TWI641075B - 改善晶圓塗覆 - Google Patents

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TWI641075B TW104103253A TW104103253A TWI641075B TW I641075 B TWI641075 B TW I641075B TW 104103253 A TW104103253 A TW 104103253A TW 104103253 A TW104103253 A TW 104103253A TW I641075 B TWI641075 B TW I641075B
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Abstract

描述改善晶圓塗覆的處理、設備及系統。在一個實施例中，使用改善晶圓塗覆的處理及系統，使用雷射電漿切片處理而形成用於對半導體晶圓切片的遮罩。在一個實施例中，用於形成覆蓋半導體晶圓的薄膜之轉動塗覆設備包含：一可旋轉台座，該可旋轉台座經配置以支撐該半導體晶圓。該可旋轉台座具有位於超出該半導體晶圓的周圍的一向下斜坡區域。該設備包含一噴嘴，該噴嘴位於該可旋轉台座上方，且經配置以分配一液體覆蓋該半導體晶圓。該設備也包含一馬達，該馬達經配置以旋轉該可旋轉台座

Description

改善晶圓塗覆
本發明之實施例屬於半導體處理的領域，且特定地屬於改善晶圓塗覆的方法。
在半導體晶圓處理中，形成積體電路於晶圓(也稱為基板)上，該晶圓由矽或其他半導體材料所組成。一般來說，利用多種材料層(半導電、導電或絕緣)以形成積體電路。使用多種已知處理來摻雜、沉積及蝕刻該等材料以形成積體電路。處理各晶圓以形成大量包含積體電路的個別區域，即公知的晶片或晶元。
隨著積體電路的形成過程，晶圓被「切成晶片」以將個別晶片相互分開以封裝或在更大型電路內以不封裝形式使用。使用於晶圓切片的兩個主要技術為劃切(scribing)及鋸切(sawing)。藉由劃切，沿著事先形成的劃線移動鑽石刀尖劃切橫過晶圓表面。該等劃線沿著晶片間的空間延伸。該等空間一般稱為「切割道」。鑽石劃切沿著切割道在晶圓表面中形成淺的劃痕。在壓力的應用後，例如使用滾輪，晶圓沿著切割道分開。晶圓中的破裂沿著晶圓結構的晶格結構。可針 對約10密耳(千分之一吋)或更低厚度的晶圓使用劃切。對更厚的晶圓而言，鋸切為目前較佳切成晶片的方法。
藉由鋸切，以每分鐘高迴轉數旋轉的鑽石刀尖鋸切接觸晶圓表面且沿著切割道鋸切。晶圓被裝設於支撐構件上如伸展橫越薄膜框的黏著薄膜，且反覆應用鋸切於垂直及水平切割道兩者。不論劃切或鋸切的一個問題是：切屑(chips)及溝槽(gouges)可沿著晶片嚴峻的邊緣而形成。此外，可形成破裂且從晶片之邊緣傳遞進入基板且使積體電路無效。切屑及破裂為劃切特定的問題，因為方形或矩形晶片只有一個面可在晶體結構的方向上劃切。結果，分開晶片的另一面導致鋸齒狀的分開線。由於切屑及破裂，晶圓上晶片間需要額外的空間，以防止對積體電路的損壞，例如，保持切屑及破裂與實際積體電路的距離。間隔需求的結果，在標準大小的晶圓上可能無法形成那麼多晶片，且可用於電路的晶圓真實地產則被浪費掉。使用鋸切惡化了半導體晶圓上真實地產的浪費。鋸切刀鋒大約15微米厚。確切而言，為了確保由鋸切所造成之環繞切割的破裂及其他損壞不會傷害積體電路，通常必須分開各晶片的電路三至五百微米。進一步地，在切割後，需要實質清理各晶片以移除導因於鋸切處理的顆粒及其他污染物。
也可使用電漿切片，但也可能有限制。例如，成本可為電漿切片阻礙實行的一個限制。用於圖案化阻抗的標準微影成像(lithography)操作可呈現過高的實行成本。電漿切片阻礙實行的另一可能限制為：沿著切割道於切片時常見金屬 (例如，銅)的電漿處理可產生生產問題或生產量限制。
一些其他切片方法可在進一步處理操作前涉及經由轉動塗覆的遮罩應用。然而，用於此遮罩應用的傳統轉動塗覆技術可導致晶圓背側上的殘留物而導致問題，例如在隨後的處理操作期間的不對齊。
本發明的一個或更多個實施例係改善晶圓塗覆的方法、設備及系統。
根據一個實施例，用於形成覆蓋一半導體晶圓的一薄膜之轉動塗覆設備包含：一可旋轉台座，該可旋轉台座經配置以支撐該半導體晶圓。該可旋轉台座具有位於超出該半導體晶圓的一周圍的一向下斜坡區域。該設備包含一噴嘴，該噴嘴位於該可旋轉台座上方，且經配置以分配一液體覆蓋該半導體晶圓。該設備也包含一馬達，該馬達經配置以旋轉該可旋轉台座。
在另一實施例中，用於形成覆蓋裝設於載體上的基板的薄膜之轉動塗覆設備包含：一可旋轉台座，該可旋轉台座經配置以支撐裝設於該載體上的該基板。該可旋轉台座包含一內區域及一外區域，該內區域位於該基板下方，該外區域位於該載體的邊緣下方且具有較該內區域低的一高度。該可旋轉台座也具有一向下斜坡區域，該向下斜坡區域介於該內區域及該外區域之間。該設備包含一噴嘴及一馬達，該噴嘴位於該可旋轉台座上方且經配置以分配一液體覆蓋該基板，該馬達經配置以旋轉該可旋轉台座。
在一個實施例中，用於形成覆蓋一半導體晶圓的一薄膜之轉動塗覆方法涉及以下步驟：支撐覆蓋於一可旋轉台座的該半導體晶圓，該可旋轉台座具有位於超出該半導體晶圓的一周圍的一向下斜坡區域。該方法涉及以下步驟：分配一液體覆蓋該半導體晶圓，及旋轉該可旋轉台座以形成覆蓋該半導體晶圓的該薄膜。
100‧‧‧轉動塗覆設備
101‧‧‧吸座
102‧‧‧晶圓框
104‧‧‧切片帶
106‧‧‧半導體晶圓
108‧‧‧夾具
110‧‧‧轉動軸
200A、200B、200C‧‧‧設備
201‧‧‧可旋轉台座
201A‧‧‧內區域
201B‧‧‧向下斜坡區域
201C‧‧‧外區域
202‧‧‧晶圓框
204‧‧‧黏著帶
206‧‧‧半導體晶圓
208‧‧‧真空孔洞
209‧‧‧夾具
210‧‧‧轉動軸
212‧‧‧馬達
214‧‧‧控制器
216‧‧‧處理器(CPU)
218‧‧‧記憶體
220‧‧‧輸入/輸出(I/O)
222‧‧‧噴嘴
224‧‧‧來源
300A、300B‧‧‧方法
302、304、306、356、358、360、362‧‧‧步驟
401‧‧‧可旋轉台座
401A‧‧‧內區域
401B‧‧‧向下斜坡區域
401C‧‧‧外區域
402‧‧‧晶圓框
404‧‧‧帶
406‧‧‧半導體晶圓
407‧‧‧積體電路(IC)
409‧‧‧夾具
411‧‧‧凸緣或銲墊
413‧‧‧基板
415‧‧‧薄膜
417‧‧‧凹溝
419A、419B‧‧‧個別化部分
500‧‧‧整合平台
502‧‧‧工廠介面
504‧‧‧負載鎖
506‧‧‧群集工具
508‧‧‧電漿蝕刻腔室
510‧‧‧雷射劃切設備
512‧‧‧額外蝕刻腔室
514‧‧‧轉動塗覆模組
600‧‧‧電腦系統
602‧‧‧處理器
604‧‧‧主記憶體
606‧‧‧靜態記憶體
608‧‧‧網路介面裝置
610‧‧‧錄像顯示單元
612‧‧‧錄像顯示單元
614‧‧‧游標控制裝置
616‧‧‧訊號產生裝置
618‧‧‧次要記憶體
620‧‧‧網路
622‧‧‧軟體
626‧‧‧處理邏輯
630‧‧‧匯流排
631‧‧‧機器可存取儲存媒體
本發明的實施例藉由範例方式圖示，而不設限，且當與圖式連接考量時可參照以下說明書細節更完全地理解，其中：第1圖為轉動塗覆設備的橫截面視圖，該設備具有傳統吸座設計，晶圓及吸座位於其中的相同平面上；第2A及2B圖為根據本發明的實施例之具有可旋轉台座之轉動塗覆設備的橫截面視圖，該可旋轉台座具有位於超出半導體晶圓周圍的一向下斜坡區域；第2C圖為根據本發明的實施例之第2A及2B圖的轉動塗覆設備的等角視圖；第3A圖為根據本發明的實施例之流程圖，圖示了用於形成覆蓋半導體晶圓的薄膜之方法；第3B圖為根據本發明的實施例之流程圖，圖示了切片包含複數個積體電路的半導體晶圓之方法，該方法包含形成覆蓋半導體晶圓的薄膜；第4A、4B、4C及4D圖根據本發明的實施例圖示了在切片半導體晶圓的方法實施期間，包含複數個積體電路的 半導體晶圓之橫截面視圖，對應於第3B圖的操作；第5圖根據本發明的實施例圖示了用於基板的雷射及電漿切片的工具布局的方塊圖；及第6圖根據本發明的實施例圖示了示範性電腦系統的方塊圖，該電腦系統控制描述於此的遮罩、雷射劃切、電漿切片方法中的其中一個或更多個操作的自動實施。
描述用於改善晶圓塗覆的方法、設備及系統。在以下描述中，提出眾多特定細節，例如改善的晶圓塗覆可實行的示範性遮罩材料及雷射電漿切片方法，以提供對本發明之實施例通盤的理解。對發明所屬技術領域具有通常知識者而言，明顯的可實現本發明之實施例而無須該等特定細節。在其他實例中，不會詳細描述已知態樣(例如積體電路製造)，而得以不要不必要地混淆本發明之實施例。進一步地，應理解：圖式中展示之多種實施例係圖示代表，而不必照比例繪製。
當對300μm或更厚的晶圓切片時，晶圓足夠堅硬以直接放置於裝設帶上，而無須晶圓貼覆膜(die attach film，DAF)。在晶圓放置於裝設帶上而沒有DAF的情況下，不涉及DAF的切割處理。描述於此的實施例述及具有250μm至800μm厚度的積體電路(IC)晶圓(例如，帶有處理晶片的積體晶圓)的切片應用。進一步地，實施例述及具有寬度50μm至200μm寬度之可接受的切片鋸口寬度的積體電路晶圓的切片應用，較佳為晶圓前表面上所量測之50μm至100μm。晶圓前表面上所量測之50μm至100μm的鋸口寬度對應於一典型鋸口寬 度，該典型鋸口寬度為雷射/鋸切混合處理中量測自30μm至50μm的晶圓之背側。
在實施例中，涉及初始雷射劃切及後續的電漿蝕刻之混合晶圓或基板切片處理針對晶片單片化實行。可使用雷射劃切處理以清理地移除遮罩層、有機及無機介電層及裝置層。可接著在晶圓或基板的曝露或部分蝕刻後終止雷射蝕刻處理。可接著施用切片處理的電漿蝕刻部分，以蝕刻穿過晶圓或基板的主體，例如穿過主體單結晶矽，以產出晶片或晶片單片化或切片。因此，在一個實施例中，一方法使用混合方式施用雷射劃切及電漿蝕刻以對晶圓切片。雷射劃切移除難蝕刻的鈍化層、介電層及金屬層，直至曝露出下方的矽基板。電漿蝕刻產生深度至目標晶片厚度的凹溝。在另一實施例中，在電漿蝕刻雷射劃切處理所曝露的基板表面後，雷射蝕刻處理可用雷射劃切處理而涉及磨損整體基板厚度。在一個此類的實施例中，電漿蝕刻可移除由雷射磨損而損壞的半導體以改善晶片強度。
因此，根據實施例，晶圓切片方法使用雷射劃切及電漿蝕刻兩者，以取代僅僅雷射劃切或刀鋒鋸切，以在半導體晶圓中產生凹溝。雷射電漿晶圓切片方法涉及形成覆蓋半導體晶圓的一遮罩(例如，水溶性遮罩)，以保護積體電路(且在一些實施例中，保護凸緣或銲墊)免於在雷射劃切及/或電漿蝕刻期間曝露。遮罩層可由轉動塗覆形成。
在轉動塗覆處理期間，塗覆殘留物可由半導體晶圓表面排出，且包覆於晶圓及/或框的背側上。殘存的殘留物， 例如聚合物，可藉由溶膠-凝膠(sol-gel)處理輕易地轉換成固態，且保持於晶圓及/或框的背側上。固化的殘留物可嚴重影響晶圓框的平坦度，且導致對隨後的處理操作(例如，雷射劃切及電漿蝕刻以對晶圓切片)之致命錯誤。例如，雷射劃切操作可需要精確的對齊，且沒對齊的晶圓可導致雷射點失焦。進一步地，時間過長、排出於晶圓及/或框的背側上的殘留物也可引起對傳輸機器人的損壞及錯誤(例如，藉由污染使用於傳輸晶圓的機器人葉片)。受污染的機器人葉片可污染在處理腔室(例如，電漿蝕刻腔室)中支撐晶圓的吸座及環，而可導致晶圓在吸座上導因於塗覆殘留物而變得阻塞。
根據實施例，轉動塗覆設備包含具有向下斜坡形狀的可轉動台座(例如，吸座)。分配的塗覆材料(例如，聚合物/溶劑混合物)平穩且水平地從晶圓表面自旋而出。在一個此類的實施例中，最少至無的殘留物包覆於晶圓及/或框的背側上。因此，半導體晶圓為水平的，致能精確的放置晶圓。晶圓底部表面的平坦度也致能安全且精確地在模組或站台間傳輸晶圓，同時避免機器人葉片的污染。晶圓底部表面的平坦度也可致能用於其他處理的精確對齊，例如用於晶圓切片的雷射劃切及電漿蝕刻。額外地，晶圓及/或框的背側上之殘留物缺乏消除了對額外清理操作以移除殘存殘留物的需要。實施例因此在轉動塗覆後致能一清理晶圓底部表面(可於多種應用中使用，例如半導體製造及切片，及於多種工業中使用，例如紀錄媒體、平面螢幕顯示器、光學元件等等)。
第1圖為轉動塗覆設備100的橫截面視圖，轉動塗 覆設備100具有傳統吸座設計，晶圓106及吸座101位於其中的相同平面上。半導體晶圓106以切片帶104耦合至晶圓框102。吸座101支撐晶圓106、帶104、及晶圓框102。夾具108維持框102因及晶圓106的位置。設備100包含轉動軸110，吸座101因及晶圓106繞著轉動軸110旋轉以分佈一分配液體。如第1圖中所圖示，吸座101具有平坦頂部表面使得晶圓106、切片帶104、及晶圓框102全都位於大致相同的平面上。圖示的平坦吸座設計導致殘留物從晶圓106的表面排出且附著於晶圓框102、切片帶104、及晶圓106的背側。殘留物至少部分的附著於晶圓框102、切片帶104、及晶圓106的背側，因為在轉動塗覆期間，液體遮罩材料傾向於轉動向外水平地朝向帶框邊緣。因此，在傳統轉動塗覆設備中，自旋而出的遮罩材料累積於晶圓框102的邊緣處，接著流到晶圓框102下方，而引起晶圓106背側上的污染。
相較下，第2A及2B圖為根據本發明的實施例之具有可旋轉台座之轉動塗覆設備的橫截面視圖，該可旋轉台座具有位於超出半導體晶圓周圍的一向下斜坡區域。可使用第2A圖的設備200A及第2B圖的設備200B以形成覆蓋半導體晶圓206的薄膜。半導體晶圓206設置覆蓋一載體。例如，半導體晶圓206設置於一黏著帶204(例如，切片帶)上且以黏著帶204耦合至晶圓框202。如圖所示，可旋轉台座201經配置以支撐半導體晶圓206、黏著帶204、及晶圓框202。黏著帶204可包含如一基底材料及一釋放層(例如，一熱或UV可固化層)。該設備也包含位於可旋轉台座201上方的噴嘴222。 噴嘴222經配置以將由來源224抽吸的液體分配覆於半導體晶圓206。馬達212經配置以繞著轉動軸210旋轉可旋轉台座。設備200A及200B也可包含控制器214以配置及/或控制設備200A及200B的組件。例如，控制器214可控制由來源224經過噴嘴222而分配的液體速率。控制器214包含處理器(CPU)216、記憶體218、及輸入/輸出(I/O)220。控制器可包含相似於或相同於第6圖之電腦系統600的元件.
根據實施例，可旋轉台座具有位於超出半導體晶圓206周圍的一向下斜坡區域201B。如圖所示，「位於超出」半導體晶圓206周圍可包含位於半導體晶圓206的邊緣處。可旋轉台座也可包含位於半導體晶圓206下方的內區域201A，使得向下斜坡區域201B介於內區域201A及可旋轉台座的邊緣之間。位於半導體晶圓206下方的台座201之內區域201A為實質平坦的。圖示的可旋轉台座201也包含可旋轉台座201邊緣處的外區域201C，使得向下斜坡區域201B介於內區域201A及外區域201C之間。可旋轉台座201的外區域201C也可為平坦的。可旋轉台座201的外區域201C包含維持機構，該維持機構經配置以維持晶圓框202覆蓋半導體晶圓206所裝設處。例如，第2A圖圖示帶有真空孔洞208的設備200A以固定晶圓於台座201。第2B圖圖示帶有夾具209的設備200B以固定晶圓206於台座201。內區域201A、向下斜坡區域201B、及外區域201C可為單一部件(例如，一個獨塊台座)，或可包含多個部件(例如，內區域201A可為一個部件，且向下斜坡區域201B及/或外區域201C可為位於繞著可 旋轉台座201之內區域201A的分開的環)。
向下斜坡區域201B具有相對於一平面的角度Θ，該平面對應於內區域201A中台座201的頂部表面。在一個實施例中，角度Θ介於1及10度之間。由於向下斜坡區域201B處於大於0的角度(例如，大約1至10度的範圍中)，可旋轉台座的外區域201C處於較內區域201A低的高度。結果，晶圓框202處於較半導體晶圓206低的高度。向下斜坡區域201B處於角度Θ，因而幫助消除來自轉動塗覆殘留物的污染，因為自旋而出的遮罩殘留物將被甩至塗覆腔室的側壁上，保持晶圓框202未受接觸且防止晶圓206背側的污染。實施例也可包含具有大於10度的角度之向下斜坡區域201B，然而，太大的角度可引起帶204上超過的應力，該應力可傳至晶圓206而引起對帶204及/或晶圓206的損壞。
第2C圖為根據本發明的實施例之第2A及2B圖的轉動塗覆設備的等角視圖。如圖所示，設備200C包含可旋轉台座201以支撐晶圓206。黏著帶204的曝露部分設置覆蓋向下斜坡區域，且晶圓框設置覆蓋可旋轉台座201的外區域。箭頭指示可旋轉台座201的旋轉之可能方向，以用分配液體形成薄膜覆蓋半導體晶圓206。
第3A圖為根據本發明的實施例之流程圖，圖示了用於形成覆蓋半導體晶圓的薄膜之方法300A。第3B圖為一流程圖，圖示了切片包含複數個積體電路的半導體晶圓之方法，包含根據第3A圖之方法300A的形成覆蓋半導體晶圓的薄膜。第4A、4B、4C及4D圖根據本發明的實施例圖示了在 切片半導體晶圓的方法實施期間的半導體晶圓之橫截面視圖，對應於第3B圖的操作。
第3A圖之方法300A及第3B圖之方法300B始於操作302且對應於第4A圖：支撐覆蓋可旋轉台座401的半導體晶圓406，可旋轉台座401具有位於超出半導體晶圓406周圍的一向下斜坡區域401B。可旋轉台座401可相似於或相同於第2A及2B圖之台座201。例如，半導體晶圓406可用帶404裝設於一載體(例如，晶圓框402)上。晶圓框402可由台座401的外區域401C所支撐。在圖示的實施例中，夾具409維持晶圓框402於所在處，但可使用其他維持機構。該方法可涉及放置半導體晶圓406覆蓋可旋轉台座401的內區域401A，使得帶404的曝露區段介於晶圓框402邊緣及半導體晶圓406之間，且放置覆蓋向下斜坡區域401B。
在一個實施例中，晶圓406包含基板413。根據一個實施例，半導體晶圓406具有至少300mm的直徑且具有250μm至800μm的厚度。半導體晶圓406具有設置於基板413上或中的積體電路407的一部分，包含半導體裝置。此類半導體裝置的範例包含但不限於：製造於矽基板中且包裝於介電層中的記憶體裝置或互補式金氧半導體(CMOS)電晶體。可在該等裝置或電晶體上方及於環繞的介電層中形成複數個金屬內部連接，且可用以電性地耦合該等裝置或電晶體以形成積體電路。可在內部連接層上方形成導電凸緣或銲墊411及鈍化層。導電凸緣或銲墊411可包含焊球。組成積體電路407之間的切割道之材料可相似於或相同於用以形成積體電路 407的該等材料。例如，切割道可由介電材料層、半導體材料層、及金屬化層所組成。在一個實施例中，該等切割道的一個或更多個包含相似於積體電路之真實裝置的測試裝置。
在支撐晶圓406覆蓋可旋轉基座401後，方法300A及300B於操作304涉及分配液體覆蓋半導體晶圓406。在一個實施例中，所分配的液體包含聚合物(例如，水溶性聚合物)及溶劑的混合物。例如，所分配的液體可包含以下之一個或更多個：聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯醯胺或聚氧化乙烯。
在操作306，方法300A包含旋轉可旋轉台座401以形成覆蓋半導體晶圓406的薄膜415，如第4B圖中所圖示。相似地，在操作356，第3B圖之方法300B包含旋轉可旋轉台座401以形成覆蓋半導體晶圓406的遮罩，覆蓋且保護晶圓上的積體電路407。薄膜415也可保護由半導體晶圓406的表面投影或突出的凸緣或銲墊411。額外地，薄膜415可覆蓋於相鄰積體電路407之間形成之其間的切割道。所分配液體因此分佈跨過半導體晶圓406的表面以形成薄膜415，而不會導致半導體晶圓406底部或晶圓框402上的顯著的殘留物。
第3B圖之方法300B以混合雷射電漿方法持續針對半導體晶圓406切片的操作。在一個此類實施例中，方法300B於操作358涉及以雷射劃切處理來圖案化薄膜415，如第4C圖中所圖示。雷射劃切處理曝露積體電路407間的半導體晶圓之區域417(例如，空隙或凹溝)。為了最小化介電分層及破裂，可較佳採飛秒(femtosecond)雷射。然而，依據裝置結構， 也可應用紫外光(UV)、微微秒、或奈秒雷射來源。雷射具有80kHz至1MHz之範圍中的脈衝重複頻率，理想為100kHz至500kHz之範圍中。
一般實施雷射劃切處理以移除積體電路之間出現的切割道之材料。根據本發明之實施例，以雷射劃切處理圖案化薄膜415包含於積體電路407之間部分進入半導體晶圓406的區域形成凹溝417。在一實施例中，以雷射劃切處理之圖案化遮罩包含：使用雷射直接寫入一圖案，該雷射具有於飛秒範圍中的脈衝寬度。特定地，可使用帶有可見光頻譜(例如，綠色頻帶，或500至540nm)或紫外光(UV，或300至400nm頻帶)或紅外光(IR)頻帶(此三者總體為寬頻光學頻譜)的雷射，以提供基於飛秒的雷射，亦即，帶有脈衝寬度於飛秒數量級(10-15秒)的雷射。在一個實施例中，磨損並非(或主要並非)依據波長且因而適於複合薄膜，例如遮罩、切割道及半導體晶圓或基板的可能一部分之薄膜。
雷射參數選擇(例如脈衝寬度)可為重要的以發展成功的雷射劃切及切片處理而最小化切屑、微破裂及分層以便達成清理雷射劃切切割。雷射劃切切割越清淨，可針對最終晶片單片化實施的蝕刻處理越平穩。在半導體裝置晶圓中，許多不同材料類型(例如，導體、絕緣體、半導體)及厚度的功能層典型地設置於該半導體裝置晶圓上。此類材料可包含但不限於：有機材料例如聚合物、金屬或無機介電質例如二氧化矽及氮化矽。
在傳統雷射照射(例如，基於奈秒或基於微微秒的雷 射照射)下，切割道的材料在光學吸收及磨損機制方面可表現大大不同。例如，在正常情況下介電層(例如，二氧化矽)對所有商業上可得的雷射波長必為可穿透的。相較下，金屬、有機物(例如，低K材料)及矽可非常輕易地耦合光子，特定回應於基於奈秒或基於微微秒的雷射照射。然而在一實施例中，使用基於飛秒的雷射處理，藉由在磨損低K材料層及銅層前磨損二氧化矽層，而圖案化該二氧化矽層、該低K材料層、及該銅層。在一特定實施例中，在基於飛秒的雷射照射處理中使用大約低於或等於400飛秒的脈衝以移除遮罩、切割道或矽基板的一部分。在另一實施例中，使用大約低於或等於500飛秒的脈衝。
根據本發明的實施例，合適的基於飛秒的雷射處理特徵在於：通常導致多種材料中非線性相互作用的高峰強度(照射)。在一個此類實施例中，飛秒雷射來源具有大約10飛秒至500飛秒之範圍中的脈衝寬度，雖然較佳為100飛秒至400飛秒之範圍中。在一個實施例中，飛秒雷射來源具有大約1570奈米至200奈米之範圍中的波長，雖然較佳為540奈米至250奈米之範圍中。在一個實施例中，雷射及對應光學系統於工作表面提供大約3微米至15微米的範圍中的聚焦點，雖然較佳大約為5微米至10微米之範圍中。
工作表面處的空間光束剖面可為單一模式(高斯)或具有高帽子形狀的剖面。在一實施例中，雷射來源具有脈衝重複速率大約於200kHz至10MHz的範圍中，雖然較佳為大約500kHz至5MHz的範圍中。在一實施例中，雷射來源於 工作表面處傳遞脈衝能量大約於0.5μJ至100μJ的範圍中，雖然較佳為大約1μJ至5μJ的範圍中。在一實施例中，雷射劃切處理沿著工作部件表面以大約500mm/sec至5m/sec的範圍中之速度運行，雖然較佳為大約600mm/sec至2m/sec的範圍中。
可僅用單一掃描或用多次掃描來運行劃切處理，但在一實施例中，較佳為1至2次掃描。在一個實施例中，工作部件中的劃切深度大約為5微米至50微米深的範圍中，較佳為大約為10微米至20微米深的範圍中。可應用雷射於：給定脈衝重複速率的單一脈衝的系列中，或脈衝突發的系列中。在一實施例中，產生的雷射光束之鋸口寬度大約為2微米至15微米的範圍中，雖然於矽晶圓劃切/切片中較佳為大約6微米至10微米的範圍中(於裝置/矽介面處量測)。
可依利益及優勢來選擇雷射參數，例如提供足夠高的雷射強度以在直接磨損無機介電質前，達成無機介電質(例如，二氧化矽)的離子化，且最小化由下層損壞所引起的分層及切屑。也可選擇參數，以精確控制的磨損寬度(例如，鋸口寬度)及深度提供用於工業應用之有意義的處理生產量。如上述，基於飛秒的雷射相較於基於微微秒及基於奈秒的雷射磨損處理更加適於提供此類優勢。然而，即便於基於飛秒的雷射磨損之頻譜中，某些波長可提供較其他更好的效能。例如，在一個實施例中，具有接近(例如，500至540nm)或於UV範圍(例如，300至400nm)中的波長的基於飛秒的雷射處理提供較具有接近或於IR範圍中的波長的基於飛秒的雷射處理更清 淨的磨損處理。在一特定的此類實施例中，適於半導體晶圓或基板劃切的基於飛秒的雷射處理係基於具有大約小於或等於540奈米的波長之雷射。在一特定的此類實施例中，使用大約小於或等於400飛秒的雷射，該雷射具有大約小於或等於540奈米的波長。然而，在一交替實施例中，使用雙雷射波長(例如，IR雷射及UV雷射的組合)。
回到第3B圖且對應第4D圖，在一些實施例中，藉由初始雷射劃切操作後的電漿蝕刻完成晶片的單片化。例如，方法300B包含：於操作360處，透過圖案化薄膜415中的凹溝417蝕刻半導體晶圓406，以最終整體地蝕刻穿過半導體晶圓406。在第4D圖所圖示的示範性實施例中，電漿蝕刻於黏著帶上停止，而半導體晶圓406的個別化部分419A及419B藉由凹溝417而分開。
在一特定實施例中，在蝕刻處理期間，半導體晶圓206之材料的蝕刻速率大於每分鐘25微米。可使用特高密度電漿來源於晶片單片化處理的電漿蝕刻部分。適於實施此類電漿蝕刻處理的處理腔室的範例為Applied Centura® SilvaTM Etch系統，由Applied Materials of Sunnyvale,CA,USA可得。Applied Centura® SilvaTM Etch系統組合電容性及電感性RF耦合，而供應較僅使用電容性耦合可能的多出許多的離子密度及離子能量獨立控制，即便使用由磁性增強提供的改善。此組合致能由離子能量有效解耦離子密度，以便達到相對高密度的電漿而無高潛在損壞的DC偏壓準位(即使於非常低的電壓)。多RF來源配置也導致例外地寬的處理窗部。然而， 可使用任何能夠蝕刻矽的電漿蝕刻腔室(至少理論上)，例如，如果生產量並非最主要的重要性。
在一示範性實施例中，使用深矽蝕刻以大於大約40%的傳統矽蝕刻速率(例如，40μm或更多)的蝕刻速率來蝕刻單結晶矽基板或晶圓406，同時保持必要精確的剖面控制及虛擬免扇形側壁。在一特定實施例中，使用穿矽孔類型蝕刻處理。該蝕刻處理係基於由反應性氣體所產生的電漿，該反應性氣體一般為基於氟的氣體，例如NF3、SF6、SiF4、C4F8、CHF3、XeF2、或任何其他能夠以相對快的蝕刻速率蝕刻矽的反應氣體。
在另一實施例中，雷射劃切處理將晶片單片化，且可實施電漿蝕刻操作以移除導因於雷射劃切處理的損壞之半導體材料。例如，電漿蝕刻操作可由劃切的凹溝之側壁移除一部分半導體。根據實施例，單片化的晶片需要足夠高的晶片破裂強度以確保可靠的晶片拾取及放置及隨後的組裝處理。已發現到：雷射磨損操作之後出現的粗糙、損壞的側壁可無法接受地減低晶片破裂強度。然而，也發現到：針對飛秒雷射的矽基板中的損壞層小於3μm厚，可藉由實施電漿蝕刻操作360來達到較高的晶片破裂強度，以由凹溝417曝露的側壁移除可比較的半導體厚度。
依據處理條件使用側向蝕刻速率於50%及100%之間，預期的垂直蝕刻速率為10μm/min。如此，依據所欲的基板下切及/或剩餘厚度，蝕刻時間一般為10至90秒內。
在第3B圖的操作360之電漿蝕刻後，該方法可涉及 薄膜415(如第4D圖中所圖示)的移除及操作362之用於繼續封裝單片化IC的操作。
因此，第3A及3B圖描述形成覆蓋半導體晶圓的薄膜之方法，而不會污染晶圓框及/或帶有來自遮罩形成的殘留物之半導體晶圓底側。根據此間實施例，第3B圖進一步包含用於將半導體晶圓或涉及遮罩形成的基板切片的操作。
來到第5圖，單一整合平台500可經配置以實施第3B圖的混合雷射磨損電漿蝕刻單片化處理300B中許多或所有的操作。例如，根據本發明的實施例，第5圖圖示群集工具506的方塊圖，群集工具506與用於基板雷射及電漿切片之雷射劃切設備510耦合。參考第5圖，群集工具506耦合至具有複數個負載鎖504的工廠介面502(FI)。工廠介面502可為合適的大氣埠以充當帶有雷射劃切設備510的製造設施外部及群集工具506之間的介面。工廠介面502可包含具有用於由儲存單元(例如，前開統一箱)傳輸基板(或其載體)進入群集工具506或雷射劃切設備510或兩者的手臂或葉片的機器人。
雷射劃切設備510也耦合至FI 502。在一實施例中，雷射劃切設備510包含於300至540nm頻帶的飛秒雷射操作。飛秒雷射實施第3B圖之混合雷射及蝕刻單片化處理300B中的雷射磨損部分。在一個實施例中，雷射劃切設備510中也包含可移動台座，可移動台座經配置以相對於基於飛秒的雷射移動晶圓或基板(或其載體)。在一特定實施例中，飛秒雷射也可移動。
群集工具506包含一個或更多個電漿蝕刻腔室508，電漿蝕刻腔室508藉由機器人傳輸腔室耦合至FI，該機器人傳輸腔室安置用於真空中基板傳輸的機器人手臂。電漿蝕刻腔室508適於實施第3圖之混合雷射及蝕刻單片化處理300B中的電漿蝕刻部分。在一個示範性實施例中，電漿蝕刻腔室508進一步耦合至SF6氣體來源及C4F8及C4F6來源之至少一者。在一個實施例中，電漿蝕刻腔室508耦合至SF6氣體來源及C4F8、CF4及C4F6來源之至少一者。在一特定實施例中，一個或更多個電漿蝕刻腔室508為由Applied Materials of Sunnyvale,CA,USA可得之Applied Centura® SilvaTM Etch系統，雖然商業上也可取得其他合適的蝕刻系統。在一實施例中，整合平台500的群集工具506部分中包含多於一個蝕刻腔室508，以致能單片化或切片處理的高製造生產量。
根據圖示的實施例，群集工具506也包含轉動塗覆模組514。轉動塗覆模組514可包含如描述於此之轉動塗覆設備，該轉動塗覆設備經配置以實施如第3A圖之方法300A的轉動塗覆方法。也可包含沉積腔室或額外蝕刻腔室512以沉積或蝕刻其他層(例如，沉積下填層)。
第6圖圖示內含指令集的電腦系統600，該等指令集使得機器可執行討論於此的一個或更多個劃切方法。示範性的電腦系統600包含經由匯流排630相互通訊的：處理器602、主記憶體604(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)等等)、靜態記憶體606(例如，快閃 記憶體、靜態隨機存取記憶體(SRAM)等等)、及次要記憶體618(例如，資料儲存裝置)。
處理器602代表一個或更多個一般目的性處理裝置，例如微處理器、中央處理單元、諸如此類。更特定地，處理器602可為複雜指令集運算(CISC)微處理器、減化指令集運算(RISC)微處理器、超長指令字組(VLIW)微處理器等等。處理器602也可為一個或更多個特定目的性處理裝置，例如特定應用積體電路(ASIC)、可程式化邏輯電路(FPGA)、數位訊號處理器(DSP)、網路處理器、諸如此類。處理器602經配置以執行處理邏輯626以實施討論於此的操作及步驟。
電腦系統600可進一步包含網路介面裝置608。電腦系統600也可包含錄像顯示單元610(例如，液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT))、文數輸入裝置612(例如，鍵盤)、游標控制裝置614(例如，滑鼠)、及訊號產生裝置616(例如，擴音器)。
次要記憶體618可包含機器可存取儲存媒體(或更特定地，電腦可讀式儲存媒體)631，體現任何一個或更多個描述於此的方法或功能的一個或更多個指令集(例如，軟體622)儲存於機器可存取儲存媒體631上。在電腦系統600執行期間，軟體622也可完全地或至少部分地常駐於主記憶體604內及/或處理器602內，主記憶體604及處理器602也組成機器可讀式儲存媒體。可進一步經由網路介面裝置608於網路620上傳送或接收軟體622。
在示範性實施例中展示機器可存取儲存媒體631為 單一媒體，應採用用語「機器可讀式儲存媒體」以包含儲存一個或更多個指令集的單一媒體或多個媒體(例如，中央化或分佈化的資料庫及/或相關聯快取及伺服器)。也應採用用語「機器可讀式儲存媒體」以包含能夠儲存或編碼由機器執行的指令集並使該機器實施本發明之任何一個或更多個方法的任何媒體。應根據地採用用語「機器可讀式儲存媒體」以包含但不限於：固態記憶體、及光學及磁性媒體、及其他非暫態機器可讀式儲存媒體。
應理解上述描述意圖圖示而非限制。例如，當圖式中的流程圖展示本發明某些實施例所實施的操作特定順序，應理解此順序為非必要的(例如，交替的實施例可用不同順序、組合某些操作、重疊某些操作等等來實施操作)。進一步地，對發明所屬領域具有通常知識者而言，在閱讀及理解上方描述後，許多其他實施例為顯而易見的。雖然本發明以參考特定示範性實施例而描述，應理解本發明不受限於所描述之實施例，而可用所附申請專利範圍的精神及範圍內的修改及交變來實現。因此，本發明之範圍應參考所附申請專利範圍以及該等申請專利範圍所名之等效物的全部範圍來決定。

Claims (10)

  1. 一種用於形成覆蓋一半導體晶圓的一薄膜之轉動塗覆設備，該轉動塗覆設備包括：一可旋轉台座，包含：一內區域以支撐該半導體晶圓，一向下斜坡區域，該向下斜坡區域超出該內區域的一周圍，以及位於該可旋轉台座的邊緣處的一外區域，其中該向下斜坡區域介於該內區域及該外區域之間，且其中該可旋轉台座的該外區域處於較該內區域低的一高度；一噴嘴，該噴嘴位於該可旋轉台座上方，且經配置以分配一液體覆蓋該半導體晶圓；及一馬達，該馬達經配置以旋轉該可旋轉台座。
  2. 如請求項1所述之轉動塗覆設備，其中該向下斜坡區域具有介於1及10度之間的一角度。
  3. 如請求項1所述之轉動塗覆設備，其中該內區域位於該半導體晶圓下方，且其中該向下斜坡區域介於該內區域及該可旋轉台座的邊緣之間。
  4. 如請求項3所述之轉動塗覆設備，其中位於該半導體晶圓下方的該內區域實質為平坦的。
  5. 如請求項1所述之轉動塗覆設備，其中該可旋轉台座的該外區域包括一維持機構，該維持機構經配置以維持一晶圓框，該半導體晶圓裝設於該晶圓框上。
  6. 如請求項5所述之轉動塗覆設備，其中該維持機構包括夾具。
  7. 如請求項5所述之轉動塗覆設備，其中該維持機構包括真空孔洞。
  8. 如請求項1所述之轉動塗覆設備，其中該向下斜坡區域的至少一部分位於該半導體晶圓的邊緣處。
  9. 如請求項1所述之轉動塗覆設備，其中該可旋轉台座的該外區域為平坦的。
  10. 如請求項1所述之轉動塗覆設備，其中該可旋轉台座的該內區域、該向下斜坡區域及該外區域為單件的。
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