TWI300960B - Method of cutting and machining a silicon wafer - Google Patents

Description

1300960 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種矽晶圓之切割與加工方法，其特 別有關於一種利用二氧化碳雷射切割與加工矽晶圓之方 法0 【先前技術】 • 隨著高科技產業的發展，硬脆材料的應用亦趨廣泛， 尤其是在光電、半導體、資訊電子等領域，更是常以矽晶 圓作為電子元件之材料，但是矽晶圓高硬度、高脆性之= 性，對其在切割加工上造成一些困難，因此，針對矽晶^ 切割加工技術之研究係一目前不可或缺的課題。 於傳統之矽晶圓切割加工方法中，依加工機制的不 同，主要可區分為接觸式與非接觸式二種加工方式。接觸 式加工，係透過金剛石刀具或鑽石輪刀直接對矽晶圓表面 • 進行切割。由於矽晶圓材質硬脆，切割條件參數，如：施 力大小、切割速度、進刀深度、切割角度等，皆需控制適 宜，否則矽晶圓表面極易產生裂片及裂痕。第i圖所示， 其减示為金鋼石及鑽石刀具切割石夕晶圓形貌之示意圖；其 中虛線顯示為欲切割之路徑，箭號為施力方向，而實線為 實際之切割結果。於切割矽晶圓時，當刀具施力方向不準 時’極易造成切割方向彎曲（第lb圖）；而當施力大小或 切割速度不均時，則易導致不規則裂痕的產生（第lc

5 CKU-P060035-TW 1300960 圖。針重t前述之缺點，雖可以雙切割方式克服，即利用一 切割（步進切割）的組合，先進行第一道淺切割，接著 再，行第二道的穿透切割，以減少碎裂程度。然而，步進 切副有許多缺點，如··切割過程需以二次取代一次切割，

⑧‘I產處明顯滅少，且第一道切割所使用之斜面刀具 仏格昂責，並須經常處理及更換，此皆會導致切割製程成 的提高。此外，利用接觸式切割矽晶圓不但切割速度 緩L、易傷手、加工精密度低，且受限於切割刀具裝置之 5又叶僅能進行直線圖案的切割，當遇特殊形狀之切割時， ^圓形、半月形等曲線形狀，矽晶圓產生裂縫及缺陷之 機率更是大幅增加；再者，於接觸式切割過程中所產生的 粕塵及碎片亦會汙染元件。因此，接觸式切割在加工精度 及細微化能力上已無法滿足產業界之需求。 而於非接觸式切割石夕晶圓之加工技術上，主要係使 用短波長之南能雷射光束’在極短時間内將雷射光束聚焦 於工作物表面，並同時釋放出能量。透過光化方式打斷二 料之鍵結’並配合掃瞄雷射光點或移動工作平台的方式來 達至丨所需之加工形狀，以達到光刻或切割之目的。傳統之 雷射光刻技術’主要係利用紫外光波段短波長或近紅外光 波長Nd : YAG雷射或準分子雷射來加工矽晶圓。如美國 專利第6,562,698號專利，係利用二不同波長之雷射光束 進行矽晶圓之切割’藉以改善接觸式單一切割之低良率及 步進切割之低產量。 由於，非接觸式切告’]具有高良率、高產量及無元件

CKU-P060035-TW 6 1300960 污染問題等優點；且雷射光束可依據需求而被用來切割所 有型式之圖案及形狀’包含複雜之曲線，較接觸式切割加 工更具彈性及多樣性’因此，於加卫精度及細微化能力要 求度尚之半導體產業多採用非接觸式切割矽晶圓。 -般而言’雷射的波長愈短，則成本愈高且功率愈 小，所以，由成本/雷射-功率的觀點來看，最好是使用能 夠提供所需結果的最長波長。然而，目前所使用之雷射光 束多為紫外光波段之短波長或近紅外光波長Nd YAG雷 射，其加工成本高；而低成本之遠紅外光波長二氧化碳雷 射因為稀石夕吸收，目前並無法利用於石夕晶圓之切割加工 上’如第2圖所示，係使用雷射波長1〇 6 _、功率蕭、 f描速度5.715 mm/sec之二氧化碳雷射於該石夕晶圓表面 =先刻100 :欠之結果。其結果顯示，該二氧化碳雷射光 ίΐί!透該矽晶圓’完全不被該石夕晶圓所吸收，並無法 應用於矽晶圓之切割加工上。 本之有必要提出—種高良率、高產量，且低成 本之切別技術’以改善前述之缺點。 【發明内容】 方法本轉目时於提供—㈣圓之切割與加工 優點，且可以降低石夕晶圓切割製程之成本良羊及同產里的 本發明之次要目的在於提供 工方法，苴可分t 1王/日日圓之切告!/與加 ，、依據光電元件之機構或功能性需求，對石夕晶

CKU-P060035-TW 7 1300960 • 圓進行直線或特殊形狀之切割加工。 • 為達前述之目的，本發明所揭示之一種矽晶圓之切 割與加工方法，其包含下列步驟：提供一雷射裝置，具有 一二氧化碳雷射光源；提供一承載基板，置於一支撐平台 上’其中該承载基板係為一玻璃基板或是一表面塗覆金屬 薄膜之基板；將矽晶圓固定於該玻璃基板之表面；以及將 二氧化碳雷射光源聚焦至該矽晶圓上，進行切割加工。 本發明之矽晶圓切割與加工方法，係利用一夾具固 • 定該矽晶圓及該承載基板，或是於該承載基板與該矽晶圓 相鄰之表面設置一可穿透二氧化碳雷射之黏著層，使該矽 晶圓與該基板能緊密貼合。 本發明之矽晶圓切割方法，其中該二氧化碳雷射光 源之聚焦處可位於該矽晶圓之上表面或是其内部，以進行 直線及不規則形狀之切割加工。 本發明另揭示一用於切割矽晶圓之裝置，其包含： 一=載基板，為具有預定厚度之玻璃基板或是表面塗覆金 籲 J薄膜之基板’用以承載—梦晶圓；—雷射光源，用以發 射一二氧化碳雷射光，其焦點係位於該承載基板上方，且 與該承載基板間之距離小於或等於該矽晶圓之厚度。 根據本發明之矽晶圓切割方法，利用二氧化碳雷射 對石夕晶圓進行切割加工，可有效快速地切割加工石夕晶圓， 進行直線或其他特殊形狀之切割，不但操作安全快速，且 5又備維護簡單’具有高良率、高精度及低成本等優點。 為讓本發明之上述何其他目的、特徵、和優點能更

CKU-P060Q35-TW 8 1300960 施例，並配合所附圖式， 明顯易懂’下文特舉數個較佳 作詳細說明如下。 【實施方式】 者及^同形式之實施例’但附圖所示 紘太^ ί 林發明可之較佳實關，並請了 以將本私^係考量為本發明之—範例，且並非意圖用 、2月：制於圖示及/或所描述之特定實施例中。 切曰^以第3圖:其顯示為本發明之二氧化礙雷射切割 曰曰:之加卫步驟不意^。本發明之石夕晶圓切割與加工方 法’其包含下列步驟： 步驟η，提供_雷射裝置(2)，具有—二氧 光源(21); 步驟12，提供一承载基板(25)，置於-支樓平台⑽ 之上，且該承載基板(25)係為—玻璃基板或—表面塗覆金 屬薄膜之基板； /其中’該表面塗覆金屬薄膜之基板(25)，其基板材質 係由-熱傳導係數低之材料所縣，可為玻璃基板、金屬氧 化物基板、陶变基板等，該金屬薄膜可選自於@、欽、絡、 鈕、鎳、鐵、銘、鈒、鶬、鉛、鋅、銅、銀、金等金屬所 組成之群組之-，該金屬薄膜之厚度介於1(M_奈米 (nm)之間；較佳地’該金屬薄膜係為铭、欽、絡、组、 錄、鐵、#、鈒、鶴、錯、鋅’膜厚介於30-80奈米之間。 步驟13，將一石夕晶圓⑽置於該承載基板(25)之表

CKU-P06003 5-TW 9 1300960 面； 其中，穩、定維持該石夕晶圓(24)於該承载基板(25)上之 手段」可利用二失具(圖中未示^或是於該承载基板(25) 表面設置-可穿透二氧化碳雷射的黏著層，使該石夕 (24)可緊密雜於該承载基板(25)上。於本發明之實= 中，較佳地，係利用一夾具來固定該石夕晶圓（24) 基板⑽，使二者能緊密貼合，以達到最佳之切割效果载 步驟14，以二氧化碳雷射切割該矽晶圓口句。藉由 • 讎二氧化碳雷射光之聚錢度，使該二氧化碳雷射光源 (21)聚焦至該矽晶圓（24)上，以進行切割加工；其中，該 二氧化碳雷射光源(21)之聚焦處可位於該矽晶圓（24)之上 表面或2其内部。其中，該二氧化碳雷射光源(21)之聚焦 位置可藉由一組位於該二氧化碳雷射光源(21)與該承载 基板(25)之間的折射鏡(22)與聚焦透鏡(23)進行調整，或 是利用調整該支撐平台（26)之Z轴方向以控制雷射聚焦 位置，亦可將釗述二種調整聚焦部位之方式合併使用。藉 _ 自調整適合之雷射加卫參數，> ··雷射源之能4、掃描次 數、切割次數等，並配合掃描雷射光點或移動工作平台的 方式’來達到所需之直線或不規則之切割加工形狀。 於本發明所揭示之一較佳之矽晶圓切割與加工方 法，係先將該矽晶圓（24)置於該承載基板(25)上，並利用 該夾具固定該矽晶圓（24)與該承載基板(25)，使二者能緊 密貼合。當該二氧化碳雷射光束聚焦於該矽晶圓（2句時， 藉由該石夕晶圓（24)底部所墊放之該玻璃基板(25)或塗覆金

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1300960 屬_之基板(25)降低熱擴散㈣賴能 乳化碳雷射光束之熱源能集中於該石夕晶圓㈣上， =效果°第4圖’其顯示為利用本發明所揭方法切割石夕晶 曰圓之不意圖··⑻為光刻前之情形；⑻為光刻進行初期，其 顯示僅有少量f射光會穿透過_晶圓(24)與該承载基板 (25) ’大部分熱能保留於财晶圓(24)與該承載基板购上 表面之間，二氧化碳雷射光於該矽晶圓（24)表面光刻出些 許深度；⑻工氧化碳雷射光刻進行後期，雷射光刻透整片 矽晶圓(24)。 於本發.明之一實施例中，利用本發明所揭示之方法， 於大氣中使用雷射波長1〇·6 μπι、功率30W、掃描速度 5.715 mm/sec之二氧化碳雷射，且無使用額外氣體或液體 輔助，直接於該石夕晶圓（24)來回直線光刻20次之結果，如 第5圖所示。由圖中可看出利用本發明之方法光刻該矽晶 圓（24)，不但該矽晶圓（24)之切割面平整、切割精度高，且 無不規則之裂痕、碎屑產生。 第6圖顯示為本發明之二氧化碳雷射切割矽晶圓之特 殊形狀加工結果·（a)該碎晶圓（24)「心型」加工後之組合 圖；（b)該石夕晶圓（24)「心型」加工後之分解圖。由圖中之 切割結果可知，本發明所揭之以二氧化碳雷射切割矽晶圓 之方法，可成功用於切割不規則形狀之該矽晶圓（24)，克 服接觸式切割法僅能進行直線切割的問題。 現請參照第7圖，其顯示為本發明之用以切割與加工 矽晶圓之雷射裝置示意圖。該雷射裝置(2)包含：一承載

11 CKU-P060035-TW 1300960 基板(26)，為具有預定厚度之玻璃基板，用以承載一矽晶 圓（25); —雷射光源(21)，用以發射一二氧化碳雷射光， 其焦點係位於該承載基板(25)上方，且與該承載基板(25) 間之距離小於或等於該矽晶圓（24)之厚度。其中，該玻璃 基板可由一表面塗覆金屬薄膜之基板所取代，且該基板上 之該金屬薄膜係位於該基板與該矽晶圓相鄰之表面。 八該雷射裝置(2)包含有一折射鏡(22)與一聚焦透鏡(23) ;1於該一氧化碳雷射光源(21)與該承载基板(25)之間，用 以調整該二氧化碳雷射絲(21)1纽置；此外，該雷 射，置(2)更可包含—支樓平台⑽，同樣係可用於調整該 二乳化碳雷射光源⑵)之聚焦位置。於本發明中之用以切 二夕：圓：宙射裝置(2)進一步更可包含一夾具(圖中未 :能緊 =晶圓(24)固定於該承载基綱上，使二 氧化碳雷射 低產率、低_ H 改#接赋_常見之 特殊形狀加全性、域刀具絲損，無法進行 設備維護不易等問題。，且可改唇非接觸式切割之高成本、 法可有效快速地切割矽:用本::之矽晶圓切割與加工方 精度、高安全性之加工杈供一高產率、高良率、高 本可大幅降低，可適:工：:’且其設備維護簡單’加工成 高之半導體產業。 、σ工精度及細微化能力要求度 雖然本發明 例揭示，然其並非用以

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限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作各種之更動與修改。如上述的解釋，都 可以作各型式的修正與變化，而不會破壞此發明的精神。 因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者 為準。

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【圖式簡單說明】 第1圖顯示為金鋼石及鑽石刀具切割矽晶圓形貌之示音 圖； 苐2圖颂示直接以二氧化石炭雷射切割石夕晶圓之結果圖； 第3圖顯示為本發明之二氧化碳雷射切割與加工矽晶 步驟示意圖； 示為利用本發明所揭方法切_㈣之示意圖； η丄為本發明之二氧化礙雷射切财晶圓之直線加 工結果 之二氧化碳雷射切割蝴之特殊形 、:果.⑻石夕晶圓「心型」加工後之組合 =員、型」加工後之分解圖；以及 第7圖顯示為本發明之用以切割力Π, 圖。 圖，（b)石夕 『工^夕晶圓之裝置示意 _ 【主要元件符號說明】 2雷射袭置 Μ二氧化碳雷射光源 22折射鏡 23聚焦透鏡 24矽晶圓 25承载基板 26支撐平台

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Claims (1)

1300960 十、申請專利範圍： • 1. 一種矽晶圓之切割與加工方法，其包含下列步驟： a_提供一雷射裝置，具有一二氧化碳雷射光源/ b·提供一玻璃基板，置於一支撐平台上； c.將石夕晶圓置於該玻璃基板之表面；以及 d·將該二氧化碳雷射光源聚焦至該石夕晶圓上，進行切判加 工方法，其 2·如申請專利範圍第1項所述之矽晶圓之切割與加 中該步驟c.更包含： 、

，供二夾具，用以固定該矽晶圓及該玻璃基板，使二者能緊 欲貼合。 y 之切割與加工方法，其 ’使該矽晶圓能緊密貼 3·如申請專利範圍第1項所述之石夕晶圓 中該玻璃基板之上表面具有一黏著層 附其上。 4·如申請專利範圍第3項所述之矽晶圓之切割與加工 豆 中雜著層係由-二氧化碳雷射可穿透之黏著材料所構成。 5·如，請，利範圍第！項所述之發晶圓之切割與加工方法，其 中該二氧化碳雷射光源之聚焦處係位於㈣晶圓之上表面二 6·=申請專繼®第1項所述之⑪晶目之切顺加卫方法，立 中該二氧化碳雷射光源之聚焦處係位於該矽晶圓之内部。八 7·如申請，利範圍第1項所述之矽晶圓之切割與加工方法，其 ^，一氧化石反雷射光源於該矽晶圓上，可進行直線及不規則 形狀之切割加工。 CKU-P060035-TW 15 I3〇〇96q 丨.ΐΐϊΐϊ?圍第1項所述矽晶圓之切割與加工方法，复中 聚焦ί鏡介於該二氧化碳雷射光源ί 置。載土板之間’用以调整該二氧化碳雷射光源之聚焦位 9.- 矽μ圓之切割與加工方法，其包含下列步驟： ha· ίί—ΐ射裝置，具有™二氧化碳雷射光源； 棱供一表面塗覆金屬薄膜之基板，置於-支標平台之 將石夕晶圓固定於該基板之金屬薄膜表面；以及 將該二氧化碳雷射光源聚焦至該石夕晶圓上，進行切割加 1〇' ti ί! ^ * r為i屬厚族係選自於紹、欽、絡、知 鶴，、鋅、銅、銀、金所組成之…鐵，、飢、 η· 圍第9項所述之矽晶圓之切割與加工方法，豆 C溥膜係為鋁、鈦、鉻、钽、鎳、鐵、鈷、釩、鎢: 12. ί1ίίί範圍第9所述之石夕晶圓之切割與加工方法，t中 該孟屬涛馭之厚度介於10-1000奈米之間。 ，、 13. 圍第9項所述之彻之切割與加工方法，其 丫通至屬 >專馭之厚度介於30_80奈米之間。 14. 如申請專利範圍第9項所述之發晶圓之切割與加工方法，其 CKU-P060035-TW 16 1300960 中該基板係由一熱傳導係數低之材料所構成。 15.如申請專利範圍第9項所述之石夕晶圓之切割與加工方法，其 中該基板係選自於玻璃基板、金屬氧化物基板、陶瓷基 板之一。 ^ 項所述之侧之切割與加工方法，其

17. 如申請專娜圍第9項所述之抑日圓之切割與加卫方法，其 中該二氧化碳雷射光源之聚焦處係位於該石夕晶圓之上表面。 18. 如，請專利範圍第9項所述之;^晶圓之切割與加工方法，其 中該二氧化碳雷射光源之聚焦處係位於财晶圓之内部/ 19. 如，，，利範圍第9項所述之砍晶圓之切割與加卫方法，其 中，二氧化碳雷射光源於财晶圓上，可進行直線及不規貝;J

形狀之切割加工。 20·如申請專利範圍第9項所述石夕晶圓之切割與加工方法，其中 置包含有—聚焦透鏡介於該二氧化碳雷射光源與 ^承载基板之間，用以調整該二氧化碳#射规之聚焦位 置。 21·-翻以切割與加卫石夕晶圓之裝置，包含有：承载基板’為具有欺厚度之玻縣板，賴承載一石夕 圓 晶 17 CKU-P060035-TW 1300960 承ΐϋί方用rf射—二氧化碳雷射光，其焦點係位於該 圓之厚度。方與該承载基板間之距離小於或等於該石夕晶 min21項所述肋切割與加工石夕晶圓之裝 代，板可由一表面塗覆金屬薄膜之基板所取 屬溥膜係位於該基板與該矽晶圓相鄰之表面。 23· ΐ申項所述之用以切割與加工石夕晶圓之裝 钻、鈒、鎢、錯、鋅、銅、銀、金所組成之群上一鐵 mm項所述之用以切割與加工石夕晶圓之裝 基板:使二能緊;^具日日日圓及該承載 25· ^!;ff^24 0衣置，/、中忒衣置另包含有一聚焦透 ;=ϊ該承載基板之間’用以調整該二二: CKU-P060035-TW 18