TWM648765U - 半導體結構及其加工裝置 - Google Patents
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Abstract
一種半導體結構及其加工裝置。此半導體結構的加工裝置包含載台與改質能量源。載台係承載具有晶格結構之半導體結構。改質能量源提供一非均勻改質能量分布陣列於半導體結構之加工目標區上，使其形成非均勻改質區。在非均勻改質區中，加工目標區與晶格結構之至少一天然解理面(natural cleavage plane)相交之重疊區段(overlapped section)相較於重疊區段以外之區域具有較低之改質程度(modification degree)，以減少半導體結構產生由重疊區段沿著天然解理面延伸之側向裂隙。
Description
本創作是有關於一種加工裝置及其加工物，特別是有關於一種半導體結構及其加工裝置。
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。半導體結構具有寬能帶隙性質、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及天然解理面特性，卻不易於切片、研磨或拋光等加工程序的進行。因為半導體材料具有晶格結構，在進行切片、研磨或拋光等加工程序時，容易沿著天然解理面延伸生成側向裂隙，進而產生非預期之裂隙、碎裂或其他品質問題。因此，如何透過改質來提升半導體材料的加工品質，實屬當前重要研發課題之一。
有鑑於此，本創作之一目的就是在提供一種半導體結構及其加工裝置，以解決上述習知技藝之問題。
為達前述目的，本創作提出一種半導體結構的加工裝置，用以進行一加工程序，至少包含：一載台，用以承載一半導體結構，該半導體結構具有一晶格結構(lattice structure)，該半導體結構係定義有一加工目標區；以及一改質能量源，用以在該加工程序之一非均勻改質(non-uniform modification)步驟中，提供一非均勻改質能量分布陣列於該載台上之該半導體結構之該加工目標區上，使得該半導體結構之該加工目標區形成一非均勻改質區，其中在該非均勻改質區中，該加工目標區與該晶格結構之至少一天然解理面(natural cleavage plane)相交之一重疊區段(overlapped section)相較於該重疊區段以外之一區域具有一較低之改質程度(modification degree)，以減少該半導體結構產生由該重疊區段沿著該天然解理面延伸之側向裂隙(lateral cracking)。
其中，在單位面積之該非均勻改質能量分布陣列中，該改質能量源提供於該加工目標區與該天然解理面之該重疊區段上之一第一改質能量值係低於該改質能量源提供於該加工目標區上該重疊區段以外之該區域之一第二改質能量值，以及/或者該改質能量源提供於該加工目標區與該天然解理面之該重疊區段上之一第一改質能量聚焦點數量係低於該改質能量源提供於該加工目標區上之該重疊區段以外之該區域之一第二改質能量聚焦點數量。
其中，該改質能量源係沿一調控路徑使得該加工目標區之該重疊區段以外之該區域相較於該重疊區段具有一較高之改質程度，其中該調控路徑與該重疊區段之間呈一夾角。
其中，該半導體結構之該加工目標區中之一位置之改質程度係正相關於該位置與該重疊區段之間之距離。
其中，該改質能量源係選自於由一雷射源、一微波源及一射頻源所組成之族群。
其中，更包含一分離能量源，用以在該加工程序之一分離步驟中施加一分離能量於該半導體結構之該加工目標區上，藉以從該非均勻改質區分離該載台上之該半導體結構。
其中，該半導體結構係一晶圓或一晶錠。
其中，該半導體結構係一絕緣層上半導體(SOI)結構之一晶圓。
其中，該改質能量源係於該晶圓之一深度形成該非均勻改質區。
其中，該半導體結構之該加工目標區係一預定分離面(defined separation surface)。
為達前述目的，本創作另提出一種半導體結構，包含：具有一晶格結構之一晶體結構；以及一加工目標區位於該晶體結構上，該晶體結構之該加工目標區具有一非均勻改質區，其中在該非均勻改質區中，該加工目標區與該晶體結構之該晶格結構之一天然解理面相交之一重疊區段相較於該重疊區段以外之一區域具有一較低之改質程度，以減少該半導體結構產生由該重疊區段沿著該天然解理面延伸之側向裂隙。
承上所述，依本創作之半導體結構及其加工裝置，至少具有以下優點：
(1)改質能量源在半導體結構之加工目標區上形成非均勻之改質能量分布陣列，使得加工後之半導體結構之加工目標區與天然解理面兩者之相
交處相較於加工目標區之其他位置具有較低之改質程度，可降低沿著天然解理面生成之側向裂隙。
(2)可藉由調整改質能量源所提供之改質能量值以及/或者調整改質能量源所提供之單位面積之改質能量聚焦點數量，以對應地調整加工目標區上所形成之缺陷或破裂等改質現象之改質程度，並減少加工後之半導體結構產生沿著天然解理面延伸之側向裂隙。
(3)可使得加工目標區沿著調控路徑具有較高之改質程度，有助於使得裂隙沿著調控路徑生成在加工目標區上，而非生成在天然解理面上，以減少加工後之半導體結構產生沿著天然解理面延伸之側向裂隙。
茲為使鈞審對本創作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。
10:載台
20:改質能量源
22:雷射產生器
23:脈衝光
24:透鏡組
25:雷射源
30:分離能量源
40:微波或射頻源
90:檢測及控制單元
100:半導體結構
100a:第一半部結構
100b:第二半部結構
110:加工目標區
113:深色之圓圈
114:淺色之圓圈
120:非均勻改質能量分布陣列
130:非均勻改質區
140:天然解理面
142:側向裂隙
150:重疊區段
160:區域
D:深度
X:調控路徑
A、A1、A2、A3、A4:夾角
(100)、(111):晶面
[110]、[1
0]、[
10]、[10
]、[01
]:晶向
L1、C1:橫向雙箭頭
L2、C2:縱向雙箭頭
S10、S20、S30、S35、S40、S50、S60、S70:步驟
I-I’、II-II’:剖面線
圖1係繪示本創作之半導體結構的加工方法之流程示意圖。
圖2係繪示本創作之半導體結構的加工裝置進行改質步驟之示意圖。
圖3係繪示本創作之半導體結構的加工裝置對半導體裝置進行非均勻改質步驟之示意圖。
圖4係繪示半導體結構之加工目標區與天然解理面具有相交處之示意圖，(a)為上視圖，(b)為側視圖。
圖5係繪示本創作之非均勻改質能量分布陣列之示意圖，其係具有不同改質能量值之聚焦點分布陣列。
圖6係繪示本創作之非均勻改質能量分布陣列之示意圖，其係具有不同聚焦點密度分布陣列。
圖7係繪示本創作之沿著調控路徑形成非均勻改質能量分布陣列之示意圖，(a)為第一種改質能量值分布範例，(b)為第二種改質能量值分布範例。
圖8係繪示本創作之沿著調控路徑形成非均勻改質能量分布陣列之示意圖，(a)為加工目標區平行於(100)晶面之範例，(b)為加工目標區平行於(111)晶面之範例。
圖9係繪示本創作之加工裝置對半導體結構進行分離步驟之示意圖，(a)為由同一方向提供改質能量與分離能量，(b)為由相對方向提供改質能量與分離能量，(c)為由垂直方向提供改質能量與分離能量。
圖10係繪示本創作之半導體結構具有一個加工目標區之示意圖，其中(a)為上視圖，(b)為剖面側視圖。
圖11係繪示本創作之半導體結構具有多個加工目標區之示意圖，其中(a)為上視圖，(b)為剖面側視圖。
為利瞭解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合圖式，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，未必為本創作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、侷限本創作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。某些用以描述本創作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創作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，亦非用以限定本創作，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。
本創作係提供一種半導體結構及其加工裝置，用以對具有晶格結構之半導體結構進行加工程序，使得半導體結構可減少產生沿著天然解理面(natural cleavage plane)延伸之側向裂隙(crack propagation，或稱裂縫)，藉此可應用至許多半導體製程，例如，但不限於，SOI(絕緣層上半導體)製程、晶錠切片(Slicing)製程、晶粒切割(Dicing)製程、晶圓薄化(Thinning)製程、晶圓分離(Separation)製程或者是封裝(Packaging)製程等。本創作可適用於具有晶格結構之各種加工物(工件)，晶格結構之種類或型態並無侷限，例如含有半導體材料之半導體結構。上述之半導體材料例如，但不限於，Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、GaN或InP等基板材料。上述之半導體結構例如，但不限於，晶圓或晶錠。舉例而言，半導體結構可例如為SOI(絕緣層上半導體)結構之晶圓。
請一併參閱圖1、圖2、圖3及圖4所示，圖1係繪示本創作之半導體結構的加工方法之流程示意圖，但不以此為限。圖2係繪示本創作之半導體結構的加工裝置進行改質步驟之示意圖。圖3係繪示本創作之半導體結構的加工裝
置對半導體裝置進行非均勻改質步驟之示意圖。圖4係繪示半導體結構之加工目標區與天然解理面具有相交處之示意圖。本創作之半導體結構的加工方法係用以對半導體結構100進行加工程序，且至少包含下列步驟：步驟S10，提供待加工之半導體結構100；以及步驟S20，對半導體結構100進行加工程序之非均勻改質(non-uniform modification)步驟。本創作之半導體結構的加工裝置至少包含載台10及改質能量源20，用以對半導體結構100之加工目標區110進行加工程序之非均勻改質步驟S20，使得改質加工後之半導體結構100之加工目標區110形成非均勻改質區130，藉此可減少產生沿著半導體結構100之天然解理面140延伸之側向裂隙142。在此非均勻改質區130中，加工目標區110與天然解理面140兩者之相交處(即，重疊區段150)相較於加工目標區110之其他位置(即，區域160)具有較低之改質程度(modification degree)。
加工裝置之載台10係用以承載具有晶格結構之半導體結構100。載台10可為固定式載台或移動式載台。加工裝置之改質能量源20係用以提供非均勻分布之改質能量於半導體結構100之加工目標區110上。改質能量源20可為固定式或移動式設計，以固定式或移動式提供改質能量。
以半導體結構100為晶圓舉例，晶圓係定義有加工目標區110位於晶圓之徑向截面(Radial Section)及/或軸向截面(Axial Section)上。上述之徑向截面或軸向截面可例如為位於晶圓之任一深度D中或表面上。上述之加工目標區110係例如作為後續之分離步驟中之預定分離面(defined separation surface)，但不限於此。半導體結構100之厚度範圍例如，但不限於，為約50μm至約1,800μm。加工目標區110例如為位於半導體結構100之深度D中或表面上。本創作之加工目標區110在半導體結構100所佔之面積及厚度並無特別限定，其可依據實際製程
需求而定。以半導體結構100之厚度為約1,800μm為例，加工目標區110之深度D之範圍可介於約0μm至約1,800μm之間，同理改質能量之聚焦點與載台10之間的距離範圍可依據實際製程不同而介於約1,800μm至約0μm之間。
一般而言，具有晶格結構的半導體結構100在外力作用下，會依據一定結晶方向破裂，稱為解理。一般天然解理面的方向和獲得解理的難易程度，主要受到晶格結構的控制，所以解理面會和晶格結構的晶格平面(即，晶面)平行，如圖4(a)所示。半導體結構100依據其晶格結構的不同，具有許多對應之天然解理面140(即，晶面或平行於晶面之表面)。當半導體結構100受到半導體製程中的外力作用而產生缺陷或破裂等改質現象時，若產生此缺陷或破裂等改質現象之位置越靠近天然解理面140(晶面)，則此晶面越容易產生解理現象。而且，縱使此天然解理面140沒有被完全解理，也至少會產生許多裂縫，甚至以生成有缺陷或破裂等改質現象之位置作為起點沿著天然解理面140產生延伸之側向裂隙142，如圖4(b)所示，尤其在後續分離步驟所施加之分離能量等外力作用下，更是容易產生上述之側向裂隙142。本創作藉由使得半導體結構100之加工目標區110形成非均勻改質區130可降低上述之側向裂隙142生成於天然解理面140。
換言之，只要上述之加工目標區110與天然解理面140兩者呈相交狀態(即，非呈平行狀態)，則上述缺陷或破裂等改質現象之位置越靠近加工目標區110與天然解理面140之重疊交會處，就越容易沿著天然解理面140在非加工目標區中產生側向裂隙142，而非沿著加工目標區110(預定分離面)產生裂隙，因此自然容易造成半導體結構100產生非預期之裂隙、碎裂或其他品質問題。
因此，本創作之半導體結構的加工裝置及加工方法之一項特色在於改質能量源20所提供之改質能量係在半導體結構100之加工目標區110上形成
非均勻之改質能量分布，例如非均勻改質能量分布陣列，使得加工目標區110與天然解理面140兩者之相交處(即，重疊區段150)相較於加工目標區110之其他位置(即，區域160)具有較低之改質程度，意即使得改質加工後之半導體結構100之加工目標區110形成非均勻改質區130。
詳言之，請參閱圖5及圖6，並請同時參閱圖1至圖4，本創作之半導體結構的加工裝置之改質能量源20係例如提供非均勻改質能量分布陣列120於半導體結構100之加工目標區110上，藉以使得半導體結構100之加工目標區110形成非均勻改質區130。改質能量源20係選自於由一雷射源25、微波或射頻源40之一微波源以及微波或射頻源40之一射頻源所組成之族群，用以提供改質能量予加工目標區110。此外，改質能量源20亦可為選用其他可形成非均勻改質能量分布(例如非均勻改質能量分布陣列)之能量源。
本創作之改質能量源20係藉由在半導體結構100之加工目標區110上產生聚焦點以提供不均勻分布之改質能量予加工目標區110，故可在加工目標區110上產生非均勻改質能量分布陣列120。如圖5、圖6及圖7所示，每個圓圈均代表改質能量源20所提供之改質能量之聚焦點，深色之圓圈113代表改質能量之數值較大，淺色之圓圈114代表改質能量之數值較小。其中，在此非均勻改質區130中，加工目標區110與晶格結構之至少一天然解理面140相交之重疊區段150(overlapped section)相較於加工目標區110之區域160(重疊區段150以外之位置)具有較低之改質程度，以減少半導體結構100產生由重疊區段150沿著天然解理面140延伸之側向裂隙。
在單位面積之非均勻改質能量分布陣列120中，改質能量源20提供於加工目標區110與天然解理面140之重疊區段150上之第一改質能量值係低
於改質能量源20提供於重疊區段150以外之區域160之一第二改質能量值，如圖5所示，以及/或者改質能量源20提供於加工目標區110與天然解理面140之重疊區段150上之一第一改質能量聚焦點數量係低於改質能量源提供於重疊區段150以外之區域160之一第二改質能量聚焦點數量，如圖6所示。本創作之非均勻改質能量分布陣列120之態樣不限於上述舉例，只要可使得加工目標區110與天然解理面140兩者之相交處(即，重疊區段150)相較於加工目標區110之其他位置(即，區域160)具有較低之改質程度即可適用於本創作中。例如，半導體結構100之加工目標區110中之一位置之改質程度係正相關於此位置與重疊區段150之間之距離。舉例而言，在又一種可行之非均勻改質能量分布陣列120態樣中，改質能量值及/或單位面積之改質能量聚焦點數量(即，聚焦點密度)係對應於聚焦點及重疊區段150之間之距離，且可例如為漸進式(連續式)或階段式(分級式)對應於聚焦點及重疊區段150之間之距離。例如，改質能量值及/或單位面積之改質能量聚焦點數量係正相關於(例如，正比於)聚焦點與重疊區段150之間之距離，且例如為連續式或分級式正相關於(例如，正比於)聚焦點與重疊區段150之間之距離。意即，聚焦點與重疊區段150之間之距離越遠，則可選擇性地使得改質能量源20提供於半導體結構100之加工目標區110之改質能量值及/或單位面積之改質能量聚焦點數量越高。
本創作之半導體結構的加工裝置及加工方法之另一項特色在於可藉由調整改質能量源20所提供之改質能量值以及/或者調整改質能量源20所提供之單位面積之改質能量聚焦點數量，以對應地調整加工目標區110上所形成之缺陷或破裂等改質現象之改質程度，例如降低加工目標區110上之重疊區段150(相交處)之改質程度或者是增加區域160(非相交處)之改質程度，而使得加工
目標區110與天然解理面140兩者之重疊區段150(相交處)相較於其他位置具有較低之改質程度。
如圖7(a)及圖7(b)所示，本創作之改質能量源20亦可使得調控路徑X上之半導體結構100相較於天然解理面140之半導體結構100具有較高之改質程度。調控路徑X可例如為位於加工目標區110上，甚至可位在半導體結構100上非平行於(或非重疊於)天然解理面140之任何位置上，調控路徑X之數量可為一條或多條，調控路徑X之形狀可為直線、弧形線、曲折線或波浪線等，只要能夠使得改質現象所引致之裂隙之生成方向避開對應於半導體結構100之晶格結構之天然解理面140就可適用於本創作中。
舉例而言，上述之調控路徑X可例如位於加工目標區110(即，後續之分離步驟中之預定分離面)上。因此，本創作之加工裝置之改質能量源20可例如沿調控路徑X使得加工目標區110之區域160相較於重疊區段150具有較高之改質程度，且調控路徑X與重疊區段150之間呈一夾角A。夾角A係例如大於0度，且夾角不大於90度。舉例而言，夾角A可為45度，或夾角A可為30度或90度。以半導體結構100之加工目標區110(預定分離面)平行於(100)晶面且天然解理面140平行於[110]晶向或[1
0]晶向為例，調控路徑X與重疊區段150之間之夾角A1係例如約為45度，如圖8(a)所示。以半導體結構之加工目標區110(預定分離面)平行(111)晶面且天然解理面140平行於[
10]晶向、[10
]晶向或[01
]晶向為例，調控路徑X與[
10]晶向之重疊區段150之間之夾角A2係例如約為90度，調控路徑X與[10
]晶向之重疊區段150之間之夾角A4係例如約為30度，調控路徑X與[01
]晶向之重疊區段150之間之夾角A3係例如約為30度，如圖8(b)所示。
因此，本創作之半導體結構的加工裝置及加工方法之又一項特色在於可選擇性使得加工目標區110沿著上述之調控路徑X具有較高之改質程度。藉此，本創作可藉由調整及控制改質程度，達到導引及控制缺陷或破裂等改質現象所引致之裂隙之生成方向之效果。因此，有助於使得裂隙沿著調控路徑X生成在加工目標區110(即，預定分離面)上，而非生成在天然解理面140上。
以雷射源25作為本創作之改質能量源20舉例說明，雷射源25例如為，但不限於Nd：YAG脈衝雷射、Nd：YVO4脈衝雷射或Ti-Sapphire脈衝雷射。雷射源25所產生之脈衝光23(即，雷射光)係掃描式照射半導體結構100之加工目標區110，藉以使得缺陷密度範圍為約100ea/mm2至約1,000,000ea/mm2，其中脈衝光之移動速率範圍為約10mm/sec至約1,000mm/sec，脈衝光波長約大於700nm，脈衝光波長範圍較佳為約700nm至約1,600nm，脈衝寬度約小於1,000ns，重複頻率(Repetition Frequency)範圍為約5KHz至約10MHz，脈衝能量(Pulse Energy，E)範圍例如為約0.1μJ至約1,000μJ，光點點徑(Spot Diameter)範圍例如為約0.5μm至約50μm。如圖2及圖3所示，雷射源25係藉由雷射產生器22產生脈衝光23，且此脈衝光23係經由透鏡組24傳遞至半導體結構100上。由於雷射源之脈衝光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半導體結構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半導體結構100而升高聚焦點之半導體結構100的溫度，亦即會增加聚焦點之吸收係數，以吸收更多改質能量源20提供之改質能量，進而提升改質效果。所以，當雷射源25所產生之脈衝光23之聚焦點聚焦在半導體結構100之加工目標區110上時，就會提供改質能量予此半導體結構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、硬度降低等質變或缺陷現象等改質現象。
請參閱圖9，並且請繼續參閱圖1以及圖2至圖8所示，圖9係繪示本創作之半導體結構的加工裝置對半導體結構進行分離步驟之示意圖。在進行加工程序之非均勻改質步驟S20之後，本創作之半導體結構的加工方法還可選擇性對半導體結構100進行加工程序之分離步驟S30，用以分離或薄化半導體結構100。在分離步驟S30中，半導體結構的加工裝置係以分離能量源30施加分離能量於載台10上之半導體結構100之加工目標區110上。在分離步驟S30中，上述已形成非均勻改質區130之加工目標區110係作為預定分離面，藉以從預定分離面分離或薄化半導體結構100。分離能量源30所施加之分離能量可利用加工目標區110與其他區域(即，非加工目標區)之應力、結構強度、晶格型態或硬度的差異，以沿著加工目標區110產生裂縫，進而將載台10上之半導體結構100分離或薄化成第一半部結構100a及第二半部結構100b。本創作所採用之分離能量源30係選自於由雷射源25、微波源及射頻源(微波或射頻源40)所組成之族群，但不限於此。分離能量源30可為任何可產生分離能量之能量源，例如為可產生熱能以作為分離能量之熱源。除此之外，本創作之改質能量源20及分離能量源30可為相同能量源或不同能量源，例如分別選自於由雷射源25、微波源及射頻源(微波或射頻源40)所組成之族群。
上述之「分離或薄化」半導體結構100係指例如從上述半導體結構100上移除(Removing)、分割(Separating)、切割(Cutting)或分裂(Splitting)、裁切(Slicing)出一部分材料或一片狀結構，其中此部分材料或片狀結構可選擇性被回收或再利用。換言之，上述之分離或薄化後半導體結構100可能為單一加工後
結構(即，第一半部結構100a或第二半部結構100b)或者為兩個加工後結構(即後述之第一半部結構100a及第二半部結構100b)。上述之加工目標區110可依據製程所需，位在半導體結構100之任何深度或表面(不限於正表面或背表面)。因此，本創作之分離或薄化半導體結構100之厚度(即，第一半部結構100a及/或第二半部結構100b之厚度)可依據實際應用之製程需求而調整及變化，本創作並不侷限於特定之厚度。
如同先前所述，本創作之改質能量源20係使得加工目標區110(即，預定分離面)與天然解理面140之重疊區段150具有較低改質程度，在進行非均勻改質步驟S20時已可減少半導體結構100以重疊區段150作為起點產生沿著天然解理面140延伸之側向裂隙。本創作在對半導體結構100之加工目標區110進行分離步驟S30時，更可進一步減少產生沿著天然解理面140延伸之側向裂隙，故能較理想的從非均勻改質區130順利將半導體結構100分離成第一半部結構100a及第二半部結構100b。
以分離能量源30為微波或射頻源40為例，此微波或射頻源40係微波源或射頻源以輸出微波或射頻電磁波以提供微波或射頻能量作為上述之分離能量，藉以利用非均勻改質區130(即，加工目標區110)與其他區域(即非加工目標區)之應力、結構強度、晶格型態或硬度的差異，對於微波或射頻能量反應的不同，例如產生溫度差異並引起熱應力，故可從非均勻改質區130處分離或薄化半導體結構100，使得半導體結構100分離成第一半部結構100a及第二半部結構100b。微波或射頻源40輸出微波或射頻以提供分離能量予半導體結構100之方向並無特別限定，其可從不同於(如圖9(b)所示之相對側)、相同於(如圖9(a)所示之同一側)或垂直於(如圖9(c)所示)改質能量源20提供改質能量予半導體結構100之
方向來提供微波或射頻能量。此外，除了前述的相對側方向、相同側方向或垂直方向之外，微波或射頻源40提供微波或射頻能量之方向與雷射源25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度之間。
此外，本創作不侷限於先使半導體結構100之加工目標區110全部形成有非均勻改質區130後，再施加分離能量於半導體結構100之非均勻改質區130上。亦即，不論半導體結構100之加工目標區110係局部或全部形成有非均勻改質區130，本創作皆可施加分離能量予半導體結構100之非均勻改質區130上。
換言之，本創作之加工程序之非均勻改質步驟S20與分離步驟S30可為依序進行，例如利用非均勻改質步驟S20使得加工目標區110全部形成有非均勻改質區130之後，再進行分離步驟S30。本創作之加工程序之非均勻改質步驟S20與分離步驟S30亦可為同時進行，例如利用非均勻改質步驟S20使得加工目標區110部份形成有非均勻改質區130，即可進行分離步驟S20，藉以部份或全部分離或薄化半導體結構100。
在本創作中，載台10不限於固定式載台或移動式載台。改質能量源20亦不限於固定式或移動式設計。例如，本創作可利用移動式載台10水平式移動半導體結構100(如圖2及圖3下方的橫向雙箭頭C1所示)或者是作為改質能量源20之雷射源25水平式移動脈衝光(如圖2及圖3上方的橫向雙箭頭L1所示方向)，藉以使得脈衝光水平式掃描照射半導體結構100之加工目標區110。此外，本創作還可例如利用移動式載台10垂直式移動半導體結構100(即，改質能量源20縱向固定，而載台10縱向可移動，如圖2及圖3下方的縱向雙箭頭C2所示方向)或者是改質能量源20之雷射源25垂直式移動脈衝光(即，改質能量源20縱向可移動，如圖2及圖3上方的縱向雙箭頭L2所示方向，而載台10縱向固定)，藉以使得
脈衝光垂直式掃描照射半導體結構100之加工目標區110。換言之，本創作可選擇性在加工程序中依據半導體結構100之形態(例如外型)對應地上下調整改質能量源20所產生之聚焦點照射半導體結構100之深度，以達較佳改質效果。
另外，若半導體結構100之剖面呈翹曲形狀，則本創作可透過調整聚焦點以沿著翹曲形狀在半導體結構100的表面或深度D中形成上述之非均勻改質區130。本創作之雷射源25可例如以單一脈衝光形成單一聚焦點照射半導體結構100。而且，本創作也可例如以單一脈衝光形成複數個聚焦點照射半導體結構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半導體結構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25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半導體結構來選擇適合的雷射波長。此外，在其他實施態樣中，上述之移動式載台10之移動方式也不限於垂直式移動或水平式移動半導體結構100，移動式載台10也可例如為轉動式、傾斜式或其他方式移動半導體結構100，亦即只要能夠調整脈衝光之聚焦點照射半導體結構100之位置，均可適用於本創作中。
另外，透過調整脈衝光之聚焦點照射半導體結構100之位置，可使得加工目標區110不限於全面式分布於半導體結構100之全部區域上，如圖10(a)及圖10(b)所示，加工目標區110亦可例如為僅分布於半導體結構100之部份徑向截面及/或縱向截面，如圖11(a)及圖11(b)所示。舉例來說，一個加工目標區110(見圖10(a)及圖10(b))或多個加工目標區110(見圖11(a)及圖11(b))可以是位於半導體結構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10(a)及圖10(b)所示地呈U字型，其中圖10(b)
為圖10(a)中沿剖面線I-I’所得之剖面側視圖，而圖11(b)為圖11(a)中沿剖面線II-II’所得之剖面側視圖。
舉例而言，改質能量源20(如，雷射源25)所提供之脈衝光可例如沿著晶圓或晶錠等晶體結構的徑向截面或軸向截面之方向掃描以提供改質能量予半導體結構100，半導體結構100之質變或缺陷之分佈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晶體結構上之加工目標區110，即可適用於本創作中。由於微波或射頻電磁波可穿透晶圓/晶錠等半導體結構100，因此微波或射頻源40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，且均僅有產生質變或缺陷之半導體結構100(即非均勻改質區130)會吸收較多微波或射頻能量。以微波或射頻源40為提供微波之微波源為例，本創作之微波之波長範圍為約1mm至約1m，頻率範圍為約300GHz至約0.3GHz，功率範圍例如為約200瓦至約5,000瓦。本創作之雷射源25所輸出之雷射能量不侷限於高於、低於或等於微波或射頻源40所輸出之微波或射頻能量。由於雷射源25以及微波或射頻源40之設置方式及其運作原理為習知技術者所熟知，故本創作此處不再贅述。
此外，本創作之加工裝置100更選擇性例如包含一熱源，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、分離步驟S20及/或磨拋步驟S35的時候或是之後加熱半導體結構100，可降低其材料脆性以及降低其分離面之粗糙度。熱源可例如為改質能量源20之雷射源25、分離能量源30之微波或射頻源40、放電加工(EDM)單元、另一雷射源或另一微波或射頻源、加熱液體槽及/或一紅外光源之一者或多者。其中，在分離步驟S20中若同時以熱源
加熱半導體結構100，則可提昇半導體結構100之溫度，且加熱可在非均勻改質區130上產生更多自由電子，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110之非均勻改質區130之溫度，又因溫度升高有助於非均勻改質區130吸收更多改質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。
除此之外，在進行上述的分離步驟S20時，半導體結構100之加工目標區110之周圍(分離面)會產生深淺不一致的表面裂縫。因此，本創作還可選擇性進行一填補步驟S70，例如利用一外力擾動源，例如超音波單元提供一超音波驅使填補材料填補加工目標區110之切割或薄化面上之表面裂縫，避免這些多餘之表面裂縫持續擴大，不僅能夠藉此強化其結構，還可藉此達到快速(甚至加快)進行分離步驟S20的功效。填補材料之成分可例如為Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、GaN或InP等材料，但不限於此，任何適合填補裂縫之材料，例如填補劑或塗膠均可適用於本創作中。超音波之頻率範圍例如為，但不限於約15KHz至約30KHz。此填補步驟S70可選擇性在流體中進行，此流體例如為加熱液體、水或空氣等傳導媒介，超音波可在流體中產生流體滴柱及衝擊壓力波，促使填補材料之材料顆粒嵌入加工目標區110之切割或薄化面上之表面裂縫。此外，本創作並不侷限於特定構造之超音波單元，超音波單元提供超音波之方向也無特別限定，其可為任意方向，只要能夠達成填補效果，即可適用於本創作中。
除此之外，如圖2及圖3所示，本創作之加工裝置100更選擇性例如包含一檢測及控制單元90，用以在加工程序之檢測及控制步驟S40中檢測半導體結構100之非均勻改質區130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25所提供之雷射能量及/或
回饋控制微波或射頻源40所提供之微波或射頻能量，例如控制微波或射頻源40所提供之微波或射頻能量之大小、頻率或加工進料速度等。
在進行上述之分離步驟S30之後，本創作還可選擇性進行一磨拋步驟S35，藉以利用磨拋單元磨拋(研磨拋光)上述之分離或薄化後半導體結構100(例如第一半部結構100a及/或第二半部結構100b)。其中，磨拋單元可例如為改質能量源20之雷射源25、分離能量源30之微波或射頻源40或放電加工(EDM)單元、另一雷射源、另一微波或射頻源以及/或者加熱液體槽之一者或多者，藉以利用雷射能量、放電能量或微波或射頻能量磨拋上述之分離或薄化後半導體結構(例如第一半部結構100a或者是第一半部結構100a及第二半部結構100b)以降低切割或薄化面之表面粗糙度。其中，上述之檢測及控制步驟S40例如可在進行非均勻改質步驟S20、分離步驟S30及/或磨拋步驟S35的時候或者之後，甚至之前進行。
在進行上述的分離步驟S30或磨拋步驟S35之後，本創作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係例如選自於由鍍膜步驟、氣相沉積步驟、黃光步驟、微影步驟、蝕刻步驟及擴散步驟所組成之族群。由於後續步驟S60之選用係依據實際半導體製程之需求而定，故此處不另贅述。
綜上所述，本創作之半導體結構及其加工裝置，至少具有以下優點：
(1)改質能量源在半導體結構之加工目標區上形成非均勻之改質能量分布陣列，使得加工後之半導體結構之加工目標區與天然解理面兩者之相交處相較於加工目標區之其他位置具有較低之改質程度，可降低沿著天然解理面生成之側向裂隙。
(2)可藉由調整改質能量源所提供之改質能量值以及/或者調整改質能量源所提供之單位面積之改質能量聚焦點數量，以對應地調整加工目標區上所形成之缺陷或破裂等改質現象之改質程度，並減少加工後之半導體結構產生沿著天然解理面延伸之側向裂隙。
(3)可使得加工目標區沿著調控路徑具有較高之改質程度，有助於使得裂隙沿著調控路徑生成在加工目標區上，而非生成在天然解理面上，以減少加工後之半導體結構產生沿著天然解理面延伸之側向裂隙。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，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。
10:載台
20:改質能量源
22:雷射產生器
23:脈衝光
24:透鏡組
25:雷射源
90:檢測及控制單元
100:半導體結構
120:非均勻改質能量分布陣列
130:非均勻改質區
D:深度
L1、C1:橫向雙箭頭
L2、C2:縱向雙箭頭
Claims (11)
- 一種半導體結構的加工裝置，用以進行一加工程序，至少包含：一載台，用以承載一半導體結構，該半導體結構具有一晶格結構(lattice structure)，該半導體結構係定義有一加工目標區；以及一改質能量源，用以在該加工程序之一非均勻改質(non-uniform modification)步驟中，提供一非均勻改質能量分布陣列於該載台上之該半導體結構之該加工目標區上，使得該半導體結構之該加工目標區形成一非均勻改質區，其中在該非均勻改質區中，該加工目標區與該晶格結構之至少一天然解理面(natural cleavage plane)相交之一重疊區段(overlapped section)相較於該重疊區段以外之一區域具有一較低之改質程度(modification degree)，以減少該半導體結構產生由該重疊區段沿著該天然解理面延伸之側向裂隙。
- 如請求項1所述之半導體結構的加工裝置，其中在單位面積之該非均勻改質能量分布陣列中，該改質能量源提供於該加工目標區與該天然解理面之該重疊區段上之一第一改質能量值係低於該改質能量源提供於該加工目標區上該重疊區段以外之該區域之一第二改質能量值，以及/或者該改質能量源提供於該加工目標區與該天然解理面之該重疊區段上之一第一改質能量聚焦點數量係低於該改質能量源提供於該加工目標區上之該重疊區段以外之該區域之一第二改質能量聚焦點數量。
- 如請求項1所述之半導體結構的加工裝置，其中該改質能量源係沿一調控路徑使得該加工目標區之該重疊區段以外之該區域相較於該重疊區段具有一較高之改質程度，其中該調控路徑與該重疊區段之間呈一夾角。
- 如請求項1所述之半導體結構的加工裝置，其中該半導體結構之該加工目標區中之一位置之改質程度係正相關於該位置與該重疊區段之間之距離。
- 如請求項1、2、3或4所述之半導體結構的加工裝置，其中該改質能量源係選自於由一雷射源、一微波源及一射頻源所組成之族群。
- 如請求項1所述之半導體結構的加工裝置，更包含一分離能量源，用以在該加工程序之一分離步驟中施加一分離能量於該半導體結構之該加工目標區上，藉以從該非均勻改質區分離該載台上之該半導體結構。
- 如請求項1所述之半導體結構的加工裝置，其中該半導體結構係一晶圓或一晶錠。
- 如請求項1所述之半導體結構的加工裝置，其中該半導體結構係一絕緣層上半導體(SOI)結構之一晶圓。
- 如請求項8所述之半導體結構的加工裝置，其中該改質能量源係於該晶圓之一深度形成該非均勻改質區。
- 如請求項1所述之半導體結構的加工裝置，其中該半導體結構之該加工目標區係一預定分離面(defined separation surface)。
- 一種半導體結構，包含：具有一晶格結構之一晶體結構；以及一加工目標區位於該晶體結構上，該晶體結構之該加工目標區具有一非均勻改質區，其中在該非均勻改質區中，該加工目標區與該晶體結構之該晶格結構之一天然解理面相交之一重疊區段相較於該重疊區段以外之一區域具有一較低之改質程度，以減少該半導體結構產生由該重疊區段沿著該天然解理面延伸之側向裂隙。
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