TW391040B - Wafer holder and method of producing a semiconductor wafer - Google Patents

Description

經濟部中央標準局負工消费合作社印褽 Λ7 B7__ 五、發明説明（1 ) 本發明相關於一種晶圓（亦稱晶片）支架及一種製造光 面圓邊半導臛晶圓之方法，其中使用該晶圓支架。 半導體晶圓之製造工作包括：自晶體切成半導體晶圓 及一条列磨整材料之拥械加工步》。逋用之切割工具有瓖 型、帶型及燦型鋸。若用镍型鋸，可同時自一晶體切出許 多半導體晶圓。由於實施線鋸時使用鋸切懸浮液，經線型 鋸切割後所得之半導體晶圓受到嚴重污染。無論用何種切 割方法，自一晶體切成之半導體晶圓，其表面附近區受到 損壤，該部位之材料必須在随後之磨整材料機械加工步驟 内予Μ磨整。為使半導體晶圓之邊緣圓滑及兩面之表面儘 可能光滑而且平行，亦需要該等櫬械加工步驟。經過切割 操作後，半導體晶圓之厚度變化，其兩個面之平整度及其 邊緣之結構，仍不能符合随後實施半導體晶圓加工以製造 電子分件所定之標準。磨整材料之檄械加工步驟通常含有 :切成半導體晶圓之圓邊、研磨、蝕刻及拋光。間或亦曾 有人建議：半導體晶圓兩面同時實施櫬械加工之研磨法， 由兩個研磨步驟（依序先後實施，而且每次僅研磨半導體 之一個面）代替之。美國專利US 5,400,548曾述及該研磨 方法。在研磨期間，半導體晶圓位於晶圓支架（夾頭）之支 撐體上。摞準晶圓支架之支撐饈係由多孔性陶瓷材料製成 。半導體晶圓係利用真空吸氣固定在晶圓支架上。實施研 磨之半導體晶圓面係在位於晶圓支架上之面之對方。實施 圓邊加工期間，係將半導體晶圓之邊緣加以研磨。 將半導鳢晶圓之兩面加Κ研磨，可使加工後之兩涸面 (請讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現格（210X 297公釐） 經濟部中央梯準局貝工消費合作社印袈 五、發明説明（2 ) 非常平行。但另一方面，事實顯示：如此研磨後之兩涸面 之平整度不合欄準。為達成預期之平整度，醣後之餓刻及 抛光等磨整材料機械加工步朦必須採用較昂贵之方法。於 是，經計算結果顯示，為製造具有預期晶圓形狀之半導體 晶圓獬要磨整之材料數量將增加，因此某一長度之晶體所 能製得之晶圓數將減少。 半導體晶圓實施研磨或圓邊期間，位於晶圓支架對方 之半導體晶圓面可能產生不必要之材料破裂。半専體專家 稱之為「鳥鴉爪印j β另一可能損害半導體晶圓品質之琨 象是：兩面實施研磨期間，半導體晶圓之兩涸面可能產生 局部凹陷（波紋）。待櫬械加工之半導體晶圓瑾受顆粒污染 之範面愈大，發生「烏鴉爪印」及凹陷之危賒性愈高。所 以，尤其由線型鋸鋸成之晶圓，在資施研磨或圓邊之前， 必須經過繁雑之清瀠工作。 所以本發明之目的是達成以下之結果：即使半導體晶 圓經過粗略之清潔且其表面仍受頼粒相當程度之污染，半 導體晶圓可資施研磨及圓邊工作而無上逑之困難發生。 本發明相瞄於一種附有支撐體之晶圓支架（夾頭），該 支架係用以在實施研磨期間固定半導體晶圓，其中該支撐 體係由一柔軟材料製成。 本發明之晶圓支架與習知晶圓支架之不同處是：其支 撐髖之構成材料係有機性者且較目前所用之剛硬陶瓷材料 為軟。該材料必須對位於半導體晶圓與晶圓支架間之顆粒 足夠的柔軟，該晶圓支架係在固定半導體晶圓期間由所施 -4 - .(請先閲讀背面之注$項再填寫本頁)

本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ297公釐） B7 B7 鯉濟部中央標準局貝工消费合作社印褽 五、發明説明（3 ) 颳縮力嵌入晶圓支架之支撐體内。此外，假若半導饈晶圓 之不平坦面係位於支撐體之表面上且係固定在晶圓支架上 ，該材料必須足夠的柔軟，不致使半導體晶圓變形但可使 支撐饈產生弾性變形。支撩體材料之蕭耳A硬度以5至99為 佳，但M50至92較佳，尤以80至90最佳。更合意的是，使 用晶圓支架之前，將支撐體之表面加Μ研磨使其儘可能的 平整。晶圓支架之支撐體最好由多孔性、彌性有機材料製 成。舉例言之，特別合意之材料是聚胺甲酸酯。舉例言之 ，該支撐體可缩於或黏於晶圓支架上。若半導體晶圓係藉 真空吸氣固定在晶圓支架上，最好事先於支撐體上多處加 以穿孔形成吸氣管道。 本發明亦相瞄於一種使用晶圓支架之方法。在該方法 中，晶圓第一面實施研磨期間，半導體晶圓係固定在一附 有柔軟支撐體之晶圓支架上，晶圓第二面實施研磨期間， 半導體晶圓係固定在一附有剛硬支撐體之晶圓支架上。 閫於本發明，若一半導艟晶圓之不平坦面係位於支撐 體之表面上且半導體晶圓固定在晶圓支架上期間僅受到彌 性變形，則該支撐體稱為剛硬。該等支撐體係由無檄材料 ，特別是陶瓷材料製成。該材料之蕭耳Α硬度以超過99.5 為佳。 茲參照附B將本發明及其優點加以更詳盡之說明如下 。画1槪略地顢示：若使用附有剛硬支撐體之禰準晶圓支 架，半導體晶圓兩面實施研磨期間之操作情形。圖2顯示 :若使用本發明之方法，半導體晶圓實施研磨操作之對應 -5 — 本紙浪尺度適財國國家標準（CNS),、規格（210x297公楚） C .訂 户、 (請"W讀背面之注項再填寫本頁) Λ 7 Λ 7 經濟部中央標準局工消費合作社印製 五、發明説明u ) 圖式。 首先參照圓1。所示半導體晶圓兩面實施研磨期間之操 作係說明既有技術。由钃la可推醑：自晶體切割成之半導 饈晶圓1之兩個面既不平整亦不平行。兩面之橫斷面起伏 不平且晶圓之厚度沿晶圓直徑方向有所變化。在以下敘逑 中，半導趙晶圓之一偁面稱作前面2 ,位於該面對方之一 個面稱作背面5。舉例言之，若將半導體晶圓1置於一晶圓 支架3之剛硬支撐饈4上並藉真空吸氣予以固定在上面（画 lb),半導體晶圓之不平坦背面5則被Μ向支撐體4。在此 方法中，該半導體晶圓係彌性地形成並與支撐體表面緊密 地貼合。背面的起伏不平處，部分變得平滑，部分之幅度 減小。位於支撐體與半導體晶圓間之顆粒使晶圓變形，因 此，位於顆粒對方之半導體晶圓前面上之起伏不平幅度局 部增加。若該顆粒所產生之壓縮力超過某一數值，材料即 在該處破損而產生「鳥，鴉爪印」。此種情況可能在半導體 晶圓兩面實施研磨期間及半導體晶圓實施圓邊操作期間發 生。 半導體晶圓之前面實施研磨之初期著實能產生一平整 面。但一旦半導體晶圓之固定作用消失時，該平整面立即 再度變得起伏不平，而經彈性變形之半導體晶圓1得以放 鬆（圖lc)。在鼸後之研磨步驟中，半導體晶圓之背面5實 施研膺操作，半導體晶圓之前面2係固定在晶圓支架3之 剛硬支撐艨4上。雖然該前面之起伏不平可由第一次之研 磨予以減少，但並未完全清除。所以，當半導體晶圓之前 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨〇X297公釐） (請$讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Λ Ί. 經濟部中央揉準局負工消费合作杜印褽 Λ7 _B7 五、發明説明（5 ) 面2固定在晶圓支架3之支撐體4上時，半導體晶圓立即 再度受到弹性變形（圃Id)。背面實施研磨後，若鬆開半導 體晶圆，製得之半導體晶圓1,其兩面雎已達到預期之平 行，但不必要之嚴重起伏不平仍然存在（圖le)。 若半導體晶圓實施研磨期間位於半導體晶圓與晶圓支 架間之顆粒使半導體晶圓局部變形，位於該處之材料將大 量被磨除並在半導饉晶圓之面上產生一凹陷（波紋）（未黷 示）。 本發明之方法所提供的是··第一面（M下稱為前面）實 施研磨時，半導體晶圓係固定在附有一柔軟支撐體之晶圓 支架上（如圖2所示）。自晶體切割成之半導體晶圓1之兩 面並不平整且彼此不平行（圖2a)〇在研磨或圓邊期間，半 導體晶圓可能槿易瓛到顆粒之污染而不產生「鳥鴉爪印」 及凹陷。即使嚴重污染之線鋸鋸成之半導體晶圓，在研磨 前必須概略地加以清潔。將鋸切懸浮液加以適度之清洗而 其液體成分在加工過程中得以除去即足夠。當半導體晶圓 1固定在晶圓支架3上而未使半導體晶圓變形時，即使晶 圓烴清潔後仍留存於半導體晶圓與支撐體間之顆粒瑾擠入 柔軟支攆體6内。同樣地，在前面2實施研磨期間，半導 體晶圓背面5上之不平坦部分亦被吸入支撐體內（圖2b)。 舉例言之，柔軟支撐體係黏著於或餹於一傳統式晶圓 支架上。若Μ柔軟支撐體替代剛硬支撐體，傳統式晶圓支 架亦可使用。較為合意的是，即使在使用晶圓支架實施半 導體晶圓櫬械加工之前，晶圓支架上之柔軟支撐體至少娌 _ 7 - (請vs讀背面之注意事項再填寫本頁) ,-ιτ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 經濟部中央橾準局系工消費合作社印製 Λ7 _B7 五、發明説明（6 ) 過一次表面研磨使其平坦。舉例言之，每次晶圓實施拥械 加工後，最好用刷子將顆粒之柔軟支撐體加以清潔。將經 研磨之前面加以清潔則更為合意，該項清潔工作可在研磨 機内，半導體晶圓仍位於晶圓支架上之情況下實施且可清 除顆粒。 固定在晶圓支架上之半導體晶圓並未遭到彈性變形， 所以，即使在半導體晶圓1自晶圓支架上移開之後，由第 一研磨步驟所形成之平整前面仍能保持原狀不受影響（圖 2c) ^在研磨半導體晶圓背面5時，本發明更提供：使用 一附有剛硬支撐體4之晶圓支架3。為此，將一面經研磨之 半導體晶圓加以翮轉，業經研磨平整之前面2得以固定在 晶圓支架3上。因該前面係一平整之參考面，在此操作中 該半導體晶圓不再產生彈性變形。由於使用附有一剛硬支 撐體4之晶圓支架3,半導體晶圓之背面5得以研磨成高度 精密地平行於該參考面(圃2d)。該項操作所產生之磨損， 可在半導體晶圓仍位於晶圓支架上時，在研磨機内予以清 除。目卩使半導體晶圓1自晶圓支架上移開之後，經研磨之 兩面仍能保持其平整及平行（圃2e)。 半導體晶圓之圓邊工作可在兩面實施研磨之前或之後 實施。若圓邊工作係在兩面實施研磨之前實施，所Μ其邊 緣仍受鋸屑之污染，半導體晶圓必須固定在附有一柔軟支 撐《之晶圓支架上，以避免形成「鳥鴉爪印j。另一方面 ，較為合意的是，兩面業經研磨及清潔之半導體晶圓係固 定在附有一剛硬支撐體之晶圓支架上以便實施圓邊工作。 -8 ~ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4坭格（210X29*7公釐} (請先閲讀背面之注意事項再填舄本頁) 訂 經濟部中央標準扃貞工消费合作社印簟 Λ 7 Β7 五、發明説明（7 ) 半導體晶圓之一個面亦可分兩個步软實施研磨工作， 其中係使用兩種不同之研磨工具（二心軸研磨法）。第一步 包括對該面實施粗磨而第二步包括對該面資施细磨。為使 該方法亦能利用本發明，建議該半導體晶圓之兩涸面先施 Μ粗膺，随後再施以细磨。對該等面實施粗磨期間，半導 體晶圓係固定在一附有柔軟支撐體之晶圓支架上。對該等 面實施细磨期間，半導體晶圓應固定在一附有剛硬支撐體 之晶圓支架上。 其邊緣及兩面均依照本發明實施過機械加工之半導體 晶圓，随後更接受一次材料之磨整工作使其表面光滑。其 中包括：將該半導體晶圓施以蝕刻及拋光，但蝕刻步驟可 随意地省去。拋光步嫌可能包括：對半導體晶圓之兩面或 單獨一面實施箪面拋光或對兩面實施雙面拋光。 實驗例： 本方法之效果係利用直徑200公厘之矽晶圓测試者。為 達成此目的所採用之加工順序是：線鋸鋸切-粗略清潔-前 面研磨（晶圓支架附有一柔軟支撐體）-研磨機内之前面清 潔-背面研磨（晶圆支架附有一剛硬支撐體）-研磨檄內之背 面清潔-圓邊（晶圓支架附有一剛硬支撐體）。 為作為比較，晶圓之加工採用同樣之加工順序，但前 面之研磨工作係在一附有剛硬支撐體之晶圓支架上實施。 所有矽晶圓經過進一步蝕刻及雙面拋光等處理之後，利用 一「鹰鏑」實施光學檢驗。檢驗结果顧示：若依照本發明 處理半導體晶圓，鋸切時所產生之不平處可能大幅減少。 -9 - 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公漤） ^C------11------气-, ·(請4t聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 39l〇4〇 A7 B7 五、發明説明（8 ) 該檢驗亦顯示：雖然僅經粗略清潔之半導體晶圓受到顆粒 相當程度之污染，對附有顆粒之半導體晶圓施以本發明之 處理，不致造成處理结果之負面影響。 圔式簡單說明： 圓1:為半導谭晶圓兩面實施研磨的示意蹰， 画la :示半導體晶圓兩面既不平整亦不平行， 画lb :示半導體晶圓置於晶圓支架之剛硬支撐體上， 囫lc:示經彌性變形之半導體晶圓放鬆， 瓤Id ··示半導體晶圓再度受到彌性變形， 圆le:示半導體晶圓兩面平行，.但起伏不平仍然存在， 圖2:示前面實施研磨時，半導體晶圓固定在附有一柔軟 支撐體之晶圓支架上， 圖2a:示半導體晶圓兩面並不平整且彼此不平行， ®2b:示前面實施研磨期間，半導體晶圓背面不平坦部分 吸入支撐體内， 圈2c :示半導體晶圓前面保持原狀， 園2d:示半導體晶圓背面平行於參考面， 圓2e :示半導體晶圓兩面仍保持平整及平行。 之 注

I 旁 訂 經濟部中失標隼局貝工消费合作社印策 主要元件編號： 1半導體晶圓 2半導體晶圓之前面 3 晶圓支架 4剛硬支撐艟 5半導髖晶圓之背面 6柔軟支撐體

Claims (1)

1. A8B8C8D8 391040 六、申請專利範圍 1. 一種附有一支撑通、用於實施研磨期間固定半導雄晶 圓之晶圓支架（夹頭），其中該支撐通係由柔軟材料製成。 ?.如申請專利範圍第1項之晶圓支架，其中該支摟想之 #耳Α硬度為5至99。 3. 如申請專利範圍第1或2項之晶圓支架，其令該支撐 饉係由聚胺甲酸顴製成》 4. 、如申請專利範面第3項之晶面支架，其中該支撐逋係 經過表面研磨至平整。 5·'一種製造雙面研磨平整、圚邊半導《晶面之方法，其 中半導艎晶圚係自一單晶想切成，該半導想晶圓之兩面及』 邊緣均曾實施研磨，該半導想晶圓係固定在一晶圓支架之j 支推艘上’且在第一面實施研磨期間，半導趙晶圓係固定 在一附有柔軟支撐艟之晶圓支架上，在第二面實施研磨期 間’半導《晶圓係固定在一附有剛硬支撐艎之-晶圓支架 上β 6·如申請專利範圍第5項之方法，其中該半導鍾晶圓自 晶效切成後’半導趙晶面首先實施圓邊，且在此操作期間， 該半導艘晶圓係固定在一附有柔軟支撐艘之晶圓支架上。 7. Γ如申請專利範圍第5項之方法，其中該半導想晶圓自 .晶想切成後’半導想晶圓之兩個面首先實施研磨，繼之半 Α想晶JB實施圓邊工作，在實施圓邊工作期間，半導趙B •面係固定在一附有剛硬支撐體之晶圓支架上β 8. >申請專利範圍第5、6或7項之方法，其中該半導 晶圓自晶《L切成後經過粗略清潔》 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵G χ 297公爱） 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 A8 B8 C8 D8 391040 ------ 六、申請專利範圍 9.如申請專利範圍第8項之方法，其中該半導逋晶面之 兩i經過研磨並實施面邊之後，再實施飪刻及拋光。 lj).如申請專利範固第8項之方法，其中該半導饉晶圓經 實施兩個面研磨及圓邊之後，繼之施以抛光。 u. 一種製造雙面研磨平整、圓邊半導想(晶圓之方法，其 中該半導艟晶圓係自，單晶想切成，該半導逋晶圓之兩巧、 及邊緣均曾實施研磨，該半導艎晶面係固定在一晶圓支架 之支撐鱧上，且兩面之研磨包括粗磨及細磨，其中在兩面· 實施—粗磨期間該半導饉晶圓係固定在一附有柔軟支撐鱧之 晶圓支架上，在兩面實施細磨期間該半導艘晶圓係固定在 一附有剛—硬支撐體之晶圓支架上。 --------------^-------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -I線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）