TWI249785B - Method of chamfering semiconductor wafer - Google Patents

Description

1249785 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係與圓形單結晶氮化物半導體基板（晶圓）有關，特 別與GaN基板之邊緣部的改良有關。邊緣係指，晶圓之門邊 部份；因其呈尖銳狀’為造成裂縫缺損之要因，故為需進 行倒角加工的部份。倒角也稱為刨邊。氮化物半導體係产 GaN、InN、A1N等；係均為硬脆性材料，難以實施加工。 良S且大型之單結晶GaN基板較難以製造。現在雖已妒可 製造GaN自立式基板，但仍以較小且呈矩形者居多（邊長1〇 mm〜20 mm);故在藍雷射基板的使用上，仍難以達到量產水 準。InN、A1N之圓形基板則幾乎尚未被製造出來。 圓形之GaN單結晶基板終於逐漸被製造出來。晶圓之周面 係進行刨邊加工，實施斜向之倒角作業，使之不易產生裂 縫或缺損。此作業在Si晶圓或GaAs晶圓方面經常實施·其係 使旋轉砥石接觸周面，讓晶圓與旋轉砥石同時旋轉，來切 削周面。在技術尚未成熟之GaN的情形，目前圓形晶圓仍較 少。在較少的圓形GaN晶圓方面，其晶圓之倒角作業係以較 粗之旋轉遞石（#100〜#400)進行旋轉切削，此為當人現、，尸 【先前技術】 晶圓之刨邊加工係針對Si晶圓、GaAs晶圓等晶圓實施；而 在&晶圓之刨邊加工方面有許多改良。以下舉出與&晶圓有 關之幾項公知的文獻作說明。 專利文獻1提出如下手法：使鑽石砥石旋轅 疋轉，接觸晶圓之 側周，來研削側周；而該鑽石砥石係含有： 、 4 )〜3〇重量％之粒 87007 -6- 1249785 徑3〜18 nm的超微粒子的鑽石粒子；及70〜95重量％之粒徑5〜8 μιη 的鑽石粒子。該鑽石砥石係具有複雜結構之鑽石砥石，其 鑽石粒子之粒徑包含兩個階段。該文獻指出，由於先前係 使用粒徑20 μιη的鑽石砥石，在進行刨邊加工時會造成裂縫、 龜裂，為了防止此現象，因此建議採用粒子更細的鑽石砥 石。因使用細微粒子之鑽石，不會產生破壞層，故不會造 成龜裂或裂縫。但如僅採取這種作法，卻會使研削速度變 得極慢，因此採用5〜8 μπι粒子的鑽石。 在專利文獻2中揭示：因Si晶圓較硬，難以作機械式切削； 且在進行機械式切削的情形，必須使用鑽石硬石，故成本 較咼’因此在Si晶圓之側周面使用電解液，施加電壓，來實 施電解研磨。 以上所述者為Si晶圓之刨邊加工。 專利文獻3係本發明申請者所提出之與對GaN基板實施刨 邊有關的發明。 [專利文獻1]特開平9-181021號「晶圓之刨邊加工方法」 [專利文獻2]特開平6_315830號「難切削材之刨邊加工方 法」 [專利文獻3]特開2002-356398號「氮化鎵晶圓」 【發明内容】 【發明之揭示】 :=明_請者之圓形GaN基板之到邊中，係使金屬結合 石/⑽晶圓外接，以周速_一一之 又万疋轉砥石與晶圓作相對旋轉，來實施削邊；而該 87007 1249785 圓形砥石上係植有粒度#丨⑻〜#400(以#2⑻為主）之鑽石砥粒 者其工序係如圖1所示，把GaN自立式基板2之緣桉壓於旋 轉砥石3上’來除去尖銳之緣。在旋轉紙石3上係植有固定 砥粒，在流下研磨液的同時，把晶圓之棱線進行切削。旋 轉砥石3與晶圓2係呈外接狀。旋轉砥石係具有各種形狀。 利用該方法進行倒角加工時，直徑每減小丨_量則需要花 10〜20分。邊緣的形狀係根據SEMIi標準來設定。 圖5係2吋圓形GaN晶圓加工時之尺寸之例。由於在半徑上 需要約1 mm之研削範圍，如為2吋晶圓的情形，則製作直徑 52 mm、厚度520 μηι之GaN基板。用於表示其周面方位的〇F、 IF係利用切割機或石汗削用砥石來進行加工。〇F之長度為} 6画 ，而正為7 _。〇F係從周緣沿著2·32 _之直線進行切削。 當表面來到面前時，使之與〇F、正呈順時鐘順序排列。其 尺寸係事先已經設定。 如圖1所示’在先前之邊緣研磨方面，係把附有〇F、汗之 直徑為52 mm的GaN晶圓，與金屬結合系鑽石旋轉砥石外接， 使砥石旋轉，進行研削直到外形變成5〇 _為止。由於使直 徑減小2 mm ’因此根據前述方法需要约2〇〜4〇分鐘。亦即， 只需較短之加工時間即可。使用該邊緣加工方式，邊緣部 之面粗度Ra可成為10000 nm〜6〇〇〇 nm (1〇 μχη〜6 _)。利用此方法 雖能充成加工，但在加工中，邊緣可能產生缺損、碎屑， 甚至進一步造成龜裂。雖想使Ra小於5 μπι，但如使用前述金 屬結合系鑽石旋轉砥石，則無法均勻地達成小於Ra6 的目 才ΤΤ。使用上述金屬結合系峨石，以極小之加工速度，進行 87007 1249785 長時間邊緣加工，係、用於抑制周邊的缺損、碎屑及改善面 粗度的可能方法之一。實際上，為了減小2晒之直徑，花丨〇 小時以上進行加工，則可使崎低到約程度。然而在該 情況下，遞石具有較大麼鉍，日奋m p t、 』平乂尺Μ轉且會因砰屑堵塞而無法獲得 安定之邊緣品質（面粗度、缺損、碎屑）。 #200之遞粒係比前述專利文獻1罢纟 —、 于们人缺1寺所知不义砥粒更粗；而 該遞粒係用於把Si晶圓進；f千知f ;喜| rp , 圓琨仃逯者。因此所獲得的結果為Ra 10 μηι〜6 μηι的粗面。 因此’本f明之發明者係#㈣粗之砥石纟進行㈣之倒 角。GaN晶圓既硬且脆，難以進行加工；如使之與旋轉毯石 外接，來切削其邊緣，晶圓邊緣在加工中有破損之虞。 即使不造成破損，亦會形成上述較粗之面粗度㈣恤〜㈣ 因®粗度較八，故在加工後亦會造成問題。周邊具有粗 面之晶圓’可能從端部產生龜裂或裂縫。&外，也有容易 在面上造成刮痕的問題。再者，因邊緣為粗面，故研削屑、 研磨屑有容易卡在凹凸部位的現象。 關於上述^’似乎使用具有較細的硬粒的旋轉職石就 可解決。然而’如使用具有比前者更細績石砥粒之砥石， 則在周面研削上必須耗費更長時間，而提高成本。如此一 來，亦可能使毯石碎屑更容易堵塞，而減短％石之使用壽 命。非僅如此’晶圓本身產生裂縫、缺損或破損的可能性 亦變得更高。因此，如考慮研削時間、碎屑堵纟、破捐之 可能性等’則難以使用較細毯粒之旋轉紙石來實施㈣之削 邊0 87007 1249785 本發明之第一目的為提供一種GaN自立式基板，其係從邊 緣部無發生龜裂之虞者。 本發明之第二目的為提供一種GaN自立式基板，其係不會 從邊緣部產生裂縫、刮痕者。 本發明之第三目的為提供一種GaN自立式基板，其係不会 因邊緣部而附著微粒，亦不會產生微塵污染者。又，本發 明不僅適用於GaN，亦可適用於AIN、InN等氮化物半導體基 板。 本發明係將圓形GaN自立式晶圓之邊緣部進行研磨，使其 面粗度小於Ra 5 μιη以下。如使面粗度小於Ra 5 μχη以下，則可 把龜裂發生率抑制在50%以下。或是，亦可使圓形自立 式晶圓之邊緣部之面粗度小於1 μχη以下。 此外’可進一步使邊緣部之面粗度小於Ra 〇1 ,以下。但 典論何種情況’面粗度之下限為Ra 10 nm左右。由於其為表 面之精密研磨的面粗度，因此並無必要使邊緣部之面粗度 比表面之面粗度更細。本發明之形GaN晶圓之邊緣部面粗度 應維持在如下範圍： (1) Ra 5 μηι〜Ra 10 nm (2) Ra 1 μηι〜Ra 1 〇 nm (3) Ra 0.1 μηι〜Ra 10 nm 圖6係依照本發明把邊緣部實施刨邊後之GaN之剖面圖。 使邊緣邵6變得更圓滑的同時，亦可使傾斜部更呈直線狀。 邊緣部之研磨係使用具有柔軟支持母體，且可供應連續性 切削刀之砥石來進行；譬如，可使用帶狀砥石。由於使用 87007 -10 - 1249785 帶子木進行研磨，因此中央部份自然帶有圓滑感。 利用上述方法使邊緣面變為平滑，則可降低龜裂之發生 率’提咼良率。如此則在進行晶圓製程時、搬送時，可降 低產生裂縫、缺損的可能性。 上述研磨法，係使用與圖1之旋轉砥石不同的砥石帶。 帶狀砥石係在布紙等帶狀物上植有砥粒者。圖2、圖3係 使帶狀砥石4接觸晶圓2之周邊部6，在晶圓旋轉的同時，進 行研磨周邊部（邊緣部）的情形。雖然植有砥粒5，但由於支 持母體為帶狀，故可自由彎曲。帶子可柔軟彎曲，故可對 邊緣6之周圍呈厚包覆。因基材並非金屬圓板等，而呈帶狀， 因此柔軟，不會對晶圓施加大壓力。如使用砥粒較細者， 則在晶圓周面在研削中不會有破裂之虞。由於是附著細石氏 粒之砥石，因此所需研削時間較長；但因晶圓為高價之物， 故此點並不會造成影響。 再者’接觸面積也不相同。當旋轉砥石與晶圓接觸時（圖 1)，由於是外接，故呈點接觸。其接觸面積極狹窄，故每 單位面積之接觸壓極大，容易造成破裂。相對的，如為帶 狀砥石（圖3)的情形，因帶子可自由彎曲，故接觸部份為 EFG，接觸面積變得相當大。晶圓對帶子呈内接狀態。中心 角EOG可容易達到40。〜90。的接觸角。接觸面積無論朝圓周2 向或厚度方向（圖2)都很寬廣。由於接觸面積寬廣，故每單 位面積之壓力變小，使造成破裂的可能性變得更小。 與旋轉遞石的情形不同’此一情沉，並碰私作τ I月/九/、碼3^係不斷變換（以 進給速度U)，因此無產生碎屑堵塞等的危險。 87007 -11 · 1249785 . 【發明之功效】 本發明係提供一種使邊緣部之面粗度變小之GaN自立式基 板。利用前述方式，使邊緣面平滑，則可降低龜裂發生率， 提咼良率。如圖4所示’利用先前方法之邊緣部之面粗度， 如為Ra 10 μηι〜6 μηι的情形時’則龜裂發生率超過6〇%，不良 率過高。本發明由於使邊緣部之面粗度小於Ra 5 μιη以下， 故可使龜裂發生率低於50%以下。又，本發明亦可使邊緣部 小於Ra 1 μηι以下，此一情況可使龜裂的發生低於1〇%以下。 再者’如小於Ra 0.1 以下，則可使之低於以下。又， 不僅減少龜裂而已，在進行晶圓製程時、搬送時，亦可降 低產生裂縫、缺損的可能性。此外，亦可減少因研削屑、 研磨屑、異物堵塞造成污染的可能性。採用上述方式，本 發明可提供更高品質之GaN自立式基板、ιηΝ、Α1Ν等之氮化 物半導體基板。 【實施方式】 使硬石帶接觸GaN晶圓之周面，在使GaN晶圓旋轉的同時， 把其側周面進行刨邊；且使其邊緣部之面粗度為 ⑴ Ra=5000 nm ^10 nm 幸父佳之邊緣部之面粗度為 (2) Ra= 1 〇〇〇 nm 〜10 nm 最理想之邊緣部之面粗度為 ⑶ Ra=l〇〇nm 〜10nm 把帶狀砥石與GaN基板之側周接觸，利用GaN基板的旋轉 動作’把GaN基板之周邊部進行研削；而該帶狀砥石係在帶 87007 -12- 1249785 面上附著有舐石者。心、 一 ^ 此万法係與旋轉砥石的情況不同，係 利用晶圓的旋轉來研削周面。 可控制交數亦係包含：帶狀砥石之砥粒的大小(#)、帶 T與日曰圓之周邊部之按壓力F、晶圓之周速V(旋轉數X半 」汗磨0+間Η '帶子之進給速度u及研磨液等。又，可採 1¾ #又研磨、一階段研磨、三階段研磨等。在採取多段 研磨的情形時，可仿皮y/x , 序仗具有大砥粒之砥石帶往具有細砥 t之硬石帶方向變化。 石氏石帶之硬粒的士 I $ 一 小為#500〜#3000。帶子之進給速度u雖 也依照砥粒之網目而宕，彳σ从a t a 、 ^ 仁、，々為1〇 mm〜30 mm/分程度。硬石 帶之粒子越細，則因廢釭& 、 u厘耗越快，所以進給速度會變得越快。 由於毯石面處於經當蠻备 ^ , ^ 吊又動狀怨，無砰屑堵塞之虞，故可使 用較細的毯粒。 本1明只貝上心屬於機械研磨，因此研磨液使用水即可。 其係具有把接觸部份進行冷卻，料低接觸電阻的作用。 加工時間係依照紙粒而含，彳H7，彳i ϊ - 疋仁進仃祖研削時所需時間較短， 進行細研磨時則所需時間變長。加工時間Η亦依照加工階段 而*。在各階段上約需w〇小時的時間。砥粒越細，巧加工 時間Η也變長。與圖1中旋轉毯石的情形（胸分 工時間變得更長’此為一項缺點；但相對的，卻可提升邊 緣面粗度Ra，因此花較長時間乃為必要之舉。 花約7小時’其研削範圍在直徑上約為Y_左右 研削需要約之帶狀越石；但亦有可能減短到I左右 此外’本發明不僅適用於GaN ’亦適用於_、等之氮化 87007 -13- 1249785 物半導體基板。 [貫施例1 ] 把外形52 mm 0、520 μηι t之GaN基板，預先以切斜機等進 行〇F (16 mm)、IF (7 mm)加工；其情況如圖5所示。 將之進行對準（定位），以#8〇〇之無接頭砥石帶與周邊部接 觸，利用一定之按壓力（7 kg/cm2)進行刨邊加工。砥石帶之進 給速度U=10 _/分。把切削水（冷卻劑）澆於工作物的同時， 男知約2小時的加工。把緣部（邊緣部）之面粗度進行AFM測 定’所獲得的結果為Ra=0.9 μπι。 接著，利用#2000之砥石帶，以相同方式施加一定之壓力， 把晶圓之周邊部進行刨邊加工。進給速度υ=2〇 _/分。加工 時間為約5小時。把周邊部（邊緣部）之面粗度進行AFm測定， 所獲得的結果為Ra=〇.3 μχη。 接著，利用#3000之砥石帶，以u=30 mm/分實施進給，對 周邊部進行6.5小時的刨邊。把周邊部（邊緣部）之面粗度進 行AFM測定，所獲得的結果為Ra=ai ,。 本發明之第一目的為使GaN晶圓之邊緣部之面粗度小於Ra 5 μιη以下。而此一目的係以第一階段之砥石帶（#8〇〇)進行研 磨而達成（Ra 0·9 μιη)。在小於Ra 1 ,以下時，龜裂發生率約 降至10%，因此使邊緣之面粗度小於Ra 1 μηι以下是有用的。 接著，以第二階段之砥石帶（#2〇〇〇)進行邊緣研磨，得到Ra 300 nm ;以第三階段之砥石帶（#3000)進行邊緣研磨，得到Ra ι〇〇 nm。此為優秀之邊緣平滑度，故龜裂發生率約為5〜8%。由 於k成龜裂之要因除邊緣面粗度之外，另有其他原因，故 87007 -14· 1249785 上述結果實屬優異之效果。 【圖式簡單說明】 圖1係表示使具有傾料；、， 、 〈磨輪接觸於晶圓邊緣，以施行 日日0邊緣之刨邊之以往例之S 、 u <日日0刨邊万法 < 剖面圖。 圖2係用於顯不本發明士 〜砥石帶法义晶圓的縱剖面圖；而 这法中，係使延石帶接觸自立式㈣晶圓之緣，使 沿著緣之角度方向變動，來對晶圓周邊部實施倒角加:石， 圖3係用於顯示本發明之硬石帶法之晶圓的橫剖面圖；而 在孩法中，係使砥石帶接觸自立式⑽晶圓之緣，使砥石帶 沿著緣之角度方向變動’來對晶圓周邊部實施倒角加工/ 圖4係用於顯示GaN晶圓之緣的面粗度Raaim)與龜裂發生 率（％)間關係之曲線圖；橫轴為周邊部（邊緣部）之面粗度 而縱軸為龜裂發生率。 圖5係在2吋GaN晶圓之例中，在對外形52_0、52〇叫^之 圓形GaN自立式基板，進行方向平面（〇F)及識別平面㈣加工 後，根據本發明之手法’實施如下工序之晶圓各部份的尺 :圖:而在該工序中，係利用砥石帶，把晶圓之周邊部(邊 緣）進行加工，研削直徑為2_量（半徑為lmm量），來使周 面部達到特定之面粗度。 圖6係利用砥石帶進行加工，使其周面部達到特定面粗度 之GaN晶圓的擴大剖面圖。 【圖式代表符號說明】 2 GaN晶圓 3 旋轉硬石 87007 15 · 1249785 4 砥石帶 5 固定砥粒 6 周邊部（邊緣部） 16- 87007

Claims (1)

1. I24918&120665號專利中請案 中文申請專利範圍替換本(94年4月）1杉: 拾、申請專利範園： / 1. 一種氮化物半導體基板之邊緣加工方法，其特徵為：使用 毯石加工硬脆性材料之氮化物半導體基板的邊緣部，該毯 石係具有柔軟之支持母體，且可連續性供應切削刃者。 2. 如請求項1之氮化物半導體基板之邊緣加工方法，其中經 邊緣研磨之氮化物半導體基板，其邊緣部之面粗度為 RalO nm〜Ra5 μιη 〇 3. 如請求項1之氮化物半導體基板之邊緣加工方法，其中該 氮化物半導體基板為一 GaN自立式基板，該經邊緣研磨之 GaN自立式—基板，其邊緣部之面粗度為Ral 0 nm〜Ra5 μιη。 4. 如請求項3之氮化物半導體基板之邊緣加工方法，其中該 氮化物半導體基板為一 GaN自立式基板，該經邊緣研磨之 GaN自立式基板，其邊緣部之面粗度為RalO nm〜Ral μιη。 5. 如請求項3之氮化物半導體基板之邊緣加工方法，其中該 氮化物半導體基板為一 GaN自立式基板，該經邊緣研磨之 GaN自立式基板，其邊緣部之面粗度為RalO nm〜RaO. 1 μιη 0 87007-940415.doc