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TW201401358A - 使用ｕｖ－可硬化黏著膜的雷射及電漿蝕刻晶圓分割 - Google Patents

使用ｕｖ－可硬化黏著膜的雷射及電漿蝕刻晶圓分割 Download PDF

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TW201401358A
TW201401358A TW102113643A TW102113643A TW201401358A TW 201401358 A TW201401358 A TW 201401358A TW 102113643 A TW102113643 A TW 102113643A TW 102113643 A TW102113643 A TW 102113643A TW 201401358 A TW201401358 A TW 201401358A
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雷偉生
喬德亨瑞穆罕默德Ｋ
伊根陶德
伊頓貝德
亞拉曼奇里麥德哈瓦饒
庫默亞傑
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應用材料股份有限公司
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Abstract

茲描述使用UV-可硬化黏著膜的雷射及電漿蝕刻晶圓切割。在一實例中，本發明之方法包括以下步驟：形成遮罩於半導體晶圓上。半導體晶圓利用UV-可硬化黏著膜耦接至承載基板。遮罩覆蓋及保護積體電路。以雷射劃線製程圖案化遮罩，以提供具有間隙的圖案化遮罩。圖案化露出積體電路間的半導體晶圓區域。接著經由圖案化遮罩的間隙蝕刻半導體晶圓，以形成單粒化積體電路。接著以紫外(UV)光照射UV-可硬化黏著膜。接著自承載基板取下單粒化積體電路。

Description

使用UV-可硬化黏著膜的雷射及電漿蝕刻晶圓分割 【交互參照之相關申請案】
本申請案主張西元2012年4月24日申請的美國臨時專利申請案第61/637,506號和西元2012年6月22日申請的美國臨時專利申請案第61/663,397號的權益，該等申請案全文內容以引用方式併入本文中。
本發明的實施例係關於半導體處理領域，且特別係關於切割半導體晶圓的方法，每一晶圓具有複數個積體電路於上。
在半導體晶圓處理中，積體電路形成在由矽或其他半導體材料組成的晶圓(亦稱作基板)上。通常，各種半導體、導體或絕緣材料層用於形成積體電路。利用各種已知製程來摻雜、沉積及蝕刻該等材料，以形成積體電路。各晶圓經處理而形成大量個別區域，區域含有稱為晶粒的積體電路。
在積體電路形成製程後，「切割」晶圓，以將個別晶粒彼此分開供封裝或以未封裝形式用於較大電路內。兩種主要晶圓切割技術為劃線及鋸切。採行劃線時，鑽石尖端劃 片沿著預成形刻劃線移動越過晶圓表面。該等刻劃線沿著晶粒的間隔延伸。該等間隔一般稱作「切割道」。鑽石劃片沿著切割道在晶圓表面形成淺劃痕。如利用輥施加壓力後，晶圓即沿著刻劃線分開。晶圓中的裂縫依循晶圓基板的晶格結構而行。劃線可用於厚度約10密耳(千分之一吋)或以下的晶圓。對較厚晶圓而言，鋸切係目前較佳的切割方法。
採行鋸切時，每分鐘高轉速旋轉的鑽石尖端鋸子接觸晶圓表面及沿著切割道鋸切晶圓。晶圓裝設在支撐構件上，例如延展整個膜框的黏著膜，鋸子反覆用於垂直與水平切割道。採行劃線或鋸切的問題在於碎片和鑿孔會沿著晶粒的斷裂邊緣形成。此外，裂痕會形成及從晶粒邊緣傳佈到基板內，導致積體電路無效。碎裂和破裂在劃線方面尤其嚴重，因為在晶體結構的<110>方向上，方形或矩形晶粒只有一側可被劃線。是以劈開晶粒另一側將產生鋸齒狀分離線。由於碎裂和破裂，晶圓上的晶粒間需有額外間距，以免破壞積體電路，例如使碎片和裂痕與實際積體電路保持距離。因應間距要求，標準尺寸晶圓上無法形成許多晶粒，以致浪費了用於電路的晶圓地產(real estate)。使用鋸子加劇了半導體晶圓上的地產浪費。鋸刃厚度為約15微米。故為確保鋸切周圍的破裂和其他破壞不會損害積體電路，各晶粒的電路往往需分開300至500微米。另外，切割後，需實質清洗各晶粒，以移除微粒和鋸切製程產生的其他污染物。
亦可採行電漿切割，但電漿切割也有所限制。例如，阻礙電漿切割實施的一限制為成本。用於圖案化光阻的標準 微影操作將致使實施成本過高。可能阻礙電漿切割實施的另一限制為沿著切割道切割時，電漿處理常用金屬(例如銅)會造成生產問題或產量限制。
本發明的實施例係針對使用UV-可硬化黏著膜的雷射及電漿蝕刻晶圓切割。
在一實施例中，本發明之方法包括以下步驟：形成遮罩於半導體晶圓上。半導體晶圓利用UV-可硬化黏著膜耦接至承載基板。遮罩覆蓋及保護積體電路。以雷射劃線製程圖案化遮罩，以提供具有間隙的圖案化遮罩。圖案化露出積體電路間的半導體晶圓區域。接著經由圖案化遮罩的間隙蝕刻半導體晶圓，以形成單粒化積體電路。接著以紫外(UV)光照射UV-可硬化黏著膜。接著自承載基板取下單粒化積體電路。
在一實施例中，用於切割具有複數個積體電路的半導體晶圓的系統包括工作介面。雷射劃線設備耦接工作介面。電漿蝕刻腔室耦接工作介面。紫外(UV)照射站耦接工作介面。UV照射站配置以削弱UV-可硬化黏著膜。
在一實施例中，切割具有複數個積體電路的半導體晶圓的方法包括以下步驟：形成遮罩於矽基板上，矽基板利用UV-可硬化黏著膜耦接至承載基板。遮罩覆蓋及保護置於矽基板上的積體電路。積體電路包括二氧化矽層，二氧化矽層置於低介電常數(K)材料層和銅層上。方法進一步包括以下步驟：以雷射劃線製程圖案化遮罩、二氧化矽層、低K材 料層和銅層，以露出積體電路間的矽基板區域。接著經由露出區域蝕刻矽基板，以形成單粒化積體電路。以紫外(UV)光照射UV-可硬化黏著膜。方法亦包括以下步驟：自承載基板取下單粒化積體電路。
100‧‧‧流程圖
102、104、106、108、110‧‧‧操作
202‧‧‧遮罩
204‧‧‧晶圓/基板
206‧‧‧積體電路
207‧‧‧切割道
208‧‧‧圖案化遮罩
210‧‧‧間隙
212‧‧‧溝槽
214‧‧‧UV-可硬化黏著膜
300‧‧‧切割道
302‧‧‧頂部
304、318‧‧‧二氧化矽層
306、310、314‧‧‧蝕刻終止層
308、312‧‧‧低K介電層
316‧‧‧USG層
320‧‧‧光阻層
322‧‧‧金屬化層
400‧‧‧裝置晶圓
402‧‧‧作用側
404‧‧‧背側
406‧‧‧UV-可硬化黏著膜
408‧‧‧承載基板
410‧‧‧遮罩
412‧‧‧刻劃線
414、414A-B‧‧‧個別化部分
416‧‧‧間隙
418‧‧‧保護層
420‧‧‧帶層
422‧‧‧切割框
500‧‧‧製程工具
502‧‧‧工作介面
504‧‧‧負載鎖定室
506‧‧‧叢集工具
508‧‧‧電漿蝕刻腔室
510‧‧‧雷射劃線設備
512‧‧‧沉積腔室
514‧‧‧UV照射站
600‧‧‧電腦系統
602‧‧‧處理器
604、606、618‧‧‧記憶體
608‧‧‧網路介面裝置
610‧‧‧視訊顯示單元
612‧‧‧文數輸入裝置
614‧‧‧游標控制裝置
616‧‧‧訊號產生裝置
620‧‧‧網路
622‧‧‧軟體
626‧‧‧邏輯
630‧‧‧匯流排
631‧‧‧電腦可存取儲存媒體
第1圖為根據本發明一實施例，切割包括複數個積體電路的半導體晶圓的方法操作流程圖。
第2A圖為根據本發明一實施例，在進行切割半導體晶圓的方法期間，對應第1圖流程圖的操作102時，包括複數個積體電路的半導體晶圓的截面圖。
第2B圖為根據本發明一實施例，在進行切割半導體晶圓的方法期間，對應第1圖流程圖的操作104時，包括複數個積體電路的半導體晶圓的截面圖。
第2C圖為根據本發明一實施例，在進行切割半導體晶圓的方法期間，對應第1圖流程圖的操作106、108時，包括複數個積體電路的半導體晶圓的截面圖。
第3圖為根據本發明一實施例的材料堆疊截面圖，材料堆疊可用於半導體晶圓或基板的切割道區域。
第4A圖至第4K圖為根據本發明一實施例，切割半導體晶圓的方法中的各種操作截面圖。
第5圖為根據本發明一實施例，用於雷射及電漿切割晶圓或基板的工具佈局方塊圖。
第6圖為根據本發明一實施例的示例性電腦系統方塊圖。
茲描述切割半導體晶圓的方法，每一晶圓具有複數個積體電路於上。在以下說明中提出許多特定細節，例如使用UV-可硬化黏著膜的雷射及電漿蝕刻晶圓切割方式，以對本發明實施例有更徹底的瞭解。熟諳此技術者將明白，本發明實施例可不以該等特定細節實踐。在其他情況下，並不詳述諸如積體電路製造等已知態樣，以免讓本發明實施例變得晦澀難懂。另外，應理解圖式所示各種實施例為代表性說明，故未必按比例繪製。
涉及初始雷射劃線與後續電漿蝕刻的混合式晶圓或基板切割製程可用於晶粒單粒化。雷射劃線製程可用於乾淨地移除遮罩層、有機與無機介電層和裝置層。接著在露出或部分蝕刻晶圓或基板後，即可終止雷射蝕刻製程。切割製程的電漿蝕刻部分接著可用於蝕穿大塊晶圓或基板，例如穿過大塊單晶矽，以產生晶粒或晶片單粒化或切割。
在混合式晶圓或基板切割製程中，晶圓經特別處置，以供切割及分離晶粒採集。待切割晶圓通常應保持在載具上，例如切割帶或承載晶圓。載具應確保分離晶粒的清潔度，以供後續晶粒拾取。例如，裝置晶圓可裝設在切割帶上。晶圓和帶與框一同經歷電漿蝕刻製程。然此方式對所用切割帶有特定要求。
本發明的一或更多實施例包括使用玻璃晶圓做為承載晶圓。將裝置晶圓裝設在切割帶上，然後放到玻璃晶圓上。如此在電漿蝕刻階段不會涉及帶框。蝕刻後，將晶圓的裝置 側裝設在切割帶上以作保護。隨後，移除玻璃承載晶圓和背側切割帶，及將晶圓裝設在具有框的切割帶上。接著移除正面保護帶。如此可拾取個別晶粒用於後續封裝與組裝操作。
上述包括使用透明或玻璃晶圓的方式包括下列一或更多優點，但不以此為限。(1)電漿腔室內能省略使用帶框。此可避免電漿蝕刻期間切割帶可能劣化和任何伴隨腔室構造改變以適應大尺寸帶框方面的疑慮。(2)目前用於電漿操作的晶圓裝載與卸載設備仍可使用，包括晶圓儲放匣、機器人或輸送硬體。(3)切割帶與保護帶均可使用UV-可硬化材料，故可利用UV硬化輕易取下切割帶與保護帶。在一實施例中，適合上述方式的晶圓厚度為約120微米或更厚。
就IC記憶體晶片而言，隨著記憶容量增加，多晶片功能與連續包裝微型化需要極薄的晶圓切割。就邏輯裝置晶片/處理器而言，主要挑戰在於IC性能提升及採用低k材料和其他材料。在此情況下，晶圓厚度縮減並非主要驅動力，通常係以約100微米至760微米的晶圓厚度用於主要應用，以確保足夠的晶片完整性。處理器晶片設計商/晶片製造商可把測試元件群組(TEGs或測試圖案)和對準圖案放在晶圓切割道。一方面，此類測試圖案可在晶片單粒化製程期間完全移除。另一方面，測試圖案的複雜度會使測試圖案的尺寸仍舊相當大，通常係垂直晶圓切割道的50微米至100微米範圍。故至少在晶圓頂表面處，需有約50微米至100微米的切口寬度，以完全移除測試圖案。是以對邏輯裝置晶圓單粒化而言，主要焦點為達成無脫層又有效率的切割製程。
就鑽石鋸切應用的純機械方式而言，應用到低k晶圓切割時，即使速度遽減(例如從典型的40-100毫米/秒降至2至3毫米/秒)，多數低k晶圓切割通常仍無法避免因機械應力造成的碎裂和脫層/裂痕形成。當以高功率應付所需產量時，純雷射剝離應用的切割技術在產量增進、維持所需晶粒強度與側壁粗糙度及降低脫層與晶片破損方面面臨更大挑戰。數種混合式技術結合雷射與習知鋸切，以應付低k晶圓。首先，雷射劃過切割道內的頂部鈍化與金屬結構，該結構乃機械鋸切難以切穿。接著，鋸子用於切穿實際的矽(Si)基板。此一混合式製程很慢，且典型的機械鋸切問題仍在。例如，仍有出自鑽石鋸切固有的機械應力造成晶圓背側碎裂。
另外，亦試圖減輕雷射誘發的前側碎裂與低k介電堆疊相關的脫層。例如，把密封環放在各晶粒周圍當作層間介電質裂縫傳佈和金屬層片剝/脫層的阻障層。又，將一定銅密度(例如通常為20%-80%)的方形銅網(稱作仿真物或磚)增設在切割道的鈍化層底下凡缺少對準或測試圖案處。此方式有助於抑制脫層和碎裂。就100微米或更厚的晶圓而言，切割時，剛性足以讓晶圓直接放在裝設帶上而不需晶粒附接膜(DAF)，如此不會涉及DAF切割製程。
本文所述實施例可應付IC晶圓的切割應用，特別係具有處理器晶片的晶圓，晶片厚度為約100微米至800微米，更特別係約100微米至600微米厚，於晶圓正面測量的可接受切割切口寬度為約50微米至200微米，更特別係約50微米至100微米(例如對應在雷射/鋸切混合式製程中，從晶圓 背側測量的典型切口寬度為約30微米至50微米)。一或更多實施例係針對上述混合式雷射劃線加上電漿蝕刻方式，以切割晶圓。
第1圖為根據本發明一實施例，切割包括複數個積體電路的半導體晶圓的方法操作流程圖100。第2A圖至第2C圖為根據本發明一實施例，在進行切割半導體晶圓的方法期間，對應流程圖100的操作時，包括複數個積體電路的半導體晶圓的截面圖。
參照流程圖100的操作102和對應第2A圖，遮罩202形成在半導體晶圓或基板204上。晶圓或基板204置於UV-可硬化黏著膜214上。UV-可硬化黏著膜214可進一步置於基板(未圖示)上，例如玻璃基板，此將參照第4A圖至第4K圖詳述於後。遮罩202覆蓋及保護積體電路206，積體電路206形成在半導體晶圓204的表面。遮罩202亦覆蓋形成於各積體電路206間的中間切割道207。
根據本發明一實施例，形成遮罩202包括形成層，例如光阻層或I-線(I-line)圖案化層，但不以此為限。例如，諸如光阻層的聚合物層可由適合用於微影製程的材料組成。在一實施例中，光阻層由正光阻材料組成，例如248奈米(nm)光阻、193nm光阻、157nm光阻、極紫外線(EUV)光阻或具重氮萘醌敏化劑的酚醛樹脂基質，但不以此為限。在另一實施例中，光阻層由負光阻材料組成，例如聚順異戊二烯和聚桂皮酸乙烯酯，但不以此為限。
在一實施例中，半導體晶圓或基板204由適合承受 製造製程且供半導體處理層適當放置於上的材料組成。例如，在一實施例中，半導體晶圓或基板204由IV族基材料組成，例如結晶矽、鍺或矽/鍺，但不以此為限。在一特定實施例中，提供半導體晶圓204包括提供單晶矽基板。在一特定實施例中，單晶矽基板摻雜雜質原子。在另一實施例中，半導體晶圓或基板204由III-V材料組成，例如用於製造發光二極體(LED)的III-V材料基板。
在一實施例中，半導體晶圓或基板204上或內已設置半導體裝置陣列做為部分積體電路206。此類半導體裝置實例包括記憶裝置或製造於矽基板且包圍在介電層中的互補式金氧半導體(CMOS)電晶體，但不以此為限。複數個金屬內連線可形成在裝置或電晶體上並位於周圍介電層中，金屬內連線可用於電氣耦接裝置或電晶體而形成積體電路206。導電凸塊及/或鈍化層可形成在內連線層上。組成切割道207的材料可類似或和用於形成積體電路206的材料一樣。例如，切割道207可由介電材料層、半導體材料層和金屬化層組成。在一實施例中，一或更多切割道207包括測試裝置，測試裝置類似積體電路206的實際裝置。
參照流程圖100的操作104和對應第2B圖，利用雷射劃線製程來圖案化遮罩202，以提供具有間隙210的圖案化遮罩208，而露出積體電路206間的半導體晶圓或基板204區域。如此，雷射劃線製程用於移除原本形成在積體電路206間的切割道207材料。根據本發明一實施例，如第2B圖所示，以雷射劃線製程圖案化遮罩202包括形成溝槽212，使溝槽 212部分進入積體電路206間的半導體晶圓204區域。
在一實施例中，以雷射劃線製程圖案化遮罩202包括使用具飛秒範圍脈寬的雷射。特定言之，具可見光光譜或紫外線(UV)或紅外線(IR)範圍波長(三者總體為寬帶光譜)的雷射可用於提供飛秒基雷射，即脈寬為飛秒等級(10-15秒)的雷射。在一實施例中，剝離並非或實質不為波長相依，因此適合複雜膜，例如遮罩202、切割道207和也許部分半導體晶圓或基板204的膜。
雷射參數選擇(例如脈寬)對開發成功的雷射劃線與切割製程而言至關重要，該製程可使碎片、微裂和脫層減至最少，以達成乾淨的雷射劃線切割。雷射劃線切割越乾淨，用以最終晶粒單粒化的蝕刻製程進行越平順。在半導體裝置晶圓中，通常有許多不同材料類型(例如導體、絕緣體、半導體)和厚度的功能層置於晶圓上。此類材料可包括有機材料(例如聚合物)、金屬或無機介電質(例如二氧化矽和氮化矽)，但不以此為限。
置於晶圓或基板上的個別積體電路間的切割道可包括類似或和積體電路本身一樣的層。例如，第3圖為根據本發明一實施例的材料堆疊截面圖，材料堆疊可用於半導體晶圓或基板的切割道區域。
參照第3圖，切割道區域300包括矽基板頂部302、第一二氧化矽層304、第一蝕刻終止層306、第一低K介電層308(例如介電常數小於二氧化矽的介電常數4.0)、第二蝕刻終止層310、第二低K介電層312、第三蝕刻終止層314、 無摻雜矽玻璃(USG)層316、第二二氧化矽層318和光阻層320，並具所示相關厚度。銅金屬化層322置於第一與第三蝕刻終止層306、314間且穿過第二蝕刻終止層310。在一特定實施例中，第一、第二和第三蝕刻終止層306、310、314由氮化矽組成，低K介電層308、312由碳摻雜氧化矽材料組成。
在習知雷射照射(例如奈秒基或皮秒基雷射照射)下，切割道300的材料在光吸收和剝離機制方面的行為相當不同。例如，介電層(例如二氧化矽)在正常條件下對所有市售雷射波長本質上係透明的。相較之下，金屬、有機(例如低K材料)和矽很容易耦合光子，特別係回應奈秒基或皮秒基雷射照射時。然在一實施例中，飛秒基雷射製程用於在剝離低K材料層和銅層前，剝離二氧化矽層，以圖案化二氧化矽層、低K材料層和銅層。在一特定實施例中，飛秒基雷射照射製程使用約小於或等於400飛秒的脈衝來移除遮罩、切割道和部分矽基板。
根據本發明一實施例，適合的飛秒基雷射製程特徵在於高峰強度(輻照度)，此通常會造成各種材料的非線性交互作用。在此一實施例中，飛秒雷射源的脈寬為約10飛秒至500飛秒，但較佳為100飛秒至400飛秒。在一實施例中，飛秒雷射源的波長為約1570奈米至200奈米，但較佳為540奈米至250奈米。在一實施例中，雷射和對應光學系統於工作表面提供約3微米至15微米的焦點，但較佳為約5微米至10微米。
工作表面的空間光束分佈可為單模(高斯)或具有 塑形高帽分佈。在一實施例中，雷射源的脈波重複率為約200千赫(kHz)至10兆赫(MHz)，但較佳為約500kHz至5MHz。在一實施例中，雷射源於工作表面輸送的脈衝能量為0.5微焦耳(μJ)至100μJ，但較佳為約1μJ至5μJ。在一實施例中，雷射劃線製程以約500毫米/秒至5公尺/秒的速度沿著工件表面進行，但較佳為約600毫米/秒至2公尺/秒。
劃線製程可只在單次通過或多次通過時進行，但在一實施例中，較佳為通過1至2次。在一實施例中，工件中的劃線深度為約5微米至50微米深，較佳為約10微米至20微米深。可按特定脈波重複率以一連串單一脈衝或一連串脈衝猝發來施加雷射。在一實施例中，產生的雷射光束切口寬度為約2微米至15微米，但在矽晶圓劃線/切割中，於裝置/矽界面測量的切口寬度較佳為約6微米至10微米。
可選擇雷射參數以獲得益處和優勢，例如在直接剝離無機介電質前，提供夠大的雷射強度來達成離子化無機介電質(例如二氧化矽)，及使下層破壞引起的脫層和碎片減至最少。又，可選擇參數以利用精確控制的剝離寬度(例如切口寬度)和深度，提供工業應用有意義的製程產量。如上所述，飛秒基雷射遠比皮秒基和奈秒基雷射剝離製程適合提供此優勢。然即使在飛秒基雷射剝離光譜中，某些波長可能提供較其他波長佳的性能。例如，在一實施例中，波長接近或為UV範圍的飛秒基雷射製程提供比波長接近或為IR範圍的飛秒基雷射製程還乾淨的剝離製程。在此一特定實施例中，適合半導體晶圓或基板劃線的飛秒基雷射製程係以波長 約小於或等於540奈米的雷射為基礎。在此一特定實施例中，採用約小於或等於400飛秒的雷射脈衝，雷射波長約小於或等於540奈米。然在一替代實施例中，採用雙雷射波長(例如結合IR雷射和UV雷射)。
參照流程圖100的操作106和對應第2C圖，經由圖案化遮罩208的間隙210蝕刻半導體晶圓204，以形成單粒化積體電路206。根據本發明一實施例，如第2C圖所示，蝕刻半導體晶圓204包括蝕刻以雷射劃線製程所形成的溝槽212，以最終完全蝕穿半導體晶圓204。
在一實施例中，蝕刻半導體晶圓204包括利用電漿蝕刻製程。在一實施例中，採行穿矽通孔型蝕刻製程。例如，在一特定實施例中，半導體晶圓204材料的蝕刻速率大於25微米/分鐘。極高密度電漿源可用於晶粒單粒化製程的電漿蝕刻部分。適於進行電漿蝕刻製程的處理腔室一例為取自美國加州Sunnyvale的應用材料公司的Applied Centura® SilviaTM蝕刻系統。Applied Centura® SilviaTM蝕刻系統結合電容與感應射頻(RF)耦合，此比僅利用電容耦合更能個別控制離子密度和離子能量，即使有磁性增強改善亦然。此結合能有效使離子密度和離子能量去耦合，即使在很低的壓力下，也可達到相當高密度的電漿，又無可能有害的高DC偏壓位準。此將造成異常寬廣的製程視窗。然可採用任何能蝕刻矽的電漿蝕刻腔室。在一示例性實施例中，深矽蝕刻用於以比習知矽蝕刻速率快約40%的蝕刻速率蝕刻單晶矽基板或晶圓404，同時維持實質精確的輪廓控制和實際無扇形扭曲(scallop-free) 的側壁。在一特定實施例中，採行穿矽通孔型蝕刻製程。蝕刻製程係以反應氣體產生的電漿為基礎，反應氣體通常係氟系氣體，例如SF6、C4F8、CHF3、XeF2或任何能以較快蝕刻速率蝕刻矽的其他反應氣體。
再次參照第2C圖，單粒化積體電路206仍耦接UV-可硬化黏著膜214。參照流程圖100的操作108和詳述於後的第4A圖至第4K圖，以UV光照射UV-可硬化黏著膜214，以削弱UV-可硬化黏著膜214的黏著性。接著，參照流程圖100的操作110和同樣詳述於後的第4A圖至第4K圖，自UV-可硬化黏著膜214取下單粒化積體電路206。在一實施例中，在單粒化製程的雷射劃線及電漿蝕刻部分後，移除圖案化遮罩208，此亦如第2C圖所示。然圖案化遮罩208可在UV照射UV-可硬化黏著膜214之前、期間或之後移除，此將參照第4A圖至第4K圖詳述於後。
故再次參照流程圖100和第2A圖至第2C圖，晶圓切割可藉由最初雷射剝穿遮罩、通過晶圓切割道(包括金屬化層)並部分進入矽基板而進行。雷射脈寬可選在飛秒範圍。接著進行後續穿矽深電漿蝕刻，以完成晶粒單粒化。另外，利用UV光曝照來削弱UV-可硬化黏著膜214，以提供單粒化積體電路。根據本發明一實施例，用於切割的材料堆疊特例將參照第4A圖至第4K圖描述於後。
參照第4A圖，處置晶圓以用於雷射劃線及電漿蝕刻的方法包括提供裝置晶圓400，裝置晶圓400具有作用側402和背側404。如第4B圖所示，裝置晶圓400經由背側404 裝設在UV-可硬化黏著膜406上。參照第4C圖，裝置晶圓400接著經由UV-可硬化黏著膜406裝設在承載基板408上。
在一實施例中，UV-可硬化黏著膜係包括承載膜置於二黏著層間的雙面帶。在此一實施例中，承載膜由聚氯乙烯組成，二黏著層為丙烯酸系黏著層。在一實施例中，UV-可硬化黏著膜由一旦曝照UV光，黏著性即削弱的材料或材料堆疊組成。在一實施例中，UV-可硬化黏著膜係感受約365nm的UV光。在此一實施例中，此感受性能使用LED光來進行硬化。
參照第4D圖，利用如旋塗光阻或其他材料至作用側402上，以將遮罩410置於裝置晶圓400的作用側402上。如第4E圖所示，接著利用雷射劃線製程來圖案化遮罩410和部分裝置晶圓400，以提供刻劃線412而露出部分裝置晶圓400。參照第4F圖，把遮罩410放在適當位置，接著利用電漿蝕刻製程，蝕穿刻劃線412露出的部分裝置晶圓400至UV-可硬化黏著膜406。裝置晶圓400的個別化部分414(例如414A、414B)由間隙416隔開，此亦如第4F圖所示。
參照第4G圖，移除遮罩410，以露出裝置晶圓400的新個別化部分414A、414B的作用側402。如第4H圖所示，接著將保護層418(例如保護帶)塗鋪於作用側402，包括覆蓋間隙416上面。參照第4I圖，移除UV-可硬化黏著膜406和承載基板408，以露出裝置晶圓400的新個別化部分414A、414B的背側404。
在一實施例中，以UV光照射UV-可硬化黏著膜包 括使UV-可硬化黏著膜的黏著性減低至少約90%。在一實施例中，承載基板408對UV光具透光性。以UV光照射UV-可硬化黏著膜包括照射通過承載基板而至UV-可硬化黏著膜。在此一實施例中，透明基板係玻璃基板。
參照第4I圖，裝置晶圓400的個別化部分414A、414B經由背側404附接至切割框422的帶層420。接著參照第4K圖，移除保護層418(如第4J圖所示)，以露出個別化部分414A、414B的作用側402，此例如現為切割框422的帶層420支撐的個別化晶粒。在一實施例中，保護層418亦為UV-可硬化，並可在和用於照射UV-可硬化黏著膜406一樣或不同的UV照射操作中移除或削弱。在此階段，個別晶粒可供個別選擇或自切割框422的帶層420拾取。在一實施例中，自帶層420移除單粒化積體電路供封裝用。
故根據本發明一實施例，將UV-可硬化黏著膜塗鋪於裝置晶圓供單粒化用。將UV-可硬化黏著膜附接膜塗鋪於承載帶或承載晶圓上。在雷射劃線與後續矽蝕刻製程後，單粒化晶粒，同時露出沿著晶圓切割道的部分UV-可硬化黏著膜。在一實施例中，接著以UV光照射UV-可硬化黏著膜後，即自UV-可硬化黏著膜釋開單粒化裝置晶圓。
再次參照第2A圖至第2C圖，寬度約10微米或更小的切割道207可隔開複數個積體電路206。至少部分因嚴格控制雷射分佈所致，使用飛秒基雷射劃線方式能獲得如此緊密的積體電路佈局。然應理解即使飛秒基雷射劃線製程能達成，並非總是期切割道寬度縮減至小於10微米。例如，一些 應用需有至少40微米的切割道寬度，以於隔開積體電路的切割道中製造仿真或測試裝置。在一實施例中，複數個積體電路206可依非限定或自由佈局形式排列在半導體晶圓或基板204上。
單一製程工具可配置以進行混合式雷射剝離與電漿蝕刻單粒化製程中的許多或所有操作，混合式製程包括使用UV-可硬化黏著膜。例如，第5圖為根據本發明一實施例，用於雷射與電漿切割晶圓或基板的工具佈局方塊圖。
參照第5圖，製程工具500包括工作介面(FI)502，工作介面502具有複數個負載鎖定室504與之耦接。叢集工具506耦接工作介面502。叢集工具506包括電漿蝕刻腔室508。雷射劃線設備510亦耦接至工作介面502。在一實施例中，如第5圖所示，製程工具500的整體佔地面積為約3500毫米(3.5公尺)×約3800毫米(3.8公尺)。
在一實施例中，雷射劃線設備510內放置雷射。在此一實施例中，雷射係飛秒基雷射。雷射適於進行混合式雷射與蝕刻單粒化製程的雷射剝離部分，包括使用遮罩，例如上述雷射剝離製程。在一實施例中，雷射劃線設備500亦包括移動平臺，移動平臺配置以相對雷射移動晶圓或基板(或平臺的載具)。在一特定實施例中，雷射亦可移動。在一實施例中，如第5圖所示，雷射劃線設備1210的整體佔地面積為約2240毫米×約1270毫米。
在一實施例中，電漿蝕刻腔室508配置以經由圖案化遮罩中的間隙蝕刻晶圓或基板，以單粒化複數個積體電 路。在此一實施例中，電漿蝕刻腔室508配置以進行深矽蝕刻製程。在一特定實施例中，電漿蝕刻腔室508係取自美國加州Sunnyvale的應用材料公司的Applied Centura® SilviaTM蝕刻系統。電漿蝕刻腔室508可特別設計用於深矽蝕刻，以製造位於單晶矽基板或晶圓上或內的單粒化積體電路。在一實施例中，電漿蝕刻腔室508包括高密度電漿源，以促進高矽蝕刻速率。在一實施例中，製程工具500的叢集工具506部分包括超過一個電漿蝕刻腔室，以使單粒化或切割製程達高製造產量。
工作介面502可為適合的大氣埠，以接合具有雷射劃線設備510的外側製造設施和叢集工具506。工作介面502可包括具有手臂或葉片的機器人，以將晶圓(或工作介面的載具)從儲放單元(例如前開式晶圓盒)傳送到叢集工具506或雷射劃線設備510或二者。
叢集工具506可包括其他適合執行單粒化方法中的功能的腔室。例如，在一實施例中，可包括沉積腔室512來代替附加蝕刻腔室。沉積腔室512可配置以在雷射劃線晶圓或基板前，沉積遮罩至晶圓或基板的裝置層上或上方。在此一實施例中，沉積腔室512適於沉積光阻層。
在一實施例中，包括例如包括UV光源的紫外線(UV)照射站514，以削弱UV-可硬化黏著膜。在此一實施例中，UV照射站配置使UV-可硬化黏著膜的黏著性減低至少約90%。在一實施例中，亦包括測量站做為製程工具500的部件。
本發明的實施例可提供做為電腦程式產品或軟體，電腦程式產品可包括內含儲存指令的機器可讀取媒體，用以程式化電腦系統(或其他電子裝置)而進行根據本發明實施例的製程。在一實施例中，電腦系統耦接第5圖所述製程工具1200。機器可讀取媒體包括任何用來儲存或傳遞機器(例如電腦)可讀取形式資訊的機構。例如，機器可讀取(例如電腦可讀取)媒體包括機器(例如電腦)可讀取儲存媒體(例如唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、磁碟儲存媒體、光學儲存媒體、快閃記憶裝置等)、機器(例如電腦)可讀取傳輸媒體(電子、光學、聲音或其他形式的傳播訊號(例如紅外線訊號、數位訊號等))等。
第6圖為示例性電腦系統600的機器示意圖，電腦系統600可執行指令集，以促使機器進行本文所述任一或更多方法。在替代實施例中，機器可連接(例如網路聯結)至區域網路(LAN)、企業內部網路、企業外部網路或網際網路中的其他機器。機器可由主從網路環境中的伺服器或客戶機操作，或當作同級間(或分散式)網路環境中的同級點機器。機器可為個人電腦(PC)、平板PC、機上盒(STB)、個人數位助理(PDA)、手機、網路設備、伺服器、網路路由器、交換機或橋接器，或任何能(循序或按其他方式)執行指令集的機器，指令集指定機器執行動作。另外，雖然只圖示單一機器，但「機器」一詞亦應視同包括任何機器(例如電腦)的集合，該等機器個別或共同執行一組(或多組)指令，以進行本文所述任一或更多方法。
示例性電腦系統600包括處理器602、主記憶體604(例如唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體、諸如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)等動態隨機存取記憶體(DRAM))、靜態記憶體606(例如快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體(SRAM)等)和次記憶體618(例如資料儲存裝置)，處理器602、記憶體604、606、618透過匯流排630互相通信連接。
處理器602代表一或更多通用處理裝置，例如微處理器、中央處理單元等。更特別地，處理器602可為複雜指令集運算(CISC)微處理器、精簡指令集運算(RISC)微處理器、超長指令字組(VLIW)微處理器、實施其他指令集的處理器或實施指令集組合的處理器。處理器602亦可為一或更多特殊用途處理裝置，例如特定功能積體電路(ASIC)、場可程式閘陣列(FPGA)、數位訊號處理器(DSP)、網路處理器等。處理器602配置以執行處理邏輯626，以進行本文所述操作。
電腦系統600可進一步包括網路介面裝置608。電腦系統600亦可包括視訊顯示單元610(例如液晶顯示器(LCD)、發光二極體顯示器(LED)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)和訊號產生裝置616(例如揚聲器)。
次記憶體618可包括機器可存取儲存媒體(或更特定言之為電腦可讀取儲存媒體)631，機器可存取儲存媒體631儲存收錄所述任一或更多方法或功能的一或更多組指令(例 如軟體622)。軟體622亦可完全或至少部分常駐在主記憶體604及/或處理器602內，電腦系統600執行軟體622時，主記憶體604和處理器602亦構成機器可讀取儲存媒體。軟體622可進一步透過網路介面裝置608在網路620上傳送或接收。
雖然在一示例性實施例中，機器可存取儲存媒體631係顯示為單一媒體，但「機器可讀取儲存媒體」一詞應視同包括單一媒體或多個媒體(例如集中式或分散式資料庫及/或相關高速緩衝儲存器和伺服器)，用以儲存一或更多組指令。「機器可讀取儲存媒體」一詞亦應視同包括任何能儲存或編碼機器執行的指令集而使機器進行本發明之任一或更多方法的媒體。因此，「機器可讀取儲存媒體」一詞宜視同包括固態記憶體和光學與磁性媒體，但不以此為限。
根據本發明一實施例，機器可存取儲存媒體具有儲存指令，用以促使資料處理系統進行切割具有複數個積體電路的半導體晶圓的方法。方法包括以下步驟：形成遮罩於半導體晶圓上。半導體晶圓利用UV-可硬化黏著膜耦接至承載基板。遮罩覆蓋及保護積體電路。以雷射劃線製程圖案化遮罩，以提供具有間隙的圖案化遮罩。圖案化露出積體電路間的半導體晶圓區域。接著經由圖案化遮罩的間隙蝕刻半導體晶圓，以形成單粒化積體電路。接著以紫外(UV)光照射UV-可硬化黏著膜。接著自承載基板取下單粒化積體電路。
故揭示使用UV-可硬化黏著膜的雷射及電漿蝕刻晶圓切割。根據本發明一實施例，方法包括以下步驟：形成遮 罩於半導體晶圓上。半導體晶圓利用UV-可硬化黏著膜耦接至承載基板。遮罩覆蓋及保護積體電路。以雷射劃線製程圖案化遮罩，以提供具有間隙的圖案化遮罩。圖案化露出積體電路間的半導體晶圓區域。接著經由圖案化遮罩的間隙蝕刻半導體晶圓，以形成單粒化積體電路。接著以紫外(UV)光照射UV-可硬化黏著膜。接著自承載基板取下單粒化積體電路。在一實施例中，以UV光照射UV-可硬化黏著膜包含使UV-可硬化黏著膜的黏著性減低至少約90%。
100‧‧‧流程圖
102、104、106、108、110‧‧‧操作

Claims (21)

  1. 一種切割一半導體晶圓的方法，該半導體晶圓包含複數個積體電路，該方法包含以下步驟：形成一遮罩於該半導體晶圓上，該半導體晶圓利用一UV-可硬化黏著膜耦接至一承載基板，該遮罩覆蓋及保護該等積體電路；以一雷射劃線製程圖案化該遮罩，以提供具有多個間隙的一圖案化遮罩，而露出該等積體電路間該半導體晶圓的多個區域；經由該圖案化遮罩的該等間隙蝕刻該半導體晶圓，以形成多個單粒化積體電路；以紫外(UV)光照射該UV-可硬化黏著膜；及自該承載基板取下該等單粒化積體電路。
  2. 如請求項1所述之方法，其中以UV光照射該UV-可硬化黏著膜之步驟包含以下步驟：使該UV-可硬化黏著膜的一黏著性減低至少約90%。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該承載基板對UV光具透光性，以UV光照射該UV-可硬化黏著膜之步驟包含以下步驟：照射通過該承載基板而至該UV-可硬化黏著膜。
  4. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：在蝕刻該半導體晶圓後及在照射該UV-可硬化黏著膜 前，移除該遮罩。
  5. 如請求項4所述之方法，進一步包含以下步驟：在移除該遮罩後及在照射該UV-可硬化黏著膜前，塗鋪一保護層至該等單粒化積體電路。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該UV-可硬化黏著膜係一雙面帶，該雙面帶包含一承載膜置於二黏著層之間。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該承載膜包含聚氯乙烯，該二黏著層係丙烯酸系黏著層。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該半導體晶圓的一厚度為約100微米至600微米。
  9. 如請求項1所述之方法，其中以該雷射劃線製程圖案化該遮罩之步驟包含以下步驟：利用一飛秒基雷射劃線製程來圖案化，且經由該圖案化遮罩的該等間隙蝕刻該半導體晶圓之步驟包含以下步驟：使用一高密度電漿蝕刻製程。
  10. 一種用於切割一半導體晶圓的系統，該半導體晶圓包含複數個積體電路，該系統包含：一工作介面；一雷射劃線設備，該雷射劃線設備耦接該工作介面； 一電漿蝕刻腔室，該電漿蝕刻腔室耦接該工作介面；及一紫外(UV)照射站，該UV照射站耦接該工作介面，該UV照射站配置以削弱一UV-可硬化黏著膜。
  11. 如請求項10所述之系統，其中該UV照射站配置使該UV-可硬化黏著膜的一黏著性減低至少約90%。
  12. 一種切割一半導體晶圓的方法，該半導體晶圓包含複數個積體電路，該方法包含以下步驟：形成一遮罩於一矽基板上，該矽基板利用一UV-可硬化黏著膜耦接至一承載基板，該遮罩覆蓋及保護置於該矽基板上的多個積體電路，該等積體電路包含一二氧化矽層，該二氧化矽層置於一低介電常數(K)材料層和一銅層上；以一雷射劃線製程圖案化該遮罩、該二氧化矽層、該低K材料層和該銅層，以露出該等積體電路間該矽基板的多個區域；經由該等露出區域蝕刻該矽基板，以形成多個單粒化積體電路；以紫外(UV)光照射該UV-可硬化黏著膜；及自該承載基板取下該等單粒化積體電路。
  13. 如請求項12所述之方法，其中以UV光照射該UV-可硬化黏著膜之步驟包含以下步驟：使該UV-可硬化黏著膜的一黏著性減低至少約90%。
  14. 如請求項12所述之方法，其中該承載基板對UV光具透光性，以UV光照射該UV-可硬化黏著膜之步驟包含以下步驟：照射通過該承載基板而至該UV-可硬化黏著膜。
  15. 如請求項12所述之方法，進一步包含以下步驟：在蝕刻該矽基板後及在照射該UV-可硬化黏著膜前，移除該遮罩。
  16. 如請求項15所述之方法，進一步包含以下步驟：在移除該遮罩後及在照射該UV-可硬化黏著膜前，塗鋪一保護層至該等單粒化積體電路。
  17. 如請求項12所述之方法，其中該UV-可硬化黏著膜係一雙面帶，該雙面帶包含一承載膜置於二黏著層之間。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該承載膜包含聚氯乙烯，該二黏著層係丙烯酸系黏著層。
  19. 如請求項12所述之方法，其中該矽基板的一厚度為約100微米至600微米。
  20. 如請求項12所述之方法，其中以該雷射劃線製程圖案化該遮罩、該二氧化矽層、該低K材料層和該銅層之步驟包含 以下步驟：利用一飛秒基雷射劃線製程來圖案化，且經由該等露出區域蝕刻該矽基板之步驟包含以下步驟：使用一高密度電漿蝕刻製程。
  21. 如請求項12所述之方法，其中以該雷射劃線製程圖案化該遮罩、該二氧化矽層、該低K材料層和該銅層之步驟包含以下步驟：在剝離該二氧化矽層前，剝離該遮罩，及在剝離該低K材料層和該銅層前，剝離該二氧化矽層。
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