TWI834157B - 固體結構的加工裝置及加工方法 - Google Patents
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Abstract
一種固體結構的加工裝置及加工方法用以對固體結構進行一加工程序。本發明之固體結構的加工裝置係以多種電磁輻射源提供能量予上述之固體結構，藉以使得固體結構產生質變或缺陷，亦即形成改質層。其中，改質層之應力及/或硬度係不同於其他非加工區域。
Description
本發明是有關於一種加工裝置及加工方法，特別是有關於一種固體結構的加工裝置及加工方法。
近年來，由於半導體技術不斷地蓬勃發展，使得科技類產品得以大步躍進。在半導體製程中，常使用加工元件對晶圓等材料進行切割、研磨或拋光等加工程序。半導體材料，例如碳化矽(SiC)，具有寬能帶隙性質、高硬度、高導熱率以及化學惰性性質等優點，因此是製備高溫電子元件、高頻大功率元件更為理想的材料。然而半導體材料的高硬度特性，卻不易於切片、研磨或拋光等加工程序的進行，亦會對加工元件等刀具造成磨損。因此，如何透過改質來提升半導體材料的加工效率及品質，實屬當前重要研發課題之一。
有鑑於此，本發明之一或多個目的就是在提供一種固體結構的加工裝置及加工方法，以解決上述習知技藝之問題。
為達前述一或多個目的，本發明提出一種固體結構的加工裝置，至少包含：一雷射源，用以在該加工程序之一改質步驟中提供一雷射能量予該固體結構之一加工目標區；以及一微波或射頻源，用以在該加工程序之該改質步驟中提供一微波或射頻能量予該固體結構，其中該固體結構之該加工目標區在該加工程序之該改質步驟中係藉由該雷射能量以及該微波或射頻能量產生質變或缺陷進而形成一改質層。
其中，更包含一熱源，用以在該加工程序之該改質步驟中加熱該固體結構。
其中，該熱源為該雷射源、該微波或射頻源、一加熱液體槽、一另一雷射源、一另一微波或射頻源及/或一紅外光源。
其中，該固體結構係浸泡於一液體中。
其中，更包含一檢測及控制單元，用以在該加工程序之一檢測及控制步驟中檢測該固體結構之該改質層之形成狀態，進而回饋控制該雷射源所提供之該雷射能量及/或回饋控制該微波或射頻源所提供之該微波或射頻能量。
其中，該雷射源係依據該微波或射頻源所提供之該微波或射頻能量對應地調整所提供之該雷射能量。
其中，該微波或射頻源係依據該雷射源所提供之該雷射能量對應地調整所提供之該微波或射頻能量。
其中，該雷射源係藉由產生一脈衝光以提供該雷射能量，該微波或射頻源係藉由連續性或間歇性產生一電磁波以提供該微波或射頻能量。
其中，該雷射源及該微波或射頻源係依序或同時分別提供該雷射能量及該微波或射頻能量，藉以使得該固體結構之該加工目標區形成該改質層。
其中，該雷射源在該加工程序中係依據該固體結構之形態對應地調整該雷射源所產生之一脈衝光之一聚焦點照射該固體結構之一深度。
其中，該雷射源係以單一或複數個脈衝光形成複數個聚焦點照射該固體結構之該加工目標區。
其中，該雷射源係以不同波長之複數個脈衝光照射該固體結構之該加工目標區。
其中，該微波或射頻源提供該微波或射頻能量予該固體結構之方向係相同於該雷射源提供該雷射能量予該固體結構之方向。
其中，該微波或射頻源提供該微波或射頻能量予該固體結構之方向係不同於該雷射源提供該雷射能量予該固體結構之方向。
為達前述一或多個目的，本發明提出一種固體結構的加工方法，用以進行一加工程序，該加工程序包含下列步驟：進行一改質步驟，其中該改質步驟包含：以一雷射源提供一雷射能量予該固體結構之一加工目標區；以及以一微波或射頻源提供一微波或射頻能量予該固體結構，其中該固體結構之該加工目標區係藉由該雷射能量以及該微波或射頻能量產生質變或缺陷進而形成一改質層。
其中，在進行該改質步驟時或之後，更包含進行一加熱步驟，藉以利用一熱源加熱該固體結構。
其中，在進行該加工程序時，該固體結構之該改質層之硬度或應力係異於該固體結構之其他區域。
其中，在進行該改質步驟之後，更包含對該固體結構進行一後續步驟，該後續步驟係選自於由分割、薄化、磨拋、鍍膜、氣相沉積、黃光、微影、蝕刻及擴散所組成之族群。
其中，該加工目標區係位於該固體結構之一深度中或一表面上。
其中，該加工目標區係位於該固體結構之部分區域。
其中，該雷射源係依據該微波或射頻源所提供之該微波或射頻能量對應地調整改質該加工目標區所提供之該雷射能量，或者是該微波或射頻源係依據該雷射源所提供之該雷射能量對應地調整加熱該加工目標區所提供之該微波或射頻能量。
承上所述，依本發明之固體結構的加工裝置及加工方法，其可具有一或多個下述優點：
(1)本發明在改質步驟中利用多種電磁輻射源使得固體結構之加工目標區產生質變或缺陷，藉以與其他區域間產生應力差異。
(2)本發明在改質步驟中係利用雷射源之脈衝光在固體結構之加工目標區形成熱點，使得固體結構之加工目標區產生原子鍵結弱化、結構弱化或由單晶型態轉變成多晶型態或非晶型態等質變或缺陷等改質現象。本發明在改質步驟中同時利用微波或射頻源提供微波或射頻能量予固體結構，固體結構之加工目標區因雷射能量之提供而產生自由電子，該自由電子的產生相對於其他區域(非加工目標區)可吸收更多的微波能量，因而升高加工目標區之溫度，又因溫度升高有助於加工目標區吸收更多雷射能量以產生更多的自由電子，而吸收更多微波或射頻輻射源所提供之電磁能量，故而形成正向循環。
(3)本發明在改質步驟中以熱源加熱固體結構，可提升固體結構的溫度，藉由升高溫度可提升輻射源能量的吸收率。
(4)本發明在檢測及控制步驟中檢測固體結構之改質層之形成狀態，進而回饋控制雷射源所提供之雷射能量及/或回饋控制微波或射頻源所提供之微波或射頻能量，例如控制微波或射頻源所提供之微波或射頻能量之大小、頻率或加工進料速度等。
茲為使鈞審對本發明的技術特徵及所能達到的技術功效有更進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例及配合詳細的說明如後。
S10:改質步驟
S40:檢測及控制步驟
S50:加熱步驟
S60:後續步驟
20:雷射源
22:雷射產生器
23:脈衝光
24:透鏡組
30:微波或射頻源
32:微波產生器
33:微波
34:同軸共振腔
35:開口
36:隔離器
38:匹配器
38a:同軸管
38b:金屬板
38c:金屬桿
40:吸收元件
70:熱源
80:加熱液體槽
82:油
90:檢測及控制單元
92:溫度感測器
100:固體結構
110:加工目標區
120:改質層
150:載台
X:深度
L1:橫向雙箭頭
L2:縱向雙箭頭
C1:橫向雙箭頭
C2:縱向雙箭頭
I-I’、II-II’:剖面線
圖1為本發明之固體結構之加工方法所執行之加工程序之示意圖。
圖2為本發明之固體結構之加工裝置進行改質步驟之第一實施例之示意圖。
圖3為本發明之固體結構之加工裝置進行改質步驟之第二實施例之示意圖。
圖4為本發明之固體結構之加工裝置進行改質步驟之第三實施例之示意圖。
圖5為本發明中雷射能量與微波(或射頻)能量的輸出頻率示意圖。
圖6為本發明中利用檢測及控制單元檢測改質層之形成狀態之示意圖。
圖7為本發明之固體結構之加工裝置於加熱液體槽中進行加熱步驟之示意圖。
圖8為由圖4另一視角所得之示意圖。
圖9a及圖9b分別為本發明的固體結構具有單一加工目標區位於部分區域之上視圖及剖面側視圖，圖9c及圖9d分別為本發明的固體結構具有多個加工目標區位於部分區域之上視圖及剖面側視圖。
為利瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合圖式，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍。此外，為使便於理解，下述實施例中的相同元件係以相同的符號標示來說明。
另外，在全篇說明書與申請專利範圍所使用的用詞，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露的內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本發明的用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本發明的描述上額外的引導。
關於本文中如使用“第一”、“第二”、“第三”等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本發明，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的組件或操作而已。
其次，在本文中如使用用詞“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，其均為開放性的用語，即意指包含但不限於。
本發明係提供一種固體結構的加工裝置及加工方法，此加工裝置及加工方法係用以對待加工之固體結構(即待加工物)進行加工程序，且可適用於許多半導體製程，例如，但不限於，SOI(絕緣層上半導體)製程、晶錠切片(Slicing)製程、晶圓薄化(Thinning)製程或者是封裝(Packaging)製程等。上述之固體結構係例如，但不限於，上述半導體製程中含有半導體材料之固態物體，例如晶圓或晶錠等晶體結構。其中，上述之半導體材料係例如，但不限於，Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、GaN或InP等基板材料，晶體結構係例如，但不限於，單晶、多晶或非晶結構。本發明之加工方法所進行之加工程序至少包含：進行一改質步驟，藉以在上述之固體結構之一加工目標區上形成一改質層。
請參閱圖1所示，在本發明之加工程序之改質步驟S10中，本發明之固體結構的加工裝置係以多種電磁輻射源提供多種電磁能量予上述之固體結構之加工目標區，其中這些電磁能量係作為改質能量，藉以使得固體結構之加工目標區產生質變或缺陷，亦即形成改質層。舉例來說，本發明可採用兩種電磁輻射源來分別提供兩種電磁能量予固體結構之加工目標區，藉以使得固體結構之加工目標區產生質變或缺陷進而形成一改質層。
請參閱圖2至圖4所示，以固體結構100為晶圓舉例，晶圓係定義有一加工目標區110位於晶圓之一徑向截面(Radial Section)或軸向截面(Axial Section)，且此徑向截面或軸向截面可例如為位於晶圓之任一深度中或表面上。固體結構100係例如承載於載台150上，此載台150例如為，但不限於移動式載台。此外，固體結構100之加工程序不限於在加熱液體槽80(如圖7所示)等腔室中
或非在加熱液體槽(如圖6)等腔室中進行。上述兩種電磁輻射源中之第一種電磁輻射源係提供第一種電磁能量予固體結構100之加工目標區110，藉以使得此加工目標區110之固體結構100產生質變或缺陷等改質現象，例如原子鍵結弱化、結構弱化或由單晶型態轉變成多晶型態或非晶型態，亦即會形成改質層120。固體結構100之厚度例如，但不限於，介於約50μm至約1,800μm之範圍。加工目標區110例如為位於固體結構100之一深度X中或一表面上。其中，本發明所形成之改質層120在固體結構100所佔之面積、厚度、分布方向及分布方式並無特別限定，例如其可依據實際製程需求而定。若固體結構100為晶錠，則其厚度範圍例如，但不限於，大於800μm。
本發明所採用之第一種電磁輻射源例如為雷射源20，其係在上述之加工程序之改質步驟S10中產生具有雷射能量之脈衝光，用以照射固體結構100之加工目標區110。以固體結構100之厚度為1,800μm為例，加工目標區110之深度X可介於約0μm至約1,800μm之間。雷射源20係藉由雷射產生器22產生一脈衝光23，且此脈衝光23係經由透鏡組24傳遞至固體結構100上。由於雷射源20之脈衝光23會在聚焦點形成非線性吸收效應及產生熱效應，而形成熱點(Hot Spot)，因此會造成聚焦點處之固體結構100離子化產生自由電子，並且自由電子的能量也會轉移至聚焦點處之固體結構100而升高聚焦點之固體結構100的溫度，亦即會增加聚焦點之吸收係數，以吸收更多雷射源20提供之雷射能量，進而提升改質效果。所以，當雷射源20所產生之脈衝光23之聚焦點聚焦在固體結構100之加工目標區110上時，就會提供雷射能量予此固體結構100之加工目標區110，使其產生原子鍵結弱化、結構弱化或由單晶型態轉變成多晶型態或非晶型態等質變或缺陷等改質現象。
上述兩種電磁輻射源中之第二種電磁輻射源係提供第二種電磁能量予固體結構100之加工目標區110，其中第一種電磁輻射源所提供之第一種電磁能量可使得固體結構100之加工目標區110產生自由電子，該自由電子的產生有助於吸收第二種電磁輻射源所提供之第二種電磁能量以升高加工目標區110之溫度，而溫度升高又有助於加工目標區110吸收更多第一種電磁能量以產生更多的自由電子，因而吸收更多第二種電磁輻射源所提供之第二種電磁能量，進而形成正向循環。
在本發明中，第二種電磁輻射源係例如為微波或射頻源30，其係在上述之加工程序之改質步驟S10中連續性或間歇性產生一電磁波以提供微波或射頻能量予固體結構100。以第二種電磁輻射源為微波源為例，微波或射頻源30係藉由微波產生器32(如磁控管)產生微波33，且經由同軸共振腔(Coaxial Resonator)34傳遞至固體結構100。其中，微波產生器32與同軸共振腔34之間較佳為設有隔離器(Isolator)36，其可提供單向傳輸微波的效果，且微波的傳輸路徑(如同軸共振腔34)上較佳還設有匹配器38，其可提供降低微波反射量，使得微波能夠有效進入同軸共振腔34中，藉以傳遞至固體結構100上。匹配器38係例如由同軸管38a、金屬板38b及金屬桿38c組成，惟上述之微波或射頻源30構造僅為較佳舉例，並非用以限定本發明。相較於紫外光或紅外光，本發明所採用之微波源所提供之微波可穿透晶圓/晶錠等固體結構100，且微波可使晶圓/晶錠之原子(例如矽原子)間的鍵結產生振動，由於鍵結往復運動產生內摩擦熱使晶圓/晶錠之物質內外同時加熱升溫，產生更多自由電子。微波之波長係介於約1mm至約1m之範圍，頻率介於約300GHz至約0.3GHz之範圍。微波之輸出模式可為連續式的微波源或脈衝寬度介於約1μs至約1ms之範圍的間歇性的微波源。上述之雷射源20
所提供之雷射能量以及上述之微波或射頻源30所提供之微波或射頻能量可使得固體結構100在加工目標區110產生質變或缺陷等現象而形成改質層120。
此外，由於固體結構100之加工目標區110(即改質層120所在位置)在雷射源20之脈衝光之聚焦點處相較於固體結構100其他區域(非加工目標區)，有較多自由電子，該自由電子的產生相對於其他區域(非加工目標區)可吸收更多的微波能量，可升高加工目標區110之溫度，而溫度升高又有助於加工目標區110吸收更多第一種電磁能量以產生更多的自由電子，因而吸收更多第二種電磁輻射源所提供之第二種電磁能量，進而形成正向循環，因而與其他非加工目標區產生更大的熱差異，因此對應有更多的應力及/或硬度等性質差異，以有效地對固體結構100之加工目標區110進行改質。其中，上述之溫度可例如藉由溫度感測器92(如紅外線溫度感測器)偵測而得。其中，在進行改質步驟S10的過程中，由於固體結構100之加工目標區110可吸收雷射能量及微波能量產生熱效應，因此固體結構100之加工目標區110之硬度可低於其他非加工目標區。
另外，本發明之微波或射頻源30提供具有微波或射頻能量之微波或射頻電磁波之方向並無特別限定，其可從不同於(如圖2所示之相對側)、相同於(如圖3所示之同一側)或垂直於(如圖4、圖8所示)雷射源20提供雷射能量予固體結構100之方向來提供微波或射頻電磁波。在本發明中，也可採用雙微波或射頻源來提供微波或射頻能量，如圖4及圖8所示，兩組微波或射頻源30共用同一個同軸共振腔34分別設於固體結構100的左右兩側，以垂直於雷射源20提供雷射能量之方向來提供微波或射頻能量。其中，圖4及圖8所示之同軸共振腔34更選擇性具有開口35，藉以使得載台150可利用此開口35將固體結構100上欲處理之區域送入同軸共振腔34中。同軸共振腔34可例如為透明或不透明材質。此外，除
了前述的相對側方向、相同側方向、垂直方向之外，微波或射頻源30提供微波或射頻能量之方向與雷射源提供雷射能量之方向，也可以是呈一夾角，且此夾角係介於約0度至約180度之範圍。另外，微波或射頻源30提供微波或射頻電能量之方向也可以是可調整的，例如依據固體結構100的表面形貌或成分來調整微波或射頻源30提供微波或射頻能量之方向與雷射源提供雷射能量之方向及/或前述之夾角。
此外，雷射源20所提供之脈衝光可例如沿著徑向截面(Radial Section)或軸向截面(Axial Section)之方向掃描以提供能量予固體結構100，且固體結構100之質變或缺陷之形成方向係平行於徑向截面或軸向截面之方向，其中脈衝光沿著徑向截面或軸向截面之方向掃描時之掃描路徑並無特別限定，只要能夠提供雷射能量予固體結構100之加工目標區110，即可適用於本發明中。由於微波或射頻電磁波可穿透晶圓/晶錠等固體結構100，因此微波或射頻源30可從平行於徑向截面或軸向截面之方向、垂直於徑向截面或軸向截面之方向或其他方向提供微波或射頻電磁波，且對於固體結構100選擇性地在僅有因雷射源20提供能量產生質變或缺陷之固體結構100的加工目標區110，會吸收相較於非加工目標區110，有較多微波或射頻能量。其中，不論微波或射頻源30從哪個方向提供微波或射頻電磁波，均可在對面側設置吸收元件40，以避免不必要的散射，提升吸收的均勻度(如圖2所示)。由於雷射源20以及微波或射頻源30之設置方式及其運作原理為習知技術者所熟知，故本發明此處不再贅述。
本發明之微波或射頻源30之功率例如介於約200瓦至約5,000瓦之範圍，而且本發明之雷射源20所輸出之雷射能量不限於高於、低於或等於微波或射頻源30所輸出之微波或射頻能量。其中，本發明之雷射源20例如，但不限
於可依據微波或射頻源30所提供之微波或射頻能量對應地調整改質加工目標區110所提供之雷射能量，而微波或射頻源30例如，但不限於可依據雷射源20所提供之雷射能量對應地調整加熱固體結構100之加工目標區110所提供之微波或射頻能量，只要能夠在固體結構100之加工目標區110上形成改質層120即可適用於本發明中。依據前述之正向循環效果，舉例而言，當增加微波或射頻源30提供微波或射頻能量予固體結構100之加工目標區110時，則雷射源20可以對應地降低其所提供予固體結構100之加工目標區110之雷射能量。或，當雷射源20固定其所提供予固體結構100之加工目標區110之雷射能量，微波或射頻源30降低或增加其提供微波或射頻能量予固體結構100之加工目標區110，達到前述之正向循環效果。
此外，本發明之雷射源20係藉由產生一脈衝光以提供雷射能量，微波或射頻源30則係藉由連續性或間歇性產生一電磁波以提供微波或射頻能量。藉此，本發明之雷射源20以及微波或射頻源30可依序或同時分別輸出脈衝光以及微波或射頻電磁波以提供雷射能量以及微波或射頻能量，使得固體結構100之加工目標區110形成改質層120。圖5為本發明中雷射能量與微波(或射頻)能量的輸出頻率示意圖。如圖5所示，雷射源20係以脈衝光提供雷射能量，而微波或射頻源30可以連續性地產生微波或射頻電磁波以提供微波或射頻能量(如圖5中的(a)、(b)及(c))，或者微波或射頻源30也可以間歇性地產生微波或射頻電磁波以提供微波或射頻能量(如圖5中的(d)、(e)、(f)、(g)及(h))。圖5中的橫坐標T表示時間，縱坐標E表示脈衝能量(Pulse Energy，E)，且用以表示輸出頻率，非表示實際能量大小。
續言之，以微波或射頻源30間歇性產生微波或射頻電磁波為例，就開啟時間點而言，微波或射頻源30可在雷射源20輸出脈衝光前開啟，於脈衝光關閉後關閉。微波或射頻源30也可在雷射源20輸出脈衝光後開啟，於脈衝光關閉後關閉。或者是，微波或射頻源30可在雷射源20輸出脈衝光時同時開啟，於脈衝光關閉後關閉。就輸出頻率而言，微波或射頻源30所輸出之微波或射頻電磁波可例如與雷射源20所輸出之脈衝光頻率相同且提供時間一致。或者是，微波或射頻源30所輸出之微波或射頻電磁波可例如與雷射源20所輸出之脈衝光頻率相同且提供時間比雷射之脈衝寬度長，例如長n倍，其中n可例如為正整數或一小數。除此之外，以微波或射頻源30連續性產生微波或射頻電磁波為例，就輸出頻率而言，微波或射頻源30所輸出之微波或射頻電磁波也可例如與雷射源20所輸出之脈衝光頻率不相同且微波或射頻電磁波之輸出頻率低於或者高於脈衝光輸出頻率。或者是，微波或射頻源30所輸出之微波或射頻電磁波可例如與雷射源20所輸出之脈衝光頻率不相同且微波或射頻電磁波之輸出頻率為雷射之脈衝光輸出頻率的n倍，其中n可例如為正整數或一小數。
本發明所採用之雷射源20例如為Nd：YAG脈衝雷射、Nd：YVO4脈衝雷射或Ti-Sapphire脈衝雷射。雷射源20所產生之脈衝光係掃描式照射固體結構100之加工目標區110，藉以使得缺陷密度介於約100ea/mm2至約1,000,000ea/mm2之範圍，其中脈衝光之移動速率介於約10mm/sec至約1,000mm/sec之範圍，脈衝光波長大於約700nm，脈衝光波長較佳為介於約700nm至約1,600nm之範圍，脈衝寬度小於約1,000ns，重複頻率(Repetition Frequency)介於約5KHz至約10MHz之範圍，脈衝能量(Pulse Energy，E)例如介於約0.1μJ至約1,000μJ之範圍，光點點徑(Spot Diameter)範圍例如介於約1μm~約50μm之範圍。本發明可利
用移動式載台水平式移動固體結構100(如圖2或圖3的橫向雙箭頭C1所示)或者是雷射源20水平式移動脈衝光(如圖2或圖4的橫向雙箭頭L1所示)，藉以使得脈衝光水平式掃描照射固體結構100之加工目標區110。此外，本發明還可例如利用移動式載台垂直式移動固體結構100(即，雷射源縱向固定，而載台縱向可移動，如圖2或圖3右側的縱向雙箭頭C2所示)或者是雷射源20垂直式移動脈衝光(即，雷射源20縱向可移動，而載台縱向固定，如圖2或圖4的縱向雙箭頭L2所示)，藉以使得脈衝光垂直式掃描照射固體結構100之加工目標區110。換言之，本發明可選擇性在加工程序中依據固體結構100之形態(例如外型)對應地上下調整雷射源20所產生之脈衝光之聚焦點照射固體結構100之深度，以達較佳改質效果。另外，若固體結構100之剖面呈翹曲形狀，則本發明可透過調整聚焦點以沿著翹曲形狀在固體結構100的表面或深度X中形成均勻厚度的改質層120。本發明之雷射源可例如以單一脈衝光形成單一聚焦點照射固體結構100。而且，本發明也可例如以單一脈衝光形成複數個聚焦點照射固體結構100，或者是例如以複數個脈衝光形成複數個聚焦點或單一聚焦點照射固體結構100。其中，上述之複數個脈衝光可為具有相同波長或不同波長，藉以適用於不同之半導體材料。舉例來說，雷射源可以包含有兩種波長以上的脈衝光，因此可依據不同成分的固體結構來選擇適合的雷射源波長。此外，在其他實施態樣中，上述之移動式載台之移動方式也不限於垂直式移動或水平式移動固體結構100，移動式載台也可例如為轉動式、傾斜式或其他方式移動固體結構100，亦即只要可調整脈衝光之聚焦點照射固體結構100之位置，均可適用於本發明中。另外，透過調整脈衝光之聚焦點照射固體結構100之位置，可使得固體結構之加工目標區110不限於全面式分布於固體結構之全部區域，例如僅分布於部份徑向截面及/或縱向截面。舉例來說，
一個加工目標區110(見圖9a及圖9b)或多個加工目標區110(見圖9c及圖9d)可以是位於固體結構100之部分區域，且加工目標區110之剖面形狀並無特別限制，可依實際需求而定，舉例來說可以如圖9a至圖9d所示地呈U字型，其中圖9b為圖9a中沿剖面線I-I’所得之剖面側視圖，而圖9d為圖9c中沿剖面線II-II’所得之剖面側視圖。
除此之外，如圖7所示，本發明之加工裝置更例如包含一熱源70，用以進行一加熱步驟S50，藉以在進行上述之加工程序之改質步驟S10時加熱固體結構100。其中，熱源70例如為雷射源20、微波或射頻源30、加熱液體槽80、另一雷射源、另一微波或射頻源及/或一紅外光源。圖7中的加熱液體槽80也可作為前述之熱源，且固體結構100係以晶圓舉例。另外，雷射源20、微波或射頻源30亦可作為熱源70。上述之加熱液體槽80中係具有一液體，以使固體結構100浸泡於液體中。加熱液體槽80可例如為熱油槽且係具有一油82，較佳為一熱油，更佳為耐高溫油，例如氟素油，且在上述之加工程序之全部步驟或部分步驟中，固體結構100可浸泡於油82中，藉此可減少熱衝擊產生不必要的裂縫或裂縫擴大，並能增加熱均勻性，另，加熱液體槽80中也可不限於上述之油82，也可視需求選擇可加熱之液體放於槽中作為熱源。
除此之外，本發明之加工裝置更例如包含一檢測及控制單元90(見圖6或圖7)，用以在加工程序之檢測及控制步驟S40中檢測固體結構100之改質層120之形成狀態，例如藉由檢測自由電子量得知其光電導衰減變化及缺陷生成狀態，進而回饋控制雷射源20所提供之雷射能量及/或回饋控制微波或射頻源30所提供之微波或射頻能量，例如即時控制微波或射頻源30所提供之微波或射頻能
量之大小、頻率或加工進料速度等。其中，上述之檢測及控制步驟S40例如可在進行改質步驟S10時同時進行。
本發明之加工程序甚至還可包含進行一或多個後續步驟S60，上述之後續步驟S60係例如選自於由分割(分離)、薄化、磨拋、鍍膜、氣相沉積、黃光、微影、蝕刻及擴散所組成之族群，但不限定於此。其中，後續步驟S60可例如是在改質步驟S10後進行，或者也可以在改質步驟S10接續進行加熱步驟S50之後再進行後續步驟S60。
綜上所述，承上所述，依本發明之固體結構的加工裝置及加工方法，其可具有一或多個下述優點：
(1)本發明在改質步驟中利用多種電磁輻射源使得固體結構之加工目標區產生質變或缺陷，藉以與其他區域間產生應力差異。
(2)本發明在改質步驟中係利用雷射源之脈衝光在固體結構之加工目標區形成熱點，使得固體結構之加工目標區產生原子鍵結弱化、結構弱化或由單晶型態轉變成多晶型態或非晶型態等質變或缺陷等改質現象。本發明在改質步驟中同時利用微波或射頻源提供微波或射頻能量予固體結構，固體結構之加工目標區因雷射能量之提供而產生自由電子，該自由電子的產生相對於其他區域(非加工目標區)可吸收更多的微波能量，因而升高加工目標區之溫度，又因溫度升高有助於加工目標區吸收更多雷射能量以產生更多的自由電子，而吸收更多微波或射頻輻射源所提供之電磁能量，故而形成正向循環。
(3)本發明在改質步驟中以熱源加熱固體結構，可提升固體結構的溫度，藉由升高溫度可提升輻射源能量的吸收率。
(4)本發明在檢測及控制步驟中檢測固體結構之改質層之形成狀態，進而回饋控制雷射源所提供之雷射能量及/或回饋控制微波或射頻源所提供之微波或射頻能量，例如控制微波或射頻源所提供之微波或射頻能量之大小、頻率或加工進料速度等。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
20:雷射源
22:雷射產生器
23:脈衝光
24:透鏡組
30:微波或射頻源
32:微波產生器
33:微波
34:同軸共振腔
36:隔離器
38:匹配器
38a:同軸管
38b:金屬板
38c:金屬桿
40:吸收元件
100:固體結構
110:加工目標區
120:改質層
150:載台
X:深度
L1:橫向雙箭頭
L2:縱向雙箭頭
C1:橫向雙箭頭
C2:縱向雙箭頭
Claims (21)
- 一種固體結構的加工裝置，用以進行一加工程序，至少包含：一雷射源，用以在該加工程序之一改質步驟中提供一雷射能量予該固體結構之一加工目標區；以及一微波或射頻源，用以在該加工程序之該改質步驟中提供一微波或射頻能量予該固體結構，其中該固體結構之該加工目標區係藉由於該加工目標區上彼此形成正向循環之該雷射能量以及該微波或射頻能量產生質變或缺陷進而形成一改質層。
- 如請求項1所述之固體結構的加工裝置，更包含一熱源，用以在該加工程序之該改質步驟中加熱該固體結構。
- 如請求項2所述之固體結構的加工裝置，其中該熱源為該雷射源、該微波或射頻源、一加熱液體槽、一另一雷射源、一另一微波或射頻源或一紅外光源。
- 如請求項1、2或3所述之固體結構的加工裝置，其中該固體結構係浸泡於一液體中。
- 如請求項1所述之固體結構的加工裝置，更包含一檢測及控制單元，用以在該加工程序之一檢測及控制步驟中檢測該固體結構之該改質層之形成狀態，進而回饋控制該雷射源所提供之該雷射能量、回饋控制該微波或射頻源所提供之該微波或射頻能量或者是回饋控制該雷射源所提供之該雷射能量與該微波或射頻源所提供之該微波或射頻能量。
- 如請求項1所述之固體結構的加工裝置，其中該雷射源係依據該微波或射頻源所提供之該微波或射頻能量對應地調整所提供之該雷射能量。
- 如請求項1或6所述之固體結構的加工裝置，其中該微波或射頻源係依據該雷射源所提供之該雷射能量對應地調整所提供之該微波或射頻能量。
- 如請求項1所述之固體結構的加工裝置，其中該雷射源係藉由產生一脈衝光以提供該雷射能量，該微波或射頻源係藉由連續性或間歇性產生一電磁波以提供該微波或射頻能量。
- 如請求項1或8所述之固體結構的加工裝置，其中該雷射源及該微波或射頻源係依序或同時分別提供該雷射能量及該微波或射頻能量，藉以使得該固體結構之該加工目標區形成該改質層。
- 如請求項1所述之固體結構的加工裝置，其中該雷射源係依據該固體結構之形態對應地調整該雷射源所產生之一脈衝光之一聚焦點照射該固體結構之一深度。
- 如請求項1所述之固體結構的加工裝置，其中該雷射源係以單一或複數個脈衝光形成複數個聚焦點照射該固體結構之該加工目標區。
- 如請求項1所述之固體結構的加工裝置，其中該雷射源係以不同波長之複數個脈衝光照射該固體結構之該加工目標區。
- 如請求項1所述之固體結構的加工裝置，其中該微波或射頻源提供該微波或射頻能量予該固體結構之方向係相同於該雷射源提供該雷射能量予該固體結構之方向。
- 如請求項1所述之固體結構的加工裝置，其中該微波或射頻源提供該微波或射頻能量予該固體結構之方向係不同於該雷射源提供該雷射能量予該固體結構之方向。
- 一種固體結構的加工方法，用以進行一加工程序，該加工程序包含下列步驟：進行一改質步驟，其中該改質步驟包含：以一雷射源提供一雷射能量予該固體結構之一加工目標區；以及以一微波或射頻源提供一微波或射頻能量予該固體結構，其中該固體結構之該加工目標區係藉由於該加工目標區上彼此形成正向循環之該雷射能量以及該微波或射頻能量產生質變或缺陷進而形成一改質層。
- 如請求項15所述之固體結構的加工方法，其中在進行該改質步驟時或之後，更包含進行一加熱步驟，藉以利用一熱源加熱該固體結構。
- 如請求項15所述之固體結構的加工方法，其中該固體結構之該改質層之硬度或應力係異於該固體結構之其他區域。
- 如請求項15所述之固體結構的加工方法，其中在進行該改質步驟之後，更包含對該固體結構進行一後續步驟，該後續步驟係選自於由分割、薄化、磨拋、鍍膜、氣相沉積、黃光、微影、蝕刻及擴散所組成之族群。
- 如請求項15所述之固體結構的加工方法，其中該加工目標區係位於該固體結構之一深度中或一表面上。
- 如請求項19所述之固體結構的加工方法，其中該加工目標區係位於該固體結構之部分區域。
- 如請求項15所述之固體結構的加工方法，其中該雷射源係依據該微波或射頻源所提供之該微波或射頻能量對應地調整改質該加工目標區所 提供之該雷射能量，或者是該微波或射頻源係依據該雷射源所提供之該雷射能量對應地調整加熱該加工目標區所提供之該微波或射頻能量。
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