TW201442087A - 藍寶石基板之平坦加工方法 - Google Patents

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Abstract

[課題]可在從藍寶石晶棒(ingot)切出的藍寶石基板上,獲得高度的平坦性。[解決手段]在熱處理步驟中,對從藍寶石單晶晶棒切出的藍寶石基板進行熱處理。在晶圓載置步驟中,透過液態樹脂使經熱處理步驟之藍寶石基板之第1面載置於具有保持面之基台上。在樹脂硬化步驟中,使液態樹脂硬化。在第1磨削步驟中,磨削藍寶石基板之第2面。在樹脂剝離步驟中,剝離貼附於第1面之已硬化的該液態樹脂。在第2磨削步驟中,磨削藍寶石基板之第1面。

Description

藍寶石基板之平坦加工方法 發明領域
本發明是有關於從晶棒(ingot)中切出的藍寶石(sapphire)基板之平坦加工方法。
發明背景
以線鋸從晶棒切出的晶圓的表面,會有微細的波紋(凹凸)和應變。因此,會磨削以及研磨晶圓的兩面以使其平坦化。
例如,在專利文獻1所記載的晶圓之平坦化方法中,是測量晶圓的波紋,並使晶圓其中一方之面附著至塗布於薄膜上之液狀樹脂所形成的樹脂層上,根據所測量到的波紋選擇性地賦予晶圓超音波以局部地降低液狀樹脂之黏性並修復晶圓之波紋,在液狀樹脂固化後,藉由磨削晶圓另一方之面以去除波紋,可使晶圓不僅其中一方之面的波紋,另一方之面的波紋也充分去除而平坦化。
又,在專利文獻2記載的晶圓之平坦加工方法中,是藉由使晶圓之第一面吸引保持於水平保持面進行波紋之矯正,以在呈水平之狀態下,磨削第二面以消除應變,再使晶圓之第二面吸引保持於水平保持面進行波紋之矯正, 以在呈水平之狀態下,磨削第一面以消除應變,藉此,於第一面以及第二面形成相同的磨削應變後,進行平坦化加工,以有效地去除起因於晶圓之應變的翹曲,而可以得到高平坦度之晶圓。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1:日本專利特開2011-151099號公報
專利文獻2:日本專利特開2011-249652號公報
發明概要
但是,由於藍寶石之晶棒硬,故以線鋸切出時產生的應力大,在以線鋸從晶棒切出並形成板狀之藍寶石基板內部,會產生殘留應力。以往,由於是在不考慮藍寶石基板內部的殘留應力下進行表面之平坦化加工,所以會因藍寶石基板內部之殘留應力而產生翹曲,並有無法獲得高平坦性之課題。
本發明是鑒於此種情況而做出者,並提供從藍寶石晶棒切出的藍寶石基板之平坦化加工方法。
本發明之藍寶石基板之平坦加工方法為,從藍寶石單晶晶棒切出之藍寶石基板之平坦加工方法,包含:對從藍寶石單晶晶棒切出的藍寶石基板作熱處理之熱處理步 驟和,使經該熱處理步驟之藍寶石基板的第1面,透過液態樹脂載置於具有保持面之基台上的晶圓載置步驟和,該晶圓載置步驟後,使該液態樹脂硬化之樹脂硬化步驟和,該樹脂硬化步驟後,對與藍寶石基板之該第1面為相反面之第2面進行磨削之第1磨削步驟和,該第1磨削步驟後,將貼附於該第1面之已硬化的該液態樹脂剝離之樹脂剝離步驟和,該樹脂剝離步驟後,對藍寶石基板之該第1面進行磨削之第2磨削步驟。
在本發明之藍寶石基板之平坦加工方法中,由於在以熱處理消除藍寶石基板內部的殘留應力後,進行表面的平坦化加工,故可以抑制起因於殘留應力之翹曲的產生,並可確保高度的平坦性。
10‧‧‧藍寶石基板之平坦加工方法
11‧‧‧藍寶石基板切出步驟
12‧‧‧熱處理步驟
13‧‧‧晶圓載置步驟
14‧‧‧樹脂硬化步驟
15‧‧‧第1磨削步驟
16‧‧‧樹脂剝離步驟
17‧‧‧第2磨削步驟
20‧‧‧藍寶石基板
21‧‧‧表面
22‧‧‧加工應變
23‧‧‧波紋
30‧‧‧樹脂披覆裝置
31‧‧‧保持機構
311‧‧‧推壓墊
32‧‧‧保持部
321‧‧‧吸引面
33‧‧‧基台
331、511‧‧‧保持面
34‧‧‧UV燈
41‧‧‧薄膜
42‧‧‧紫外線硬化樹脂
421‧‧‧平坦面
50‧‧‧磨削裝置
51‧‧‧夾頭台
52‧‧‧夾頭台支撐台
53‧‧‧磨削單元
531‧‧‧磨削磨石
60‧‧‧熱處理裝置
61‧‧‧晶圓架
62‧‧‧內管
63‧‧‧外管
631‧‧‧排氣口
64‧‧‧加熱器
65‧‧‧晶圓架升降機構
66‧‧‧退火氣體供給機構
圖1為顯示藍寶石基板之平坦加工方法的流程圖;圖2為顯示在藍寶石基板切出步驟所切出的藍寶石基板之模式圖;圖3為顯示熱處理裝置之截面圖;圖4為顯示在熱處理步驟之已熱處理的藍寶石基板之模式圖;圖5為顯示晶圓載置步驟之模式圖;圖6為顯示樹脂硬化步驟之模式圖;圖7為顯示磨削裝置之立體圖; 圖8為顯示第1磨削步驟之模式圖;圖9為顯示樹脂剝離步驟之模式圖;以及圖10為顯示第2磨削步驟之模式圖。
用以實施發明之形態
圖1所示之本發明的藍寶石基板之平坦加工方法10具有以下之順序。最初,在藍寶石基板切出步驟11中,使用線鋸,從藍寶石單晶晶棒中切出藍寶石基板。接著,在熱處理步驟12中,對所切出的藍寶石基板作熱處理。接著,在晶圓載置步驟13中,透過液態樹脂使已熱處理之藍寶石基板的其中一方之面(第1面)載置於具有保持面之基台上。接著,在樹脂硬化步驟14中,使液態樹脂硬化。接著,在第1磨削步驟15中,磨削藍寶石基板的相反側之面(第2面)。接著,在樹脂剝離步驟16中,剝離貼附於藍寶石基板的第1面之已硬化的液態樹脂。接著,在第2磨削步驟17中,磨削藍寶石基板之第1面。以下將針對各步驟的詳細內容作說明。
(1)藍寶石基板切出步驟
使用線鋸從藍寶石單晶晶棒切出藍寶石基板時,如圖2所示,在所切出的藍寶石基板20a的兩個面21a、21b中,會有加工應變22a、22b和波紋23a、23b。又,在藍寶石基板20a中,由於加工應變22a、22b和內部的殘留應力(圖未示)之影響,將產生翹曲。再者,在圖2中,是放大藍寶石基板20a的厚度方向以強調表面的凹凸。在後述之圖4~6以及圖 8~10中也是相同。
(2)熱處理步驟
圖3所示之熱處理裝置60具有,用於載置所切出的藍寶石基板20a的晶圓架61和,包圍晶圓架61周圍的內管62和,與內管62連接並包圍內管周圍的外管63和,配置於外管63之外側的加熱器64和,使晶圓架61進出於內管62內的晶圓架升降機構65和,供應退火氣體至內管62內的退火氣體供給機構66。
退火氣體可為例如,20%的氧氣和80%的氬氣之混合氣體或空氣等。使透過退火氣體供給機構66供應至內管62內之退火氣體,朝向收容在晶圓架61中的複數個藍寶石基板20a攪動後,將通過外管63,從設置在外管63之排氣口631排出。外管63是用於阻隔來自加熱器64之會污染藍寶石基板20a的物質侵入到內部。又,未能完全以外管63阻隔而侵入外管63內的物質,可隨著退火氣體一起被排出。
在熱處理步驟12中,是將藍寶石基板20a裝載於晶圓架61,並以晶圓架升降機構65使已裝載藍寶石基板20a之晶圓架61插入內管62內。並且,以退火氣體供給機構66供應退火氣體至內管62內、以加熱器64加熱裝載於晶圓架61之藍寶石基板20a,以在預定的熱處理溫度下進行預定時間的熱處理。如此進行,藉由對藍寶石基板20a實施熱處理,可以消除藍寶石基板20a內部之殘留應力。又,經由熱處理,也能一定程度地消除藍寶石基板20a表面的加工應變22a、22b。熱處理溫度,最好為適用於藍寶石之溫度,例如,攝 氏900度以上1650度以下。在實驗中,藉由進行攝氏1400度下4小時,或者攝氏1250度下4小時之熱處理,可以良好地消除藍寶石基板內部之殘留應力。
如4所示,經熱處理之藍寶石基板20b,由於可消除內部的殘留應力,也一定程度地消除加工應變22a、22b,故可以減少翹曲。
(3)晶圓載置步驟
如圖5所示,樹脂披覆裝置30之基台33具有水平的保持面331,且是由紫外線可通過的材料所形成。使藍寶石基板20b吸引並保持於設在保持機構31之推壓墊311底面的保持部32之吸引面321,並使藍寶石基板20b載置於已滴落在保持面331上所載置之薄膜41上的液態的紫外線硬化樹脂42a(液態樹脂)上。並且,透過推壓墊311,以全面均等的推壓力推壓藍寶石基板20b,以擠壓擴展紫外線硬化樹脂42a,形成使紫外線硬化樹脂42a塗布於藍寶石基板20b的整個第1面21a之狀態。之後,停止來自吸引面321之吸引以解放藍寶石基板20b,並使保持機構31退避至上方。
(4)樹脂硬化步驟
如圖6所示,以UV燈34從紫外線硬化樹脂42的下方照射紫外線,以通過基台33以及薄膜41,使紫外線硬化樹脂42a硬化。在已硬化的紫外線硬化樹脂42b的底面,形成以保持面331為基準之平坦面421。
(5)第1磨削步驟
圖7所示之磨削裝置50具有,用於保持藍寶石基板20之 夾頭台51和,可轉動地支撐夾頭台51之夾頭台支撐台52和,對保持於夾頭台51之藍寶石基板20的表面進行磨削之磨削單元53和,使磨削單元53在鉛直方向移動之磨削傳送機構54。磨削單元53中設有配置成圓環狀之可轉動的複數個磨削磨石531。
如圖8所示,使未附著有硬化的紫外線硬化樹脂42b之側的第2面21b朝上,亦即,使平坦面421朝下,將透過紫外線硬化樹脂42b與薄膜41結合之藍寶石基板20c保持於夾頭台51之保持面511。並且,以磨削傳送機構54使磨削單元53下降,並使旋轉之磨削單元53的磨削磨石531推壓於第2面21b以對第2面21b進行磨削。由於紫外線硬化樹脂42b之被保持面為平坦面421,故保持於夾頭台51之藍寶石基板20c可不矯正形成於藍寶石基板20c之表面21a的波紋23a,而將第2面21b磨削至平坦。
(6)樹脂剝離步驟
接著,如圖9所示,從經磨削第2面21b而已平坦之藍寶石基板20d,剝離薄膜41時,硬化之紫外線硬化樹脂42b也會随著薄膜41一起被剝離,而使第1面21a露出。
(7)第2磨削步驟
將圖9所示之已剝離紫外線硬化樹脂42b的藍寶石基板20d翻面,使尚未磨削之側的第1面21a朝上,亦即,使經磨削而平坦化之第2面21b朝下,將藍寶石基板20d保持於如圖10所示之夾頭台51的保持面511,使旋轉之磨削單元53的磨削磨石531推壓於第1面21a以對第1面21a進行磨削。由於在 第1磨削步驟中已將第2面21b磨削至平坦,在保持於夾頭台51上時已不需矯正波紋23a,故可以形成使第1面21a磨削至平坦的藍寶石基板20e。
如此,藉由對從藍寶石單晶晶棒切出的藍寶石基板,實施熱處理,可以消除殘留於藍寶石基板內部的殘留應力。藉此,可以去除藍寶石基板的翹曲。之後,藉由進行藍寶石基板之表面的平坦化加工,可以排除藍寶石基板之翹曲產生的影響,並可以確保高度的平坦性。
藉此,可以得到較佳的、超平坦的且擁有相同結晶方位的平台面以及具有直線狀之規則性的台階視軸之基板表面,來作為半導體元件之絕緣基板。
再者,對經熱處理步驟12熱處理過之藍寶石基板20b,實施與專利文獻2所記載之一次磨削步驟相同的雙面磨削亦可。藉此,由於可消除兩個面的加應應變22a、22b,故可以確保更佳的平坦性。
或者,藉由專利文獻2所記載之一次磨削步驟,對在藍寶石基板切出步驟11中所切出的藍寶石基板20a的兩個面作磨削後,再以熱步理步驟12進行熱處理亦可。藉此,在一次磨削步驟所產生的磨削應變可藉由熱處理消除。
又,透過專利文獻1以及專利文獻2所記載的波紋測量步驟以及波紋復原步驟,測量經熱處理步驟12熱處理過之藍寶石基板20b(或者,已在一次磨削步驟中磨削兩個面的藍寶石基板)之表面21b的波紋23b,並使載置於基台上之藍寶石基板的表面21b之波紋23b復原後,再以樹脂硬化步 驟14使紫外線硬化樹脂42硬化亦可。藉此,即使是在藍寶石基板之波紋已矯正的狀態下推壓紫外線硬化樹脂42時,也可以復原波紋,故可以確保更佳的平坦性。
10‧‧‧藍寶石基板之平坦加工方法
11‧‧‧藍寶石基板切出步驟
12‧‧‧熱處理步驟
13‧‧‧晶圓載置步驟
14‧‧‧樹脂硬化步驟
15‧‧‧第1磨削步驟
16‧‧‧樹脂剝離步驟
17‧‧‧第2磨削步驟

Claims (1)

  1. 一種藍寶石基板之平坦加工方法,為從藍寶石單晶晶棒(ingot)切出之藍寶石基板之平坦加工方法,包含:熱處理步驟,對從藍寶石單晶晶棒切出的藍寶石基板作熱處理;晶圓載置步驟,使經該熱處理步驟之藍寶石基板的第1面透過液態樹脂載置於具有保持面之基台上;樹脂硬化步驟,於該晶圓載置步驟後,使該液態樹脂硬化;第1磨削步驟,於該樹脂硬化步驟後,對與藍寶石基板之該第1面為相反面之第2面進行磨削;樹脂剝離步驟,於該第1磨削步驟後,將貼附於該第1面之已硬化的該液態樹脂剝離;及第2磨削步驟,於該樹脂剝離步驟後,對藍寶石基板之該第1面進行磨削。
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