻劃半導體晶圓；第1B圖描繪根據本發明實施例如同第1A圖般以晶圓表面處的焦平面雷射刻劃半導體晶圓的系統；第2圖是呈現根據本發明實施例之雷射刻劃遮罩的方法中之操作的流程圖；第3A圖與第3B圖描繪根據本發明實施例包括複數個積體電路之半導體晶圓在雷射刻劃之前與之後的橫剖面圖；第4圖描繪根據本發明實施例可存在於半導體晶圓之道區域中的材料堆疊的橫剖面圖；第5圖描繪根據本發明實施例之整體切割系統的平 面圖；及第6圖描繪根據本發明實施例示範性電腦系統的方塊圖，示範性電腦系統控制本文所述方法中一或多個操作的自動執行。
描述雷射刻劃基板上之遮罩層的設備、系統與方法。雷射刻劃可用於例如積體電路切割的應用中。舉例而言，雷射刻劃製程可用來移除配置於半導體晶圓或基板上之遮罩層、有機與無機介電層與/或元件層。可實施後續的電漿蝕刻以蝕刻通過晶圓或基板的本體，好產生晶粒或晶片分離或切割。
根據實施例，在雷射刻劃製程過程中，雷射束移除遮罩層、鈍化層與/或元件層以暴露矽基板用於後續電漿蝕刻。聚焦刻劃雷射束於面對雷射照射之晶圓表面(而不是例如聚焦雷射束於遮罩層頂部)造成較高的製程品質。聚焦雷射束於晶圓表面造成的較高製程品質至少部分是因為元件層對雷射製程條件的敏感度大於遮罩層。舉例而言，元件層(包括介電材料)比起遮罩層更容易受到分層與裂縫的影響。因此，準確地將雷射聚焦面放置在晶圓表面上的方法與設備有能力改善切割產量。然而，準確地測定晶圓的雷射聚焦面是有困難的，舉例而言，這是因為晶圓厚度、切割帶厚度與/或遮罩厚度中的變化。
舉例而言，對於標定50微米厚的矽晶圓而言，晶圓至晶圓間的晶圓厚度變化可約為±10微米。對於400微米晶圓 而言，晶圓至晶圓間的晶圓厚度變化可約為±20微米。關於切割帶厚度變化，對於標定90微米厚的切割帶而言，帶厚度變化可約為±10微米。再者，可使用具有不同厚度的不同帶，這造成進一步變化(舉例而言，不同帶一般具有10%厚度變化)。關於遮罩層，遮罩層的厚度變化取決於標定遮罩厚度與晶圓表面條件(諸如，凸塊高度、凸塊密度與其他影響晶圓表面條鍵的因素)。
因此，在一個實例中，安裝在帶框架上之標定50微米厚的晶圓在晶圓至晶圓間可具有高達40微米的總體厚度變化，這是因為晶圓與帶厚度中的變化。此外，到達其他標定厚度之晶圓與帶的厚度變化有所限制。上述晶圓、帶與遮罩厚度中的廣大變化會造成不準確的雷射聚焦。由於上述困難的不準確雷射聚焦會造成非均勻雷射刻劃切口寬度與/或刻劃深度，這影響切割品質。當根據現存方法執行雷射刻劃時，其他大於或小於上述範圍的厚度變化亦會造成產量減少。
根據一個實施例，方法包括以紅外線雷射測定切割道中的晶圓高度，並以具有切割道中測定的晶圓高度處之聚焦平面的雷射刻劃製程圖案化配置於晶圓上的遮罩。
後續描述中，提出多種特定細節，諸如雷射與電漿蝕刻晶圓切割方法以提供本發明實施例的完整理解。熟悉技術人士瞭解可在不具有這些特定細節下執行本發明實施例。在其他實例中，並未詳細描述習知態樣(例如，積體電路製造)以便不會非必要地模糊本發明實施例。再者，可理解圖式中顯示的多種實施例是描述性表現且非必要按比例繪製。
第1A圖描繪根據本發明實施例利用第1B圖中之示範系統以在晶圓表面處的焦平面雷射刻劃半導體晶圓。如上所示，本文所述之雷射刻劃可用於晶圓切割方法。
在第1A圖中描繪的實施例中，吸盤102固持樣本108。吸盤102可為任何在製程過程中固持基板或晶圓的適當吸盤。舉例而言，吸盤102可為用以固持樣本108的Johnsen-Rahbeck庫倫靜電吸盤(ESC)或其他ESC。樣本108可包括半導體晶圓或基板，半導體晶圓或基板上配置有一或多個其他層。舉例而言，樣本108可包括如第3A圖、第3B圖與第4圖中所描繪的晶圓。如將更詳細地描述於下，第3A圖與第3B圖描繪包括基板層、積體電路或元件層與鈍化層之半導體晶圓的橫剖面圖。第4圖描繪可用於半導體晶圓或基板的道區域中之材料堆疊的橫剖面圖。雖然樣本108可如同第3A圖、第3B圖與第4圖中般包括多個層，但為了簡要起見，將樣本108描繪成單一層。
樣本108可被配置於切割帶104上並由框架106所支撐。其他實施例可不包括如第1A圖中所繪之切割帶104與框架106。樣本108上配置有遮罩110，遮罩110覆蓋並保護半導體晶圓上形成的積體電路(ICs)。遮罩的實例為下方描述之第3A圖的正面遮罩302。
第1B圖描繪刻劃雷射系統130的實例。系統130包括產生刻劃雷射束114的刻劃雷射源(例如，微加工雷射)，系統130引導刻劃雷射束114通過聚焦透鏡112至樣本108。以在距離遮罩層110表面工作距離116處的聚焦透鏡112聚 焦刻劃雷射束114。如上所述，將刻劃雷射束114聚焦在晶圓表面是有利的(相反地，舉例而言，將刻劃雷射114聚焦在遮罩層110表面)。為了聚焦刻劃雷射在晶圓表面，系統130測定晶圓表面的高度。
為了測定晶圓表面的高度，系統100利用晶圓表面偵測模組150。晶圓表面偵測模組可包括表面偵測雷射155與視覺模組或光學感測器157。晶圓表面偵測模組亦可包括偵測模組控制器159以控制表面偵測雷射155與光學感測器157的運作。舉例而言，控制器159控制表面偵測雷射155的參數並在表面偵測雷射155與光學感測器157運作時控制。根據一個實施例，表面偵測雷射155發射雷射束，雷射束自晶圓表面反射。表面偵測雷射155發射之雷射束可具有的波長在可見光譜、紫外線(UV)或紅外線(IR)範圍中(三個總合為寬頻光譜)。光學感測器157偵測反射的雷射束。晶圓表面偵測模組150基於發射與反射雷射束的偵測之間的時間與雷射三角理論測定表面高度。可自參考點或面118測定晶圓表面的「高度」。參考點或面118亦可稱為原位(homing position)。
在應用雷射偵測晶圓高度的實施例中，配置於晶圓上之遮罩層110是由允許偵測雷射束穿透之材料所形成。因此，偵測雷射穿透配置於晶圓上之遮罩層110，並自遮罩層下方的層反射。舉例而言，遮罩層110可由PVA所形成。在一個上述實施例中，紅外線雷射偵測束穿透PVA遮罩層並自晶圓表面反射。
雖然在第1B圖中描繪以雷射為基礎的晶圓表面偵 測模組150，但系統130可應用其他光學系統。舉例而言，光學感測器可包括偵測可見光譜中光線的相機或任何其他適當光學感測器。在一個實施例中，系統應用相機以自動地尋找並辨別靶材的影像平面。舉例而言，相機系統可沿著元件晶圓的切割道尋找晶圓表面上對準標記或測試圖案。對準標記通常具有短的高度(例如，具有亞微米高度)，因此可在測定影像平面位置時忽略對準標記的厚度。系統接著可利用辨別之影像平面的高度，並基於辨別之影像平面計算晶圓表面高度(例如，利用三角理論)。
根據實施例而言，系統在切割道中執行晶圓高度測量。系統130可利用晶圓表面偵測模組150在晶圓上的切割道中之多個不同位置處測量晶圓表面的高度以取得晶圓表面的平均高度。在切割道中執行測量可造成更準確的測量，因為晶粒會包含具有凸塊(例如，高達50微米的凸塊)的層。切割道通常不包括大凸塊(例如，晶圓的其他區域上的那些大凸塊)。因此，在切割道中測量晶圓表面的高度可避免各個晶粒上凸塊所造成的不準確讀數。然而，其他實施例可包括在不具有大凸塊的晶圓其他區域處測量晶圓高度。
在一個實施例中，藉由晶圓表面偵測模組150取得之半導體晶圓表面的高度是期望的雷射聚焦平面。因此，系統150報導晶圓表面的測得高度給雷射刻劃模組140的刻劃雷射控制器147。刻劃雷射控制器可根據晶圓的測得高度而調整晶圓至晶圓間的刻劃雷射145的聚焦平面。在調整聚焦平面於晶圓表面後，刻劃雷射145刻劃晶圓。注意到雖然為了 清楚而分隔地描繪模組，但其他配置亦有可能。舉例而言，單一控制器可包括邏輯線路以控制刻劃雷射145、表面偵測雷射155與/或光學感測器157。
第2圖是呈現根據本發明實施例之雷射刻劃遮罩的方法中之操作的流程圖。方法200開始於操作202，雷射偵測系統(例如，第1B圖的晶圓表面偵測模組150)引導雷射束至半導體晶圓的切割道。舉例而言，雷射偵測系統引導雷射至樣本(諸如，第3A圖與第4圖中所示之切割道中的那些樣本)。雷射束將穿透遮罩並自配置於遮罩下方的半導體表面反射。操作204，光學感測器偵測反射的雷射束。雷射偵測系統可執行操作202與204一或多次。若雷射偵測系統直行多次測量，系統可取得執行測量的平均。操作206，系統基於反射的雷射束測定切割道中之半導體晶圓的高度。操作208，刻劃雷射以雷射刻劃製程圖案化遮罩。雷射刻劃製程聚焦刻劃雷射束於對應於切割道中之半導體晶圓的測定高度的平面。
第3A圖與第3B圖描繪在執行根據本發明實施例之雷射刻劃半導體晶圓的方法之前與之後的半導體晶圓(包括複數個積體電路)的橫剖面圖。第3A圖與第3B圖中之樣本包括形成於半導體晶圓或基板304上之正面遮罩302。根據一個實施例，半導體晶圓或基板304具有至少300毫米的直徑與300微米至800微米的厚度。在一個實施例中，半導體基板304的直徑為10微米至800微米。如圖所示，在一個實施例中，遮罩是共形遮罩。共形遮罩實施例可有利地確保下方地勢(例如，20微米的凸塊，未圖示)上方遮罩的足夠厚度能度過電漿 蝕刻切割操作的周期。然而，在替代實施例中，遮罩是非共形、平面遮罩(例如，凸塊上方之遮罩厚度小於谷中之遮罩厚度)。舉例而言，可藉由CVD或任何其他技術中習知製程來形成共形遮罩。在一個實施例中，遮罩302覆蓋並保護半導體晶圓之表面上形成的積體電路(ICs)，並亦保護自半導體晶圓之表面伸出或凸出達10-20微米的凸塊。遮罩302亦覆蓋相鄰積體電路之間形成的中間道。
根據本發明實施例，形成遮罩302包括形成一允許雷射束或其他光源(例如，第1B圖之表面偵測雷射155發射的雷射)傳送的層(例如，但不限於水溶層(PVA等等))，好測定晶圓表面的高度。遮罩302亦可包括光阻層與/或I-線圖案層。舉例而言，例如光阻層之聚合物層可由另外適合用於微影製程之材料所構成。在具有多遮罩層的實施例中，水溶性基底塗層可配置於非水溶性上塗層下。基底塗層接著提供剝除上塗層的手段，而上塗層提供電漿蝕刻抗性與/或藉由雷射刻劃製程的良好遮罩燒蝕。舉例而言，已經發現用於刻劃製程中之雷射波長可穿透之遮罩材料造成低晶粒邊緣強度。因此，舉例而言，作為第一遮罩材料層的PVA水溶性基底塗層可作為底切遮罩的抗電漿/雷射能量吸收之上塗層的手段，以便可自下方積體電路(IC)薄膜層移除/舉起整個遮罩。水溶性基底塗層可進一步作為阻障層，以保護IC薄膜層免於用以剝除能量吸收遮罩層之製程。在實施例中，雷射能量吸收遮罩層是UV-可固化與/或UV吸收與/或綠帶(500-540奈米)吸收。示範性材料包括多種傳統上用於IC晶片之鈍化層的光阻劑與 聚亞醯胺(PI)材料。在一個實施例中，光阻層是由正型光阻材料(諸如但不限於248奈米(nm)阻劑、193奈米阻劑、157奈米阻劑、遠紫外光(EUV)阻劑或具有重氮萘醌感光劑的酚樹脂基體)所構成。在另一個實施例中，光阻層是由負型光阻材料(諸如但不限於聚-順-異戊二烯與聚-乙烯基-桂皮酸酯。
半導體晶圓或基板304具有配置於其上或其中作為積體電路306之一部分的半導體元件陣列。上述半導體元件的實例包括(但不限於)製備於矽基板中並裝入介電層中之記憶體元件或互補金屬氧化物半導體(CMOS)電晶體。複數個金屬互連可形成於元件或電晶體上，及形成於圍繞介電層中，並可用來電耦接元件或電晶體以形成積體電路。傳導凸塊與鈍化層308可形成於互連層上。構成道的材料可相似於或相同於用來形成積體電路的那些材料。舉例而言，道可由介電材料、半導體材料與金屬化層所構成。在一個實施例中，一或多個道包括相似於積體電路實際元件的測試元件。
第3B圖描繪經過雷射刻劃後之第3A圖的樣本。雖然本發明實施例可施加其他雷射刻劃應用，但一般而言，執行雷射刻劃製程以移除存在於積體電路306之間道的材料。根據本發明實施例，以雷射刻劃製程圖案化遮罩302包括形成部分進入積體電路之間半導體晶圓區的溝槽310。在實施例中，以雷射刻劃製程圖案化遮罩包括利用脈衝寬度在飛秒範圍中之雷射直接寫入圖案。
明確地，波長在可見光光譜或紫外線(UV)或紅外線(IR)範圍(三個總合為寬頻光譜)的刻劃雷射可被用來提供飛 秒-基雷射，即脈衝寬度在飛秒(10-15秒)等級的雷射。在一個實施例中，燒蝕非(或基本上非)波長依賴性，並因此適合用於複雜膜(諸如，遮罩、道與可能的半導體晶圓或基板的一部分之膜層)。
雷射參數(例如脈衝寬度)選擇對發展成功的雷射刻劃與切割製程是重要的，成功的雷射刻劃與切割製程最小化碎片、微裂縫與分層以達成乾淨的雷射刻劃切割。雷射刻劃切割越乾淨，執行用於最終晶粒分離的蝕刻製程就越平順。一般而言，在半導體元件晶圓中，其上配置有許多不同材料類型(諸如，導體、絕緣體、半導體)與厚度的功能層。上述材料可包括(但不限於)有機材料(例如，聚合物)、金屬或無機介電質(諸如，二氧化矽與氮化矽)。
配置於晶圓或基板上之個別積體電路之間的道可包括與積體電路本身相似或相同的層。舉例而言，第4圖描繪根據本發明實施例可用於半導體晶圓或基板的道區域之材料堆疊的橫剖面圖。參照第4圖，道區域400包括矽基板的頂部402、第一二氧化矽層404、第一蝕刻終止層406、第一低介電常數介電層408(例如，介電常數低於二氧化矽的介電常數4.0)、第二蝕刻終止層410、第二低介電常數介電層412、第三蝕刻終止層414、無摻雜矽玻璃(USG)層416、第二二氧化矽層418與光阻層420或某些其他遮罩。銅金屬422配置於第一蝕刻終止層406與第三蝕刻終止層414之間，並通過第二蝕刻終止層410。在特定實施例中，第一蝕刻終止層406、第二蝕刻終止層410與第三蝕刻終止層414是由氮化矽所構 成，而低介電常數介電層408與412是由摻雜碳的氧化矽材料所構成。
在傳統刻劃雷射照射(諸如奈秒-基或皮秒-基雷射照射)下，道400的材料根據光學吸收與燒蝕機制會表現相當不同。舉例而言，例如二氧化矽的介電層基本上在正常情況下對所有商業上可取得的雷射波長是透明的。相反地，金屬、有機物(例如，低介電常數材料)與矽可非常容易地耦合光子，特別是在回應奈秒-基或皮秒-基雷射照射時。然而，在實施例中，藉由在燒蝕低介電常數材料層與銅層之前燒蝕二氧化矽層，飛秒-基雷射製程被用來圖案化二氧化矽層、低介電常數材料層與銅層。在特定實施例中，大約低於或等於400飛秒的脈衝被用於飛秒-基雷射照射製程以移除遮罩、道與矽基板的部分。在一個實施例中，使用大約低於或等於500飛秒的脈衝。
根據本發明實施例，適當的飛秒-基刻劃雷射製程的特徵在於通常導致多種材料中非線性交互作用的高峰值強度(輻照度)。在一個上述實施例中，飛秒雷射源的脈衝寬度大約在10飛秒至500飛秒範圍中，然而較佳在100飛秒至400飛秒範圍中。在一個實施例中，飛秒雷射源的波長大約在1570奈米至200奈米範圍中，然而較佳在540奈米至250奈米範圍中。在一個實施例中，雷射與相應的光學系統在工作表面處提供大約在3微米至15微米的範圍中的焦點，然而較佳大約在5微米至10微米的範圍中。
刻劃雷射在工作表面處的空間束分佈可為單一模式 (高斯)或具有成形的平頂(top-hat)分佈。在實施例中，刻劃雷射源的脈衝重複率大約在200kHz至10MHz範圍中，然而較佳大約在500kHz至5MHz範圍中。在實施例中，雷射源在工作表面處輸送的脈衝能量大約在0.5μJ至100μJ範圍中，然而較佳大約在1μJ至5μJ範圍中。在實施例中，雷射刻劃製程沿著工件表面進行的速度大約在500毫米/秒至5米/秒範圍中，然而較佳大約在600毫米/秒至2米/秒範圍中。
刻劃製程可僅在單一通過或在多次通過中進行，但在實施例中，較佳為1-2次通過。在一個實施例中，工件中的刻劃深度大約在5微米至50微米深的範圍中，較佳大約在10微米至20微米深的範圍中。可用在已知脈衝重複率下的單一脈衝列或脈衝爆發列任一者施加刻劃雷射。在實施例中，在元件/矽介面處測量，雷射束產生的切口寬度大約在2微米至15微米範圍中，然而在矽晶圓刻劃/切割中較佳大約在6微米至10微米範圍中。
刻劃雷射參數可經選擇而帶有益處與優點，諸如提供足夠高的雷射強度以達成無機介電質(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下層傷害所造成的分層與碎片。再者，參數可經選擇以提供具有準確控制之燒蝕寬度(例如，切口寬度)與深度的工業應用有意義的製程產量。如上所述，相較於皮秒-基與奈秒-基雷射燒蝕製程而言，飛秒-基雷射更大程度地適合用來提供上述優點。然而，即便在飛秒-基雷射燒蝕的光譜中，某些波長比起其他者可提供較佳性能。舉例而言，在一個實施例中，波長接近或在紫外線 範圍中的飛秒-基雷射製程比起波長接近或在IR範圍中的飛秒-基雷射製程而癌提供較乾淨的燒蝕製程。在上述特定實施例中，適合用於半導體晶圓或基板刻劃的飛秒-基雷射製程是基於波長大約小於或等於540奈米的雷射。在上述獨特實施例中，使用脈衝大約小於或等於400飛秒且波長大約小於或等於540奈米的雷射。然而，在替代實施例中，使用雙雷射波長(例如，IR雷射與紫外線雷射的組合)。在一個實施例中，可在雷射刻劃製程之後執行電漿蝕刻與晶粒分離。
參照第5圖，製程工具500包括工廠介面502(FI)，工廠介面502具有複數個負載鎖定504與其耦接。群集工具506與工廠介面502耦接。群集工具506包括一個或多個電漿蝕刻腔室，諸如非等向性電漿蝕刻腔室508與等向性電漿蝕刻腔室514。雷射刻劃設備510亦耦接至工廠介面502。在一個實施例中，如第5圖中所示，製程工具500的整體佔地面積大約3500毫米(3.5米)乘上大約3800毫米(3.8米)。
在實施例中，雷射刻劃設備510容納飛秒-基雷射。飛秒-基雷射適合用來執行複合式雷射與蝕刻分離製程的雷射燒蝕部分，例如上文所述之雷射燒蝕製程。在一個實施例中，可移動的平台亦可包含於雷射刻劃設備500中，可移動的平台設以相對於飛秒-基雷射移動晶圓或基板(或其之載具)。在特定實施例中，飛秒-基雷射亦是可移動的。在一個實施例中，如第5圖中所示，雷射刻劃設備510的整體佔地面積大約2240毫米乘上大約1270毫米。雷射刻劃設備510亦可包括參照第1A圖與第1B圖所述之雷射偵測模組(或其他偵測晶圓高度的 設備)以引導雷射束至半導體晶圓的切割道。偵測雷射束及將被傳送通過遮罩並自配置於遮罩下方之層反射。雷射偵測模組亦可包括光學感測器以基於反射之雷射束偵測配置於遮罩下方之層的高度。雷射偵測模組或系統亦可在其他地方具象化(例如，作為分離模組)。
在實施例中，一個或多個電漿蝕刻腔室508設以通過圖案化遮罩中之縫隙蝕刻晶圓或基板以切割成複數個積體電路。在一個上述實施例中，一個或多個電漿蝕刻腔室508設以執行深矽蝕刻製程。在特定實施例中，一個或多個電漿蝕刻腔室508是自Applied Materials(Sunnyvale,CA,USA)取得的Applied Centura® SilviaTM蝕刻系統。蝕刻腔室可特定設以用於深矽蝕刻，深矽蝕刻用以產生單結晶矽基板或晶圓上或之中安置的分割積體電路。在實施例中，高密度電漿源被包含於電漿蝕刻腔室508中以促進高矽蝕刻速率。在實施例中，多於一個蝕刻腔室被包含於製程工具500的群集工具506部分中，以達成分離或切割製程的高製造產量。
工廠介面502可為適當的大氣壓力接口，以接合於外部製造設備與雷射刻劃設備510與群集工具506。工廠介面502可包括具有臂或葉片的機器人，以自儲存單元(例如，前開式晶圓傳送盒)傳送晶圓(或其之載具)進入群集工具506或雷射刻劃設備510任一者或兩者。
群集工具506可包括其他適合執行分離方法中功能的腔室。舉例而言，在一個實施例中，包含沉積腔室512以取代額外的蝕刻腔室。沉積腔室512可設以在雷射刻劃晶圓 或基板之前，藉由例如均勻旋塗式製程用於晶圓或基板之元件層上或上方的遮罩沉積。在一個上述實施例中，沉積腔室512適合用來沉積正形性因子在大約10%內的均勻層。
在實施例中，等向性電漿蝕刻腔室514應用下游電漿源，諸如配置於在本文其他地方所述之等向性蝕刻製程過程中容納基板的製程腔室上游一段距離的高頻磁控或感應耦合源。在實施例中，等向性電漿蝕刻腔室514恰好使用示範性非聚合電漿蝕刻源器體(諸如，一個或多個的NF3或SF6，Cl2或SiF4)與一個或多個氧化劑(例如，O2)。
第6圖描繪電腦系統600，在電腦系統600中，可執行一組指令以造成機器執行一個或多個本文所述之刻劃方法。示範性電腦系統600包括處理器602、主要記憶體604(諸如，唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體、諸如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)的動態隨機存取記憶體(DRAM)等等)、靜態記憶體606(諸如，快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體(SRAM)等等)與次要記憶體618(例如，數據儲存元件)，上數各者透過匯流排630而彼此連通。
處理器602代表著一個或多個通用製程元件，諸如微處理器、中央處理單元等等。更明確地，處理器602可為複雜指令集計算(CISC)微處理器、精簡指令集計算(RISC)微處理器、極長指令(VLIW)微處理器等等。處理器602亦可為一個或多個特定用途製程元件，諸如特定應用積體電路(ASIC)、現場可程式閘陣列(FPGA)、數位信號處理器(DSP)、網路處理器等等。處理器602設以執行製程邏輯626好執行 本文所討論的運作與步驟。
電腦系統600可進一步包括網路接口元件608。電腦系統600亦可包括影像顯示單元610(諸如，液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT))、文字數字輸入元件612(例如，鍵盤)、指標控制元件614(例如，滑鼠)與信號產生元件616(例如，揚聲器)。
次要記憶體618可包括機器可存取的儲存媒介(或更明確地，電腦可讀取的儲存媒介)631，上方儲存有一個或多個實現本文所述的一個或多個方法或功能的指令集(例如，軟體622)。在藉由電腦系統600執行軟體622的過程中，軟體622亦可完全或至少部分地位於主要記憶體604與/或處理器602中，主要記憶體604與處理器602亦構成機器可讀取的儲存媒介。軟體622可進一步透過網路接口元件608傳送或接收於網路620上。
雖然示範性實施例中圖示之機器可存取的儲存媒介631為單一媒介，但詞彙「機器可讀取的儲存媒介」應包括儲存一個或多個指令集的單一媒介或多個媒介(諸如，集中式或分散式資料庫與/或相關快取與伺服器)。詞彙「機器可讀取的儲存媒介」應包括任何能夠儲存或編碼由機器執行之指令集的媒介，執行指令集會造成機器執行一個或多個本發明之方法的任何一者。因此，詞彙「機器可讀取的儲存媒介」應包括(但不限於)固態記憶體、光學與磁性媒介與其他非暫態機器可讀取的儲存媒介。
因此，上方敘述描述了在雷射刻劃製程中測定雷射 聚焦平面的方法與系統。將可理解上方敘述是用來描述而非限制。舉例而言，雖然圖式中之流程圖顯示由本發明某些實施例執行的特定操作順序，應當理解上述順序並非必需(例如，替代實施例在不同順序下執行操作、組合某些操作、重疊某些操作等等)。再者，那些熟悉技術人士在讀過並瞭解上方敘述後可顯而易見地得知許多其他實施例。雖然已經參照特定示範性實施例描述本發明，但可理解本發明並不受限於所述之實施例，反之可在隨附之申請專利範圍的精神與範圍內的修改與變化下執行本發明。因此，本發明之範圍應參照隨附之申請專利範圍以及與上述申請專利範圍相等之完整範圍而加以決定。

Claims (20)

  1. 一種雷射刻劃一遮罩的方法，該遮罩配置於一半導體晶圓上，該方法包括以下步驟：利用一光學感測器在一切割道中測定該遮罩下之該半導體晶圓的一高度；及以一雷射刻劃製程圖案化該遮罩，該雷射刻劃製程用以聚焦一刻劃雷射束於一平面，該平面對應於該切割道中之該半導體晶圓的測定高度。
  2. 如請求項1之方法，其中利用該光學感測器在該切割道中測定該遮罩下之該半導體晶圓的高度之步驟包括以下步驟：引導一雷射束至該半導體晶圓的該切割道，該雷射束被傳送通過該遮罩並自一配置於該遮罩下之層反射；以該光學感測器基於該反射之雷射束偵測配置於該遮罩下之該層的高度；及基於配置於該遮罩下之該層的偵測高度測定該半導體晶圓的高度。
  3. 如請求項1之方法，其中利用該光學感測器在該切割道中測定該遮罩下之該半導體晶圓的高度之步驟包括以下步驟：以一相機辨別該遮罩下之該半導體晶圓的一表面上之影像；及 基於該辨別之影像測定該半導體晶圓的高度。
  4. 如請求項1之方法，其中圖案化該遮罩之步驟更包括以下步驟：圖案化一鈍化層與一元件層以暴露該半導體晶圓的一基板層。
  5. 如請求項4之方法，更包括以下步驟：電漿蝕刻該暴露的基板層。
  6. 如請求項1之方法，其中圖案化該遮罩之步驟更包括以下步驟：以一波長低於或等於540奈米且雷射脈衝寬度低於或等於500飛秒的飛秒雷射直接寫下一圖案。
  7. 如請求項1之方法，其中該遮罩更包括該半導體晶圓上之一水溶性遮罩層。
  8. 如請求項7之方法，其中該水溶性遮罩層包括PVA。
  9. 如請求項8之方法，其中該遮罩包括一多層式遮罩，該多層式遮罩包括該水溶性遮罩層與一非水溶性遮罩層，該水溶性遮罩層作為一基底塗層而該非水溶性遮罩層作為一位於該基底塗層之頂部上的上塗層。
  10. 如請求項9之方法，其中該非水溶性遮罩層是一光阻或一聚亞醯胺(PI)。
  11. 如請求項1之方法，其中該半導體晶圓的直徑至少300毫米且厚度為10微米至800微米。
  12. 一種雷射刻劃配置於一基板上之一個或多個層的方法，該一個或多個層包括複數個積體電路(ICs)與一覆蓋該ICs的遮罩層，該方法包括以下步驟：引導一紅外線雷射束至配置於該基板上之該一個或多個層，該紅外線雷射束被傳送通過該遮罩層並在一切割道中自一配置於該遮罩層下方之層反射；以一光學感測器基於該反射之紅外線雷射束在該切割道中偵測配置於該遮罩層下方之該層的高度；基於配置於該遮罩層下方之該層的偵測高度測定該切割道中之一基板高度；及以一雷射刻劃製程形成一溝槽於至少該遮罩層中，該雷射刻劃製程用以基於該切割道中之測定基板高度而放置一雷射聚焦平面於該基板的一表面上。
  13. 如請求項12之方法，更包括以下步驟：形成該溝槽於一鈍化層與一元件層中以暴露該基板。
  14. 如請求項13之方法，更包括以下步驟：電漿蝕刻該暴露的基板。
  15. 如請求項12之方法，其中形成該溝槽於至少該遮罩層中之步驟更包括以下步驟：以一波長低於或等於540奈米且雷射脈衝寬度低於或等於500飛秒的飛秒雷射直接寫下一圖案。
  16. 一種雷射刻劃一配置於一半導體晶圓上之遮罩的系統，該系統包括：一雷射源，用以引導一雷射束至該半導體晶圓的一切割道，該雷射束被傳送通過該遮罩並自配置於該遮罩下方之一層反射；一光學感測器，用以基於該反射之雷射束偵測配置於該遮罩下方之該層的高度；一處理器，用以基於配置於該遮罩下方之該層的偵測高度測定該切割道中之該半導體晶圓的高度；及一雷射刻劃模組，以一雷射刻劃製程圖案化該遮罩，該雷射刻劃製程用以聚焦一刻劃雷射束於一平面，該平面對應於該切割道中之該半導體晶圓的測定高度。
  17. 如請求項16之系統，其中該雷射刻劃模組進一步用以圖案化一鈍化層與一元件層以暴露該半導體晶圓的一基板層。
  18. 如請求項17之系統，更包括一電漿蝕刻腔室，用以蝕刻該半導體晶圓的該暴露的基板層。
  19. 如請求項16之系統，其中該雷射刻劃模組包括一用以直接寫下一圖案的飛秒雷射，該飛秒雷射的波長低於或等於540奈米而雷射脈衝寬度低於或等於500飛秒。
  20. 如請求項16之系統，其中該遮罩更包括該半導體晶圓上之一水溶性遮罩層。
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