TW201306110A - 多步驟且非對稱塑形的雷射束劃線 - Google Patents

Abstract

茲提供藉由雷射劃線及電漿蝕刻二者分割基板的方法。本發明的一種方法包括下列步驟：雷射剝蝕材料層，以第一輻照度及後續之第二輻照度進行剝蝕，第二輻照度低於第一輻照度。射束的多重進程可經調整而具有不同的通量位準，或可利用具有多種通量位準的多重雷射束來剝蝕遮罩及IC層，以在第一通量位準下暴露基板，並接著在第二通量位準下自溝槽底部清除再沉積之材料。一種利用射束分裂器的雷射劃線裝置可自單一雷射提供不同通量的第一及第二射束。

Description

多步驟且非對稱塑形的雷射束劃線

本申請案為2011年6月15日提出申請的名稱為「Multi-step and Asymmetrically Shaped Laser Beam Scribing」之美國專利申請案第13/160,822號的部分延續案，美國專利申請案第13/160,822號的全部內容以全文參照方式併入本文。

本發明的實施例係關於半導體處理的領域，特別地，關於分割(dicing)基板之方法，各基板上具有積體電路(IC)。

在半導體基板處理中，在典型由矽或其他半導體材料組成之基板(亦被稱作晶圓)上形成IC。通常，利用半導體、導電或絕緣之不同材料薄膜層來形成IC。可使用各種熟知製程來摻雜、沉積並蝕刻此等材料，以在相同的基板上同步形成複數個平行的IC，如記憶體元件、邏輯元件、光伏元件等。

在元件形成製程之後，將基板安置在支撐構件(如跨越膜框架而展開的黏著膜)上，並「分割(dice)」基板以將個別的元件或「晶粒(die)」彼此分離，以進行封裝等製 程。目前，最普及的兩種分割技術為劃線和鋸切(sawing)。就劃線而言，沿著預形成之劃割線越過基板表面移動鑽石尖頭劃線器。在諸如以滾軸施加壓力之後，基板沿著該等劃割線分開。就鋸切而言，鑽石尖頭鋸沿著切割道(street)切割基板。就薄基板單分而言，諸如小於150微米(μm)厚的主體矽單分，習用的方式僅能產生不良的製程品質。自薄基板單分晶粒時可能會面對的某些挑戰可包括：在不同層之間形成微裂或分層、切削無機介電層、保持嚴格之切口寬度(kerf width)控制或精確之剝蝕深度控制。

儘管也考慮電漿分割，用於圖案化光阻的標準微影操作可能使實施成本過高。可能阻礙實施電漿分割之另一局限為，在沿切割道分割中之常見內連線金屬(如，銅)之電漿處理可造成生產問題或產量限制。最後，電漿分割製程的遮蔽也可能有問題，尤其是取決於基板的厚度及頂表面之表面形貌、電漿蝕刻的選擇性及存在於基板的頂表面上之材料等的問題。

本發明的實施例包括雷射劃線基板的方法。在示範性實施例中，實施該雷射劃線作為混合式分割製程中的第一操作，混合式分割製程包括雷射劃線及電漿蝕刻二者。

在一實施例中，分割具有複數個IC的半導體基板之方 法包括下列步驟：接收經遮蔽的半導體基板，遮罩覆蓋並保護基板上的IC。以暴露至上升輻照度之基板上的一點，沿著介於IC之間的切割道來剝蝕經遮蔽的基板。在一個實施例中，透過暴露至第一輻照度(光學強度)的電磁輻照來剝蝕切割道中之遮罩厚度的至少一部分，以提供具間隙或溝槽之經圖案化遮罩。接著透過暴露至具有第二輻照度的電磁輻照，剝蝕設置於遮罩下方之薄膜元件層堆疊的至少一部分，以暴露出介於IC之間的基板的區域。接著，例如，藉由隨著經圖案化遮罩中的溝槽電漿蝕刻穿過經暴露的基板，將IC單分(singulate)為晶片。

在另一實施例中，用以分割半導體基板的系統包括整合至相同平台上之雷射劃線模組及電漿蝕刻腔室。雷射劃線模組用以對基板反覆劃線，且電漿腔室用以蝕刻穿過基板並單分IC晶片。雷射劃線模組可包括多重雷射、多進程控制器或射束塑形器中之一或多者，以經由暴露至複數個光學強度來對基板劃線。

在另一實施例中，分割具有複數個IC的基板之方法包括下列步驟：接收經遮蔽的矽基板。IC包括銅凸塊化的頂表面，頂表面具有諸如聚亞醯胺(polyimide；PI)之鈍化層所圍繞的凸塊。凸塊及鈍化物下方的次表面薄膜包括低-層間介電質(interlayer dielectric；ILD)層及銅內連線層，整組層包含元件膜層堆疊。藉由一或多個連續的雷射輻照步驟，透過輻照來飛秒雷射剝蝕溝槽的預定圖案進入膜層堆疊，並藉由第二輻照度進入設置在遮罩 下方的薄膜IC堆疊，以暴露基板的一部分，且該飛秒雷射可能進一步剝蝕進入相同的基板，使得在溝槽底部有足夠少量的殘留膜層堆疊餘留在基板上。剝蝕以第一輻照度及後續的第二輻照度進行，第二輻照度大於、小於或基本上等於第一輻照度。可藉由改變輻照度來額外減少或增加切口寬度。於電漿蝕刻腔室中進行電漿蝕刻，以額外移除位在被移除之膜層堆疊下方的基板材料，以自單一基板單分個別的IC。接著藉由諸如溶劑清洗或乾式電漿清潔等合適的方法移除任何餘留的遮罩材料。

茲描述分割基板的方法，各基板上具有複數個IC。在以下的描述中，為了描述本發明的示範性實施例，提出了諸多特定細節，諸如飛秒雷射劃線及深矽電漿蝕刻條件。然而，對於熟悉該技術領域之人士而言明顯的是，在沒有該些特定細節時，亦能實施本發明的實施例。在其它實例中，未詳細描述已知的事物，如IC製造、基板打薄、捲黏(taping)等，以避免對本發明的實施例造成不必要的混淆。在本說明書中提及「一實施例(an embodiment)」時意指參照該實施例所述之特定的特徵、結構、材料或特性被包含在本發明的至少一個實施例中。因此，在本說明書的各處中出現詞語「在一實施例中」時，並不必然參照到本發明的相同實施例。進一步， 可在一或多個實施例中以任何適當的方式結合特定的特徵、結構、材料或特性。並且，應理解到圖式中所顯示的多個示範實施例僅為了說明而呈現，並不一定依照比例繪製。

術語「耦接(coupled)」與「連接(connected)」和其衍生詞可在本文中用來描述組件間的結構關係。應理解該等術語彼此非同義詞。更確切而言，在特定實施例中，「連接」可用以指示兩個或兩個以上元件彼此為直接實體接觸或電氣接觸。「耦接」可用以指示兩個或兩個以上元件彼此為直接或間接(二者間有其他插入元件)實體或電氣接觸，及/或可用以指示兩個或兩個以上元件為互相合作或相互作用(例如，呈因果關係)。

本文使用的術語「之上(over)」、「之下(under)」、「之間(between)」與「上(on)」係意指一個材料層相對於其它材料層的相對位置。因此，例如，設置在另一層之上或之下的一個層可以直接地接觸其它層或可以具有一或多個中間層。再者，設置在兩個層之間的一個層可以直接地接觸該兩個層或可以具有一或多個中間層。相對地，位在第二層「上」的第一層意指第一層接觸第二層。此外，一個層相對於其它層的相對位置係在假設操作是相對於基板來執行下所提供，而不需考量基板的絕對方位。

通常，本文所描述的是雷射劃線製程，雷射劃線製程應用複數個光學強度以乾淨地剝蝕預定路徑進入未經圖案化的(即，披覆(blanket))遮罩層、鈍化層及次表面薄膜 元件層。接著可隨著基板的暴露或部份剝蝕，來終止雷射劃線製程。剝蝕處理利用複數個光學強度中之第一光學強度來移除上方層(如，遮罩及薄膜元件層)，相較於基板及/或其它薄膜元件層，上方層更容易受損。可接著在不使容易受損的層暴露至所利用之較高強度輻照的情況下，進行下達部分基板並包括部分基板的後續剝蝕。如本文所用，術語「反覆剝蝕(iterative ablation)」指的是將基板上的一點暴露至具有複數個光學強度的雷射輻照之剝蝕製程。

根據本發明之一實施例，至少一部分的反覆雷射劃線製程應用了飛秒雷射。若不完全是的話，飛秒雷射劃線為實質上不平衡的製程(non-equilibrium process)。舉例而言，基於飛秒的(femtosecond-based)雷射劃線之定位處可伴隨著可忽略的熱破壞區。在一實施例中，飛秒雷射劃線可用來單分具有超低膜(即，具有低於3.0的介電常數)的IC。在一個實施例中，以雷射直寫可免除微影圖案化操作，容許遮蔽材料為除了用於微影術之光阻以外的其它材料。在示範性混合式分割的實施例中，反覆雷射劃線製程後接續著電漿蝕刻，電漿蝕刻穿過基板的主體。在一個這樣的實施例中，實質上非等向性蝕刻被用於電漿蝕刻腔室中以完成分割製程；藉著將蝕刻聚合物沉積在經蝕刻溝槽的側壁上，非等向性蝕刻可於基板內達成高度方向性。

第1圖為繪示根據本發明之一實施例，利用反覆雷射 劃線之混合式雷射剝蝕-電漿蝕刻單分方法100的流程圖。第4A至4D圖繪示根據本發明之一實施例，對應方法100之操作的基板406的剖面圖，基板406包括第一及第二IC 425、426。

請參見第1圖的操作101，並對應參見第4A圖，接收基板406。基板406包括遮罩402覆蓋薄膜元件層堆疊401，薄膜元件層堆疊401包含可見於IC 425、426二者中的複數種不同材料，及介於IC 425、426之間的中間切割道427。通常，基板406可由適於承受該基板406上之薄膜元件層之形成製程的材料所組成，且基板406可具有其它特性需求，例如，在矽基電晶體IC中，其中基板形成部分主動元件。舉例而言，在一個實施例中，基板406為IV族系材料，例如，但不限於，單晶矽、鍺或矽/鍺。在另一實施例中，基板406為III-V族材料，如，在發光二極體(LED)製造中所使用的III-V族材料基板。在元件製造期間，基板406典型為600 μm至800 μm厚，但如第4A圖所示，可將基板406薄化至小於400 μm，且有時候可將基板406薄化至比150 μm更薄的厚度，而薄化後的基板現在由載體411支撐，載體411例如為支撐帶(backing tape)410，支撐帶410伸展跨越分割框架(未繪示)的支撐結構，並且支撐帶410藉由晶粒附著膜(die attach film；DAF)408黏附至基板的背側。

在實施例中，第一及第二IC 425、426包括在矽基板406中製造且包裝於介電堆疊中之記憶體元件或互補金 氧半導體(complementary metal-oxide-semiconductor；CMOS)電晶體。在該等元件或電晶體上方及周圍介電層中可形成複數個金屬內連線，且金屬內連線可用來電氣耦接該等元件或電晶體以形成IC 425、426。組成切割道427之材料可與用於形成IC 425、426之彼等材料相似或相同。舉例而言，切割道427可包括介電材料、半導體材料及金屬化的薄膜層。在一個實施例中，切割道427包括與IC 425、426類似的測試元件。當在薄膜元件層堆疊/基板交界處測量，切割道427的寬度可為10 μm至200 μm之間的任何寬度。

在實施例中，遮罩402可為一或多種材料層，材料層包括電漿沉積的聚合物(如，C_xF_y)、水可溶解材料(如，聚(乙烯醇))、光阻劑或類似的聚合物化材料中之任何材料，該材料可在不損壞下方鈍化層及/或凸塊的情況下被移除，下方鈍化層通常為聚亞醯胺(PI)，凸塊通常為銅。遮罩402具有足夠的厚度以在電漿蝕刻製程後倖存(儘管可能非常接近耗盡)，並從而保護銅凸塊免於受損、氧化或受汙染(若暴露於基板蝕刻電漿的話)。

第5圖繪示根據本發明的實施例之雙層遮罩的放大剖面圖500，雙層遮罩包括遮罩層402B(如，CxFy聚合物)，遮罩層402B施加於遮罩層402A(如，水可溶解材料)之上，遮罩層402A接觸IC 426及切割道427的頂表面。如第5圖所示，基板406具有頂表面503，薄膜元件層形成在頂表面503上，且頂表面503與底表面502相對， 底表面502作為與DAF 408(第4A圖)的介面。通常，薄膜元件層材料可包括，但不限於，有機材料(如，聚合物)、金屬，或諸如二氧化矽及氮化矽之無機介電質。第5圖所繪示的示範性薄膜元件層包括二氧化矽層504、氮化矽層505、銅內連線層508，加上設置於這些層之間的低-(如，低於3.5)或超低-(如，低於3.0)的層間介電質層(ILD)507，如，碳摻雜的氧化物(carbon doped oxide；CDO)。IC 426的頂表面包括典型為銅的凸塊512，典型為聚亞醯胺(PI)或類似聚合物的鈍化層511圍繞凸塊512。因此凸塊512及鈍化層511構成IC的頂表面，而薄膜元件層形成次表面IC層。凸塊512自鈍化層511的頂表面延伸達凸塊高度H_B，於示範性實施例中，凸塊高度H_B介於10 μm至50 μm。遮罩的一或多層可不完全地覆蓋凸塊512的頂表面。

請回到第1圖，於操作103，沿著相對於基板406之受控制路徑，以第一剝蝕將預定圖案直接寫入遮罩402。如對應的第4B圖所示，藉由雷射輻照411於第一剝蝕中圖案化遮罩402，以形成溝槽414A延伸穿過至少部分的遮罩厚度。在第5圖所示的示範性實施例中，依據遮罩層402A及402B的厚度，雷射劃線深度D_L1將近處於5 μm至30 μm的範圍內，且有利地處於10 μm至20 μm的範圍內。第一輻照度I₁不足以剝蝕薄膜元件層堆疊401的某些層，且因此在操作103後，薄膜元件層堆疊401的至少某些部分保留在溝槽414A的底部。在一個這樣的實 施例中，第一輻照度I₁不足以剝蝕薄膜元件層堆疊401的內連線金屬(如，銅內連線層508)及/或介電層(如，二氧化矽層504)。

於操作104，沿著相對於基板406之受控制路徑，以第二剝蝕疊代直接寫入預定圖案。請參見第4C圖中的示範性實施例，藉由雷射輻照412使基板406暴露至第二剝蝕疊代，雷射輻照412形成溝槽414B延伸穿過至少部分的薄膜元件層堆疊401。在一第一實施例中，如第5圖所繪示，依據遮罩層402A及402B的厚度，雷射劃線深度D_L2再次位於將近5 μm至30 μm的範圍內，且有利地位於10 μm至20 μm的範圍內，以暴露基板。

根據本實施例，雷射輻照412(第4C圖)所具有的第二輻照度I₂與第一輻照度I₁相同或相異。在輻照度I₂與I₁相同的實施例中，連續劃線容許施加的總能量隨著時間分散，以減少劃線製程所造成的損壞。就某些這樣的實施例而言，介於I₁與I₂之間的切口寬度可能相異，以進一步增進剝蝕後邊緣的清潔。在輻照度I₂與I₁相異的第一實施例中，輻照度I₂大於I₁，例如第二輻照度I₂足以剝蝕薄膜元件層堆疊401的內連線金屬及/或介電層。在示範性實施例中，第二輻照度I₂足以剝蝕薄膜元件層堆疊401的每一層，且因此操作103使基板406暴露於溝槽414B底部。在進一步的實施例中，第二輻照度足以剝蝕基板406(如，單晶矽)的一部分，以將溝槽414B的底部延伸到基板406的頂表面以下。

如第4B至4C圖進一步繪示，溝槽414A具有第一切口寬度(KW₁)，第一切口寬度(KW₁)為射束寬度(擁有的能量大於與遮罩402的特定材料相關之閥值)的函數，且溝槽414B具有第二切口寬度KW₂，第二切口寬度KW₂為射束寬度(擁有的能量大於與薄膜元件層堆疊401的材料相關之最大閥值)的函數。在一第一實施例中，第一切口寬度KW₁大於第二切口寬度KW₂，因此在第一輻照度I₁下被剝蝕的遮罩402及薄膜元件堆疊401的上方層不會進一步受到在較高的輻照度I₂下被剝蝕的下方材料層之剝蝕所干擾。可注意到，在示範性實施例中，由於界定切口寬度KW₁(垂直於行進方向)的射束輪廓內沒有任何點具有足夠的輻照度來剝蝕元件堆疊的整個厚度，整個第一切口寬度KW₁被剝蝕到實質上相同的深度。這與具有高斯空間輪廓(Gaussian spatial profile)的射束呈對比，具有高斯空間輪廓的射束在射束直徑的外圍具有第一輻照度，且在射束的內徑中具有第二輻照度，使得在射束行進時，射束的前沿製造的第一切口寬度KW₁小於內射束直徑所製造者。在某些這樣的實施例中，第二寬度KW₂為第二切口寬度KW₂的10%至50%。作為一個示範性實施例，第一切口寬度KW₁小於15 μm，而第二切口寬度KW₂為6 μm至10 μm。

第3A圖為根據本發明之一實施例，用於反覆雷射劃線製程之輻照度隨著時間改變的作圖。如圖所示，就基板上沿著剝蝕路徑之一特定點來繪製輻照度(W/cm²)曲線 305。從時間t₀開始，該點被暴露於具有第一輻照度I₁的輻射達前導部分(leading portion)315的持續時間。在時間t₁，將輻射的輻照增加到高於閥值T(通常可達到0.01GW/cm²至1GW/cm²的範圍)，例如單晶基板材料的閥值能量，T_Si，剝蝕率於此開始實質上增加。從時間t₁開始，該點被暴露於具有第二輻照度I₂的輻射達尾隨部分(trailing portion)310的持續時間，並結束於時間t₂。就示範性實施例而言，第二輻照度I₂高於單晶基板材料的閥值能量，T_Si。在替代的實施例中，可由與遮罩材料(通常在0.0001 GW/cm²至0.001 GW/cm²的範圍內)、薄膜元件層堆疊401的介電層(通常在0.1GW/cm²至10GW/cm²的範圍內)或薄膜元件層堆疊401的內連線層(通常在0.01G W/cm²至0.1GW/cm²的範圍內)中之任一者相關的閥值來界定介於I₁與I₂之間的閥值界線。

可以數種方式執行反覆剝蝕(如，操作103及104)，以達成如第3A圖所繪示的輻照度改變。在一個實施例中，雷射束經塑形而具有沿著行進方向在空間上變化的輻照度輪廓，輻照度輪廓的第一部分提供第一反覆剝蝕，且第二部分提供第二反覆剝蝕。第3B圖為根據本發明之一實施例，經非對稱塑形的雷射束之空間輪廓320的作圖，經非對稱塑形的雷射束用於單一進程反覆雷射劃線製程。因為功率(P)係沿著維度x繪製，若x沿著行進方向增加，則空間輪廓320包括前導邊緣部分315及尾隨邊緣部分310。前導部分315的功率(P)小於尾隨部分 310，以提供跨越x₁至x₂之距離的第一輻照度I₁，同時提供跨越x₀至x₁之距離的第二輻照度I₂。因為對垂直於行進方向的給定寬度(即，y)而言，x₀至x₂代表沿著行進方向的射束寬度(無論以D4σ、10/90刀緣(knife-edge)、1/e2或FWHM等來計量)，在所繪示之示範性實施例中，尾隨邊緣部分310沿著行進方向在射束寬度內偏離中心(即，非對稱)。如進一步示於第3B圖，在x₁處，功率超過與矽基板T_Si相關之閥值能量，使得前導部分315沒有足夠的能量來剝蝕整個薄膜元件層堆疊401，而尾隨部分310沒有足夠的能量來剝蝕整個薄膜元件層堆疊401也沒有足夠的能量來剝蝕矽基板的一部分。

第2A圖為繪示反覆雷射劃線製程200的流程圖，反覆雷射劃線製程200使用具有如第3B圖所示般塑形的輪廓之射束，以用單一射束及單一進程來執行方法100(第1圖)中的第一反覆(操作103)及第二反覆(操作104)。請參見第2A圖，於操作201產生單一射束。在一實施例中，射束具有飛秒範圍(即，10^-15秒)內之脈衝寬度(持續期間)，本文稱作飛秒雷射。雷射參數選擇，如脈衝寬度，可為研發成功的雷射劃線及分割製程之關鍵，成功的雷射劃線及分割製程可最小化碎屑、微裂及分層，以達到乾淨的雷射劃線切割。飛秒範圍內的雷射脈衝寬度有利地緩解與較長脈衝寬度(如，皮秒或奈秒)有關的熱損壞問題。儘管不受限於理論，就目前了解，飛秒能量源可避免因皮秒源而存在的低能量再耦合機制(low energy recoupling mechanism)，且相較於奈秒源可提供更大的熱不平衡性。在使用奈秒或皮秒雷射源的情況下，存在於切割道427中之多種薄膜元件層材料在光吸收性及剝蝕機制方面表現相當不同。舉例而言，諸如二氧化矽之介電層在正常情況下對所有市售之雷射波長均為基本上透明的。相反地，金屬、有機物(如，低-材料)及矽能夠非常容易地耦合光子，尤其是基於奈秒或基於皮秒之雷射輻照。若選擇非最佳雷射參數，則在涉及無機介電質、有機介電質、半導體或金屬中之兩者或兩者以上之堆疊結構中，切割道427的雷射輻照可能不利地造成分層。舉例而言，穿透高帶隙能量介電質(諸如具有約9 eV帶隙之二氧化矽)而無可量測的吸收之雷射可能在下方的金屬層或矽層中被吸收，從而引起該金屬層或矽層之顯著汽化。汽化可能產生高壓，而高壓有潛力造成嚴重的層間分層及微裂化。已證明基於飛秒之雷射輻照製程可避免或減緩此等材料堆疊之微裂化或分層。

在一實施例中，儘管脈衝重複率較佳接近500 kHz至5 MHz之範圍內，但用於操作201的雷射源可具有接近200 kHz至10 MHz範圍內之脈衝重複率。為了獲得寬帶或窄帶光發射光譜，操作201所產生的雷射發射可跨越可見光譜、紫外光(UV)，及/或紅外線(IR)光譜的任何組合。儘管是飛秒雷射剝蝕，取決於待剝蝕的材料，某些波長可提供較其它波長更佳之效能。在特定的實施例中，適用於半導體基板或基板劃線之飛秒雷射是基於具有將近 小於或等於1570至200奈米之波長的雷射，儘管較佳是在540奈米至250奈米的範圍內。在一特定的實施例中，就具有小於或等於540奈米之波長的雷射而言，脈衝寬度小於或等於400飛秒。在替代的實施例中，可在操作201使用雙雷射波長(如，IR雷射與UV雷射之組合)來產生射束。在一實施例中，儘管脈衝能量較佳在接近1 μJ至5 μJ之範圍內，但雷射源可在工作表面處傳遞接近0.5 μJ至100 μJ之範圍內的脈衝能量。

於操作205，所產生的射束經塑形以如第3B圖所示範般變化光學強度(輻照度)空間輪廓。可將用來提供非對稱空間輪廓的本案所屬技術領域中已知的任何技術應用於操作205。舉例而言，可利用已知的射束塑形光學元件來產生橢圓射束，橢圓射束具有沿著行進方向的主要軸。在一實施例中，橢圓射束所具有的主要軸比次要射束軸長至少1.5倍。或者，可蓄意導入慧差(coma)，以創造如第3A至3C圖所描述之空間輪廓。可於操作205應用額外的已知射束塑形技術，伴隨著於操作201的已知形成技術，以提供介於橢圓射束的主要軸之前導部分與尾隨部分之間的強度或輻照度改變，以提供第3B圖所示之非對稱輪廓。

於操作210及215，控制空間上塑形後的射束在與基板相關的預定路徑上行進，以先用射束的前導部分剝蝕遮罩402上的一點(如，第4B圖所示)，並接著用射束的尾隨部分剝蝕該點處之基板上所設置的任何下方薄膜元 件堆疊(如，第4C圖所示)。在一實施例中，在行進方向中，在接近200 mm/sec至5 m/sec之範圍(儘管較佳為接近300 mm/sec至2 m/sec之範圍)的速度下，沿著工件表面進行雷射劃線製程。於操作220，方法200回到第1圖以進行經暴露基板的電漿蝕刻。

第3C圖為空間輪廓330及340的作圖，空間輪廓330及340用以在本發明之多進程實施例中執行方法100(第1圖)中的操作103及104。如第3C圖所示，複數個射束被提供，各射束擁有不同的空間輪廓。沿著射束寬度W的第一輪廓具有高斯330或頂帽(top hat)335形狀，且第一輪廓的最大功率(P)低於閥值能量(如，與矽基板的剝蝕能量閥值有關的T_Si)，同時沿著相同射束寬度W的第二射束輪廓具有高斯340或頂帽345形狀，且第二射束輪廓的最大功率(P)高於該閥值能量。如第3C圖所進一步繪示，在寬度W₂內，與較高輻照度有關的空間輪廓340、345具有超越閥值能量(T_Si)的功率寬度W₂，小於針對與較低輻照度有關的空間輪廓330、335之等面積測定寬度W₁。

第2B圖為繪示雷射劃線方法250的流程圖，雷射劃線方法250使用如第3C圖所示般塑形的複數個射束輪廓，以用單一射束的多個進程來執行方法100(第1圖)中的第一反覆(操作103)及第二反覆(操作104)。請參見第2B圖，於操作225產生具有第一輻照度的單一射束。可實質上如先前就操作201所描述般進行射束產生，例如利 用相同的飛秒脈衝寬度、波長、脈衝率，等，以產生具有第一輻照度I₁(如，第3C圖的高斯330)的射束。於操作230，沿著預定路徑移動射束，以剝蝕溝槽進入遮罩，實質上如第4B圖所示。在一實施例中，在行進方向中，在接近500 mm/sec至5 m/sec之範圍(儘管較佳為接近600 mm/sec至2 m/sec之範圍)的速度下，沿著工件表面進行雷射劃線操作230。

於操作240，產生經調整而具有第二輻照度I₂的射束(如，第3C圖的高斯340)。於操作245，經調整的射束折返相同的預定路徑以在與操作240所用之實質上相同的速率下，實質上如第4C圖所示般暴露基板。於操作249，方法250返回第1圖進行經暴露基板的後續電漿蝕刻。

第2C圖為繪示反覆雷射劃線製程290的流程圖，反覆雷射劃線製程290使用如第3C圖所示般塑形的複數個射束輪廓，以用來自複數個雷射的多個射束之連續進程執行方法100(第1圖)中的第一反覆(操作103)及第二反覆(操作104)。請參見第2C圖，於操作255產生第一雷射，第一雷射產生具有第一輻照度I₁(如，第3B圖的高斯330)的射束。實質上，可如先前就操作201所描述般進行射束產生，例如利用相同的飛秒脈衝寬度、波長、脈衝率，等。然而，在較佳的實施例中，於操作255所利用的雷射具有實質上較大的脈衝寬度，且因為相對容易藉由連續波源將溝槽剝蝕進入遮蔽材料，雷射甚至可能為連續 波(continuous wave；CW)源。於操作260，第一射束沿著預定路徑移動以剝蝕溝槽進入遮罩，實質上如第4B圖所示。

於操作265，第二雷射產生帶有第二輻照度的第二射束。實質上，可如先前就操作201所描述般產生帶有第二輻照度I₂(如，第3B圖的高斯335)的第二射束，例如利用相同的飛秒脈衝寬度、波長、脈衝率，等。在特定的實施例中，第一雷射產生第一脈衝列，該第一脈衝列在第一波長下具有第一脈衝寬度(CW)，第二雷射產生第二脈衝列，該第二脈衝列在第二波長下具有第二脈衝寬度，第二脈衝寬度及第二波長之至少一者與第一脈衝寬度及第一波長相異。舉例而言，在CW雷射被利用於劃線操作260的示範性實施例中，飛秒雷射於操作265產生第二射束。

於操作270，沿著相同的預定路徑移動第二雷射束，以完整地剝蝕薄膜元件堆疊並暴露基板，實質上如第4C圖所繪示。在一實施例中，雷射劃線操作270使兩個雷射束同步沿著基板行進，各雷射束在行進方向上的速度為將近在500 mm/sec至5 m/sec的範圍內，較佳地為將近在600 mm/sec至2 m/sec的範圍內。於操作275，方法290回到第1圖進行經暴露基板的電漿蝕刻。

請回到第1及4D圖，將基板406暴露至電漿416，以於操作105蝕刻穿過遮罩402中的溝槽414來單分IC426。在示範性原位遮罩沉積實施例中，在與進行電漿遮 罩沉積操作102的相同腔室中蝕刻基板。根據本發明之一實施例，如第4D圖所描繪，於操作105蝕刻基板406包括蝕刻以雷射劃線製程所形成之溝槽414B，以最終蝕刻穿過整個基板406。

在一個實施例中，蝕刻操作105需要直通穿孔蝕刻製程。舉例而言，在特定的實施例中，基板406的材料之蝕刻速率大於每分鐘25 μm。在高功率下操作的高密度電漿源可用於電漿蝕刻操作105。示範性功率範圍介於3 kW與6 kW之間，或更高。

在示範性實施例中，使用深度矽蝕刻(即，諸如直通矽穿孔(TSV)蝕刻)，在大於約40%之習用矽蝕刻速率之蝕刻速率下，蝕刻單晶矽基板或基板406，同時維持基本精確之剖面控制及實質上無扇形之側壁。可透過施加冷卻功率來控制存在於遮罩402中的任何水可溶解的材料層上之高功率的效應，冷卻功率可透過冷卻至負10℃至負15℃的靜電夾具(ESC)來施加，以在整個電漿蝕刻製程期間將水可溶解的遮罩材料層維持在100℃以下的溫度，較佳地介於70℃與80℃之間。在這樣的溫度下可有利地維持水溶性。

在特定的實施例中，電漿蝕刻操作105進一步需要複數個保護性聚合物沉積循環隨著時間插入複數個蝕刻循環之間。可變化工作週期，而示範性工作週期為將近1：1至1：2(蝕刻：沉積)。舉例而言，蝕刻製程可具有持續時間為250 msec至750 msec的沉積循環，以及持續 時間為250 msec至750 msec的蝕刻循環。在沉積及蝕刻循環之間，可以沉積製程化學物質替換用於示範性矽蝕刻實施例的蝕刻製程化學物質(例如，利用SF₆者)，沉積製程化學物質利用聚合物化之氟碳化物(C_xF_y)氣體，例如，但不限於，C₄F₆或C₄F₈或氟化碳氫化合物(CH_xF_y，其中x>=1)，或XeF₂。如本案所屬技術領域所知，可進一步在蝕刻及沉積循環之間改變製程壓力，以在特定的循環中有利於各循環。

於操作107，藉由移除遮罩402來完成方法300。在一實施例中，以水洗掉水可溶解的遮罩層，例如以加壓噴射的去離子水或透過浸入周圍溫度的水浴或加熱過的水浴中。在替代的實施例中，可以本案所屬技術領域中已知對移除蝕刻聚合物有效的水性溶劑溶液洗掉遮罩402。電漿單分操作105或操作107之遮罩移除製程可進一步圖案化晶粒附著膜408，暴露出支撐帶410的頂部。

可配置單一整合式製程工具600來進行混合式雷射剝蝕-電漿蝕刻單分製程100中的多個或全部操作。舉例而言，第6圖繪示根據本發明之一實施例之叢集工具606的方塊圖，叢集工具606耦接雷射劃線裝置610，雷射劃線裝置610用於基板的雷射及電漿分割。請參見第6圖，叢集工具606耦接工廠介面602(factory interface；FI)，工廠介面602具有複數個負載鎖定室604。工廠介面602可為合適的大氣埠(atmospheric port)，以作為外部製造設施與雷射劃線裝置610及叢集工具606之間的 介面。工廠介面602可包括機器人，機器人具有手臂或刃以自儲存單元(如，前開式傳送盒(front opening unified pod))移送基板(或基板的載體)進入叢集工具606或雷射劃線裝置610或二者。

雷射劃線裝置610亦耦接FI602。第6B圖繪示雷射劃線裝置610的示範性功能方塊圖。在第6B圖所繪示之一實施例中，雷射劃線裝置610包括飛秒雷射665。飛秒雷射665可用以進行混合式雷射及蝕刻單分製程100的雷射剝蝕部分。可藉由移動雷射束光點、藉由移動基板，或藉由二者之組合，來實現雷射束與基板之間的相對動作，以產生劃割線。在一個實施例中，雷射劃線裝置610中也可包括用來支撐基板406之可移動的臺座(未描繪)，可移動的臺座經配置以相對於飛秒雷射665移動基板406(或基板的載體)。如進一步繪示的，雷射劃線裝置包括具有鏡子的掃描器670(如，電流計)，掃描器670可回應來自控制器680的控制訊號而移動以掃描雷射束。介於飛秒雷射665與掃描器670之間的是射束塑形光學元件660，在一個實施例中，射束塑形光學元件660提供了實質上如第3B圖所示之經非對稱塑形的射束輪廓，以進行反覆雷射劃線製程200。在進一步的實施例中，控制器680耦接飛秒雷射665，以隨著時間(實質上如第3A圖所示)，及/或隨著空間(實質上如第3C圖所示)調節飛秒雷射665的輻照度跨越複數個非零輻照度，以進行劃線方法250。在另一實施例中，雷射劃線裝置610 進一步包括第二雷射666，第二雷射666可以是飛秒雷射或其它雷射。第二雷射666耦接控制器680，且各個雷射665及666透過掃描器670在時間上相繼地操作，或透過個別的掃描器同步操作(即，針對基板406與雷射之間完全分離的光學路徑複製掃描器670)，加上控制器680導引反覆剝蝕在實質上相同的路徑上發生，以進行劃線製程290。

請回到第6A圖，叢集工具606包括一或多個電漿蝕刻腔室608，電漿蝕刻腔室608藉由機器人移送腔室650耦接至FI，機器人移送腔室650罩住機器手臂，機器手臂在真空中於雷射劃線裝置610、電漿蝕刻腔室608及/或遮罩模組612之間移送基板。電漿蝕刻腔室608適於進行混合式雷射及蝕刻單分製程100的至少電漿蝕刻部分，且電漿蝕刻腔室608可進一步沉積聚合物遮罩於基板之上。在一個示範性實施例中，電漿蝕刻腔室608進一步耦接SF₆氣體源，及C₄F₈、C₄F₆或CH₂F₂源中之至少一者。儘管可購得其它合適的蝕刻系統，但在特定的實施例中，一或多個電漿蝕刻腔室608為可自美國加州桑尼維爾市的應用材料股份有限公司獲得的Applied Centura® Silvia^TM蝕刻系統。相較於僅提供電容式耦合的可能性(即便有藉由磁性強化所提供的改良)，Applied Centura® Silvia^TM蝕刻系統提供了電容式及感應式RF耦合，以獨立控制離子密度及離子能量。這使得能有效地自離子能量解耦離子密度，以在即便非常低的壓力下 (如，5至10 mTorr)，在沒有高且具潛在害處的DC偏壓位準的情況下，達到相對高密度的電漿。這造成了特別寬的製程視窗。然而，可使用能蝕刻矽的任何電漿蝕刻腔室。在一實施例中，單一整合式製程工具600的叢集工具606部分中包括一個以上的電漿蝕刻腔室608，以達到單分或分割製程的高製造產量。

叢集工具606可包括適於執行混合式雷射剝蝕-電漿蝕刻單分製程100中的功能之其它腔室。在第6圖所繪示的示範性實施例中，遮罩模組612包括任何商業上可獲得的旋轉塗佈模組，用以施加本文所述之水可溶解遮罩層。旋轉塗佈模組可包括可旋轉夾具，適於藉由真空夾持，或者，經薄化的基板固定在載體(例如，安裝在框架上的支撐帶)上。

第7圖繪示電腦系統700，於電腦系統700中可執行一組指令，指令可使機器執行本文所述之一或多種劃線方法。示範性電腦系統700包括處理器702、主記憶體704(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706(如，快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體(SRAM)等等)，及輔助記憶體718(如，資料儲存元件)，前述元件經由匯流排730彼此通訊。

處理器702表示一或多個通用處理元件，諸如微處理器、中央處理單元等等。更特定言之，處理器702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、超長指令字集(very long instruction word；VLIW)微處理器等等。處理器702亦可為一或多個專用處理元件，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)、數位訊號處理器(digital signal processor；DSP)、網路處理器等等。處理器702經設置以執行處理邏輯726，處理邏輯726用於進行本文所述之操作及步驟。

電腦系統700可進一步包括網路介面元件708。電腦系統700亦可包括視訊顯示單元710(如，液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT))、文數輸入元件712(如，鍵盤)、游標控制元件714(如，滑鼠)，及訊號產生元件716(如，揚聲器)。

輔助記憶體718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)731，機器可存取儲存媒體731上可儲存一或多組指令(如，軟體722)，指令可實施本文所述方法或功能中之任何一或多者。在電腦系統700、主記憶體704及處理器702執行軟體722期間，軟體722也可完全或至少部分地常駐於主記憶體704及/或處理器702內部，處理器702亦構成機器可讀取儲存媒體。可進一步經由網路介面元件708透過網路720發送或接收軟體722。

機器可存取儲存媒體731也可用來儲存圖案識別演算法、假影(artifact)形狀數據、假影定位數據或粒子閃光(particle sparkle)數據。儘管在示範性實施例中將機器可存取儲存媒體731圖示為單個媒體，但術語「機器可讀取儲存媒體(machine-readable storage medium)」應被視為包括儲存一或多組指令之單個媒體或多個媒體(例如集中式或分散式資料庫，及/或相關聯之快取記憶體及伺服器)。術語「機器可讀取儲存媒體」亦應被視為包括能夠儲存或編碼一組指令的任何媒體，該組指令可由機器執行且該組指令使機器執行本發明之方法中任何一或多者。因此，術語「機器可讀取儲存媒體」應被視為包括(但不限於)固態記憶體，以及光學及磁性媒體。

已發現儘管就多進程而言，將雷射束輻照度(或假定有固定脈衝寬度的通量(fluence))保持在固定的適中位準以產生乾淨的蝕刻溝槽是可行的，但與最佳通量位準相關的雷射功率(或脈衝能量)位準的範圍會是狹窄的。這可能有導致雷射劃線製程視窗相對較小的實質效應。另外也發現用於多進程的固定高通量產生相對較差的溝槽表面形貌目前被認為可歸因於第二雷射進程將剝蝕後的材料再沉積於第一進程所形成之溝槽上。

儘管可用多進程(multiple pass)劃線製程來形成乾淨的溝槽，在多進程劃線製程的第一進程中利用低通量來僅移除遮罩及聚亞醯胺層而僅對下方薄膜IC層(特別是介電層)有限的損壞/剝蝕，且隨後利用高通量來移除元 件層以暴露基板(如第1圖所繪示的方法100)，但仍可能發生分層。額外的高通量進程可能不會總是修復或移除這樣的分層。儘管不受限於理論，目前認為在「低通量優先(low-fluence-first)」多步驟劃線製程中，第一進程中的部分雷射能量傳送通過介電材料，並造成元件層中的金屬或與(多個)介電層交界的基板結晶(如，矽)的熔化/汽化。在低通量位準下，聚合物的剝蝕主要依賴雷射能量的線性吸收。因為即便就300 nm的UV波長來說，許多聚合物遮蔽材料及鈍化材料仍具有高的光透射比(數十百分比)，同時某些金屬及某些基板(如，矽)的剝蝕閥值非常接近許多聚合物的剝蝕閥值，所以被傳送通過薄膜元件堆疊的(多個)介電層之雷射光子可能在介電質-金屬介面及/或介電質-基板介面處造成分層。

因此在某些實施例中，劃線方法包括在高輻照度(通量)位準下的第一(第二、第三，等)進程，以剝蝕並移除溝槽中的材料以暴露基板，以及接著在低輻照度(通量)位準下的第二(第三、第四，等)進程，以移除留在經剝蝕溝槽中之殘骸及殘留物而不會對基板造成顯著損壞。相較於固定通量多進程製程或低通量優先製程，此類型的「高通量優先(high-fluence-first)」製程可致使乾淨的經暴露基板表面具有較寬的製程視窗。若遮罩或聚合鈍化層相對於劃線溝槽寬度變得更厚(如，寬度被減少，或層厚度被增加)，高通量優先方式會變得更有利。

第8A圖為繪示根據本發明之一實施例的混合式雷射 剝蝕-電漿蝕刻單分方法801的流程圖，在方法801中以第一輻照度及後續的第二輻照度來進行雷射劃線製程，第二輻照度低於第一輻照度。方法801始於在操作101的經遮蔽的基板，如本文他處所述。示範性基板以剖面圖的方式繪示於第4A圖。

於操作255，具有第一輻照度的第一射束產生於操作255。可藉由本文他處所述的任何方式來產生射束。在一個實施例中，本文他處所述之具有預定脈衝寬度(如，飛秒脈衝寬度)的雷射在第一通量位準下操作，就直徑10 μm的光點尺寸而言，第一通量位準不低於1.0 μJ，且較佳地為1.5 μJ或更高，以達到第一輻照度。此通量位準範圍足以剝蝕薄膜IC堆疊的介電層(如，第5圖中的層504及507)。在聚焦光點直徑為10 μm的一個飛秒雷射束之實施例中，脈衝寬度在300 fs至1.5 ps的範圍內，雷射波長在1570 nm至300 nm的範圍內，高通量位準被訂定為對應1.5 μJ或更高的脈衝能量位準。

於操作860，在第一通量位準下操作的來自雷射之射束沿著預定路徑移動，以剝蝕溝槽穿過遮蔽材料、IC鈍化層及薄膜元件層，以暴露基板。第8B、8C及8D圖繪示根據本發明之一實施例，當進行第8A圖所繪示之分割方法的操作時，基板的剖面圖，如第4A圖所繪示。

第8B圖，於操作860，在第一通量位準下操作之雷射的第一進程剝蝕溝槽814A沿著第一切口寬度(KW₁)暴露基板406。在示範性實施例中，第一通量足以剝蝕薄膜 元件層堆疊401的每一層，且因此操作103使基板406暴露於溝槽414A的底部。切口寬度KW₁為擁有強度I₁之射束寬度的函數，強度I₁大於與薄膜元件層堆疊401中之特定材料有關的閥值，特別是如上文所述之介電層閥值(T_D)。由於這個原因，具有較低閥值的遮罩402可能具有比切口寬度KW₁更寬的切口寬度(KW_M)。如第8B圖所進一步顯示，操作860在溝槽814A的底部留下殘留物802的痕跡塊，殘留物802的痕跡塊包括再次沉積的來自遮罩及IC鈍化物之材料(如，有機物質)。來自薄膜元件層堆疊401的金屬及介電質也可能併入殘留物802中的遮罩及鈍化材料。

請回到第8A圖，於操作860，產生具有第二輻照度的第二雷射束，第二輻照度低於第一輻照度。在利用相同脈衝寬度(如，飛秒)的情況下，輻照度的減少可與通量的減少一起達成。在特定的飛秒實施例中，就10 μm直徑的光點尺寸而言，操作860的通量不大於1 μJ，且較佳為0.75 μJ或更小。此通量位準範圍不足以剝蝕薄膜IC堆疊的介電層(如，第5圖中的層504及507)。在有著10 μm之聚焦光點直徑的一個特定實施例中，脈衝寬度在300 fs至1.5 ps的範圍內，且雷射波長在1570 nm至300 nm的範圍內，低通量位準經測定為0.75 μJ或更小。

於操作870，來自雷射在第二通量位準下操作的射束沿著與操作860相同的預定路徑移動，以剝蝕溝槽穿過 遮蔽材料、IC鈍化層及薄膜元件層，以移除操作860所留下的殘留物802的痕跡塊。如第8C圖所進一步繪示，輻照411具有之第二強度I₂小於I₁(I₁以虛線表示以圖解I₁與I₂之間的差異)。如所示，因為第二通量位準不超過介電層閥值(TD)，介電層不會發生額外的直接剝蝕，且穿過薄膜元件堆疊401的切口寬度KW₁不會顯著改變。然而，因為與典型用於遮罩及鈍化層之聚合物材料有關的閥值較低，所以第二通量位準(輻照度)將在溝槽的整個第一切口寬度內移除殘留物，以提供更乾淨的溝槽底部814B。

請回到第8A圖，於操作105，如本文他處所述般進行電漿蝕刻操作。如第8C圖所進一步繪示，電漿蝕刻使清潔後的溝槽底部814B前進穿過基板。由於殘留物802的痕跡塊由較低通量剝蝕所移除，經電漿蝕刻的溝槽具有與高通量剝蝕所提供之切口寬度實質上相同的切口寬度(KW₁)。於操作107(第8A圖)，可接著移除遮罩，如本文他處所述。

應注意的是，可用本文他處就示範性低通量優先製程所描述的任何技術及硬體來執行由方法801所示範之高通量優先實施例。舉例而言，在一個實施例中，可以在不同通量位準下操作的相同雷射之多重進程，或以進行一或多個進程的多重雷射，來進行反覆剝蝕操作860及870。類似地，可進行射束塑形技術，以改變射束的空間輪廓。舉例而言，行進方向可與第3B圖所示的方向相 反，以影響高通量優先製程而不影響低通量優先製程。類似地，可以實質上相同的方式操作在低通量優先實施例(即，脈衝寬度固定的低輻照度優先製程)的段落中所描述，而於第6A、6B及7圖中所繪示的所有硬體，以執行高通量優先實施例。

作為多步驟方法801(就第二進程而言，不是涉及功率再調整就是涉及第二雷射(操作265及870))的替代方案，第9A圖所繪示的利用射束分裂器之多步驟方法901可能可以達成更高的產量。第9A圖所圖解的示範性實施例起始於操作101之接收遮罩基板，並於操作201產生射束，如本文他處所述。於操作965，將射束分裂成具有不同輻照度(通量)位準，I₁、I₂，的前導射束及尾隨射束，且I₁及I₂具有本文他處所描述之任何實施例的相關位準。於操作970，可由本文所述的任何方式，沿著預定路徑使分裂射束相對於基板一致地位移。取決於基板與相應分裂射束光點的功率之間的相對位移方向，可伴隨著單一進程執行高通量優先或高通量殿後反覆劃線方法。在示範性實施例中，分裂射束方法901執行高通量優先劃線方法。如前文所述，隨著電漿蝕刻及遮罩移除操作105及107，方法901完成晶粒單分。

任何商業上可購得的多種射束分裂器皆可用於操作965。舉例而言，在一個實施例中，經塗佈的玻璃碟盤中之塗層的反射率可隨著角度變化，使得在轉動該碟盤時，可選擇元件所產生的兩個射束之間的期望功率比。 在進一步的實施例中，利用了繞射光學元件(diffractive optical element；DOE)，在DOE中的相位光柵使多數雷射能量集中達兩個繞射級(diffraction order)。在使用繞射射束分裂器將原始射束複製成多個複製射束(複製射束的直徑等於輸入射束的直徑)並以適當指定的角度將多個複製射束定位在一維或二維陣列中的具體實施例中，於操作201所產生之射束的相位輪廓經選擇而使得繞射級之間的功率比具有指定的數值。在進一步的實施例中，可在相位光柵的鄰近繞射元件上選擇產生的複製射束之間的不同功率比。因此，DOE位置的側向橫移可選擇用來執行分裂射束方法901之多個複製射束之間的功率比的期望數值。

第9B圖繪示根據本發明之一實施例，用於分裂射束雷射劃線之雷射劃線模組900的概要圖。在第9B圖中，雷射902將射束提供至射束擴展器(expander)及準直器904。在一個實施例中，可在最大脈衝重複率或接近最大脈衝重複率下操作雷射902，最大脈衝重複率將傳遞需要的脈衝能量到M×N個點的陣列上的各焦點處。視情況，射束可通過高斯至頂帽射束塑形模組906，然而，這樣的輪廓轉換將典型地失去所接收功率的至少30%，這可能是飛秒實施例無法接受的，因為飛秒實施例中的功率已經相對小於(例如)皮秒源。無論來自射束擴展器及準直器904，或來自高斯至頂帽射束塑形模組906，或來自二者所產生的射束，通過多變的射束分裂模組908， 而分裂射束接著通過遠心透鏡910以傳遞至基板912上，使得聚焦的光點至光點距離等於至少一個維度中符合劃線需要的晶粒尺寸。

如第9B圖中之射束光點圖案的B-B視點所示，射束被分裂成具有不同輻照度(通量)位準，I₁、I₂，的前導射束及尾隨射束，且I₁及I₂具有本文他處所描述之任何實施例的相關位準。取決於基板912與相應分裂射束光點(如第9B圖的B-B視點所示)的功率之間的相對位移方向，可伴隨著單一進程執行高通量優先或高通量殿後反覆劃線方法。在第9B圖所示的示範性實施例中，所繪示的劃線方向實施高通量優先劃線方法。儘管第9B圖所示為正方形圖案，可了解到A-A視點及B-B視點也可看到長方形等圖案。

第10圖進一步繪示根據本發明之一實施例的繞射射束分裂裝置1000。入射的雷射1002穿過繞射光學元件(DOE)1004，且具有多焦點的聚焦透鏡1006提供多重射束、點或光點至工作區1008。由於在分裂雷射束穿過如，繞射射束分裂器之後可能存在有非零分裂角度，因此在一個實施例中，聚焦透鏡1006為遠心的(telecentric)，以確保入射的射束點可垂直地傳遞至工作表面上。在一個這樣的實施例中，可利用具有合適焦長的遠心聚焦透鏡來提供N×N個射束，N×N個射束在一個維度中的間距等於d，即介於複數個IC之間的切割道的間距。

因此，本文已揭露分割半導體基板的方法，各基板具 有複數個IC。以上對本發明之解說性實施例的描述，包括在摘要中所描述者，並不意圖使此說明是詳盡的或會限制本發明於精確形式。儘管為了解說目的，本文描述了本發明的特定實施方式及實例，但如相關領域的習知技藝者所認知的，在本發明的範疇內可能有各種等效修飾。因此本發明之範疇完全由以下的申請專利範圍所決定，可根據已建立的申請專利範圍解讀理論來理解以下的申請專利範圍。

100‧‧‧方法

101~107‧‧‧操作

200‧‧‧雷射劃線製程

201~220‧‧‧操作

250‧‧‧方法

225~249‧‧‧操作

290‧‧‧雷射劃線製程

255~275‧‧‧操作

305‧‧‧曲線

310‧‧‧尾隨部分

315‧‧‧前導部分

320‧‧‧空間輪廓

330、340‧‧‧高斯

335、345‧‧‧頂帽

401‧‧‧薄膜元件層堆疊

402‧‧‧遮罩

402A、402B‧‧‧遮罩層

406‧‧‧基板

408‧‧‧晶粒附著膜

410‧‧‧支撐帶

411、412‧‧‧輻照

414A、414B‧‧‧溝槽

416‧‧‧電漿

425、426‧‧‧IC

427‧‧‧切割道

500‧‧‧剖面圖

502‧‧‧底表面

503‧‧‧頂表面

504‧‧‧二氧化矽層

505‧‧‧氮化矽層

506、507‧‧‧薄膜元件層

508‧‧‧銅內連線層

511‧‧‧鈍化層

512‧‧‧凸塊

600‧‧‧製程工具

602‧‧‧工廠介面

604‧‧‧負載鎖定室

606‧‧‧叢集工具

608‧‧‧電漿蝕刻腔室

610‧‧‧雷射劃線裝置

612‧‧‧遮罩模組

650‧‧‧機器人移送腔室

660‧‧‧光學元件

665‧‧‧飛秒雷射

670‧‧‧掃描器

680‧‧‧控制器

700‧‧‧電腦系統

702‧‧‧處理器

704‧‧‧主記憶體

706‧‧‧靜態記憶體

708‧‧‧網路介面元件

710‧‧‧視訊顯示單元

712‧‧‧文數輸入元件

714‧‧‧游標控制元件

716‧‧‧訊號產生元件

718‧‧‧輔助記憶體

720‧‧‧網路

722‧‧‧軟體

726‧‧‧處理邏輯

730‧‧‧匯流排

731‧‧‧機器可存取儲存媒體

801‧‧‧方法

802‧‧‧殘留物

814A‧‧‧溝槽

814B‧‧‧溝槽底部

860、870‧‧‧操作

900‧‧‧雷射劃線模組

901‧‧‧方法

902‧‧‧雷射

904‧‧‧準直器

906‧‧‧射束塑形模組

908‧‧‧射束分裂模組

910‧‧‧遠心透鏡

912‧‧‧基板

965、970‧‧‧操作

1000‧‧‧繞射射束分裂裝置

1002‧‧‧雷射

1004‧‧‧繞射光學元件

1006‧‧‧聚焦透鏡

1008‧‧‧工作區

本發明的實施例以示例而非限制的方式繪示於隨附圖式的圖中，其中：第1圖為繪示根據本發明之一實施例，混合式雷射剝蝕-電漿蝕刻單分方法的流程圖，混合式雷射剝蝕-電漿蝕刻單分方法以第一輻照度及後續的第二輻照度所進行的雷射劃線製程來進行；第2A圖為繪示根據本發明之一實施例，可於第1圖中利用之雷射劃線製程的流程圖；第2B圖為繪示根據本發明之一實施例，可於第1圖中利用之雷射劃線製程的流程圖；第2C圖為繪示根據本發明之一實施例，可於第1圖中利用之雷射劃線製程的流程圖；第3A圖為根據本發明之一實施例，用於雷射劃線製程 之輻照度隨著時間改變的作圖；第3B圖為根據本發明之一實施例，用於單一進程雷射劃線製程之非對稱雷射束之空間輪廓的作圖；第3C圖為根據本發明之一實施例，用於多進程雷射劃線製程之雷射束之空間輪廓的作圖；第4A圖繪示根據本發明之一實施例，對應第1圖所繪示之分割方法的操作101之基板的剖面圖，基板包括複數個IC；第4B圖繪示根據本發明之一實施例，對應第1圖所繪示之分割方法的操作103之基板的剖面圖，基板包括複數個IC；第4C圖繪示根據本發明之一實施例，對應第1圖所繪示之分割方法的操作104之基板的剖面圖，基板包括複數個IC；第4D圖繪示根據本發明之一實施例，對應第1圖所繪示之分割方法的操作105之基板的剖面圖，基板包括複數個IC；第5圖繪示根據本發明的實施例，藉由雷射剝蝕及電漿蝕刻之遮罩及薄膜元件層堆疊的放大剖面圖；第6A圖繪示根據本發明之一實施例，用於基板的雷射及電漿分割之整合式平台布局的方塊圖；以及第6B圖繪示根據本發明之一實施例，用於雷射劃線之雷射劃線模組的方塊圖；第7圖繪示根據本發明之一實施例之示範性電腦系統 的方塊圖，該電腦系統控制本文所述之雷射劃線方法中之一或多個操作之自動化工作；第8A圖為繪示根據本發明之一實施例，混合式雷射剝蝕-電漿蝕刻單分方法的流程圖，混合式雷射剝蝕-電漿蝕刻單分方法以第一輻照度及後續的第二輻照度所進行的雷射劃線製程來進行，第二輻照度低於第一輻照度；第8B、8C及8D圖繪示根據本發明之一實施例，對應第8A圖所繪示之分割方法的操作之基板的剖面圖；第9A圖為繪示根據本發明之一實施例，混合式雷射剝蝕-電漿蝕刻單分方法的流程圖，混合式雷射剝蝕-電漿蝕刻單分方法以第一輻照度及後續的第二輻照度所進行的分裂射束雷射劃線製程來進行；第9B圖繪示根據本發明之一實施例，用於分裂射束雷射劃線之雷射劃線模組的概要圖；以及第10圖繪示根據本發明之一實施例之射束-分裂器的概要視圖。

100‧‧‧方法

101~107‧‧‧操作

Claims (20)

1. 一種分割一基板的方法，該基板包含複數個IC，該方法包含下列步驟：接收該基板，該基板具有一未經圖案化遮罩覆蓋並保護該等IC；以一雷射剝蝕多個溝槽之一預定圖案進入該遮罩並進入設置於該遮罩下的一薄膜IC堆疊內，以暴露一基板的一部分，以具有一第一輻照度之電磁輻照及後續具有一第二輻照度的電磁輻照來進行該剝蝕，該第二輻照度低於該第一輻照度；以及電漿蝕刻穿過由該等經圖案化遮罩溝槽所暴露之基板，以單分該等IC。
2. 如請求項第1項所述之方法，其中該電磁輻照係來自具有一預定脈衝寬度之一單一雷射，該第一輻照度與在一第一通量下操作之雷射的一第一進程相關，該第一通量高於與該第二輻照度相關之一第二通量。
3. 如請求項第2項所述之方法，其中該第一通量足以剝蝕該薄膜IC堆疊之一介電層，且其中該第二通量不足以剝蝕該介電層。
4. 如請求項第2項所述之方法，其中對一10 μm直徑 之光點尺寸而言，該第一通量大於1.0 μJ，且其中對一10 μm直徑之光點尺寸而言，該第二通量小於1.0 μJ，伴隨著介於300fs與1.5ps之間的一脈衝寬度。
5. 如請求項第1項所述之方法，其中具有該第一輻照度之該電磁輻照於該遮罩中形成具有一第一切口寬度(kerf width)之一溝槽，且其中具有該第二輻照度之該電磁輻照移除該溝槽之該第一切口寬度內的殘留物。
6. 如請求項第1項所述之方法，其中該剝蝕進一步包含：以具有該第一輻照度之該輻照剝蝕該未經圖案化遮罩、設置於該未經圖案化遮罩下之一聚合鈍化層及該薄膜元件堆疊，並以具有該第二輻照度之該輻照剝蝕再沉積之聚合遮罩或鈍化材料。
7. 如請求項第2項所述之方法，其中該剝蝕包含一雷射，該雷射具有小於或等於540奈米之一波長，以及小於或等於400飛秒之一脈衝寬度。
8. 如請求項第1項所述之方法，其中該剝蝕包含：使來自該雷射之一射束分裂為多個射束之一陣列，其中該陣列之一第一射束具有該第一輻照度，且該陣列之一第 二射束具有該第二輻照度。
9. 如請求項第8項所述之方法，其中多個射束之該陣列係二個維度的陣列，且至少一個維度中之該等射束的間距等於多個切割道之一間距，該多個切割道分隔該複數個IC中的相鄰IC。
10. 如請求項第1項所述之方法，其中該基板為矽，且該電漿蝕刻包含一非等向性深層矽蝕刻製程，該非等向性深層矽蝕刻製程利用一循環的蝕刻及聚合物沉積製程。
11. 一種用以分割一半導體基板之系統，該半導體基板包含複數個IC，該系統包含：一雷射劃線模組，該雷射劃線模組圖案化一遮罩並沿著一預定路徑暴露一基板介於該等IC之間的多個區域，該雷射劃線模組藉由進行一第一輻照度及後續之一第二輻照度，以剝蝕多個溝槽之一預定圖案進入該遮罩並進入設置於該遮罩下的一薄膜IC堆疊內，該第二輻照度低於該第一輻照度；一電漿蝕刻模組，該電漿蝕刻模組實體地耦合該雷射劃線模組，該電漿蝕刻模組藉由非等向性電漿蝕刻該 基板來單分該等IC；以及一機器人移送腔室，該機器人移送腔室在真空中於該雷射劃線模組與該電漿蝕刻模組之間移送一經雷射劃線基板。
12. 如請求項第11項所述之系統，其中該雷射劃線模組包含至少一個雷射，該至少一個雷射具有小於或等於540奈米之一波長，以及小於或等於400飛秒之一脈衝寬度。
13. 如請求項第12項所述之系統，其中該至少一個飛秒雷射係在一第一進程期間沿著該預定圖案以一第一通量操作，對一10 μm直徑之光點尺寸而言，該第一通量大於1.0 μJ。
14. 如請求項第13項所述之系統，其中該雷射劃線模組包含一第二雷射，該第二雷射具有小於或等於540奈米之一波長，以及小於或等於400飛秒之一脈衝寬度，該第二雷射係在一第二進程期間沿著該預定圖案以一第二通量操作，對一10 μm直徑之光點尺寸而言，該第二通量小於1.0 μJ。
15. 如請求項第11項所述之系統，進一步包含一射束分 裂器，該射束分裂器經配置以將來自該雷射之一雷射束分裂為多個射束之一M×N陣列，其中該陣列之一第一射束具有該第一輻照度，且該陣列之一第二射束具有該第二輻照度。
16. 如請求項第15項所述之系統，其中該射束分裂器進一步包含一繞射光學元件。
17. 一種分割一矽基板之方法，該矽基板包含複數個IC，該方法包含下列步驟：接收一基板，該基板具有一遮罩覆蓋並保護該等IC；以具有一第一輻照度之一第一飛秒雷射進程剝蝕多個溝槽之一預定圖案穿過該遮罩並穿過設置於該遮罩下的一薄膜IC堆疊，以暴露一基板的一部分；以具有一第二輻照度之一第二飛秒雷射進程剝蝕由該第一飛秒雷射進程所留下之多個溝槽中的再沉積之聚合遮罩或鈍化材料；以及電漿蝕刻穿過由經圖案化遮罩之該等溝槽所暴露之該矽基板，以單分該等IC。
18. 如請求項第17項所述之方法，其中以一第一切口寬度剝蝕該遮罩中之該等溝槽，且其中以實質上相同之該 第一切口寬度自該等溝槽移除該再沉積之聚合遮罩或鈍化材料。
19. 如請求項第17項所述之方法，其中對一10 μm直徑之光點尺寸而言，該第一飛秒雷射進程具有大於1.0 μJ之一通量，且其中對一10 μm直徑之光點尺寸而言，該第二飛秒雷射進程具有小於1.0 μJ之一通量。
20. 如請求項第17項所述之方法，其中該第一飛秒雷射進程及該第二飛秒雷射進程皆以一單一雷射進行。