TWI667709B - 用於改良晶圓塗佈處理之烘烤工具 - Google Patents

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Abstract

本文描述用於改良晶圓塗佈之烘焙方法及工具。在一個實施例中，切割包括積體電路之半導體晶圓之方法涉及塗佈半導體晶圓之表面以形成覆蓋積體電路之遮罩。該方法涉及利用來自一或更多個光源之輻射烘焙遮罩。該方法涉及利用雷射劃割製程圖案化遮罩，以向圖案化遮罩提供間隙，從而曝露基板的介於積體電路之間的區域。該方法亦可涉及諸如利用電漿蝕刻操作來單體化積體電路。

Description

用於改良晶圓塗佈處理之烘烤工具
本發明之實施例係關於半導體處理之領域，及特定而言係關於改良之晶圓塗佈方法。
在半導體晶圓處理中，積體電路形成於由矽或其他半導體材料組成之晶圓(亦稱作基板)上。一般而言，具有半導電、導電或絕緣特性之多種材料之層用以形成積體電路。該等材料係使用多種眾所熟知之製程來摻雜、沉積及蝕刻，以形成積體電路。每一晶圓經處理以形成大量包含積體電路之單個區域，該等區域被稱作晶粒。
在積體電路形成製程之後，晶圓經「切割」以將單個晶粒彼此分開，以便進行封裝或以未封裝形式用於更大電路內。用於晶圓切割之兩個主要技術是劃割及鋸切。利用劃割，金剛石鑲尖劃割器在整個晶圓表面上沿預成型之劃線移動。該等劃線沿晶粒之間的空間延伸。該等空間通常被稱作「跡道(street)」。金剛石劃割器在晶圓表面中沿跡道形成淺劃痕。在應用壓力之後，諸如利用軋輥施壓，晶圓沿劃線分 開。晶圓中之斷裂遵循晶圓基板之晶格結構。劃割可用於厚度約10密耳(千分之一吋)或更薄之晶圓。對於較厚之晶圓，鋸切目前是用於切割之首較佳方法。
利用鋸切，以較高每分鐘轉數旋轉之金剛石鑲尖鋸件接觸晶圓表面及沿跡道鋸切晶圓。晶圓安裝在諸如黏合薄膜之支撐構件上，該黏合薄膜鋪設在整個薄膜框上，及鋸件重複應用至垂直及水平跡道。劃割或鋸切之一個問題是沿晶粒之切斷邊緣可能形成碎屑及圓鑿。另外，裂痕可能形成且從晶粒邊緣傳播至基板中及致使積體電路損壞。捲屑及開裂尤其是劃割面臨之問題，因為正方形或矩形晶粒中僅有一側可在晶態結構方向上經劃割。因此，晶粒另一側之裂解導致鋸齒狀分離線。由於捲屑及開裂，晶圓上之晶粒之間需要額外空間間隔，以防止損害積體電路，例如使碎屑及裂痕與實際積體電路維持一段距離。由於間隔需求，標準尺寸之晶圓上可能無法形成眾多晶粒，及本可用於電路系統之晶圓佔用面積被浪費。使用鋸件加劇半導體晶圓上佔用面積之浪費。鋸刃厚度為約15微米。因此，為了確保由鋸件導致之切口周圍的開裂及其他損害不危害積體電路，每一晶粒之電路系統之間往往必須相隔三百微米至五百微米。此外，在切割之後，每一晶粒需要經大量清洗以移除由鋸切製程產生之粒子及其他污染物。
亦已使用電漿切割，但亦可能具有局限性。例如，妨礙電漿切割實施之一個限制可能為成本。用於圖案化抗蝕劑之標準微影術操作可致使實施成本過高。另一可能妨礙電 漿切割之實施之限制是：在沿跡道之切割中，對常見金屬(例如銅)之電漿處理可能導致生產問題或產量限制。
一些替代性切割方法可涉及在進一步處理操作之前經由旋塗塗施遮罩。然而，用於該種遮罩塗施之習用旋塗技術可能導致晶圓背側上有殘餘物，從而在隨後處理操作期間產生諸如失準之問題。
本發明之一或更多個實施例係針對用於改良之晶圓塗佈製程之烘焙方法及工具。在一個實施例中，烘焙方法及工具用以烘焙經形成以用於晶圓切割製程之遮罩。
根據一個實施例，切割包括積體電路之半導體晶圓之方法涉及塗佈半導體晶圓表面以形成覆蓋積體電路之遮罩。該方法涉及利用來自一或更多個光源之輻射烘焙遮罩。該方法亦涉及利用雷射劃割製程圖案化遮罩，以向圖案化遮罩提供間隙，從而曝露基板的介於積體電路之間的區域。積體電路可藉由例如進一步雷射劃割或電漿蝕刻之方式而經單體化。
在一個實施例中，切割包括積體電路之基板之方法涉及利用濕式塗佈製程在基板上形成遮罩。遮罩覆蓋積體電路。該方法涉及利用一或更多個光源加熱遮罩，以此乾燥遮罩。該方法包括利用雷射劃割製程圖案化遮罩，以向圖案化遮罩提供間隙，從而曝露基板的介於積體電路之間的區域。該方法進一步包括電漿蝕刻基板以蝕穿圖案化遮罩中之間隙。
在另一實施例中，切割半導體晶圓之方法涉及塗佈半導體晶圓表面以形成覆蓋積體電路之遮罩，及利用來自一或更多個光源之輻射烘焙遮罩。該方法涉及圖案化遮罩以向圖案化遮罩提供間隙，從而曝露半導體晶圓的介於積體電路之間的區域。該方法進一步涉及蝕刻半導體晶圓以蝕穿圖案化遮罩中之間隙，以將積體電路單體化。
在一個實施例中，用於切割包括複數個積體電路之基板之系統包括遮罩成型模組，該模組經配置以在基板上形成遮罩。該系統包括烘焙腔室及一或更多個光源，該腔室具有支撐結構以將基板固持在烘焙腔室中，及該等光源經配置以加熱遮罩。該系統進一步包括雷射劃割模組，該模組經配置以利用雷射劃割製程圖案化遮罩以形成溝槽，該溝槽曝露基板的介於積體電路之間的區域。
100‧‧‧習用系統
102‧‧‧半導體晶圓
104‧‧‧遮罩
106‧‧‧熱板
108‧‧‧黏著帶
110‧‧‧晶圓框架
200‧‧‧方法
202‧‧‧操作步驟
204‧‧‧操作步驟
206‧‧‧操作步驟
300‧‧‧方法
302‧‧‧操作步驟
304‧‧‧操作步驟
306‧‧‧操作步驟
308‧‧‧操作步驟
406‧‧‧平臺
410‧‧‧晶圓框架
414‧‧‧加熱元件
500‧‧‧基板
501‧‧‧半導體晶圓
506‧‧‧黏著帶
507‧‧‧積體電路
510‧‧‧遮罩
511‧‧‧凸塊或焊盤
512‧‧‧區域
513‧‧‧光源
514A‧‧‧個體化部分
514B‧‧‧個體化部分
516‧‧‧溝槽
600‧‧‧跡道區域
602‧‧‧頂部部分
604‧‧‧第一二氧化矽層
606‧‧‧第一蝕刻終止層
608‧‧‧第一低介電常數介電層
610‧‧‧第二蝕刻終止層
612‧‧‧第二低介電常數介電層
614‧‧‧第三蝕刻終止層
616‧‧‧未摻雜氧化矽玻璃層
618‧‧‧第二二氧化矽層
620‧‧‧光阻劑層
622‧‧‧銅敷金屬
700‧‧‧整合平臺
702‧‧‧工廠介面
704‧‧‧負載鎖
706‧‧‧群集工具
708‧‧‧電漿蝕刻腔室
710‧‧‧雷射劃割設備
712‧‧‧烘焙模組
714‧‧‧遮罩成型模組
800‧‧‧電腦系統
802‧‧‧處理器
804‧‧‧主記憶體
806‧‧‧靜態記憶體
808‧‧‧網路介面裝置
810‧‧‧視訊顯示單元
812‧‧‧文數字輸入裝置
814‧‧‧游標控制裝置
816‧‧‧信號產生裝置
818‧‧‧輔助記憶體
820‧‧‧網路
822‧‧‧軟體
826‧‧‧處理邏輯
830‧‧‧匯流排
831‧‧‧機器可存取儲存媒體
本發明之實施例以實例之方式而非限制之方式進行說明，且在結合圖式之情況下藉由參考以下詳細說明可更充分地理解本發明之實施例，在該等圖式中：第1圖是安置於習用熱板上之晶圓之橫剖面視圖；第2圖及第3圖是流程圖，該等圖式圖示依據本發明之實施例的切割包括複數個積體電路之半導體晶圓之方法；第4A圖及第4B圖圖示依據本發明之實施例之烘焙工具之橫剖面視圖；第5A圖、第5B圖、第5C圖、第5D圖，及第5E 圖圖示依據本發明之實施例的包括複數個積體電路之半導體晶圓在執行切割半導體晶圓之方法期間之橫剖面視圖，該方法對應於第2圖及第3圖之操作；第6圖圖示依據本發明之實施例可能存在於半導體晶圓或基板之跡道區域中的材料堆疊之橫剖面視圖；第7圖圖示依據本發明之一實施例之工具佈局方塊圖，該工具佈局用於基板之雷射及電漿切割，包括烘焙模組；及第8圖圖示示例性電腦系統方塊圖，該電腦系統控制在本文所述之遮罩形成方法、烘焙方法、雷射劃割方法、電漿切割方法中一或更多個操作之自動化執行。
本文描述在改良之晶圓塗佈製程中用於烘焙之方法、設備，及系統。下文之描述中闡述大量具體細節以便提供對本發明之實施例的充分理解，該等細節如示例性遮罩材料及雷射電漿切割方法，在該等方法中可使用改良之烘焙工具。熟習該項技術者將顯而易見，本發明之實施例可在沒有該等具體細節之情況下得以實施。在其他情況中，本文並未詳細描述眾所熟知之態樣(如積體電路製造)，以便不無謂地使本發明之實施例含義模糊。此外，將理解，圖式中所圖示之多個實施例以說明性表示為目的，且並非一定按比例繪製。
當切割300微米或更厚之晶圓時，晶圓之剛性足以在沒有晶粒附著薄膜(die attach film；DAF)之情況下直接置於 安裝膠帶上。在沒有DAF而將晶圓置於安裝膠帶上的情況中，不涉及DAF切削製程。本文所述之實施例解決厚度為250微米至800微米之積體電路(integrated circuit；IC)晶圓(例如具有處理器晶片之積體晶圓)之切割應用。此外，實施例解決積體電路晶圓之切割應用，該等應用在晶圓正面上造成經測量為50微米至200微米，較佳為50微米至100微米之可接受之切割切口寬度。在晶圓正面上經測量為50微米至200微米之切口寬度對應於在雷射/鋸切混合製程中自晶圓背側測得之典型切口寬度30微米至50微米。
在實施例中，涉及初始雷射劃割及後續電漿蝕刻之混合晶圓或基板切割製程經實施以用於進行晶粒單體化。雷射劃割製程可用以清潔地移除遮罩層、有機及無機介電層，及裝置層。然後，在晶圓或基板之曝露或局部蝕刻之後，雷射蝕刻製程可終止。然後，切割製程之電漿蝕刻部分可用以蝕刻穿過整塊晶圓或基板，如穿過整塊單晶態矽，以產出晶粒或晶片單體化或切割。由此，在一個實施例中，一種方法使用採用雷射劃割及電漿蝕刻之混合方法來切割晶圓。雷射劃割移除難以蝕刻之鈍化層、介電層，及金屬層，直至曝露下方之矽基板。電漿蝕刻產生溝槽，該溝槽之深度達到目標晶粒厚度。在另一實施例中，雷射蝕刻製程可涉及利用雷射劃割製程剝蝕基板之整個厚度，隨後電漿蝕刻由雷射劃割製程而曝露之基板表面。在此種實施例中，電漿蝕刻可移除因雷射剝蝕而損壞之半導體以改良晶粒強度。
由此，根據實施例，晶圓切割方法使用雷射劃割及 電漿蝕刻以在半導體晶圓中產生溝槽，而非僅使用雷射劃割或刀刃鋸切。雷射電漿晶圓切割方法涉及在半導體晶圓上形成遮罩(例如水溶性遮罩)以防止積體電路(及在一些實施例中防止凸塊或焊盤)在雷射劃割及/或電漿蝕刻期間曝露。遮罩層可由多種技術形成，該等技術包括諸如旋塗之濕式塗佈技術。一些塗佈技術涉及後續烘焙或固化製程。
例如，第1圖圖示習用系統100，該系統用以烘焙或固化在半導體晶圓102上形成之膜。根據使用第1圖中習用系統100之方法，塗佈有遮罩104之半導體晶圓102置於熱板106上。第1圖是安置於習用熱板106上之半導體晶圓102之橫剖面視圖。半導體晶圓102利用黏著帶(例如切割膠帶)108耦接至晶圓框架110。加熱熱板，熱板經由黏著帶108加熱半導體晶圓102背側。然後，來自半導體晶圓102背側之熱量傳導通過半導體晶圓102以加熱遮罩104。由此，黏著帶108、晶圓框架110，及整個半導體晶圓102全部經加熱以乾燥或固化遮罩104。使用熱板以乾燥或固化每一半導體晶圓之遮罩104可耗費大量時間(例如每一半導體晶圓耗費5-10分鐘)。此外，給定熱板每次僅可用於一個半導體晶圓。由此，使用習用熱板以乾燥或固化遮罩效率較低，且可限制製造產量。
習用熱板將纏繞式電阻加熱金屬線用作加熱元件，該等加熱元件通常產生不均勻加熱表面。不均勻加熱表面導致半導體晶圓102之不均勻加熱。即使熱板106能夠提供均勻加熱，但半導體晶圓102中之雜質、半導體晶圓102與遮 罩104之間的介面中之雜質，或遮罩104中之雜質可導致遮罩104之不均勻加熱。遮罩104之不均勻加熱可致使遮罩104中產生空隙，該等空隙是在遮罩104乾燥或固化之時由被截留之濕氣或空氣氣泡所產生。遮罩104中之空隙可導致遮罩完整性問題，該等問題可導致在後續蝕刻製程期間在晶圓表面上產生衝穿孔。
此外，半導體晶圓102背側之接觸平面可能由於黏著帶108除氣或塗佈製程中之塗料殘餘物而黏附於熱板106。因此，半導體晶圓102自熱板106表面之分離可能較難，且可能導致對半導體晶圓102之損害。由於用以移送半導體晶圓之機器人葉片之污染，該等殘餘物可導致移送問題。
根據本發明之實施例，光源用以加熱遮罩。在一個實施例中，光源自遮罩頂表面起加熱遮罩，此舉避免由於利用熱板經由半導體晶圓及膠帶背側加熱遮罩而產生不均勻性。與上述習用烘焙製程不同，遮罩可均勻受熱且遮罩中之空隙形成減至最低。
第2圖及第3圖是流程圖，該等圖式圖示依據本發明之實施例的切割半導體晶圓之方法，包括遮罩烘焙。第4A圖及第4B圖圖示依據本發明之實施例的烘焙工具之橫剖面視圖，該等烘焙工具可用於第2圖及第3圖中之切割方法。第5A圖、第5B圖、第5C圖、第5D圖，及第5E圖圖示依據本發明之實施例的包括複數個積體電路之半導體晶圓在執行切割半導體晶圓之方法期間之橫剖面視圖，該方法對應於第2圖及第3圖之操作。
第2圖之方法200自包括積體電路之半導體晶圓開始，如第5A圖中圖示之半導體晶圓501。半導體晶圓501安置於黏著帶506上，且利用黏著帶506與晶圓框架或其他載體耦接。黏著帶506可包括例如基底材料及釋放層(例如熱可固化層或紫外線可固化層)。根據一個實施例，半導體晶圓501之直徑為至少300毫米，且厚度為250微米至800微米。半導體晶圓501將包括半導體裝置之積體電路507之一部分安置於基板500之上或基板500之中。該等半導體裝置之實例包括但不限於記憶體裝置，或在矽基板中製造及封裝在介電層中之互補金氧半導體(complimentary metal-oxide-semiconductor；CMOS)電晶體。複數個金屬互連裝置可形成於裝置或電晶體上方，且形成於周圍之介電層中，且可用以電耦接該等裝置或電晶體以形成積體電路。導電凸塊或焊盤511及鈍化層可形成於互連層上方。導電凸塊或焊盤511可包括焊球。
組成積體電路507之間的跡道之材料可類似於或等同於用以形成積體電路507之彼等材料。例如，跡道可由介電材料層、半導體材料層，及敷金屬層組成。在一個實施例中，跡道中之一或更多者包括類似於積體電路之實際裝置之測試裝置。第6圖圖示依據本發明之實施例可用於半導體晶圓或基板之跡道區域中的示例性材料堆疊之橫剖面視圖。請參看第6圖，跡道區域600包括矽基板(例如半導體晶圓或基板500之一部分)之頂部部分602、第一二氧化矽層604、第一蝕刻終止層606、第一低介電常數介電層608(例如介電 常數小於二氧化矽之介電常數4.0)、第二蝕刻終止層610、第二低介電常數介電層612、第三蝕刻終止層614、未摻雜二氧化矽玻璃(undoped silica glass；USG)層616、第二二氧化矽層618，及光阻劑層620，相對厚度如圖繪示。銅敷金屬622安置於第一蝕刻終止層606與第三蝕刻終止層614之間，且穿過第二蝕刻終止層610。在一具體實施例中，第一蝕刻終止層606、第二蝕刻終止層610及第三蝕刻終止層614由氮化矽組成，而低介電常數介電層608及612則由摻雜碳之氧化矽材料組成。
返回參看第2圖，方法200涉及在操作步驟202中(及對應於第5B圖)塗佈半導體晶圓501之表面以形成覆蓋積體電路507之遮罩510。同樣，第3圖中之方法300包括在操作步驟302中利用濕式塗佈製程在基板500上形成遮罩510。遮罩510亦可防止凸塊或焊盤511自半導體晶圓501表面向上突出或伸出。此外，遮罩510可覆蓋在積體電路507中之相鄰積體電路之間形成的介入跡道。根據實施例，遮罩510藉由濕式塗佈製程形成，如旋塗、網印、噴塗，或涉及用以固化或乾燥遮罩之後續加熱的其他塗佈技術形成。根據實施例，遮罩可由聚合物(例如水溶性性聚合物)形成，包括聚乙烯醇(poly(vinyl alcohol)；PVA)、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯醯胺，及聚環氧乙烷中之一或更多者。其他實施例可包括由其他材料形成之遮罩，該等材料適用於在後續雷射及/或電漿蝕刻操作期間保護積體電路。
在利用遮罩510塗佈半導體晶圓501之後，方法200 涉及在操作步驟204中(及對應於第5C圖)利用來自一或更多個光源513之輻射烘焙遮罩。類似地，方法300涉及在操作步驟304中(及對應於第5C圖)利用一或更多個光源加熱遮罩以乾燥遮罩510。在一個實施例中，該一或更多個光源位於半導體晶圓上方。例如，第4A圖及第4B圖圖示光源513位於半導體晶圓501上方之實施例。在所圖示實施例中，半導體晶圓501利用黏著帶(例如切割膠帶)506耦接至晶圓框架410。遮罩(或其他薄膜)510安置於半導體晶圓501上。光源513產生光，該光自上向下加熱遮罩510。在一個實施例中，光源513是發光二極體(light emitting diode；LED)陣列。根據實施例之光源513可發射紅外線光譜、可見光譜、紫外線光譜或其他光譜中之光。
除利用光源加熱遮罩之外，方法200及300可進一步包括將半導體晶圓501支撐在烘箱腔室中，及在利用光源513加熱遮罩之同時利用加熱元件加熱烘箱腔室。第4B圖圖示除光源513之外亦具有加熱元件414之烘箱腔室之實例。加熱元件414可為無接觸加熱元件，該等元件藉由加熱半導體晶圓501周圍之環境氣體(例如空氣、氮氣，或能夠進行對流熱傳遞之一些其他氣體)來間接地加熱半導體晶圓501。例如，加熱元件414可安置於半導體晶圓501周圍不接觸平臺406之一或更多個位置，該平臺406將半導體晶圓501支撐在烘箱腔室中。
返回參看第5C圖，在一個實施例中，烘焙遮罩包括利用具有第一波長及第二波長之光照射遮罩，該第一波長由 遮罩510吸收，且該第二波長由遮罩510透射。由遮罩510吸收之光直接加熱遮罩510，及由遮罩510透射之光由半導體晶圓501之頂側吸收。由半導體晶圓501頂側吸收之光使半導體晶圓501之頂側得以加熱，從而加熱遮罩510底側。因此，在一個此種實施例中，遮罩510從頂部及底部同時被加熱，但並非首先加熱黏著帶506及半導體晶圓501之背側。因此，實施例在不產生空隙及不產生與習用熱板關聯之晶圓移送問題之情況下實現對遮罩510之更高效加熱。
由此，在利用一或更多個光源加熱遮罩之同時，半導體晶圓可支撐在非熱板平臺上。然而，在其他實施例中，烘焙方法可涉及頂部光源513，及將半導體晶圓501支撐在經加熱平臺上。在此種實施例中，可經由加熱平臺自下向上及利用光源自上向下同時加熱半導體晶圓。然而，如上文所解釋，在將平臺加熱至足夠高的溫度之情況下(例如在將平臺加熱至導致從黏著帶506中過量除氣之溫度的情況下)，經由黏著帶506及半導體晶圓501背側之加熱可能具有缺點。因此，在同時採用加熱平臺及頂部光源513之一個實施例中，可將平臺加熱至低於典型溫度之溫度，以實現比單獨利用熱源更快之烘焙，但不產生與熱板關聯之不均勻性。
此外，儘管第4A圖、第4B圖及第5A圖至第5E圖中繪示一個半導體晶圓501，但在一個實施例中，該方法涉及利用光源513同時加熱複數個經遮蔽之半導體。
再次返回參看第2圖及對應之第5D圖，方法200在操作步驟206中繼續利用雷射劃割製程圖案化遮罩，以為 圖案化遮罩提供間隙，從而曝露基板的介於積體電路之間的區域。同樣，第3圖之方法300包括在操作步驟306中利用雷射劃割製程圖案化遮罩。雷射劃割製程曝露積體電路507之間的半導體晶圓區域512(例如間隙或溝槽)。為了將介電分層及開裂情況減至最低，飛秒雷射可為較佳的。然而，依據裝置結構，亦可應用紫外線、皮秒或奈秒雷射來源。雷射具有80kHz至1MHz範圍中之脈衝重複頻率，該頻率在理想情況下處於100kHz至500kHz之範圍中。
雷射劃割製程一般經執行以移除存在於積體電路之間的跡道的材料。依據本發明之一實施例，利用雷射劃割製程圖案化遮罩510包括將區域512部分地形成至半導體晶圓501的介於積體電路507之間的區域中。在一實施例中，利用雷射劃割製程圖案化遮罩包括藉由使用脈衝寬度處於飛秒範圍中之雷射直接寫入圖案。具體而言，具有可見光譜(例如綠頻帶或500-540奈米)或紫外線(紫外線或300-400奈米頻帶)或紅外線頻帶(該三者合計為寬頻帶光譜)中之波長之雷射可用以提供基於飛秒之雷射，亦即具有飛秒數量級(10-15秒)之脈衝寬度之雷射。在一個實施例中，剝蝕並不依據或基本上不依據波長而定，因此適用於複合薄膜，如遮罩薄膜、跡道薄膜，或在可能之情況下半導體晶圓或基板之一部分之薄膜。
諸如脈衝寬度之雷射參數選擇對於達成成功的雷射劃割及切割製程而言至關重要，該製程將碎裂、微裂痕及分層情況減至最低，以便獲得清潔的雷射劃割切口。雷射劃割 切口越清潔，便可越平滑地執行蝕刻製程以達成最終之晶粒單體化。在半導體裝置晶圓中，具有不同材料類型(例如導體、絕緣體、半導體)及厚度之諸多功能層通常安置於半導體裝置上。該等材料可包括但不限於諸如聚合物之有機材料、金屬，或諸如二氧化矽及氮化矽之無機介電質。
在習用雷射輻照(如基於奈秒或基於皮秒之雷射輻照)下，跡道材料在光學吸收及剝蝕機制方面之表現可能完全不同。例如，諸如二氧化矽之介電層在標準條件下對於全部市售鐳射波長為透明。相反，金屬、有機物(例如低介電常數材料)及矽可極易於耦合光子，尤其在回應於基於奈秒或基於皮秒之雷射輻照之情況下如此。然而，在一實施例中，基於飛秒之雷射製程用以藉由在剝蝕低介電常數材料層及銅層之前先剝蝕二氧化矽層，以便圖案化二氧化矽層、低介電常數材料層，及銅層。在一具體實施例中，約小於或等於400飛秒之脈衝用於基於飛秒之雷射輻照製程，以移除遮罩、跡道，及矽基板之一部分。在另一實施例中，使用約小於或等於500飛秒之脈衝。
依據本發明之一實施例，基於飛秒之適合雷射製程的特徵為較高峰值強度(輻照度)，該峰值強度通常導致多種材料中之非線性互動。在此種實施例中，飛秒雷射源具有約在10飛秒至500飛秒範圍內之脈衝寬度，但該脈衝寬度較佳處於100飛秒至400飛秒之範圍中。在一個實施例中，飛秒雷射源具有約處於1570奈米至200奈米範圍中之波長，但該波長較佳處於540奈米至250奈米範圍中。在一個實施例 中，雷射及對應之光學系統在工作表面上提供焦點，該焦點處於約3微米至15微米之範圍中，但較佳約處於5微米至10微米之範圍中。
工作表面處之空間射束輪廓可為單一模式(高斯型)或具有成型頂帽型輪廓。在一實施例中，雷射源具有約200kHz至10MHz範圍中之脈衝重複率，但該脈衝重複率較佳處於約500kHz至5MHz範圍中。在一實施例中，雷射源在工作表面輸送約0.5μJ至100μJ範圍中之脈衝能，但該脈衝能較佳處於約1μJ至5μJ之範圍中。在一實施例中，雷射劃割製程沿工件表面以約500毫米/秒至5米/秒範圍中的速度操作，但該速度較佳處於約600毫米/秒至2米/秒範圍中。
劃割製程可僅以單道次操作，或以多道次操作，但在一實施例中較佳為1-2道次操作。在一個實施例中，工件中之劃割深度約在5微米至50微米深範圍中，較佳處於約10微米至20微米深範圍中。可按給定脈衝重複率以單個脈衝波列應用雷射，或按脈衝叢發波列應用雷射。在一實施例中，所產生之雷射射束之切口寬度約在2微米至15微米範圍中，但在矽晶圓劃割/切割中，在裝置/矽介面處測得之該切口寬度較佳在約6微米至10微米之範圍中。
可選擇具有益處及優勢之雷射參數，如提供充分高之雷射強度以實現無機介電質(例如二氧化矽)之離子化，且在直接剝蝕無機介電質之前將由下層損害導致的分層及碎裂情況減至最低。此外，參數可經選擇以在精確控制剝蝕寬度(例如切口寬度)及深度的情況下為工業應用提供有意義 之製程產量。如上所述，基於飛秒之雷射遠比基於皮秒及基於奈秒之雷射剝蝕製程更適合於提供該等優勢。然而，即使在基於飛秒之雷射剝蝕光譜中，某些波長亦可比其他波長提供更佳效能。例如，在一個實施例中，與具有接近於或處於紅外線範圍中之波長的基於飛秒之雷射製程相比，具有接近於(例如500-540奈米)或處於紫外線範圍(300-400奈米)中之波長的基於飛秒之雷射製程提供更清潔之剝蝕製程。在一具體的此種實施例中，適合於半導體晶圓或基板劃割之基於飛秒之雷射製程是基於波長約小於或等於540奈米之雷射的。在一特定的此種實施例中，使用雷射之約小於或等於400飛秒之脈衝，該雷射具有約小於或等於540奈米之波長。然而，在一替代性實施例中，則使用雙雷射波長(例如紅外線雷射及紫外線雷射之組合)。
在執行第2圖中操作步驟206及第3圖中操作步驟306之雷射劃割製程之後，積體電路可藉由例如進一步雷射劃割操作或電漿蝕刻而單體化。例如，方法300進一步涉及在操作步驟308中且對應於第5E圖，電漿蝕刻基板以蝕穿圖案化遮罩中之間隙，以完全蝕穿半導體晶圓501。在第5E圖圖示之示例性實施例中，電漿蝕刻在黏著帶506上終止，半導體晶圓501之個體化部分514A及514B由溝槽516分隔。
在一具體實施例中，在蝕刻製程期間，半導體晶圓501之材料之蝕刻速率大於25微米/分鐘。超高密度電漿源可用於晶粒單體化製程之電漿蝕刻部分。適合於執行該種電漿蝕刻製程之製程腔室之實例是可自美國加利福尼亞州森尼維 爾市的美國應用材料公司購得之Applied Centura® SilviaTM蝕刻系統。Applied Centura® SilviaTM蝕刻系統結合電容式及電感式射頻耦合，與僅利用電容式耦合及甚至在藉由磁性強化提供改良之情況相比，該耦接提供對於離子密度及離子能量之更獨立的控制。此組合賦能離子密度與離子能之有效解耦，以便即使在極低壓力下亦可在沒有較高(可能是損害性)直流偏壓位準的情況下獲得密度相對較高之電漿。多射頻來源配置亦導致格外寬的製程窗口。然而，如若產量不是最重要，則可使用任何能夠蝕刻矽之電漿蝕刻腔室，至少理論上可如此。
在一示例性實施例中，深矽蝕刻用以按高於習用矽蝕刻速率(例如每分鐘40微米或更多)約40%之蝕刻速率蝕刻單個晶態矽基板或晶圓501，同時維持大體精確之輪廓控制及幾乎無凹坑之側壁。在一特定實施例中，使用穿矽通孔類型之蝕刻製程。蝕刻製程基於由反應性氣體產生之電漿，此氣體一般是基於氟之氣體，如NF3、SF6、SiF4、C4F8、CHF3、XeF2，或能夠以相對快速之蝕刻速率蝕刻矽的任何其他反應性氣體。
在另一實施例中，雷射劃割製程單體化晶粒，且電漿蝕刻操作可經執行以移除因雷射劃割製程而受損之半導體材料。例如，電漿蝕刻操作可自劃割溝槽之側壁上移除半導體之一部分。根據實施例，單體化晶粒需要充分高之晶粒抗斷強度以確保可靠的晶粒取放及後續組裝製程。已發現，在雷射剝蝕操作之後出現的粗糙、受損之側壁可能以不可接受 的程度降低晶粒抗斷強度。然而，亦已發現，用於飛秒雷射之矽基板中之損壞層厚度小於3微米，且藉由執行電漿蝕刻操作可獲得較高晶粒抗斷強度，以從由溝槽516曝露之側壁上移除半導體之相當厚度。垂直蝕刻速率預計為10微米/分鐘，且橫向蝕刻速率為該速率之50%與100%之間，此依據製程條件而定。由此，蝕刻時間大體依據所需之底切厚度及/或基板剩餘厚度而定在10秒至90秒之間。
在積體電路單體化之後，方法可涉及移除遮罩510，及用於繼續封裝單體化積體電路之操作。由此，第2圖及第3圖圖示切割方法，包括成型及利用光源烘焙遮罩。
請轉而參看第7圖，單個整合平臺700可經配置以執行第2圖中切割方法200及第3圖中方法300中之眾多或全部操作。例如，第7圖圖示依據本發明之一實施例的群集工具706之方塊圖，該群集工具與雷射劃割設備710耦接以用於基板之雷射及電漿切割。群集工具706耦接至具備複數個負載鎖704之工廠介面702(factory interface；FI)。工廠介面702可為適合之大氣埠，用以在具有雷射劃割設備710之外側製造設施與群集工具706之間連接。工廠介面702可包括機器人，該等機器人具有機械臂或葉片以用於從儲存單元(如前開式晶圓盒)將基板(或基板載體)移送至群集工具706或雷射劃割設備710中，或同時移送至兩者中。
雷射劃割設備710亦耦接至工廠介面702。在一實施例中，雷射劃割設備710包括在300奈米至540奈米頻帶中操作之飛秒雷射。飛秒雷射經配置以執行第2圖中晶圓切 割方法200及第3圖中晶圓切割方法300中之雷射剝蝕部分。在一個實施例中，可移動平臺亦包括在雷射劃割設備710中，該可移動平臺經配置以用於相對於基於飛秒之雷射而移動晶圓或基板(或晶圓或基板之載體)。在一具體實施例中，飛秒雷射亦可移動。
群集工具706包括一或更多個電漿蝕刻腔室708，該等腔室藉由機器人移送室耦接至工廠介面，該機器人移送室容納機器人臂以用於基板之真空中移送。電漿蝕刻腔室708適合於執行第3圖中方法300中晶圓切割部分之電漿蝕刻部分。在一個示例性實施例中，電漿蝕刻腔室708進一步耦接至SF6氣源及C4F8及C4F6來源中之至少一者。在一個實施例中，電漿蝕刻腔室708耦接至SF6氣源及C4F8、CF4，及C4F6來源中之至少一者。在一具體實施例中，一或更多個電漿蝕刻腔室708是可自美國加利福尼亞森尼維耳市應用材料公司購得之Applied Ccntura® SilviaTM蝕刻系統，但亦可購得其他適合之蝕刻系統。在一實施例在，一個以上之蝕刻腔室708被包括在整合平臺700之群集工具706部分中，以賦能單體化或切割製程的較高製造產量。
根據圖示實施例，群集工具706亦包括遮罩成型模組714。在一個實施例中，遮罩成型模組714是旋塗模組，該模組經配置以執行旋塗方法，以利用遮罩塗佈半導體晶圓之表面。其他實施例可包括遮罩成型模組，該模組經配置以執行利用涉及後續加熱之層塗佈晶圓之另一技術。在所圖示實施例中，群集工具706亦包括烘焙模組(例如烘焙腔室)712。 在一個實施例中，烘焙模組包括用以將半導體晶圓或基板固持在烘焙腔室中之支撐結構，及一或更多個熱源，該等熱源經配置以例如依據上文所述之烘焙方法來加熱安置於半導體晶圓或基板上方之遮罩。儘管遮罩成型模組714及烘焙模組712圖示為群集工具706之一部分，但在其他實施例中，遮罩成型模組714及/或烘焙模組712可位於與群集工具706分隔之處。
第8圖圖示電腦系統800，該電腦系統內可執行指令集，該指令集用於使機器執行本文中論述之方法中之一或更多者。示例性電腦系統800包括經由匯流排830彼此通訊之處理器802、主記憶體804(例如唯讀記憶體(read-only memory；ROM)、快閃記憶體、諸如同步動態隨機存取記憶體(synchronous dynamic random access memory；SDRAM)或Rambus動態隨機存取記憶體(Rambus dynamic random access memory；RDRAM)之動態隨機存取記憶體(dynamic random access memory；DRAM)，等)、靜態記憶體806(例如快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體(static random access memory；SRAM)，等)，及輔助記憶體818(例如資料儲存裝置)。
處理器802表示諸如微處理器、中央處理單元，或類似物之一或更多個通用處理裝置。更特定而言，處理器802可為複雜指令集計算(complex instruction set computing；CISC)微處理器、精簡指令集計算(reduced instruction set computing；RISC)微處理器、超長指令字(very long instruction word；VLIW)微處理器，等。處理器802亦可是諸如特殊應用積體電 路(application specific integrated circuit；ASIC)、現場可程式化閘陣列(field programmable gate array；FPGA)、數位信號處理器(digital signal processor；DSP)、網路處理器，或類似物之一或更多個專用處理裝置。處理器802經配置以執行處理邏輯826以用於執行本文中論述之操作及步驟。
電腦系統800可進一步包括網路介面裝置808。電腦系統800亦可包括視訊顯示單元810(例如液晶顯示器(liquid crystal display；LCD)或陰極射線管(cathode ray tube；CRT))、文數字輸入裝置812(例如鍵盤)、游標控制裝置814(例如滑鼠)，及信號產生裝置816(例如揚聲器)。
輔助記憶體818可包括機器可存取儲存媒體(或更具體而言電腦可讀取儲存媒體)831，該儲存媒體上儲存有包含本文所述之方法或功能中任何一或更多個者之一或更多個指令集(例如軟體822)。在藉由電腦系統800對軟體822之執行期間，軟體822亦可完全或至少部分地位於主記憶體804內或處理器802內，主記憶體804及處理器802亦組成機器可讀取儲存媒體。軟體822可進一步經由網路介面裝置808而在網路820上經傳輸或接收。
儘管機器可存取儲存媒體831在一示例性實施例中經圖示為單個媒體，但術語「機器可讀取儲存媒體」應被視作包括儲存一或更多個指令集之單個媒體或多個媒體(例如集中或分散式資料庫，及/或關聯之快取記憶體及伺服器)。術語「機器可讀取儲存媒體」亦應被視作包括以下任何媒體：該媒體能夠儲存或編碼用於由機器執行之指令集，及使機器 執行本發明之方法中之任何一或更多者。術語「機器可讀取儲存媒體」應由此被視作包括但不限定於固態記憶體，及光學媒體及磁性媒體，及其他非瞬時性機器可讀取儲存媒體。
將理解，以上描述旨在說明，而非限制性。例如，儘管圖式中之流程圖圖示由本發明之某些實施例執行之操作之特定次序，但應理解，該種次序並非必需(例如，替代性實施例可以不同次序執行操作，組合某些操作，重疊某些操作，等等)。此外，熟悉該項技術者在閱讀及理解以上描述之後將對諸多其他實施例顯而易見。例如，儘管本文中揭示之烘焙方法及工具在晶圓切割之上下文中進行描述，但烘焙方法可用於涉及乾燥或固化遮罩或其他薄膜之任何半導體製程。儘管本發明已藉由參考特定示例性實施例而進行描述，但將認識到，本發明並非限定於已描述之實施例，而是可在符合所附專利申請範圍之精神及範疇的改動及變更之情況下得以實施。因此，本發明之範疇應藉由參考所附之專利申請範圍及該專利申請範圍權利覆蓋之同等內容之完全範疇而經決定。

Claims (19)

  1. 一種切割一半導體晶圓之方法，該半導體晶圓包括積體電路(integrated circuits；ICs)，該方法包括以下步驟：塗佈該半導體晶圓之一表面以形成一遮罩，該遮罩覆蓋該等積體電路；利用來自一或更多個光源之輻射烘焙該遮罩，該一或更多個光源照射該遮罩的整個上表面；及利用一雷射劃割製程圖案化該遮罩以向一圖案化遮罩提供間隙，從而曝露該半導體晶圓的介於該等積體電路之間的區域。
  2. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包括以下步驟：電漿蝕刻該半導體晶圓以蝕穿該圖案化遮罩中之該等間隙，以單體化該等積體電路。
  3. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包括以下步驟：雷射劃割該半導體晶圓以蝕穿該圖案化遮罩中之該等間隙，以單體化該等積體電路。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該一或更多個光源位於該半導體晶圓上方。
  5. 如請求項1所述之方法，其中烘焙該遮罩之步驟包括以下步驟：利用具有一第一波長及一第二波長之光照射該遮罩，該第一波長由該遮罩吸收，且該第二波長由該遮罩透射。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該一或更多個光源發射可見光譜中之光。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該一或更多個光源包括一發光二極體(light emitting diodes；LEDs)陣列。
  8. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包括以下步驟：利用相同之該一或更多個光源同時烘焙複數個經遮蔽之半導體晶圓。
  9. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包括以下步驟：在利用該一或更多個光源烘焙該遮罩之同時，將該半導體晶圓支撐在一非熱板平臺上。
  10. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包括以下步驟：在利用該一或更多個光源加熱該遮罩之同時，將該半導體晶圓支撐在一經加熱平臺上。
  11. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包括以下步驟：將該半導體晶圓支撐在一烘箱腔室中；及 在利用該一或更多個光源加熱該遮罩之同時，在該烘箱腔室中利用加熱元件加熱一環境氣體。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該等加熱元件安置於該半導體晶圓周圍不接觸一平臺之一或更多個位置，該平臺將該半導體晶圓支撐在該烘箱腔室中。
  13. 一種切割一基板之方法，該基板包括積體電路(integrated circuits；ICs)，該方法包括以下步驟：利用一濕式塗佈製程在該基板上方形成一遮罩，該遮罩覆蓋該等積體電路；利用一或更多個光源加熱該遮罩，從而乾燥該遮罩，該一或更多個光源發射可見光譜中之光；利用一雷射劃割製程圖案化該遮罩以向一圖案化遮罩提供間隙，從而曝露該基板的介於該等積體電路之間的區域；及電漿蝕刻該基板以蝕穿該圖案化遮罩中之該等間隙。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該一或更多個光源位於該基板上方。
  15. 如請求項13所述之方法，其中加熱該遮罩之步驟包括以下步驟：利用具有一第一波長及一第二波長之光照射該遮罩，該第一波長由該遮罩吸收，且該第二波長由該遮罩傳輸。
  16. 一種用於切割一基板之系統，該基板包括複數個積體電路(integrated circuits；ICs)，該系統包括：一遮罩成型模組，經配置以在該基板上形成一遮罩；一烘焙腔室，包括：一支撐結構，用以將該基板固持在該烘焙腔室中；一或更多個光源，經配置以加熱該遮罩；及一雷射劃割模組，經配置以利用一雷射劃割製程圖案化該遮罩以形成一溝槽，從而曝露該基板的介於該等積體電路之間的區域。
  17. 如請求項16所述之系統，該方法進一步包括以下步驟：一電漿蝕刻腔室，實體耦接至該雷射劃割模組且經配置以蝕刻該基板以推進該溝槽穿過該基板。
  18. 如請求項16所述之系統，其中該一或更多個光源位於該支撐結構上方且與該支撐結構分開。
  19. 如請求項16所述之系統，其中該一或更多個光源發射具有一第一波長及一第二波長之光，該第一波長由該遮罩吸收，且該第二波長由該遮罩透射。
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