TWI429523B - 將半導體材料複合棒同時切割為多個晶圓之方法 - Google Patents

Description

將半導體材料複合棒同時切割為多個晶圓之方法

本發明係關於一種將半導體材料複合棒同時切割為多個晶圓之方法。

通常利用一線鋸將一半導體材料工件切割成晶圓。在先前技術中係於一次加工操作中，利用線鋸將半導體材料(例如矽)之圓柱形單晶或多晶工件同時切割成多個晶圓。在這種情況下，線鋸之處理量對於此方法之經濟可行性而言非常地重要。

由於其生產方式，於晶圓生產中會獲得較短及較長之棒件。為了例如研究晶體性質，往往必須自一單晶切割出棒部分。為了增加鋸割這些不同棒長度時之處理量，於是將多個工件同時夾在該線鋸中，並於一次加工操作中切割。

US 6119673描述多個圓柱工件之同時切割，其係一個接一個同軸配置。為此目的，係利用一常見之線鋸及分別黏合連結在一鋸帶上之多個工件，該等工件係同軸配置，以特定間距固定在一普通安裝板上，藉此將它們夾在該線鋸中並同時切割。

此產生對應於工件數量之若干晶圓封包，其仍然固定在該安裝板上。在切割之後，將隔板鬆散地放入晶圓封包之間的空間中，以避免混淆各個晶圓封包。

US 6802928 B2描述一種方法，其中係將相同截面之偽工件(dummy pieces)黏合連結至待切割之工件端面上，並與該工件一起被切割後丟棄。此係為了防止在該工件之二個端面所獲得之晶圓在切割之最後階段散開，並因而改善晶圓之幾何形狀。該方法具有嚴重之缺點，即利用受該線鋸之尺寸所限制之組(gang)長度的一部分來切割“未使用”之偽工件。另外，偽工件之提供、操作、以及黏合連結係非常複雜且難以控制。

在US 6119673所描述之以一線鋸同時切割多個工件中，由於待切割之該等工件因其製造方式而具有不同長度，因此亦無法最理想地利用該線鋸之組長度。因為已知之晶體拉伸過程僅容許該晶體之特定可用長度，或者因為必須切開該晶體並在該晶體之不同位置上產生試樣，以監測上述之晶體拉伸過程，因此此問題尤其是在每當該等工件係由單晶半導體材料所構成時產生。

DE 102 006 050 330揭露一種利用一線鋸同時將至少二個圓柱工件切割為多個晶圓之方法，其中係自工件庫存中選擇二或更多個工件，將它們一個接一個地固定在一安裝板上，分別在該等工件之間保持一特定最小距離，將該等工件夾在該線鋸中，並利用該線鋸垂直於該等工件之縱軸(幾何軸)切割。此方法能夠更佳地利用線組長度。為避免混淆，類似US 6119673中描述之方法，在該等晶圓封包之間側向地插入隔片，然後固定在晶圓載體上。該等隔片可同時保護該等晶圓封包，避免橫向地向外傾斜。

所有已知方法之共同特徵為於該等棒件之間保持一距離，供切割該等棒件。

在上述方法中，已發現到與自一對應長度之單半導體棒所切割之晶圓相比，自一特定長度之棒所鋸割並以此方式所組裝之晶圓發生幾何形狀變化。即使當合成棒與單棒等長及所使用之線組因而相同時，亦可觀察到這種情況。

除厚度變化(TTV，GBIR)外，半導體晶圓之二個表面的平整度也相當重要。在利用一線鋸切割一半導體單晶(例如一矽單晶)之後，所產生之該晶圓具有一起伏的表面。在後續步驟中，例如研磨或精磨(lapping)，此波紋係可根據波紋之波長與波幅及材料移除之深度，部分或全部地去除。在最壞的情況下，此種可具有自數毫米至例如50毫米之週期性的表面不勻度(“起伏(undulations)”、“波紋(waviness)”)，即使在對完成之半導體晶圓拋光後，仍然可被檢測到，其對局部幾何形狀具有負面影響。

已發現先前技術之已知方法的缺點，對於弓形及翹曲之參數影響特別地顯著，弓形及翹曲為實際晶圓形狀與所欲之理想晶圓形狀(或“sori”)之間偏差的測量結果，此尤其是關於晶圓之翹曲。翹曲係定義於SEMI標準M1-1105中，其表示一晶圓之平面相對於一該晶圓背面之基準平面之最小及最大偏差的差異。簡單地說，該翹曲即表示該晶圓之形變測量。

因此，本發明之一目的即為避免如此幾何偏差，特別是改善自該複合棒所製造之晶圓的翹曲。

本發明人已發現到，先前技術中之這些幾何偏差係由該等棒件之間距所導致之技術加工變化所引起。

該目的係藉由一種利用一線鋸將一半導體材料複合棒同時切割為多個晶圓之方法所達成，該方法係包括如下步驟：

a)自工件庫存中選擇至少二個自一或多個半導體棒所切割下來之工件；

b)研磨每一工件之二個端面之至少一者；

c)將該至少二個工件於其經研磨之端面上，利用緊固裝置黏合在一起，以產生一複合棒，並沿縱向將該複合棒固定在一安裝板上，由於位於該等工件間之該緊固裝置，該等工件之間僅分別具有一距離；

d)將其上固定有該複合棒之該安裝板夾在該線鋸中；以及

e)利用該線鋸垂直於該複合棒之縱軸切割該複合棒。

步驟a)中之工件切割，較佳係利用一線鋸實施。利用一內孔鋸同樣適合。

步驟c)中所使用之該緊固裝置較佳為一黏合劑。

研磨該等端面，使得該黏合結合在一起之至少二個工件之二個端面為平面-平行，讓該二個工件之間的黏合接頭作得盡可能的小。

較佳地，僅將來自同一半導體棒的之相鄰之工件位的工件黏合在一起。因此，該二個工件較佳地係具有相同之晶體規格(如缺陷性質、摻雜等)。

較佳地，將二個工件恰好地黏合在一起。

此外，較佳於排齊拉伸邊緣(pulling edges)(使它們齊平)時，將該等工件黏合在一起。

黏合在一起之該工件之總長度較佳係小於或等於380毫米。

較佳係使用一雙成分黏合劑作為黏合劑。例如，來自Huntsman Advanced Materials之Araldite牌高效能雙成分黏合劑係適用於此。

最後，利用一線狀鋸將該複合棒切割成晶圓。該線鋸鋸割步驟本身係根據先前技術所實施。

在線鋸鋸割步驟之前，較佳地將該複合棒磨圓。然而，同樣較佳地，該等工件係於組裝形成該複合棒之前已經磨圓。

當將一單晶體鋸割為個別工件時，傳統上係切割至幾何軸。然而，接下來，傳統上係平行於晶軸將該個別之工件(在定向之後)磨圓。幾何軸與晶軸之間的差異導致端面之對應傾斜，其係藉由該端面之對應直角化研磨來校正。

對於先前居於該單晶體中之相鄰位置之工件之情況又不同。於此，同樣可以想到且較佳係避免研磨端面，且對該等工件而言係在將其磨圓之前組裝成一複合棒，即在該複合棒中將該等工件磨圓。

不利用隔片而將工件組裝形成一複合棒隨後鋸割，因為該線鋸之使用得到進一步改善，故與先前技術相比具有一更高之經濟可行性。

另一方面，在鋸割過程中，根據本發明之該複合棒表現得類似一單棒。可避免於先前技術中所觀察到之幾何偏差。

較佳地，係詳細地採取以下流程：

a)首先，將利用一帶鋸自一晶體所切割且長度可能不同之工件磨圓。

在磨圓之後，以相對於晶軸及定向裝置所設定之一規定角度，研磨該工件之端面。然後使該工件之二個端面精確地相互平行；

b)儲存以此方式所製備之工件，並可用於一組裝規劃系統。該規劃系統係確定以最大限度利用該組長度之理想配置，並為製備一複合棒建議此配置；

c)準備將所選擇之工件進行黏合：即清潔要黏合之位置，以一規定之層厚度施用黏合劑(例如利用一有鋸齒之抹刀)，利用一黏合裝置排齊、組裝、以及使封包固定平齊，黏合並固定該鋸帶，且最後固化黏合劑；

d)利用該線鋸鋸割該複合棒；

e)偵測黏合位置，移除黏合劑並分開該等棒。為了材料識別之目的，該等工件較佳地於其側面上具有一對應標記。

實施例

為了盡可能有效率地利用線鋸中之線組長度，將二個工件(源自同一半導體棒)黏合在一起並藉由線鋸鋸割以“晶圓化(wafered)”，即切割為晶圓。

為此目的，將一處於未磨圓狀態下之矽工件鋸割為二個長度分別為97毫米及91毫米之工件。利用Araldite公司之雙成分黏合劑在端面上將二個工件黏合在一起，並與正確之拉伸邊緣(pulling edges)排齊。

隨後將該“複合棒”磨圓，並利用一鋅線之線鋸鋸割為晶圓，並進行全面分析。

這種情況之優點為所使用之Araldite牌之雙成分黏合劑可被鋸透。在此實施例中，該二個工件之棒排列方向為相同。

實質上，該等工件係自工件庫存中所選擇，其長度可能不同，因此係最理想地利用該線鋸之組長度。由於並未使用隔片，該等組裝工件之間的黏合接頭係最小的，因此更佳地利用該線鋸之能力，與先前技術相較，該方法之產量更進一步提高。

在根據本發明方法中可使用習知線鋸。這些線鋸之基本元件係包括一機架、一前向饋送裝置以及一鋸割工具，該鋸割工具係由一組平行線部所組成。一般係將該工件固定在一安裝板上並與其一起夾在該線鋸中。

通常，係由多個平行線部形成線鋸之線組，其係在至少二個(任選地，甚至為三、四或更多個)導線輥之間被拉緊，該等導線輥係可旋轉地固定，且至少一個導線輥係被驅動。該線部通常係屬於單一有限長度的線，其螺旋地繞該輥系統引導該單根線，並自一庫存輥解開，纏繞至一接收輥上。該組長度係指沿著平行於導線輥軸且垂直於線部之方向，自開始到最後之線部所測量到之線組長度。

在鋸割過程中，該前向饋送裝置引起一該線部與該工件之相互相反的相對運動。該前向饋送運動之結果為，於其上施加一鋸割懸浮液之該線係透過該工件形成平行之鋸割切口。該鋸割懸浮液也稱為漿體，其包含懸浮於液體中之硬質材料顆粒，例如碳化矽。亦可以使用一緊密黏合硬質材料顆粒之鋸割線。於此情況中，不需施加鋸割懸浮液，僅需供應一液冷潤滑油，其保護該線及工件避免過熱，同時將工件切屑送出切割槽外。

組裝以形成一複合棒之圓柱工件，可由一可被線鋸加工之材料所組成，例如多晶或單晶半導體材料(例如矽)。於單晶矽之情況中，該等工件一般係由鋸割基本圓柱形矽單晶為長度自幾釐米至幾十釐米之晶體件所製得。晶體件之最小長度一般為5公分。該等工件，例如由矽所構成之晶體件，通常具有非常不同的長度，但始終具有相同的截面。術語“圓柱形(cylindrical)”不應被解釋為該等工件必須具有圓形截面。而是該等工件可具有任何廣義之圓柱體形狀，儘管本發明較佳為應用於具有圓柱形截面之工件。廣義之圓柱體為具有閉合之準曲線及二個平行面，即圓柱底面之圓柱表面所圍成之幾何體。

該複合棒較佳為不直接固定在安裝板上，而是先固定在一所謂鋸帶或鋸割支架上。一般係藉由黏合連結將工件固定在該鋸帶上。

將該安裝板及固定於其上之該複合棒夾在一線鋸中，並基本上垂直於其縱軸地同時將其切割為晶圓。

以下將藉助圖式解釋本發明。

第1圖為示意性地表示組合形成一複合棒1之二個工件11及12、一黏合接頭2、一鋸帶3、以及一安裝板4。

利用雙成分黏合劑組裝該工件11及12以形成該複合棒1。該二個工件黏合連結在一起之端面的製造精度，讓該黏合接頭2可選擇得盡可能小。

將組裝成該複合棒1之工件11及12黏合至該鋸帶3上。

將包含二個工件11及12之該複合棒1與該鋸帶3一起固定在該安裝板4上，並夾在一線鋸中。

表1係表示根據先前技術之組裝工件(第2欄)及根據本發明之複合棒(第3欄)之幾何參數的各種比較值。

為每一個參數給出三個不同分位數值之三個值：於是，波紋-極大值(Waviness_max，Wav_max)97.7%=56.29微米/毫米係表示97.7%之晶圓具有56.29微米/毫米或更小之波紋-極大值等。

相較於先前技術，幾乎所有研究之參數及分位數值均發現有顯著改善。

藉由例如一掃描電容感測器對，測定晶圓在該鋸之前向饋送方向之幾何形狀。首先，得到前側及背側信號之差異，為了測定該波紋度，以一長度為10毫米之視窗通過依此獲得之評價曲線。該視窗內之最大偏差產生一針對該視窗中心之新值(滾動方箱過濾(rolling boxcar filtering))。在該晶圓上整個掃描內的最大偏差(峰到谷(peak-to-valley,PV))為波紋-極大值。以同樣方式測定Waviness_in，但僅考慮初始50毫米之掃描(線鋸切割區域)(Wav_out亦類似於此)。

弓形及翹曲係代表該晶圓變形的測量結果。翹曲為整個晶圓之中性纖維(neutral fiber)與一基準平面(三維)之最大偏差(向上及向下)之和。

線性形狀範圍(lineasr shape range，LSR)為一對應於該鋸之前向饋送方向掃描之中性纖維與一基準直線(二維)之最大偏差的和。

GBIR，也稱為TTV，係對應於總厚度變化(最大與最小厚度值之間的差)。

舉例言之，E+H Eichhorn+Hausmann之測量儀器MX 7012(對於被鋸割晶圓而言為一種高解析度之厚度及表面剖面測量儀)係適合用於測定該幾何參數。

另外，對一單棒(未由個別工件所組裝)、根據本發明之複合棒、以及根據先前技術之工件所組裝之棒(彼此分開，獨立工件)，測定一次被切割之晶圓的翹曲分佈(分位數值%相對於翹曲數值微米)。所有棒均具有相同之長度(380毫米)、晶體技術規格、以及定向(orientation)。

與先前技術中所組裝之工件相比，在翹曲分佈上發現一顯著改善。這證實在線鋸鋸割期間，根據本發明之複合棒表現得不像由工件所組裝之單棒。

因而對於一高要求之翹曲規格的訂單而言，本發明使得可自複合棒生產多個晶圓，其具有一較低程度之“翹曲”幾何參數的較窄分佈。

類似地，第2圖所示為同樣針對根據先前技術之由二個工件所組裝之棒及根據本發明之複合棒之波紋-極大值參數的分佈，該複合棒同樣係由二個工件所組裝，但根據本發明，該等工件彼此間僅隔開一緊固裝置(雙成分黏合劑)。在七批工件A及工件B之黏合位置附近分別表示該等工件A及B之波紋-極大值。在切割之後，一批包括依次接收在卡匣(晶圓盒)中之多個晶圓(“拆分批(split lots)”)。為每一批確定每一個晶圓之波紋-極大值。5所示為複合棒之該等工件A及B之間的結合位置或黏合位置。

在根據先前技術之雙棒中，在批A1及B1之間有一距離，該等工件並未黏合在一起，而是彼此間隔一定距離黏合在一鋸帶上。

對於根據先前技術之雙棒，在批A1及B1之間發現波紋-極大值有顯著跳動。而在根據本發明之複合棒中，在鋸割之後並未發生此種跳動：批A1及B1之波紋度值幾乎相同，這顯示根據本發明方法之優點。

批B7之後的批(圖中未示)顯示較高的波紋-極大值。同時解釋表1中所示之較高之分位數值。然而，此種波紋度之上升同樣發生在單棒中，且並非本發明之範圍所關注之焦點。第2圖僅關於工件A及工件B之過渡區域中的波紋度曲線。

因而對於一高要求之波紋度規格的訂單而言，本發明使得可自複合棒生產多個晶圓，其具有一相對窄分佈之“波紋度”參數(參見表1)，尤其是避免先前技術中在組裝工件之結合位置區域所觀察到之跳動，如第2圖所示。

1．．．複合棒

11．．．工件

12．．．工件

2．．．黏合接頭

3．．．鋸帶

4．．．安裝板

第1圖所示為本發明之複合棒；以及

第2圖所示為根據先前技術由二個工件所組裝之棒及根據本發明之複合棒之波紋-極大值參數的分佈。

1．．．複合棒

11．．．工件

12．．．工件

2．．．黏合接頭

3．．．鋸帶

4．．．安裝板

Claims (16)

1. 一種利用一線鋸將一半導體材料複合棒同時切割為多個晶圓之方法，包含以下步驟：a)　自工件庫存中選擇至少二個自一或多個半導體棒所切割下來之工件；b)　研磨每一工件之二個端面之至少一者；c)　將該至少二個工件於其經研磨之端面上，利用緊固裝置黏合在一起，以產生一複合棒，並沿縱向將該複合棒固定在一安裝板上，由於位於該等工件間之該緊固裝置，該等工件之間僅分別具有一距離；d)　將其上固定有該複合棒之該安裝板夾在該線鋸中；以及e)　利用該線鋸垂直於該複合棒之縱軸地切割該複合棒。
2. 如請求項1之方法，其中係於步驟a)中以一線鋸或一內孔鋸切割一工件。
3. 如請求項1或2之方法，其中係將來自同一半導體棒之相鄰棒位之工件黏合在一起。
4. 如請求項1或2之方法，其中係恰好將二個工件黏合在一起。
5. 如請求項1或2之方法，其中係於排齊拉伸邊緣(pulling edges)(使它們齊平)時，將該等工件黏合在一起。
6. 如請求項1或2之方法，其中黏合在一起之該工件之總長度係小於或等於380毫米。
7. 如請求項1或2之方法，其中該緊固裝置係一用以將該至少二個工件黏合在一起之黏合劑。
8. 如請求項7之方法，其中該緊固裝置係一用以將該至少二個工件黏合在一起之雙成分黏合劑。
9. 如請求項1或2之方法，其中係於步驟e)之線鋸鋸割前，將該複合棒磨圓。
10. 如請求項1或2之方法，其中該等工件係於組裝形成該複合棒之前已經磨圓。
11. 如請求項10之方法，其中若該等工件於原半導體棒中係居於相鄰之棒位，則不實施b)之端面研磨，且該等工件係於將其磨圓之前，即先組裝以形成該複合棒。
12. 如請求項1或2之方法，其中係以相對於晶格及定位裝置所設定之一規定角度，研磨該等工件之二個端面，使該等工件之端面精確地相互平行。
13. 如請求項1或2之方法，其中為了材料識別之目的，該等工件於其側面上具有一對應標記。
14. 一種複合棒，其包含於平行端面上結合在一起之至少二個半導體材料工件，在利用一線鋸切割為多個晶圓時，該複合棒實質上表現得與非由工件組裝而成之一半導體材料單棒一樣，尤其由該複合棒所製造之晶圓之翹曲值分佈與自一單棒所獲得之晶圓之翹曲值無實質上差異。
15. 如請求項14之複合棒，其中自一第一工件與一第二工件之端面黏合在一起之端面區域中所切割之晶圓的波紋-極大值(Waviness_max)參數，其與同樣自該第二工件與該第一工件之端面黏合在一起之端面區域中所切割之晶圓的波紋-極大值無實質上差異。
16. 一種半導體晶圓，其係利用一線鋸自如請求項14或請求項15之複合棒切割而得。