基板及其加工方法与装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种基板及其加工方法与装置。该加工方法包括下列步骤：提供一基板本体，该基板本体具有一表面；放置一夹具于该表面上，其中该夹具作为一催化剂；将该基板本体及该夹具置于一反应性液体中；以及经由该反应性液体及该催化剂对该表面进行一化学反应，以加工该基板本体。
【专利说明】基板及其加工方法与装置 【技术领域】
[0001] 本发明关于一种基板加工方法，尤指一种利用化学反应的基板的加工方法。
[0002] 【先前技术】
[0003] 长久以来，由晶棒切割得到晶圆的方式，均采用以钻石线切割的方式进行。实际 上，由于此种线切割方式属于机械加工，虽然实务上生产线均以接近全自动化的设备生产， 但是仍无可避免地产生相当大的晶圆材料损耗，同时也需要花费相当大的水电与耗材(例 如钻石切割液及金属切割线等），因此晶圆的切割制程已成为晶圆加工制程中追求降低成 本的关键流程之一。
[0004] 此外，对于在基板表面制造白光氮化镓发光二极管(LED)的制程，因为蓝宝石基板 的加工不易，因此以硅基板取代蓝宝石基板的相关技术开发，便逐渐受到重视，同时也是台 湾利用既有的硅产业技术与产业链，藉由技术杠杆来切入LED产业发展的机会。为了改善氮 化镓LED材料与硅基板间的晶格常数差异、以及热膨胀系数差异等材料特性，在硅基板表面 进行加工、甚至图案化已成为可能的解决方法，其中图案化的实现是使用黄光制程及光罩， 将所需要的图案形成于基板表面。然而，利用黄光制程来制作图案的成本相当高，致使LED 产品的成本无法有效下降。
[0005] 因此，
【申请人】有鉴于现有技术的缺陷，发明出本案「基板及其加工方法与装置」，以 改善上述缺陷。 【
【发明内容】
】
[0006] 本发明的一方面提供一种基板加工方法，包括下列步骤:提供一基板本体，该基板 本体具有一表面;放置一夹具(jig，又称治具)于该表面上，其中该夹具作为一催化剂;将该 基板本体及该夹具置于一反应性液体中；以及经由该反应性液体及该催化剂对该表面进行 一化学反应，以加工该基板本体。
[0007] 本发明的另一方面提供一种晶棒切割装置，包含：一装置本体，于其内容设一晶 棒，其中该晶棒具至少二相邻切割周围（periphery )，且该至少二相邻切割周围界定一晶 圆；以及一催化切削组件，形成于该装置本体上，并催化该至少二相邻切割周围而对该晶棒 进行切割以获得该晶圆。
[0008] 本发明的又一方面提供一种于非导体基板上形成一图案的方法，包括下列步骤： 提供一基板本体，该基板本体具有一表面;以及经由一催化反应，于该表面上形成该图案。
[0009] 【图式简单说明】
[0010] 图1A~1C:本发明第一实施例的晶棒加工装置及加工方法示意图。
[0011] 图1D:本发明第一实施例的晶棒立体示意图。
[0012]图2:本发明第二实施例的晶圆加工装置及加工方法示意图。
[0013] 图3A~3B:本发明第三实施例的晶圆加工装置及加工方法示意图。
[0014] 图4:本发明第四实施例的晶圆加工装置及加工方法示意图。
[0015] 图5A:本发明第五实施例夹具照片。
[0016] 图5B:本发明第五实施例的加工后晶圆表面所形成图案照片。
[0017] 图6A~6C:本发明第六实施例的反应性液体的循环伏安示意图。
[0018] 【实施方式】
[0019] 本发明的实施例的详细描述为如下所述，然而，除了该详细描述之外，本发明还可 以广泛地以其他的实施例来施行。亦即，本发明的范围并不受已提出的实施例所限制，而应 以本发明提出的申请专利范围为准。
[0020] 本发明旨在利用一种化学反应，更可利用一种催化反应，来切割晶棒（ingot)而得 到晶圆（或称为基板）、或是于基板表面上形成图案等，其中该基板的材质可为硅或氮化镓。 本发明更可以同时藉由电化学反应来加速加工速率、改善基板表面的粗糙度、以及减少材 料损耗。
[0021] 首先，请参阅第1A~1C图，其为本发明第一实施例的晶棒10的加工装置18及加工 方法的示意图。该加工装置18为一晶棒切割装置，其中使用至少一条切割线11作为一夹具。 第1A图所示的加工方法使用两条切割线11，将该切割线11置于该晶棒10的待切割处，其中 该切割线11同时作为一催化剂。接着，将一反应性液体12加入该加工装置18，其中该反应性 液体12包括一蚀刻液，而该晶棒10及该反应性液体12在该切割线11的催化下，会于该晶棒 10及该切割线11之间的一接触面14发生化学反应，以蚀刻该晶棒10。随着时间的流逝，该接 触面14会沿着重力方向15移动，最后将该晶棒10切开。假如该切割线11的数量为两条以上， 便可得到一片以上的晶圆13。为了确保该晶棒10被顺利切割，对于该切割线11更可增加一 重量负荷(图中未显示），使该切割线11与该晶棒10能维持良好接触。
[0022] 当然，本发明的另一实施例可参考前述实施例，惟与前述实施例不同处在于，将该 晶棒10置于该切割线上方，与该蚀刻液一同置于该加工装置18内，必要时亦可对该晶棒10 增加一重量负荷，使该晶棒10与该切割线11能维持良好接触。
[0023] 请参阅第1D图，其为本发明第一实施例的晶棒10的示意图。对于将该晶棒10切割 成该晶圆13,也可作如下描述。该晶棒10的待切割处视为至少二相邻的切割周围 (periphery) 16，该至少二相邻切割周围16界定切割后所形成的该晶圆13，并使用该切割线 11作为一催化切削组件，用于催化该至少二相邻切割周围16而对该晶棒10进行切割，以获 得该晶圆13。
[0024] 请再参阅第1A~1C图，本发明的晶棒10的切割方法包含下列步骤：（1)清洗该晶棒 10的表面；（2)将氢氟酸(作为蚀刻液)与过氧化氢(作为氧化剂）以适当比例进行混合，以形 成该反应性液体12,必要时可以再加入添加剂、蚀刻促进剂(例如甘胺酸(Glycine)、赖胺酸 (Lysine)、硫酸铜、硝酸铜、氯化铜等)或其他氧化剂(例如臭氧）；（3)调整与维持该反应性 液体12于弱酸环境；（4)以直径为约0.5_的该金属线11(本发明采用银金属线，也可选用铂 线、铜线、铱线、钯线、金线、不锈钢线或其组合;或该金属线11的表面的材质为银、铂、铜、 铱、钯、金或其组合)作为催化剂；（5)在该反应性液体12中将该金属线11与该晶棒10的表面 接触以进行蚀刻，同时测量该晶棒10上的蚀刻深度以计算蚀刻速率，并测量切割面的粗糙 度，以取得较佳的切割条件及切割质量。
[0025] 在前述例子中，如果该切割线11的材料选自银或是其他可以作为催化剂的金属材 料，该反应性液体12为过氧化氢及氢氟酸的混合物，而该晶棒12为硅晶棒，所发生的化学反 应表示如下：
[0026] (一)银的催化反应机构：
[0027]
[0028](二)氢氟酸的蚀刻反应机制：
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]请参阅第2图，其为本发明第二实施例的晶圆20的加工装置28及加工方法示意图。 该加工装置28为于该晶圆20表面上形成图案的装置，若是想要于晶圆20上加工以形成一线 形凹槽26,可利用一切割线21以及该反应性液体12,并采用上述同样的方式，待该晶圆20被 蚀刻达到一预定深度D2时，将该晶圆20取出，即可于该晶圆20上形成该线形凹槽26。若是想 要于该晶圆20上形成一格状图案，则使用对应于该格状图案的一网状夹具来取代该切割线 21，即可于该晶圆20上形成该格状图案。
[0033]请参阅第3A图，其为本发明第三实施例的晶圆30的加工装置38及加工方法示意 图。该加工装置38为于该晶圆30表面上形成图案的装置，若是想要于晶圆30上加工以形成 一立体形状图案，例如一圆柱状图案（图中未显示），可利用具有对应于该立体形状图案的 一中空夹具31以及该反应性液体12,采用上述同样的方式，待该晶圆30被蚀刻达到一预定 深度D3时，将该晶圆30取出，即可于该晶圆30上形成该立体形状图案。同样地，使用于表面 具有对应于一粗糙面图案的另一夹具来取代该中空夹具31，即可于该晶圆30上形成该粗糙 面图案。
[0034]此外，如第3B图所示，更可于该中空夹具31旁设置一对应电极33,以该中空夹具31 作为阴极，而该对应电极33作为阳极，并设置一电源供应器34,其中该电源供应器34经由一 线路35与该中空夹具31及该对应电极33电连接，并施加一固定电压或一固定电流，利用阴 极防蚀(cathode protection)的原理，可达到减少该中空夹具31的损耗以及保护该金属线 11的目的。再者，亦可以该中空夹具31作为阳极，而该对应电极33作为阴极，并施加另一固 定电压或另一固定电流，以达到加速蚀刻的功效。本发明的实施更可藉由一物体36经由该 中空夹具31对该晶圆30的表面施加一压力，以确保蚀刻过程中该中空夹具31与该晶圆30保 持良好接触，以确保蚀刻质量。
[0035]当然，本发明的另一实施例可参考前述实施例，惟与前述实施例不同处在于，将该 晶圆30置于该中空夹具31上方，与该反应性液体12-同置于该加工装置38内，必要时也亦 可对该晶圆30增加一重量负荷，使该晶圆30与该中空夹具31能维持良好接触。
[0036] 该反应性液体12的配制比例及结果说明如表1所示。由表1可知，本发明于选用适 当的氧化剂与蚀刻条件下，硅晶棒可以被顺利切割，而且当过氧化氢的浓度愈高，银线的溶 解速率(dissolution rate)愈低，故银的损耗量也愈低。
[0037]表 1
[0038]
[0039] 本发明的方法为将晶棒切割成晶圆，由于并非采用机械加工的方法，晶棒的损耗 量仅约10%，甚至远低于此数值。若采用现有技术将晶棒切割成晶圆，则依据所使用切割线 的线宽与其上的钻石或研磨颗粒的大小，有所不同，但晶棒的损耗量都超过50%以上，特别 是当晶圆厚度越来越薄时，由于机械切割时产生切割应力，容易使晶圆破裂，因此造成更多 切割不良的损失。因此，使用本发明所提出的方法可大幅提升晶圆的产出率。
[0040] 请参阅第4图，其为本发明第四实施例的晶圆40的加工装置48及加工方法示意图。 本实施例采用一金字塔形夹具41，该金字塔形夹具41于一反应性液体12中，藉由该夹具41 上方的一物体46对该晶圆40的表面施加一压力，以进行蚀刻，使该晶圆40表面形成一倒金 字塔形状图案。
[0041] 请参阅第5A图，其系本发明第五实施例的夹具的照片，该照片系以扫描式电子显 微镜(scanning electron microscope，SEM)所拍摄。该夹具系由复数个如第四实施例所示 的金字塔形夹具排列成金字塔数组，使用该夹具，可以于硅晶圆的表面形成对应的倒金字 塔数组图案，如第5B图所示使用SEM所拍摄的照片。
[0042] 根据本发明的第六实施例，也可选用硫酸来作为蚀刻液，以取代前述的氢氟酸。在 此实施例中，分别采用浓度为0.5M、1M及2M的硫酸，以该银线为工作电极，而石墨棒为对应 电极，经由电化学循环伏安法(Cyclic Volta_etry，CV)测试，得到循环发生还原及氧化反 应时电流对电位(相对于对应电极）的曲线，如第6A~6C图所示。根据氧化与还原曲线的峰 高对称性来判断该化学反应的可逆性，有助于了解所采用的该反应性液体的电化学特性， 从而可据以设计或改善该反应性液体的配方、以及加速或抑制加工的进行。
[0043] 此外，由于本发明不需要使用黄光制程及光罩，故可大幅降低生产设备的投资成 本。且根据本发明的方法，可以简单地于基板上或晶圆上形成一维、二维或三维的图案。
[0044] 本发明以较佳的实施例说明如上，仅用于帮助了解本发明的实施，非用以限定本 发明的精神，而本领域技术人员于领悟本发明的精神后，在不脱离本发明的精神范围内，当 可作些许更动修饰及等同的变化替换，其专利保护范围当视后附的申请专利范围及其等同 领域而定。
[0045] 【符号说明】
[0046] 10 晶棒
[0047] 11切割线
[0048] 12反应性液体
[0049] 13、20、30、40 晶圆
[0050] 14接触面
[0051 ] 15重力方向
[0052] 16至少二相邻切割周围
[0053] 18、28、38、48 加工装置
[0054] 21切割线
[0055] 26线形凹槽
[0056] 31中空夹具
[0057] 33对应电极
[0058] 34电源供应器
[0059] 35 线路
[0060] 36、46 物体
[0061 ] 41金字塔形夹具
[0062] D2、D3预定深度
【主权项】
1. 一种基板加工方法，包括下列步骤： 提供一基板本体，该基板本体具有一表面； 放置一夹具于该表面上，其中该夹具作为一催化剂； 将该基板本体及该夹具置于一反应性液体中；以及 经由该反应性液体及该催化剂对该表面进行一化学反应，以加工该基板本体。2. 如权利要求1所述的方法，更包括下列步骤： 于该反应性液体中设置一对应电极(counter electrode)对置于该夹具；以及 提供一电源至该夹具及该对应电极，以对该夹具及该对应电极施加一固定电压或一固 定电流。3. 如权利要求2所述的方法，更包含下列步骤其中之一： 当该夹具为一阳极时，对该夹具施加该固定电压或该固定电流以加速该化学反应；以 及 当该夹具为一阴极时，对该夹具施加该固定电压或该固定电流以对于该夹具进行防 蚀。4. 如权利要求1所述的方法，其中： 该反应性液体包括一蚀刻液，该蚀刻液为氢氟酸、硫酸、盐酸、硝酸或其任意组合；以及 该反应性液体更包括一氧化剂及一蚀刻促进剂，其中该氧化剂为过氧化氢或臭氧，该 蚀刻促进剂系选自甘胺酸(Glycine)、赖胺酸(Lys ine)、硫酸铜、硝酸铜、氯化铜或其组合。5. 如权利要求1所述的方法，其中： 该夹具为线状、面状或立体状； 该夹具的表面材质为一金属，该金属为银、铂、铜、铱、钯、金、不锈钢或其组合； 该基板本体的材质为硅、或氮化镓；以及 该方法更包含对该夹具、该晶棒或其组合施加一压力，以使该夹具保持接触该基板本 体。6. 如权利要求1所述的方法，其中加工该基板本体系包含下列步骤其中之一： 于该基板本体的表面形成一图案；以及 对该基板本体进行切割。7. -种晶棒切割装置，包含： 一装置本体，于其内容设一晶棒，其中该晶棒具至少二相邻切割周围（periphery)，且 该至少^相邻切割周围界定一晶圆；以及 一催化切削组件，形成于该装置本体上，并催化该至少二相邻切割周围而对该晶棒进 行切割以获得该晶圆。8. 如权利要求7所述的装置，其中： 该催化切削组件包括一金属线，该金属线为一催化剂，该催化剂系选自银、铂、铜、铱、 钯、金、不锈钢或其组合；以及 该装置更包括： 一压力源，对该夹具、该晶棒或其组合施加一压力；以及 一蚀刻液，藉由该金属线的催化来切割该晶棒。9. 一种于非导体基板上形成一图案的方法，包括下列步骤： 提供一基板本体，该基板本体具有一表面；以及 经由一催化反应，于该表面上形成该图案。10.如权利要求9所述的方法，其中： 该催化反应利用一金属夹具接触该表面，以形成一接触面；以及 经由该基板本体为一反应物、该液体为一蚀刻液以及该金属夹具为一催化剂，使得该 接触面承受该重力而持续向下移动时进行该催化反应，使该表面形成具有与该接触面的投 影面相同形状的该图案。
【文档编号】B28D5/04GK105856444SQ201610042291
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月22日
【发明人】黃炳照, 苏威年, 郑正元, 朱元翰, 邱则明, 邓信富
【申请人】黄炳照