多步驟和非對稱塑形的激光束劃線的制作方法

多步驟和非對稱塑形的激光束劃線的制作方法
【專利摘要】提供了藉由激光劃線和等離子體蝕刻二者分割基板的方法。一種方法包括：激光剝蝕材料層；以第一輻照度和后續的第二輻照度進行剝蝕，第二輻照度低于第一輻照度。可利用經調整而具有不同通量水平的射束的多重進程、或具有各種通量水平的多重激光束，在第一通量水平下剝蝕掩模和IC層以暴露基板，并且接著在第二通量水平下自溝槽底部清除再沉積的材料。一種利用分束器的激光劃線裝置可自單一激光提供具有不同通量的第一和第二射束。
【專利說明】多步驟和非對稱塑形的激光束劃線
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請為名稱為“多步驟和非對稱塑形的激光束劃線(Mult1-step andAsymmetrically Shaped Laser Beam Scribing)” 且在 2011 年 6 月 15 日提交的美國專利申請第13/160，822號的部分繼續申請，所述美國專利申請的全部內容出于所有的目的以全文方式并入本文。
【技術領域】
[0003]本發明的實施例涉及半導體處理的領域，具體涉及用于分割(dice)基板的方法，每一基板上具有集成電路(1C)。
【背景技術】
[0004]在半導體基板處理中，在典型由硅或其它半導體材料組成的基板(也被稱作晶圓)上形成1C。通常，利用半導性、導電性或絕緣性的各種材料的薄膜層來形成1C。使用各種熟知工藝來摻雜、沉積并蝕刻這些材料，以在相同的基板上同時形成平行的多個1C，諸如存儲器器件、邏輯器件、光伏器件等。
[0005]在器件形成之后，將基板安置在支撐構件(諸如跨越膜框架而展開的黏著膜)上，并“分割”基板以將每一單獨的器件或“管芯(die)”彼此分離，以進行封裝等。目前，兩種最普及的分割技術為劃線和鋸切(sawing)。就劃線而言，沿著預先形成的劃線越過基板表面移動鉆石尖頭劃線器。在諸如以滾軸施加壓力之后，基板沿著所述劃線分開。就鋸切而言，鉆石尖頭鋸沿著切割道(street)切割基板。就薄基板單片化而言，諸如小于150微米(μ m)厚的主體硅單片化，常規方法僅產生不良的工藝質量。自薄基板單片化管芯時可能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、保持嚴格的切口寬度(kerf width)控制或精確的剝蝕深度控制。
[0006]盡管也考慮等離子體分割，但是用于圖案化抗蝕劑的標準光刻操作可能使實施成本過高。可能阻礙實施等離子體分割的另一局限為，對在沿切割道分割中的常見互連金屬(例如，銅)的等離子體處理可造成生產問題或產量限制。最后，等離子體分割工藝的遮蔽可能有問題，尤其是取決于基板的厚度和頂表面形貌、等離子體蝕刻的選擇性、以及存在于基板的頂表面上的材料等的問題。

【發明內容】

[0007]本發明的實施例包括激光劃線基板的方法。在示范性實施例中，實施所述激光劃線作為混合式分割工藝中的第一操作，所述混合式分割工藝包括激光劃線和等離子體蝕刻二者。
[0008]在一個實施例中，分割具有多個IC的半導體基板的方法包括:接收經遮蔽的半導體基板；掩模覆蓋并保護基板上的1C。藉由將基板上的一點暴露至增強的輻照度，沿著介于IC之間的切割道來剝蝕經遮蔽的基板。在一個實施例中，通過暴露至具有第一輻照度(光學強度)的電磁輻射來剝蝕切割道中的掩模厚度的至少一部分，以提供具有間隙或溝槽的經圖案化掩模。接著通過暴露至具有第二輻照度的電磁輻射，剝蝕設置在掩模下方的薄膜器件層疊層的至少一部分，以暴露出介于IC之間的基板的區域。接著，例如藉由隨著經圖案化掩模中的溝槽等離子體蝕刻穿過經暴露的基板，將IC單片化(Singulate)為芯片。
[0009]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臺上的激光劃線模塊和等離子體蝕刻腔室。激光劃線模塊用以對基板反復劃線，并且等離子體腔室用以蝕刻穿過基板并單片化IC芯片。激光劃線模塊可包括多重激光、多進程控制器或射束塑形器中的一個或多個，以經由暴露至多個光學強度來對基板劃線。
[0010]在另一實施例中，分割具有多個IC的基板的方法包括:接收經遮蔽的硅基板。IC包括銅凸塊化的頂表面，所述頂表面具有諸如聚酰亞胺(PI)之類的鈍化層所圍繞的凸塊。凸塊和鈍化物下方的次表面薄膜包括低K層間介電(ILD)層和銅互連層，整組層包含器件膜層疊層。藉由一個或多個連續的激光輻射步驟，飛秒激光通過輻射來剝蝕溝槽的預定圖案進入膜層疊層，并藉由第二輻照度進入設置在掩模下方的薄膜IC疊層，以暴露基板的一部分，并且所述飛秒激光可能進一步剝蝕溝槽的預定圖案進入相同的基板，使得在溝槽底部有足夠少量的殘留膜層疊層余留在基板上。剝蝕以第一輻照度以及后續的第二輻照度進行，第二輻照度大于、小于、或者基本上等于第一輻照度。可藉由改變輻照度來額外減小或增加切口寬度。在等離子體蝕刻腔室中進行等離子體蝕刻，以額外移除位于被移除的膜層疊層下方的基板材料，以自單一基板單片化各個1C。接著藉由諸如溶劑清洗或干式等離子體清潔之類的合適的方法移除任何余留的掩模材料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]本發明的實施例以示例而非限制的方式繪示在附圖中，其中:圖1為繪示根據本發明的一個實施例的混合式激光剝蝕-等離子體蝕刻單片化方法的流程圖，所述混合式激光剝蝕-等離子體蝕刻單片化方法具有以第一輻照度以及后續的第二輻照度所執行的激光劃線工藝；
[0012]圖2A為繪示根據本發明的一個實施例的可在圖1中利用的激光劃線工藝的流程圖；
[0013]圖2B為繪示根據本發明的一個實施例的可在圖1中利用的激光劃線工藝的流程圖；
[0014]圖2C為繪示根據本發明的一個實施例的可在圖1中利用的激光劃線工藝的流程圖；
[0015]圖3A為根據本發明的一個實施例的用于激光劃線工藝的輻照度隨著時間改變的圖表；
[0016]圖3B為根據本發明的一個實施例的用于單一進程激光劃線工藝的非對稱激光束的空間輪廓的圖表；
[0017]圖3C為根據本發明的一個實施例的用于多進程激光劃線工藝的激光束的空間輪廓的圖表；
[0018]圖4A繪示根據本發明的一個實施例的與圖1所繪示的分割方法的操作101相對應的基板的剖面圖，所述基板包括多個IC ；[0019]圖4B繪示根據本發明的一個實施例的與圖1所繪示的分割方法的操作103相對應的基板的剖面圖，所述基板包括多個IC ；
[0020]圖4C繪示根據本發明的一個實施例的與圖1所繪示的分割方法的操作104相對應的基板的剖面圖，所述基板包括多個IC ；
[0021]圖4D繪示根據本發明的一個實施例的與圖1所繪示的分割方法的操作105相對應的半導體基板的剖面圖，所述半導體基板包括多個IC ；
[0022]圖5繪示根據本發明的實施例的藉由激光剝蝕和等離子體蝕刻的掩模以及薄膜器件層疊層的放大剖面圖；
[0023]圖6A繪示根據本發明的一個實施例的用于基板的激光和等離子體分割的整合式平臺布局的方塊圖；以及
[0024]圖6B繪示根據本發明的一個實施例的用于激光劃線的激光劃線模塊的方塊圖；
[0025]圖7繪示根據本發明的一個實施例的示范性計算機系統的方塊圖，所述計算機系統控制本文所述的激光劃線方法中的一個或多個操作的自動化動作；圖8A為繪示根據本發明的一個實施例的混合式激光剝蝕-等離子體蝕刻單片化方法的流程圖，所述混合式激光剝蝕-等離子體蝕刻單片化方法具有以第一輻照度以及后續的第二輻照度所執行的激光劃線工藝，第二輻照度低于第一輻照度；
[0026]圖8B、8C和8D繪示根據本發明的一個實施例的與圖8A所繪示的分割方法的操作相對應的基板的剖面圖；
[0027]圖9A為繪示根據本發明的一個實施例的混合式激光剝蝕-等離子體蝕刻單片化方法的流程圖，所述混合式激光剝蝕-等離子體蝕刻單片化方法具有以第一輻照度以及后續的第二輻照度所執行的分裂射束激光劃線工藝；
[0028]圖9B繪示根據本發明的一個實施例的用于分裂射束激光劃線的激光劃線模塊的示意圖；以及
[0029]圖10繪示根據本發明的一個實施例的分束器的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]描述了分割基板的方法，每一基板上具有多個1C。在以下的描述中，為了描述本發明的示范性實施例，提出了諸多特定細節，諸如飛秒激光劃線和深度硅等離子體蝕刻條件。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，在沒有這些特定細節的情況下，也能實施本發明的實施例。在其它實例中，未詳細描述熟知的事項，諸如IC制造、基板打薄、卷黏(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“一個實施例”意味著結合所述實施例所述的特定的特征、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“在一個實施例中”不一定參照本發明的相同實施例。進一步，可在一個或多個實施例中以任何適當的方式組合特定的特征、結構、材料或特性。并且，應當理解附圖所顯示的各個示范實施例只是說明性表示，并不一定依照比例繪制。
[0031]術語“耦接”與“連接”、以及所述術語的衍生詞可在本文中用來描述部件之間的結構關系。應當理解這些術語彼此不旨在作為同義詞。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直接物理接觸或電氣接觸。“耦接”可用以指示兩個或兩個以上元件彼此直接或間接(二者之間具有其它中間元件)物理或電氣接觸，和/或可用以指示兩個或兩個以上元件互相合作或相互作用(例如，呈因果關系)。
[0032]如本文使用的術語“之上(over ) ”、“之下(under ) ”、“之間(between ) ”與“上(on ) ”是指一個材料層相對于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，或者可以具有一個或多個中間層。再者，設置在兩個層之間的一個層可以直接地接觸所述兩個層，或者可以具有一個或多個中間層。相對地，位于第二層“上”的第一層則表示接觸所述第二層。此外，一個層相對于其它層的相對位置在假設相對于基板來執行操作時所提供，而不需考慮基板的絕對位向。
[0033]通常，本文所描述的是激光劃線工藝，所述激光劃線工藝應用多個光學強度以干凈地剝蝕預定路徑穿過未經圖案化的(即，披覆(blanket))掩模層、鈍化層、以及次表面薄膜器件層。接著可在暴露或部分剝蝕基板之后終止激光劃線工藝。剝蝕處理利用多個光學強度中的第一光學強度來移除上方層(例如，掩模和薄膜器件層)，相對于基板和/或其它薄膜器件層，所述上方層更容易受損。接著，可在不使容易受損的層暴露至所利用的較高強度輻射的情況下進行下至基板的一部分并包括所述部分的后續剝蝕。如本文所用，術語“反復剝蝕(iterative ablation)”指的是將基板上的一點暴露至具有多個光學強度的激光輻射的剝蝕工藝。
[0034]根據本發明的一個實施例，至少一部分的反復激光劃線工藝應用了飛秒激光。如果不完全是的話，飛秒激光劃線為實質上不平衡的工藝(non-equilibrium process)。舉例而言，基于飛秒的激光劃線可根據可忽略的熱破壞區而定位。在一個實施例中，飛秒激光劃線用來單片化具有超低K膜(S卩，具有低于3.0的介電常數)的1C。在一個實施例中，以激光直寫免除了光刻圖案化操作，從而容許遮蔽材料為除了在光刻中使用的光致抗蝕劑以外的其它材料。在示范性混合式分割的實施例中，反復激光劃線工藝之后是等離子體蝕刻，所述等離子體蝕刻穿過基板的主體。在一個這樣的實施例中，實質上各向異性蝕刻被用于在等離子體蝕刻腔室中完成分割工藝；藉由將蝕刻聚合物沉積在經蝕刻溝槽的側壁上，各向異性蝕刻在基板內達成高度方向性。圖1為繪示根據本發明的一個實施例的利用反復激光劃線的混合式激光剝蝕-等離子體蝕刻單片化方法100的流程圖。圖4A至4D繪示根據本發明的一個實施例的與方法100中的操作相對應的基板406的剖面圖，所述基板406包括第一和第二 IC425、426。
[0035]參見圖1的操作101以及對應的圖4A，接收基板406。基板406包括覆蓋薄膜器件層疊層401的掩模402，所述薄膜器件層疊層401包含在IC425、426 二者中發現的多種不同材料、以及介于IC425、426之間的中間切割道427。通常，基板406由適于承受所述基板406上的薄膜器件層的制造工藝的材料組成，并且基板406還可例如在硅基晶體管IC中具有其它特性需求，其中基板形成主動器件的一部分。舉例而言，在一個實施例中，基板406為IV族系材料，例如，但不限于，單晶硅、鍺、或者硅/鍺。在另一實施例中，基板406為II1-V材料，諸如舉例而言，在發光二極管(LED)制造中所使用的II1-V材料基板。在器件制造期間，基板406典型為600 μ m至800 μ m厚，但是如圖4A所示，可將基板406薄化至小于400 μ m,并且有時候可將基板406薄化至比150 μ m更薄的厚度，其中薄化后的基板現在由載體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，并且支撐帶410藉由管芯附著膜(DAF) 408黏附至基板的背側。[0036]在實施例中，第一和第二 IC425、426包括在硅基板406中制造且包裝在介電疊層中的存儲器器件或互補金氧半導體(CMOS)晶體管。在所述器件或晶體管上方以及在周圍介電層中可形成多個金屬互連，并且金屬互連可用來電氣耦接所述器件或晶體管以形成IC425、426。組成切割道427的材料可與用于形成IC425、426的那些材料相似或相同。舉例而言，切割道427可包括介電材料、半導體材料和金屬化的薄膜層。在一個實施例中，切割道427包括與IC425、426類似的測試器件。在薄膜器件層疊層/基板界面處測量，切割道427的寬度可為10 μ m至200 μ m之間的任何寬度。
[0037]在實施例中，掩模402可為一個或多個材料層，所述材料層包括等離子體沉積的聚合物(例如，CxFy)、水可溶解材料(例如，聚(乙烯醇))、光致抗蝕劑、或者類似的聚合材料中的任一材料，所述材料可在不損壞下方鈍化層和/或凸塊的情況下被移除，下方鈍化層通常為聚酰亞胺(PI)，凸塊通常為銅。掩模402具有足夠的厚度以在等離子體蝕刻工藝之后幸存(盡管可能非常接近耗盡)，并且從而保護銅凸塊，所述銅凸塊如果暴露于基板蝕刻等離子體的話可能受損、氧化或受污染。
[0038]圖5繪不根據本發明的實施例的雙層掩模的放大剖面圖500,雙層掩模包括掩模層402B (例如，CxFy聚合物)，掩模層402B施加于掩模層402A (例如，水可溶解材料)之上，掩模層402A接觸IC426和切割道427的頂表面。如圖5所示，基板406具有頂表面503，薄膜器件層設置在頂表面503上，頂表面503與底表面502相對，底表面502與DAF408(圖4A)交界。通常，薄膜器件層材料可包括，但不限于，有機材料(例如，聚合物)、金屬、或者諸如二氧化硅和氮化硅之類的無機介電質。圖5所繪示的示范性薄膜器件層包括二氧化硅層504、氮化硅層505、銅互連層508、以及設置在這些層之間的低κ (例如，低于3.5)或超低K (例如，低于3.0)的層間介電層(ILD)507，諸如碳摻雜的氧化物(⑶O)。IC426的頂表面包括典型為銅、且由典型為聚酰亞胺(PI)或類似聚合物的鈍化層511圍繞的凸塊512。因此凸塊512和鈍化層511構成IC的頂表面，其中薄膜器件層形成次表面IC層。凸塊512自鈍化層511的頂表面延伸達凸塊高度Hb，在示范性實施例中，凸塊高度Hb介于10 μ m至50μπι之間。掩模的一個或多個層可不完全地覆蓋凸塊512的頂表面。回到圖1，在操作103，沿著相對于基板406的受控制路徑，通過第一剝蝕將預定圖案直接寫入掩模402。如對應的圖4Β所示，藉由激光輻射411在第一剝蝕中圖案化掩模402，以形成延伸穿過至少部分的掩模厚度的溝槽414Α。在圖5所示的示范性實施例中，依據掩模層402Α和402Β的厚度，激光劃線深度Du大約處于5 μ m至30 μ m的范圍內，有利地處于10 μ m至20 μ m的范圍內。第一輻照度I1不足以剝蝕薄膜器件層疊層401的某些層，并且因此在操作103之后，薄膜器件層疊層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不足以剝蝕薄膜器件層疊層401的互連金屬(例如，銅互連層508)和/或介電層(例如，二氧化硅層504 )。
[0039]在操作104，沿著相對于基板406的受控制路徑，通過第二剝蝕反復直接寫入預定圖案。參見圖4C中的示范性實施例，藉由激光輻射412使基板406暴露至第二剝蝕反復，以形成延伸穿過至少部分的薄膜器件層疊層401的溝槽414B。在第一實施例中，如圖5所繪示，依據掩模層402A和402B的厚度，激光劃線深度Dl2再次大約處于5 μ m至30 μ m的范圍內，有利地處于10 μ m至20 μ m的范圍內，以暴露基板。
[0040]根據本實施例，激光輻射412 (圖4C)具有第二輻照度I2，所述第二輻照度I2與第一輻照度I1相同或不同。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，以減少劃線工藝所造成的損壞。就某些這樣的實施例而言，介于I1與I2之間的切口寬度可能不同，以進一步增進經剝蝕邊緣的清潔。在輻照度I2與I1不同的第一實施例中，輻照度I2大于I1，例如其中第二輻照度I2足以剝蝕薄膜器件層疊層401的互連金屬和/或介電層。在示范性實施例中，第二輻照度I2足以剝蝕薄膜器件層疊層401的每一層，并且因此操作103使基板406在溝槽414B底部露出。在進一步的實施例中，第二輻照度足以剝蝕基板406 (例如，單晶硅)的一部分，以將溝槽414B的底部延伸到基板406的頂表面以下。
[0041]如圖4B、4C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(擁有的能量大于與掩模402的特定材料相關聯的閾值)的函數，并且溝槽414B具有第二切口寬度KW2,第二切口寬度KW2為射束寬度(擁有的能量大于與薄膜器件層疊層401中的材料相關聯的最大閾值)的函數。在第一實施例中，第一切口寬度KW1大于第二切口寬度KW2,因此在第一輻照度I1下被剝蝕的掩模402以及薄膜器件疊層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的剝蝕所干擾。可注意到，在示范性實施例中，由于界定切口寬度KW1 (垂直于行進方向)的射束輪廓內沒有任何點具有足夠的輻照度來剝蝕器件疊層的整個厚度，因此整個第一切口寬度KW1被剝蝕到實質上相同的深度。這與具有高斯空間輪廓的射束形成對比，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并且在射束的內徑中具有第二輻照度，使得在射束行進時，射束的前沿所產生的第一切口寬度KW1小于內射束直徑所產生的切口寬度。在某些這樣的實施例中，第二寬度KW2比第二切口寬度KW2小10%至50%。作為一個示范性實施例，第一切口寬度KW1小于15 μ m，而第二切口寬度KW2為6 μ m至10 μ m。
[0042]圖3A為根據本發明的一個實施例的用于反復激光劃線工藝的輻照度隨著時間改變的圖表。如圖所示，針對在基板上沿著剝蝕路徑的一個特定點來繪制輻照度(W/cm2)曲線305。從時間h開始，所述點被暴露于具有第一輻照度I1的輻射達前導部分(leadingportion)315的持續時間。在時間h，將輻射的輻照增加到高于閾值T (通常可在0.0lGW/cm2至lGW/cm2的范圍內)，例如單晶基板材料的閾值能量Tsi，剝蝕率于此開始實質上增加。從時間h開始,所述點被暴露于具有第二福照度I2的福射達尾隨部分(trailing portion)310的持續時間，在時間t2結束。就示范性實施例而言，第二輻照度I2高于單晶基板材料的閾值能量Tsi。在替代的實施例中，由與掩模材料(通常在0.0001Gff/cm2至0.001Gff/cm2的范圍內)、薄膜器件層疊層401的介電層(通常在0.lGW/cm2至lOGW/cm2的范圍內)、或者薄膜器件層疊層401的互連層(通常在0.0lG W/cm2至0.lGW/cm2的范圍內)中的任一個相關聯的閾值來界定介于I1與I2之間的閾值。可以多種方式執行反復剝蝕(例如，操作103和104)，以達成如圖3A所繪示的輻照度的改變。在一個實施例中，激光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，其中輻照度輪廓具有提供第一剝蝕反復的第一部分以及提供第二剝蝕反復的第二部分。圖3B為根據本發明的一個實施例的經非對稱塑形的激光束的空間輪廓320的圖表，經非對稱塑形的激光束用于單一進程反復激光劃線工藝。在功率(P)沿著維度X繪制的情況下，在X沿著行進方向增加的情況下，空間輪廓320包括前導邊緣部分315和尾隨邊緣部分310。前導部分315的功率(P)小于尾隨部分310的功率，以提供跨越X1至X2的距離的第一輻照度I1，而第二輻照度I2跨越Xtl至X1的距離。對垂直于行進方向的給定寬度(即，y)而言，在Xci至X2代表沿著行進方向的射束寬度(無論以D4 σ、10/90刀緣(knife-edge)、l/e2或FWHM等來測量)的情況下,在所繪示的示范性實施例中，尾隨邊緣部分310沿著行進方向在射束寬度內偏離中心(B卩，非對稱)。如在圖3B中進一步繪示的，在X1處，功率超過與硅基板相關聯的閾值能量Tsi，使得前導部分315沒有足夠的能量來剝蝕整個薄膜器件層疊層401，而尾隨部分310沒有足夠的能量來剝蝕整個薄膜器件層疊層401、以及硅基板的一部分。
[0043]圖2A為繪示反復激光劃線工藝200的流程圖，反復激光劃線工藝200使用具有如圖3B所示的塑形的輪廓的射束，以用單一射束和單一進程來執行方法100 (圖1)中的第一反復(操作103)和第二反復(操作104)。參見圖2A，在操作201產生單一射束。在一個實施例中，射束具有飛秒范圍(即，10-15秒)內的脈沖寬度(持續期間)，在本文中稱作飛秒激光。諸如脈沖寬度之類的激光參數選擇，可為研發成功的激光劃線和分割工藝的關鍵，成功的激光劃線和分割工藝最小化碎屑、微裂和分層，以達到干凈的激光劃線切割。飛秒范圍內的激光脈沖寬度有利地緩解與較長脈沖寬度(例如，皮秒或納秒)有關的熱損壞問題。盡管不受限于理論，但是就目前了解，飛秒能量源避免了因皮秒源而存在的低能量再耦合機制(low energy recoupling mechanism),并且與納秒源相比提供更大的熱不平衡性。在納秒或皮秒激光源的情況下，存在于切割道427中的多種薄膜器件層材料在光吸收性和剝蝕機制方面表現相當不同。舉例而言，諸如二氧化硅之類的介電層在正常情況下對所有市售的激光波長均為基本上透明的。相反地，金屬、有機物(例如，低K材料)和硅能夠非常容易地耦合光子，尤其是基于納秒或基于皮秒的激光輻射。如果選擇非最佳激光參數，則在涉及無機介電質、有機介電質、半導體或金屬中的兩個或兩個以上的疊層結構中，切割道427的激光輻射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9eV帶隙的二氧化硅)而無可測量的吸收的激光可能在下方的金屬層或硅層中被吸收，從而引起所述金屬層或硅層的顯著汽化。汽化可能產生高壓，高壓潛在地造成嚴重的層間分層和微裂化。已證明基于飛秒的激光輻射工藝避免或減緩這些材料疊層的微裂化或分層。
[0044]在一個實施例中，盡管脈沖重復率較佳大約在500kHz至5MHz的范圍內，但是用于操作201的激光源可具有大約在200kHz至IOMHz范圍內的脈沖重復率。對于寬帶或窄帶光發射光譜，在操作201 所產生的激光發射可跨越可見光譜、紫外光(UV)、和/或紅外線(IR)光譜的任何組合。甚至對于飛秒激光剝蝕，取決于待剝蝕的材料，某些波長可提供比其它波長更佳的性能。在特定的實施例中，適用于半導體基板或基板劃線的飛秒激光基于具有大約小于或等于1570至200納米的波長的激光，盡管較佳在540納米至250納米的范圍內。在一個特定的實施例中，就具有小于或等于540納米的波長的激光而言，脈沖寬度小于或等于400飛秒。在替代的實施例中，在操作201使用雙激光波長(例如，IR激光與UV激光的組合)來產生射束。在一個實施例中，盡管脈沖能量較佳大約在IuJ至5μ J的范圍內，但是激光源在工作表面處傳遞大約在0.5 μ J至100 μ J的范圍內的脈沖能量。
[0045]在操作205，所產生的射束經塑形以如圖3Β所示范地變化光學強度(輻照度)空間輪廓。可將用來提供非對稱空間輪廓的本領域已知的任何技術應用于操作205。舉例而言，可利用已知的射束塑形光學器件來產生橢圓射束，橢圓射束具有沿著行進方向的主軸。在一個實施例中，橢圓射束具有比次要射束軸長至少1.5倍的主軸。或者，可蓄意地導入慧差(coma),以創造如圖3A至3C所描述的空間輪廓。可在操作205應用額外的已知射束塑形技術、連同在操作201的已知產生技術，以提供介于橢圓射束的主軸的前導部分與尾隨部分之間的強度或輻照度的改變，從而提供圖3B所示的非對稱輪廓。
[0046]在操作210和215，控制空間上塑形后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掩模402上的一點(例如，如圖4B所示)，并且接著用射束的尾隨部分剝蝕所述點處的基板上所設置的任何下方薄膜器件疊層(例如，如圖4C所示)。在一個實施例中，在行進方向上，以大約在200mm/sec至5m/sec的范圍內(盡管較佳大約在300mm/sec至2m/sec的范圍內)的速度，沿著工件表面執行激光劃線工藝。在操作220，方法200回到圖1以進行經暴露基板的等離子體蝕刻。圖3C為空間輪廓330和340的圖表，空間輪廓330和340用以在本發明的多進程實施例中執行方法100 (圖1)中的操作103和104。如圖3C所示，提供多個射束，每一射束具有不同的空間輪廓。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，第一輪廓具有低于閾值能量(例如，與硅基板的剝蝕能量閾值有關的Tsi)的最大功率(P)，而沿著相同射束寬度W的第二射束輪廓具有高斯340或頂帽345形狀，第二射束輪廓具有高于所述閾值能量的最大功率(P)。如圖3C所進一步繪示，在寬度W2內，與較高輻照度相關聯的空間輪廓340、345具有超越閾值能量(Tsi)的功率，寬度W2小于針對與較低輻照度相關聯的空間輪廓330、335的等同測定寬度I。
[0047]圖2B為繪示激光劃線方法250的流程圖，激光劃線方法250使用如圖3C所示的塑形的多個射束輪廓，以用單一射束的多個進程來執行方法100 (圖1)中的第一反復(操作103)和第二反復(操作104)。參見圖2B，在操作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所描述地例如利用相同的飛秒脈沖寬度、波長、脈沖率等來進行射束產生，產生具有第一輻照度I1 (例如，來自圖3C的高斯330)的射束。在操作230，沿著預定路徑移動射束，以剝蝕溝槽進入掩模，實質上如圖4B所示。在一個實施例中，在行進方向上，以大約在500mm/sec至5m/sec的范圍內(盡管較佳大約在600mm/sec至2m/sec的范圍內)的速度，沿著工件表面執行激光劃線操作230。
[0048]在操作240，產生經調整而具有第二輻照度I2的射束(例如，來自圖3C的高斯340)。在操作245，經調整的射束折返相同的預定路徑以與操作240所用的實質上相同的速率，實質上如圖4C所示地暴露基板。在操作249，方法250返回圖1進行經暴露基板的后續等離子體蝕刻。
[0049]圖2C為繪示反復激光劃線工藝290的流程圖，反復激光劃線工藝290使用如圖3C所示的塑形的多個射束輪廓，以用來自多個激光的多個射束的連續進程來執行方法100 (圖1)中的第一反復(操作103)和第二反復(操作104)。參見圖2C，在操作255產生第一激光，第一激光產生具有第一輻照度I1 (例如，圖3C的高斯330)的射束。實質上，可如先前就操作201所描述地例如利用相同的飛秒脈沖寬度、波長、脈沖率等來進行射束產生。然而，在較佳的實施例中，在操作255所利用的激光具有實質上較大的脈沖寬度，并且因為相對容易藉由連續波源將溝槽剝蝕進入遮蔽材料，激光甚至可能為連續波(CW)源。在操作260，第一射束沿著預定路徑移動以剝蝕溝槽進入掩模，實質上如圖4B所示。
[0050]在操作265，第二激光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所描述地例如利用相同的飛秒脈沖寬度、波長、脈沖率等來產生帶有第二輻照度I2 (例如，來自圖3C的高斯335)的第二射束。在特定的實施例中，第一激光產生第一脈沖列，所述第一脈沖列在第一波長具有第一脈沖寬度(CW)，第二激光產生第二脈沖列，所述第二脈沖列在第二波長具有第二脈沖寬度，其中第二脈沖寬度和第二波長中的至少一個與第一脈沖寬度和第一波長不同。舉例而言，在CW激光被利用于劃線操作260的示范性實施例中，飛秒激光在操作265產生第二射束。在操作270，沿著相同的預定路徑移動第二激光束，以完整地剝蝕薄膜器件疊層并暴露基板，實質上如圖4C所繪示。在一個實施例中，激光劃線操作270使兩個激光束同時沿著基板行進，每一激光束在行進方向上的速度大約在500mm/sec至5m/sec的范圍內，較佳地大約在600mm/sec至2m/sec的范圍內。在操作275,方法290回到圖1進行經暴露基板的等離子體蝕刻。
[0051]回到圖1和4D，將基板406暴露至等離子體416，以在操作105蝕刻穿過掩模402中的溝槽414來單片化IC426。在示范性原位掩模沉積實施例中，在與執行等離子體掩模沉積操作102的相同腔室中蝕刻基板。根據本發明的一個實施例，如圖4D所描繪，在操作105蝕刻基板406包括蝕刻以激光劃線工藝所形成的溝槽414B，以最終蝕刻穿過整個基板406。
[0052]在一個實施例中，蝕刻操作105需要直通穿孔蝕刻工藝。舉例而言，在特定的實施例中，基板406的材料的蝕刻速率大于25 μ m/分鐘。以高功率操作的高密度等離子體源可用于等離子體蝕刻操作105。示范性功率范圍介于3kW與6kW之間、或者更高。
[0053]在示范性實施例中，使用深度硅蝕刻(B卩，諸如直通硅穿孔(TSV)蝕刻)，以大于約40%的常規硅蝕刻速率的蝕刻速率來蝕刻單晶硅基板或基板406，同時維持基本精確的剖面控制以及實質上無扇形的側壁。通過經由冷卻至-10°C至-15°c的靜電夾具(ESC)施加冷卻功率，控制存在于掩模402中的任何水可溶解的材料層上的高功率的效應，以在整個等離子體蝕刻工藝的持續時間中將水可溶解的掩模材料層維持在100°C以下的溫度，較佳地介于70°C與80°C之間。在這樣的溫度下，有利地維持水溶性。
[0054]在特定的實施例中，等離子體蝕刻操作105進一步需要隨著時間與多個蝕刻循環交錯的多個保護性聚合物沉積循環。工作周期可變化，示范性工作周期為大約1:1至1:2(蝕刻:沉積)。舉例而言，蝕刻工藝可具有持續時間為250毫秒至750毫秒的沉積循環、以及持續時間為250毫秒至750毫秒的蝕刻循環。在沉積和蝕刻循環之間，蝕刻工藝化學作用和沉積工藝化學作用互相交替，蝕刻工藝化學作用采用例如用于示范性硅蝕刻實施例的SF6,沉積工藝化學作用采用聚合氟碳化物(CxFy)氣體，例如，但不限于，C4F6或C4F8或氟化碳氫化合物(CHxFy，其中χ>=1)或XeF2。如本領域所知，可進一步在蝕刻和沉積循環之間改變工藝壓力，以在特定的循環中有利于每一循環。在操作107，藉由移除掩模402來完成方法
300。在一個實施例中，以水(例如，以加壓噴射的去離子水或通過浸入周圍的水浴或加熱過的水浴中)洗掉水可溶解的掩模層。在替代的實施例中，可以本領域已知的對移除蝕刻聚合物有效的水溶解溶液洗掉掩模402。等離子體單片化操作105或在操作107的掩模移除工藝中的任一個可進一步圖案化管芯附著膜408，從而暴露出支撐帶410的頂部。
[0055]可配置單一整合式處理工具600來執行混合式激光剝蝕-等離子體蝕刻單片化工藝100中的多個或全部操作。舉例而言，圖6繪示根據本發明的一個實施例的叢集工具606的方塊圖，叢集工具606與激光劃線裝置610耦接，激光劃線裝置610用于基板的激光和等離子體分割。參見圖6，叢集工具606耦接到工廠接口 602 (FI)，工廠接口 602具有多個負載鎖定室604。工廠接口 602可為合適的大氣端口，以作為外部制造設施與激光劃線裝置610和叢集工具606之間的接口。工廠接口 602可包括機器人，機器人具有手臂或刃以自存儲單元(諸如前開式傳送盒(front opening unified pod))移送基板(或基板的載體)進入叢集工具606或激光劃線裝置610、或者二者。
[0056]激光劃線裝置610還耦接到FI602。圖6B繪示激光劃線裝置610的示范性功能方塊圖。在圖6B所繪示的一個實施例中，激光劃線裝置610包括飛秒激光665。飛秒激光665用以執行混合式激光和蝕刻單片化工藝100的激光剝蝕部分。可藉由移動激光束光點、藉由移動基板、或者藉由二者的組合來實現激光束與基板之間的相對動作，以產生劃線。在一個實施例中，在激光劃線裝置610中也包括用來支撐基板406的可移動的臺座(未描繪)，可移動的臺座經配置以相對于飛秒激光665移動基板406 (或基板的載體)。如進一步繪示的，激光劃線裝置包括具有鏡子的掃描儀670 (例如，電流計)，掃描儀670可響應來自控制器680的控制信號而移動以掃描激光束。介于飛秒激光665與掃描儀670之間的是射束塑形光學器件660，在一個實施例中，射束塑形光學器件660提供了實質上如圖3B所示的經非對稱塑形的射束輪廓，以執行反復激光劃線工藝200。在進一步的實施例中，控制器680耦接到飛秒激光665，以隨著時間(實質上如圖3A所示)和/或隨著空間(實質上如圖3C所示)跨越多個非零輻照度調制飛秒激光665的輻照度，以執行劃線方法250。在另一實施例中，激光劃線裝置610進一步包括第二激光666,第二激光666可以是飛秒激光或其它激光。第二激光666稱接到控制器680,并且激光665和666中的每一個通過掃描儀670在時間上相繼地操作，或者通過單獨的掃描儀同時操作(即，針對基板406與激光之間完全分離的光學路徑復制掃描儀670)，加上控制器680引導反復剝蝕在實質上相同的路徑上發生，以執行劃線工藝290。
[0057]回到圖6A，叢集工具606包括一個或多個等離子體蝕刻腔室608，等離子體蝕刻腔室608藉由機器人移送腔室650耦接至FI，機器人移送腔室650容納機器人臂，機器人臂在真空中在激光劃線裝置610、等離子體蝕刻腔室608和/或掩模模塊612之間移送基板。等離子體蝕刻腔室608適于混合式激光和蝕刻單片化工藝100的至少等離子體蝕刻部分，并且等離子體蝕刻腔室608可進一步將聚合物掩模沉積在基板之上。在一個示范性實施例中，等離子體蝕刻腔室608進一步耦接到SF6氣體源、以及C4F8、C4F6或CH2F2源中的至少一個。盡管還可購得其它合適的蝕刻系統，但是在特定的實施例中，一個或多個等離子體蝕刻腔室608為可自美國加利福尼亞州桑尼維爾市的應用材料公司獲得的Applied (.\MHm_a? Silvia?蝕刻系統。與只能提供電容式耦合(即便有藉由磁性增強所提供的改良)相比，Applied Ce;nt ura:K.Silvia?蝕刻系統提供了電容式和感應式RF耦
合，以獨立控制離子密度和離子能量。這使得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(例如，5至10毫托)，在沒有高、潛在損壞的DC偏置電平的情況下，達到相對較高密度的等離子體。這造成了特別寬的處理窗口。然而，可使用能蝕刻硅的任何等離子體蝕刻腔室。在一個實施例中，在單一整合式處理工具600的叢集工具606部分中包括一個以上的等離子體蝕刻腔室608，以達到單片化或分割工藝的高制造產量。
[0058]叢集工具606可包括適于執行混合式激光剝蝕-等離子體蝕刻單片化工藝100中的功能的其它腔室。在圖6所繪示的示范性實施例中，掩模模塊612包括任何商業上可獲得的旋涂模塊，用以施加本文所述的水可溶解掩模層。旋涂模塊可包括可旋轉夾具，所述可旋轉夾具適于藉由真空夾持，或者，經薄化的基板安裝在載體(例如，安裝在框架上的支撐帶)上。圖7繪示計算機系統700，在計算機系統700中可執行一組指令，所述指令可使機器執行本文所述的一種或多種劃線方法。示范性計算機系統700包括處理器702、主存儲器704(例如，只讀存儲器(ROM)、閃存、諸如同步DRAM (SDRAM)或Rambus DRAM (RDRAM)之類的動態隨機存取存儲器(DRAM)等等)、靜態存儲器706 (例如，閃存、靜態隨機存取存儲器(SRAM)等等)、以及輔助存儲器718 (例如，數據存儲器件)，前述器件經由總線730彼此通信。
[0059]處理器702表示一個或多個通用處理設備，諸如微處理器、中央處理單元等等。更特定地，處理器702可為復雜指令集計算(CISC)微處理器、精簡指令集計算(RISC)微處理器、超長指令字(VLIW)微處理器等等。處理器702還可為一個或多個專用處理設備，諸如專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)、數字信號處理器(DSP)、網絡處理器等等。處理器702經設置以執行處理邏輯726，處理邏輯726用于執行本文所述的操作和步驟。
[0060]計算機系統700可進一步包括網絡接口設備708。計算機系統700還可包括視頻顯示單元710 (例如，液晶顯示器(IXD)或陰極射線管(CRT))、字母數字輸入設備712 (例如，鍵盤)、光標控制設備714 (例如，鼠標)、以及信號產生設備716 (例如,揚聲器)。
[0061]輔助存儲器718可包括機器可存取存儲介質(或者更具體而言，計算機可讀存儲介質)731，在機器可存取存儲介質731上存儲一組或多組指令(例如，軟件722)，所述指令實施本文所述的方法或功能中的任何一個或多個。在計算機系統700、主存儲器704和處理器702執行軟件722期間，軟件722也可完全或至少部分地駐留在主存儲器704和/或處理器702內部，處理器702還構成機器可讀存儲介質。可進一步經由網絡接口設備708通過網絡720發送或接收軟件722。
[0062]機器可存取存儲介質731也可用來存儲圖案識別算法、偽像形狀數據、偽像定位數據或粒子閃光(particle sparkle)數據。盡管在示范性實施例中將機器可存取存儲介質731圖標為單個介質，但是術語“機器可讀存儲介質”應被視為包括存儲一組或多組指令的單個介質或多個介質(例如，集中式或分布式數據庫和/或相關聯的高速緩存和服務器)。術語“機器可讀存儲介質”還應被視為包括能夠存儲或編碼一組指令的任何介質，所述一組指令由機器執行且所述一組指令使機器執行本發明的方法中的任何一種或多種。因此，術語“機器可讀存儲介質”應被視為包括但不限于固態存儲器、以及光學和磁性介質。已發現盡管就多進程而言，將激光束輻照度(或假定有固定脈沖寬度的通量(fluence))保持在固定的適中水平以產生干凈的蝕刻溝槽是可行的，但是與最佳通量水平相關聯的激光功率(或脈沖能量)水平的范圍是狹窄的。這具有導致激光劃線處理窗口相對較小的實質效應。也發現用于多進程的固定高通量產生相對較差的溝槽拓撲目前被認為可歸因于第二激光進程將剝蝕后的材料再沉積到通過第一進程所形成的溝槽上。
[0063]盡管可用多進程劃線工藝來形成干凈的溝槽，其中在多進程劃線工藝的第一進程中利用低通量來僅移除掩模和聚酰亞胺層而有限地損壞/剝蝕下方薄膜IC層(更具體地，介電層)，并且隨后利用高通量來移除器件層以暴露基板(如在圖1所繪示的方法100中)，但是可能發生分層。額外的高通量進程可能不會總是修復或移除這樣的分層。盡管不受限于理論，但是目前認為在“低通量優先”的多步驟劃線工藝中，第一進程中的部分激光能量傳送通過介電材料，并造成器件層中的金屬或者與(多個)介電層交界的基板晶體(例如，硅)的熔化/汽化。在低通量水平下，聚合物的剝蝕主要依賴于激光能量的線性吸收。因為即便就300nm的UV波長來說，許多聚合物遮蔽材料和鈍化材料仍具有高透光率(數十百分比)，同時某些金屬和某些基板(例如，硅)的剝蝕閾值非常接近許多聚合物的剝蝕閾值，所以被傳送通過薄膜器件疊層的(多個)介電層的激光光子可能在介電質-金屬接口和/或介電質-基板接口處造成分層。
[0064]因此在某些實施例中，劃線方法包括:在高輻照度(通量)水平下的第一(第二、第三等)進程，以剝蝕并移除溝槽中的材料以暴露基板；以及接著在低輻照度(通量)水平下的第二 (第三、第四等)進程，以移除留在經剝蝕溝槽中的殘骸和殘留物而不會對基板造成顯著損壞。與固定通量多進程工藝或低通量優先工藝相比，所述類型的“高通量優先”工藝可致使干凈的經暴露基板表面具有較寬的處理窗口。由于掩模或聚合鈍化層相對于劃線溝槽寬度變得更厚(例如，寬度減小，或者層厚度增加)，因此高通量優先方法變得更加有利。
[0065]圖8A為繪示根據本發明的一個實施例的混合式激光剝蝕-等離子體蝕刻單片化方法801的流程圖，在方法801中以第一輻照度以及后續的第二輻照度來執行激光劃線工藝，第二輻照度低于第一輻照度。方法801始于在操作101的經遮蔽的基板，如本文其他地方所述。示范性基板由圖4A中的剖面圖繪示。
[0066]在操作255，具有第一輻照度的第一射束在操作255產生。藉由本文其他地方所述的任何方式來產生射束。在一個實施例中，本文其他地方所述的具有預定脈沖寬度(諸如，飛秒脈沖寬度)的激光在第一通量水平下操作，就直徑10 μ m的光點尺寸而言，第一通量水平不低于1.0 μ J，并且較佳地為1.5 μ J或更高，以達到第一輻照度。所述通量水平范圍足以剝蝕薄膜IC疊層的介電層(例如，圖5中的層504和507)。在具有10 μ m的聚焦光點直徑、300fs至1.5ps的范圍內的脈沖寬度、以及1570nm至300nm的范圍內的激光波長的一個飛秒激光束的實施例中，高通量水平經測定為相當于1.5 μ J或更高的脈沖能量水平。在操作860，來自在第一通量水平下操作的激光的射束沿著預定路徑移動，以剝蝕溝槽穿過遮蔽材料、IC鈍化層和薄膜器件層，以暴露基板。圖8B、8C和8D繪示根據本發明的一個實施例的在執行圖8A所繪示的分割方法的操作時的基板的剖面圖，如圖4A所繪示。
[0067]圖8B，在操作860，在第一通量水平下操作的激光的第一進程剝蝕溝槽814A，從而沿著第一切口寬度(KW1)暴露基板406。在示范性實施例中，第一通量足以剝蝕薄膜器件層疊層401的每一層，并且因此操作103使基板406在溝槽414A的底部暴露。切口寬度KWi為擁有強度I1的射束寬度的函數，強度I1大于與薄膜器件層疊層401中的特定材料相關聯的閾值，特別是如上文所述的介電層閾值(TD)。由于這個原因，具有較低閾值的掩模402可能具有比切口寬度KW1更寬的切口寬度(KWm)。如圖8B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掩模和IC鈍化物的材料(例如，有機物質)。來自薄膜器件層疊層401的金屬和介電質也可能并入殘留物802中的掩模和鈍化材料。
[0068]回到圖8A，在操作860，產生具有第二輻照度的第二激光束，第二輻照度低于第一輻照度。在利用相同脈沖寬度(例如，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?ο μ m直徑的光點尺寸而言，在操作860的通量不大于I μ J，并且較佳為0.75 μ J或更小。所述通量水平范圍不足以剝蝕薄膜IC疊層的介電層(例如，圖5中的層504和507)。在具有IOym的聚焦光點直徑、300fs至1.5ps的范圍內的脈沖寬度、以及1570nm至300nm的范圍內的激光波長的一個特定實施例中，低通量水平經測定為0.75 μ J或更小。
[0069]在操作870，來自激光的在第二通量水平下操作的射束沿著與在操作860遵循的相同預定路徑移動，以剝蝕溝槽穿過遮蔽材料、IC鈍化層和薄膜器件層，以移除操作860所留下的殘留物802的痕跡塊。如圖SC所進一步繪示，輻射411具有第二強度I2，第二強度I2小于I1 (I1以虛線表示以圖解I1與I2之間的差異)。如所示，因為第二通量水平不超過介電層閾值(TD)，所以介電層不會發生額外的直接剝蝕，并且穿過薄膜器件疊層401的切口寬度KW1不會顯著改變。然而，因為與典型用于掩模和鈍化層的聚合物材料相關聯的閾值較低，所以第二通量水平(輻照度)將在溝槽的整個第一切口寬度內移除殘留物，以提供更干凈的溝槽底部814B。
[0070]回到圖8A，在操作105，如本文其他地方所述地執行等離子體蝕刻操作。如圖8C所進一步繪示，等離子體蝕刻使清潔后的溝槽底部814B前進穿過基板。在殘留物802的痕跡塊由較低通量剝蝕所移除的情況下，經等離子體蝕刻的溝槽具有與高通量剝蝕所提供的切口寬度實質上相同的切口寬度(KW1X在操作107 (圖8A)，接著可移除掩模，如本文其他地方所述。
[0071]應注意的是，可用本文其他地方就示范性低通量優先工藝所描述的任何技術和硬件來執行由方法801所示范的高通量優先實施例。舉例而言，在一個實施例中，可使用在不同通量水平下操作的相同激光的多重進程、或者使用執行一個或多個進程的多重激光來執行反復剝蝕操作860和870。類似地，可執行射束塑形技術，以改變射束的空間輪廓。舉例而言，行進方向可與圖3B所示的方向相反，以影響高通量優先工藝而不影響低通量優先工藝。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，脈沖寬度固定的低輻照度優先工藝)的段落中所描述的在圖6A、6B和7中所繪示的所有硬件，以執行高通量優先實施例。
[0072]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激光(操作265和870))的替代方案，可通過圖9A所繪示的利用分束器的多步驟方法901來實現更高的產量。圖9A所圖解的示范性實施例起始于在操作101接收掩模基板、以及在操作201產生射束，如本文其他地方所述。在操作965，將射束分裂成具有不同輻照度(通量)水平Ip I2的前導射束和尾隨射束，其中I1和I2具有本文其他地方所描述的任何實施例的相關水平。在操作970，可以本文所述的任何方式，沿著預定路徑使分裂射束相對于基板一致地位移。取決于基板與相應分裂射束光點的功率之間的相對位移方向，可通過單一進程執行高通量優先或高通量最后的反復劃線方法。在示范性實施例中，分裂射束方法901執行高通量優先劃線方法。如前文所述，隨著等離子體蝕刻和掩模移除操作105和107，方法901完成管芯單片化。
[0073]任何商業上可購得的可變分束器皆可用于操作965。舉例而言，在一個實施例中，經涂布的玻璃碟盤中的涂層的反射率可隨著角度變化，使得在轉動所述碟盤時，可選擇器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，利用了衍射光學器件(D0E),在DOE中相位光柵使大多數激光能量集中在兩個衍射級(diffraction order)。在使用衍射分束器將主射束復制成多個復制射束(復制射束的直徑等于輸入射束的直徑)并以適當指定的角度將多個復制射束定位在一維或二維陣列中的實施例中，在操作201所產生的射束的相位輪廓經選擇而使得衍射級之間的功率比具有指定值。在進一步的實施例中，可在光柵的鄰近衍射器件上選擇產生的復制射束之間的不同功率比。因此，DOE位置的側向橫移選擇用來執行分裂射束方法901的多個復制射束之間的功率比的期望值。[0074]圖9B繪示根據本發明的一個實施例的用于分裂射束激光劃線的激光劃線模塊900的示意圖。在圖9B中，激光902將射束提供至射束擴展器(expander)和準直器904。在一個實施例中，可在最大脈沖重復率或接近最大脈沖重復率下操作激光902，這樣將可在MXN個點陣列的每一焦點處傳遞需要的脈沖能量。視情況，射束可通過高斯至頂帽射束塑形模塊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，在飛秒實施例中，與例如皮秒源相比，功率已經相對較低。使來自射束擴展器和準直器904、來自高斯至頂帽射束塑形模塊906、或者來自二者的所得射束通過可變的射束分裂模塊908，其中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于在至少一個維度中劃線所需的管芯尺寸。
[0075]如圖9B中的射束光點圖案的B-B視圖所示，射束被分裂成具有不同輻照度(通量)水平I2的前導射束和尾隨射束，其中I1和I2具有本文其他地方所描述的任何實施例的相關水平。取決于基板912與相應分裂射束光點(如圖9B的B-B視圖所示)的功率之間的相對位移方向，可通過單一進程執行高通量優先或高通量最后的反復劃線方法。在圖9B所示的示范性實施例中，所繪示的劃線方向實施高通量優先劃線方法。盡管圖9B所示為正方形圖案，但是應當了解A-A視圖和B-B視圖也可以是長方形等圖案。圖10進一步繪示根據本發明的一個實施例的衍射射束分裂裝置1000。入射的激光1002穿過衍射光學器件(DOE)1004，并且具有多焦點的聚焦透鏡1006將多重射束、點或光點提供至工作區1008。在一個實施例中，由于在分裂激光束穿過例如衍射分束器之后可能存在非零分裂角度，因此聚焦透鏡1006為遠心的(telecentric)，以確保入射的射束點垂直地傳遞至工作表面上。在一個這樣的實施例中，利用具有合適焦長的遠心聚焦透鏡來提供NXN個射束，NXN個射束在一個維度中的間距等于山即介于多個IC之間的切割道的間距。
[0076]因此，已揭露分割半導體基板的方法，每一基板具有多個1C。對本發明的解說性實施例的以上描述(包括在摘要中所描述的)并不旨在是詳盡的或者將本發明限于所公開的精確形式。盡管為了解說目的，本文描述了本發明的特定實施方式和實例，但是如相關領域的技術人員所認知的，在本發明的范圍內可能有各種等效修改。因此，本發明的范圍完全由所附的權利要求所決定，根據已建立的權利要求解讀理論來理解所附的權利要求。
【權利要求】
1.一種分割基板的方法,所述基板包含多個IC,所述方法包含: 接收所述基板，所述基板具有未經圖案化的掩模，所述未經圖案化的掩模覆蓋并保護所述IC ； 使用激光剝蝕溝槽的預定圖案進入所述掩模并進入設置在所述掩模下的薄膜IC疊層內，以暴露所述基板的一部分，以具有第一輻照度的電磁輻射以及后續具有第二輻照度的電磁輻射來進行所述剝蝕，所述第二輻照度低于所述第一輻照度；以及 等離子體蝕刻穿過由所述經圖案化掩模溝槽所暴露的基板，以使所述IC單片化。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述電磁輻射來自具有預定脈沖寬度的單一激光，所述第一輻照度與在第一通量下操作的激光的第一進程相關聯，所述第一通量高于與所述第二輻照度相關聯的第二通量。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述第一通量足以剝蝕所述薄膜IC疊層的介電層，并且其中所述第二通量不足以剝蝕所述介電層。
4.如權利要求2所述的方法，其中對10μ m直徑的光點尺寸而言，所述第一通量大于1.0μJ,并且其中對10 μ m直徑的光點尺寸而言，所述第二通量小于1.0 μ J，其中脈沖寬度介于300fs與1.5ps之間。
5.如權利要求1所述的方法，其中具有所述第一輻照度的所述電磁輻射在所述掩模中形成具有第一切口寬度的溝槽，并且其中具有所述第二輻照度的所述電磁輻射移除在所述溝槽的所述第一切口寬度內的殘留物。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述剝蝕進一步包含:使用具有所述第一輻照度的所述輻射來剝蝕所述未經圖案化的掩模、設置在所述未經圖案化的掩模下的聚合鈍化層、以及所述薄膜器件疊層；以及使用具有所述第二輻照度的所述輻射來剝蝕再沉積的聚合掩模或鈍化材料。
7.如權利要求2所述的方法，其中所述剝蝕包含激光，所述激光具有小于或等于540納米的波長、以及小于或等于400飛秒的脈沖寬度。
8.如權利要求1所述的方法，其中所述剝蝕包含:使來自所述激光的射束分裂為射束陣列，其中所述陣列的第一射束具有所述第一輻照度，并且所述陣列的第二射束具有所述第二輻照度。
9.如權利要求8所述的方法，其中所述射束陣列是二維的，其中，所述射束的間距在至少一個維度上等于切割道的間距，所述切割道分隔所述多個IC中的相鄰IC。
10.如權利要求1所述的方法，其中所述基板為硅，并且所述等離子體蝕刻包含各向異性深層硅蝕刻工藝，所述各向異性深層硅蝕刻工藝利用循環的蝕刻和聚合物沉積工藝。
11.一種用以分割半導體基板的系統，所述半導體基板包含多個IC，所述系統包含: 激光劃線模塊，所述激光劃線模塊圖案化掩模并沿著預定路徑暴露基板介于所述IC之間的區域，所述激光劃線模塊藉由以第一輻照度和后續的第二輻照度來剝蝕溝槽的預定圖案進入所述掩模并進入設置在所述掩模下的薄膜IC疊層內，所述第二輻照度低于所述第一輻照度； 等離子體蝕刻模塊，所述等離子體蝕刻模塊物理地耦合到所述激光劃線模塊，所述等離子體蝕刻模塊藉由各向異性等離子體蝕刻所述基板使所述IC單片化；以及 機器人移送腔室，所述機器人移送腔室在真空中在所述激光劃線模塊與所述等離子體蝕刻模塊之間移送經激光劃線的基板。
12.如權利要求11所述的系統，其中所述激光劃線模塊包含至少一個激光，所述至少一個激光具有小于或等于540納米的波長、以及小于或等于400飛秒的脈沖寬度。
13.如權利要求12所述的系統，其中所述至少一個飛秒激光在第一進程期間沿著所述預定圖案以第一通量操作，對10 μ m直徑的光點尺寸而言，所述第一通量大于1.0 μ J。
14.如權利要求13所述的系統，其中所述激光劃線模塊包含第二激光，所述第二激光具有小于或等于540納米的波長、以及小于或等于400飛秒的脈沖寬度，所述第二激光在第二進程期間沿著所述預定圖案以第二通量操作，對IOym直徑的光點尺寸而言，所述第二通量小1.0 μ J。
15.如權利要求11所述的系統，進一步包含分束器，所述分束器經配置以將來自所述激光的激光束分裂為MXN個射束陣列，其中所述陣列的第一射束具有所述第一輻照度，并且所述陣列的第二射束具有所述第二輻照度。
【文檔編號】H01L21/78GK103582943SQ201280027213
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年5月25日 優先權日:2011年6月15日
【發明者】W-S·類, B·伊頓, M·R·亞拉曼希里, S·辛格, A·庫瑪, J·M·霍爾登 申請人:應用材料公司