TWI594845B - A method of manufacturing a circular wafer by polishing a peripheral edge of a wafer made of a crystalline material and having a notch such as an orientation flat surface with a polishing tape - Google Patents

A method of manufacturing a circular wafer by polishing a peripheral edge of a wafer made of a crystalline material and having a notch such as an orientation flat surface with a polishing tape Download PDF

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Description

藉由使用研磨帶將具有定向平面等缺口部之由結晶材料所成之晶圓的周緣予以研磨來製造圓形晶圓的方法
本發明係關於一種研磨由結晶材料所構成的晶圓之周緣的方法，尤其是關於一種藉由使用研磨帶將晶圓周緣予以研磨，來製造在晶圓之周緣形成高精度之表面性狀，並且提高處理性的圓形晶圓之方法。
使用於半導體、MEMS(microelectromechanical system：微機電系統)等製造的各種晶圓，近年來伴隨電路元件之高密度化或薄化等，晶圓厚度有薄至1mm至數十μm的傾向。從單晶錠(ingot)切出的晶圓，雖然可將斜角(bevel)部、邊緣(edge)部等之周緣予以倒角，且將主面研磨成鏡面，但是伴隨晶圓之薄化而容易發生細微的缺角(chipping)(缺口)或起因於缺角的晶圓之破裂等。因此，為了提高半導體等製造的良率，重要的是在於晶圓的周緣之加工狀態。
以往，有提案一種適於半導體積體電路之高集成化的晶圓之倒角部的加工方法等(日本特開平10- 100050號公報：專利文獻1)。該加工方法，係一邊使圓筒狀或是圓柱狀的磨石、和倒角部由定向平面(orientation flat)(以下適當稱為OF)部、外周部及角部所構成的晶圓相互地旋轉，一邊用預定的緊壓力來壓接，且在軟磨光(soft grinding)位置一邊按照OF部、外周部、或角部來改變晶圓之旋轉速度，同時一邊分別軟磨光晶圓之OF部、外周部及角部之後，分別研磨晶圓之OF部、外周部及角部，且及於倒角部全體而進行均一的軟磨光。
又，以往，有提案一種使用研磨帶用以將半導體晶圓之凹槽(notch)和斜角予以研磨的裝置及方法(日本特開2006-303112公報：專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開平10-100050號公報
專利文獻2：日本特開2006-303112號公報
專利文獻3：日本特許第4463326號公報
當使用磨石於由劈開性強之結晶材料所構成的晶圓之倒角加工時，因機械衝擊較大故而容易發生破裂或缺口而使倒角部之加工狀態不充分，且在鏡面研磨晶圓之主面時，存在有起因於倒角部之缺角等而發生破裂的問 題。
可以使用研磨帶來研磨晶圓之周緣，藉此除掉邊緣部等之無法辨識的微小缺角，且可以進行高精度的倒角加工。然而，在以往之使用研磨帶的研磨方法中，存在有OF之一方端部(圓弧狀部與OF之境界)周邊容易發生塌邊，又因晶圓之結晶方位或結晶面等而在研磨速率上發生差異，而使晶圓之正圓度降低的問題。尤其是，當用研磨帶來研磨由軟質之化合物材料等所構成的晶圓之周緣時晶圓之外徑就容易變成不均一，且在之後的製程中恐有晶圓之定心(centering)精度降低等不足以滿足加工樣式之虞。
有鑑於上述問題，本發明之目的在於提供一種使用研磨帶高精度地研磨加工具有顯示結晶方位之定位平面(OF)或凹槽的圓板狀之晶圓且由結晶材料所構成的晶圓之周緣，藉此不會使晶圓之正圓度降低，而可製造足以滿足加工樣式的圓形晶圓之方法。
用以解決上述課題的本發明之一實施形態，係提供一種藉由使用研磨帶將由結晶材料所成的圓板狀之晶圓、且具有定向平面和周圍部之晶圓的周緣予以研磨來製造圓形晶圓的方法，其特徵為，包含：一次研磨工序，其係藉由一邊使被定心配置於具有鉛直旋轉軸的水平晶圓載台(wafer stage)的晶圓之周圍部和研磨體抵接，一邊使 晶圓載台旋轉來研磨周圍部；及沿著周圍部而測定被一次研磨過的晶圓之半徑，且設定該被測定的半徑中之最小半徑以下的半徑，並沿著周圍部而決定該被設定的半徑與被測定的晶圓之半徑之差△r的工序；及決定△r比預定值還大的被一次研磨過的晶圓之周圍部之部分的工序；以及二次研磨工序，其係使被一次研磨過的晶圓之周圍部和研磨體抵接，且使晶圓載台在預定旋轉角度之範圍內繞旋轉軸而正向旋轉及反向旋轉，藉此來研磨被一次研磨過的晶圓之周圍部，研磨體，是包含藉由被配置於平坦之研磨墊而劃分成平坦之研磨面的研磨帶所成，在二次研磨工序中，定向平面和研磨面不成為平行，而使晶圓載台和研磨面沿著水平之軸線而相對擺動，且使晶圓載台之正向旋轉或反向旋轉的速度，降低至與被決定的晶圓之周圍部之部分對應的旋轉角度之範圍內。
如上述藉由研磨具有OF和周圍部的晶圓之周緣，就可以充分地減小因晶圓之周圍部的結晶方位等所引起的研磨速率之不均等，又由於能一邊使晶圓進行正反向旋轉一邊進行研磨，所以能防止研磨體與晶圓之周緣之間歇性的接觸，且可以進行均一的研磨加工。使晶圓正反向旋轉的研磨，係至少能在二次研磨工序中進行，亦可通過一次研磨工序、二次研磨工序來進行。
晶圓，亦可為由矽(Si、SOI、單晶、多晶矽)、化合物(GaN、SiC、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、ZnS、ZnTe等)、氧化物(LiTaO3(LT)、 LiNbO3(LN)、Ga2O3、MgO、ZnO、藍寶石、水晶等)、玻璃(鹼石灰、無鹼、硼矽酸鹽、冕玻璃、矽酸(二氧化矽)、石英等)之材料所構成的晶圓。晶圓，亦可為半導體晶圓。
圓形晶圓，亦可為正圓的晶圓。或是，可為與依SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International：國際半導體設備材料)等業界團體而標準化之晶圓尺寸相應的容許範圍之誤差的圓形，又可為具有滿足與其他規格、或是晶圓尺寸或材料等相應之加工樣式的範圍之誤差的圓形。
較佳是至少在二次研磨工序中，使晶圓載台，在晶圓的圓弧狀之周圍部之一部分可研磨成直線狀的旋轉角度之範圍內進行正向旋轉及反向旋轉。如此的旋轉角度，係能為依OF之兩端部和晶圓之中心所劃分成的角度。或是，能為依分別位於OF之兩端部附近的周圍部之二點和晶圓之中心所劃分成的角度。在此情況，為了除掉被研磨成直線狀的周圍部，較佳是藉由使定向平面和研磨面抵接且沿著水平之軸線而直線地相對擺動來研磨定向平面。藉此，可以獲得具有足夠正圓度的圓形晶圓。
如上述所形成的圓形晶圓之OF長度等，較佳是滿足SEMI等的規格或加工樣式。
或是，亦可在二次研磨工序中，使晶圓載台，在晶圓的圓弧狀之周圍部全體可研磨成圓弧狀的旋轉角度之範圍內進行正向旋轉及反向旋轉。在此情況，較佳 是可利用適度的按壓力等，來防止研磨體與晶圓周緣之間歇性的接觸。
本發明之另一實施形態，係藉由使用研磨帶將由結晶材料所成的圓板狀之晶圓、且具有定向平面和周圍部之晶圓的周緣予以研磨來製造圓形晶圓的方法，其特徵為，包含：使被定心配置於具有鉛直旋轉軸的水平晶圓載台的晶圓之周圍部和研磨體抵接，且使晶圓載台在預定旋轉角度之範圍內繞旋轉軸而正向旋轉及反向旋轉，藉此來研磨晶圓之周圍部的工序，研磨體，是包含藉由被配置於平坦之研磨墊而劃分成平坦之研磨面的研磨帶所成，在研磨的工序中，定向平面和研磨面不成為平行，而使晶圓載台和研磨面沿著水平之軸線而相對擺動，且使晶圓載台之正向旋轉或反向旋轉的速度，降低至與晶圓之事先被決定的周圍部之部分對應的旋轉角度之範圍內。
晶圓之周圍部的部分，例如亦可藉由測試研磨一片晶圓，而基於如上述被設定的半徑與被測定的半徑之差△r，來事先決定。藉此能省略晶圓(例如從同一單晶錠(ingot)切出的晶圓)之一次研磨工序及決定周圍部之部分的工序，而有效率地製造圓形晶圓，該晶圓係由周緣之研磨速率的不均等是因結晶方位所引起的同一結晶材料所構成。
本發明之更另一實施形態，係藉由使用研磨帶將由結晶材料所成的圓板狀之晶圓的圓弧狀之周緣予以研磨來製造圓形晶圓的方法，其特徵為，包含：沿著圓弧 狀之周緣而測定晶圓之半徑，且設定該被測定的半徑中之最小半徑以下的半徑，並沿著圓弧狀之周緣而決定該被設定的半徑與被測定的晶圓之半徑之差△r的工序；及決定△r比預定值還大的晶圓之周緣之部分的工序；以及使被定心配置於具有鉛直旋轉軸的水平晶圓載台的晶圓之周緣之部分和研磨體抵接，且使晶圓載台在與周緣之部分對應的旋轉角度之範圍內繞旋轉軸而正向旋轉及反向旋轉，藉此來研磨周緣之部分的工序，且此時的研磨體，是包含藉由被配置於平坦之研磨墊而劃分成平坦之研磨面的研磨帶所成，來進行研磨的工序。
藉由上述，可以製造具有所期望之正圓度的圓形晶圓。
本發明之再另一實施形態，係藉由使用研磨帶將由結晶材料所成的圓板狀之晶圓、且具有定向平面和周圍部之晶圓的周緣予以研磨來製造圓形晶圓的方法，其特徵為，包含：藉由一邊使被定心配置於具有鉛直旋轉軸的水平晶圓載台的晶圓之周圍部和研磨體抵接，一邊使晶圓載台在預定旋轉角度之範圍內進行正向旋轉及反向旋轉來研磨晶圓之周圍部的工序，研磨體，是包含藉由被配置於平坦之研磨墊而劃分成平坦之研磨面的研磨帶所成，在研磨的工序中，定向平面和研磨面不成為平行。
藉由上述，就不會在OF之一方的端部周邊發生塌邊而可以研磨晶圓之周緣，且能抑制正圓度之降低，而可以製造處理性優異的圓形晶圓。
亦可在上述研磨的工序中，使晶圓載台，在晶圓的圓弧狀之周圍部之一部分可研磨成直線狀的旋轉角度之範圍內進行正向旋轉及反向旋轉。
更且，較佳是更包含：藉由使定向平面和研磨面抵接且沿著水平之軸線而直線地相對擺動來研磨晶圓的定向平面的工序。
或是，亦可在上述研磨的工序中，使晶圓載台，在晶圓的圓弧狀之周圍部全體可研磨成圓弧狀的旋轉角度之範圍內進行正向旋轉及反向旋轉。在此情況，較佳是研磨面中介具有彈性的研磨墊而按壓於晶圓之周圍部，使研磨面不會離開晶圓之周緣。藉此可以抑制因研磨面與周緣之間歇性的接觸所引起的正圓度之降低。
依據本發明的圓形晶圓之製造方法，則可以高精度地加工晶圓之邊緣部、斜角部等地周緣，且可以防止厚度1mm以下之較薄的晶圓或是由化合物材料所構成的晶圓之破裂。又，由於可以獲得更接近正圓的圓形晶圓，所以可以提高之後的工序之精度，且能提高半導體裝置等之製程中的良率。更且，可以藉由本發明的圓形晶圓之製造方法，按照加工樣式，而獲得具有所期望之正圓度的圓形晶圓。
W‧‧‧晶圓1
W1‧‧‧晶圓2
W1’‧‧‧被設定的圓弧
O‧‧‧晶圓之中心
OF‧‧‧定向平面
E、E’c、d、e、f‧‧‧晶圓W之OF上的二點
R‧‧‧基準線
P、P’‧‧‧周圍部之部分
r1‧‧‧被設定的半徑
△r‧‧‧半徑差
θ、θ1至θ3‧‧‧正反向旋轉之旋轉角度
θp、θp’‧‧‧與周圍部之部分對應的角度
A‧‧‧周圍部
a、b‧‧‧OF之兩端部
a’、b‧‧‧OF’之兩端部
E1及E2、E1’及E2’‧‧‧兩端部
F‧‧‧按壓力
r2’‧‧‧周緣
S‧‧‧研磨面
T‧‧‧研磨帶
10‧‧‧研磨帶單元
13‧‧‧氣壓缸
14、14’‧‧‧導輥
15‧‧‧旋動軸
16‧‧‧供應捲軸
17‧‧‧捲繞捲軸
18、18’‧‧‧輔助輥
20‧‧‧晶圓單元(工件單元)
21‧‧‧晶圓載台(工件載台)
22‧‧‧軸
23‧‧‧馬達
30‧‧‧控制裝置
31、32‧‧‧導線
33‧‧‧光學感測器
33a‧‧‧投光部
33b‧‧‧受光部
34‧‧‧基底
35‧‧‧單軸機器人
36‧‧‧LM導件
37‧‧‧可動板
100‧‧‧晶圓周緣研磨裝置
第1圖(A)係具有OF的晶圓之俯視圖，第1圖(B)係晶圓之周緣的剖視圖。
第2圖係顯示晶圓周緣研磨裝置之示意前視圖。
第3圖係概念說明本發明的圓形晶圓之製造方法的示意圖。
第4A圖(a)係顯示本發明的正反向旋轉角度之一實施形態的示意圖，第4A圖(b)係第4A圖(a)之局部放大圖。
第4B圖係顯示本發明的正反向旋轉角度之另一實施形態的示意圖。
第4C圖係顯示本發明的正反向旋轉角度之更另一實施形態的示意圖。
第5A圖係顯示晶圓之外徑的形狀及正圓度之示意圖。
第5B圖係顯示比較例的晶圓之外徑的形狀及正圓度之示意圖。
第5C圖係顯示本發明之實施例的晶圓之外徑的形狀及正圓度之示意圖。
以下，一邊參照圖式，一邊說明本發明之各式各樣的特徵、與非為意圖限定本發明之較佳的實施例。圖式係以說明之目的而被單純化、或是被強調，尺寸並不一定為一致。
第1圖(A)係圖示具有定向平面OF的晶圓W、及晶圓W之周緣的至少一部分被研磨所形成的圓形晶圓W’。晶圓W之周緣，係由直線狀的OF及圓弧狀的周圍部A所構成，而直線狀的OF與圓弧狀的周圍部A之境界，是OF之兩端部E1及E2。同樣，晶圓W’之周緣，係由直線狀的OF及圓弧狀的周圍部A’所構成，而直線狀的OF與圓弧狀的周圍部A’之境界，是OF之兩端部E1’及E2’。晶圓W’，大致上具有比晶圓W還稍微小的半徑和稍微小的OF長度。
第1圖(B)係顯示晶圓W、W’之周緣的剖面。因從單晶錠切出的晶圓W，係在斜角部、邊緣部等之周緣具有膜或殘渣等的損傷(damage)，故而為了要除掉該損傷而要被研磨。可以藉由使用研磨帶進行研磨，而將晶圓之周緣精加工成沒有缺角之高精度的表面性狀。可供半導體裝置等形成的是晶圓W之徑向內側的r1部分，而不成為實際製品之作為晶圓之周緣的徑向外側的r2部分(邊緣部、斜角部)，係藉由研磨而形成周緣r2’。徑向之長度r2’係比r2還小，而晶圓W’之半徑(r1+r2’)係比晶圓W之半徑(r1+r2)還更稍微小。
晶圓W’之周緣的剖面形狀並未被限定於圖示的圓型(R型)之例，既可為推拔型(T型)等，又可為去除斜角部且形成於與晶圓之主面呈垂直的面。其他能按照加工樣式而形成為所期望的邊緣形狀。
第2圖係顯示使用於本發明的圓形晶圓之製 造方法的晶圓周緣研磨裝置100之示意圖。
晶圓周緣研磨裝置100係包含研磨帶單元10及晶圓單元20。
研磨帶單元10，係包含：將可供研磨帶T配置之平坦的研磨墊(接觸墊(contact pad))12安裝於其前端的後備(backup)加壓用之氣壓缸(air cylinder)13；及導輥(guide roller)14、14’；將研磨帶T予以送出且捲繞用的供應捲軸(reel)16；及捲繞捲軸17；以及輔助輥18、18’。配置於研磨墊的研磨帶T，係劃分成平坦的研磨面S。
研磨墊12，係藉由從圖之表面朝向背面延伸的旋動軸15，而能夠旋動地安裝於支撐構件(未圖示)。藉由研磨墊12旋動，可以使配置於研磨墊12的研磨帶T、即研磨面S以所期望之傾斜來抵接於晶圓W之周緣，且可以將晶圓之周緣研磨精加工成所期望的剖面形狀。
在上下的導輥14、14’之間，研磨帶T係能夠朝向鉛直方向行走。
氣壓缸13，係中介研磨墊12，將被調整過的預定之按壓力F施加於箭頭之方向且將研磨面S緊壓於晶圓W之周緣。氣壓缸13之按壓力F(後備加壓力)的調整，係能藉由例如日本特許第4463326號公報(專利文獻3)所記載的裝置構成來實施。
研磨帶T，係將使研磨粒分散於樹脂黏結劑(binder)所成的溶液塗布於塑膠製的基材薄膜之表面，且將乾燥、硬化後的薄片開縫成必要寬度，進而捲繞於捲軸 上。
作為基材薄膜，可使用具有柔軟性的合成樹脂製之塑膠薄膜。具體而言，由聚對苯二甲酸二乙酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚對萘二甲酸丁二醇酯(PBN)等的聚酯(polyester)系樹脂、聚乙烯、聚丙烯等的聚烯烴(polyolefin)系樹脂、以聚乙烯醇(PVA)或甲基丙烯酸醇(methacryl alcohol)為主成分的丙烯酸系樹脂等所構成的薄膜可使用作為基材薄膜。
作為研磨粒(研磨粒子)，係可以使用氧化鋁(Al2O3)、氧化鈰(CeO2)、二氧化矽(SiO2)、鑽石、碳化矽(SiC)、氧化鉻(Cr2O3)、氧化鋯(ZrO2)、立方晶氮化硼(cBN)等及其混合物。
研磨粒之平均粒徑，較佳是在0.2μm以上(#20000)、3μm以下(#40000)之範圍內。當平均粒徑超過3μm時，晶圓W周緣之精加工面就會重新產生細微的傷痕或缺口，且無法對由結晶材料所構成的晶圓W提供充分的強度，故而不佳。當平均粒徑未滿0.2μm時，因研磨效率會極端下降且生產性變差，故而在工業上並非實用。
研磨墊12，較佳是具有彈性。作為研磨墊12，例如為了緩和機械衝擊，而可以使用蕭氏A硬度為20至50之範圍之平坦的發泡樹脂板。或是，作為研磨墊12，亦可以使用將如上述的發泡樹脂板、和蕭氏A硬度在80至90之範圍內的橡膠板組合在一起者。按照研磨粒徑 等而適當選擇研磨墊12之彈性，藉此即便是使用平均粒徑為極細微的(例如，1μm以下)研磨粒之研磨帶，亦不會使研磨速度太慢，而可以將高精度之表面性狀形成於晶圓之周緣。
晶圓單元20，係包含用以配置晶圓W之具有水平上表面的晶圓載台21，晶圓載台21，係中介與旋轉軸線Cs同軸的軸22而連接於馬達23。馬達23，較佳是具有編碼器的伺服馬達。當驅動馬達23時，晶圓載台21就繞其中心即旋轉軸線Cs而旋轉。
晶圓載台21，較佳是真空吸附用的載台，且具有中介配管而連通於真空泵浦(未圖示)之設置有一個或複數個吸引孔的平坦之表面。晶圓W，係中介具有彈性的襯墊等，而載置於載台21上，且藉由真空吸附來固定。
可藉由使固定於晶圓載台21的晶圓W之周圍部和研磨體(研磨面S)抵接且使晶圓載台21旋轉來進行周圍部之研磨。
在本發明之實施形態中，晶圓載台21，較佳是在預定旋轉角度之範圍內反覆進行正反向旋轉，且在研磨加工中不會旋轉一旋轉(360度)以上。可供晶圓W載置的晶圓載台21之旋轉角度，係以不會使具有OF的晶圓W之正圓度降低的方式所決定。
控制裝置30，較佳是藉由導線31而連接於馬達23，且藉由導線32而連接於光學感測器33。
光學感測器33，係就晶圓之周緣測定晶圓之 半徑方向的位置者，且具有投光部33a及受光部33b。
投光部33a，係投射與朝向晶圓半徑方向延伸之旋轉軸線Cs呈平行地前進的帶狀之平行光。受光部33b，係隔著晶圓W而與投光部33a對向所配置。投光部33a，可由發光二極體元件或半導體雷射元件所構成，而受光部33b，可由CCD(Charge Coupled Device：電荷耦合元件)影像感測器(image sensor)所構成。例如，受光部33b，係使多數個細微的光二極體並排於晶圓半徑方向，且能夠接收從投光部33a所投射來的平行光所構成。
從投光部33a投射出的光線之一部分，係可藉由晶圓W來遮斷。又剩餘的一部分，係通過比晶圓W還靠近半徑方向外方而入射於受光部33b。當晶圓W之周緣的位置相對於旋轉軸線Cs而靠近半徑方向時，藉由晶圓W而遮斷的光線就會變少，而入射於受光部33b的光線之光量則會變大。又當晶圓W之周緣的位置相對於旋轉軸線Cs而離開半徑方向時，藉由晶圓W而遮斷的光線就會變多，而入射於受光部33b的光線之光量則會變小。受光部33b，係依從投光部33a入射的光量而使輸出的電量產生變化。基於從受光部33b輸出的電量，可檢測與光學感測器33對向之部分中的周緣之半徑方向的位置。
控制裝置30，係從光學感測器33及馬達23，獲得晶圓W之定向平面OF的兩端部E1、E2(第1圖(A))之位置資料，且可以基於該資料，來決定旋轉角度。例如，可以將依兩端部E1、E2和晶圓W之中心O劃分成 的角度決定為晶圓載台21之旋轉角度。或是，可以決定具有比晶圓W之半徑還更小之半徑的圓形晶圓W’之OF的兩端部E1’、E2’之位置(第1圖(A))，且將依該兩端部E1’、E2’和晶圓W之中心O劃分成的角度決定為晶圓載台21之旋轉角度。
又，控制裝置30，係可以藉由與光學感測器33對向之部分中的周緣之半徑方向的位置沿著晶圓之周圍部來決定晶圓之半徑，且決定晶圓之外形。
工件單元20，較佳是設置於可動板37上，該可動板37係連結於：在水平之基底(base)34上具有從圖之表面朝向背面方向延伸之直線軌道的LM導件36；以及具有從圖之表面朝向背面延伸之直線軌道的單軸機器人35。藉此，工件載台21，可以沿著從圖之表面朝向背面方向延伸的水平之軸線而擺動。
或是，研磨帶單元10，可藉由設置於能夠擺動之可動板(未圖示)上而構成能夠擺動，又可藉由其他手段而構成能夠擺動。
晶圓W，係為了研磨加工，而定心(將晶圓W之中心對準於旋轉軸線Cs)配置於晶圓載台21。定心，係藉由將載置於晶圓載台21的晶圓W之周緣，朝向旋轉軸線Cs從三方向用桿狀之夾具(未圖示)同時按壓來進行。又，定心，係可藉由光學感測器30，根據晶圓W之外徑來決定晶圓W之中心O，且以對準該中心O和旋轉軸線Cs之方式控制夾具之按壓所進行，又可藉由其他的方法 進行。
能使用如上述之晶圓周緣研磨裝置100，來進行本發明的一次研磨工序及二次研磨工序。一次研磨工序及二次研磨工序，係以研磨面S和晶圓W之半徑方向成為垂直的方式，使研磨帶單元10之研磨面S抵接於晶圓W之周圍部，且藉由使晶圓載台21繞旋轉軸線Cs而旋轉來進行。
第3圖係圖示藉由一次研磨晶圓W(外徑之一部分由虛線所示)之周緣(圓弧狀的周圍部全體和OF之一部分)所形成的晶圓W1(外徑由實線所示)、及具有晶圓W1之最小半徑以下之半徑r1的圓弧W1’(由一點鏈線所示)。
在一次研磨中，晶圓較佳是在預定旋轉角度θ之範圍內正反向旋轉。該預定旋轉角度θ，例如亦可為藉由晶圓W之中心O、和晶圓W之OF上的二點E、E’所劃分成的角度(優角)。
或是，在一次研磨工序中，旋轉亦可為CW或是CCW之一定方向的旋轉。
使用研磨帶而一次研磨所得的晶圓W1，係有時起因於晶圓材料之結晶方位等而在周圍部之研磨速率中發生不均等，而具有不均一之外徑。例如，有平行於OF的直徑之兩端附近的周圍部之部分的研磨速率因晶圓材料而較低的情況。如此的晶圓W1之半徑r可沿著周圍部而測定，且可設定晶圓W1之最小半徑以下的預定之半徑 r1，而該設定的半徑r1和晶圓W1之半徑r的差△r可沿著晶圓W1之周圍部而決定。
晶圓W1之周圍部的△r之值，因外徑為不均一，故而具有寬度。具有預定值以上之△r的周圍部之部分P、P’，可決定成起因於結晶方位等而使研磨速率變得不充分的部分，且可決定與該周圍部之部分P、P’對應的角度θp、θp’。角度θp、θp’，例如亦可決定作為從垂直於OF之基準線R起算的角度之範圍。
在決定角度θp、θp’之後，可進行本發明之二次研磨工序。在二次研磨工序中，晶圓載台21，係在預定旋轉角度θ之範圍內正反向旋轉，並且藉由可動板37之擺動，沿著水平之軸線而對研磨面S平行地擺動(第2圖)。亦即，晶圓W1，係可藉由晶圓載台21之正反向旋轉，而在旋轉角度θ之範圍內依順序研磨抵接於研磨面S的周緣，進而藉由抵接於研磨面S的部分相對於研磨面S擺動來研磨。藉此，可以提高被研磨的周緣全體之研磨速率。
另外，即便是在一次研磨工序中，亦可以使研磨面S和晶圓載台21相對擺動而進行研磨。
晶圓載台21之正反向旋轉的速度，係在旋轉角度θ中的角度θp、θp’之範圍內降低。在旋轉速度降低之狀態下，由於對應角度θp、θp’的晶圓之周緣的部分和研磨面S會抵接且以一定之衝程(stroke)擺動，所以可以抑制因該部分之結晶方位而引起的研磨速率之降低，且可 以藉由二次研磨，來製造比晶圓W1還更提高正圓度的圓形晶圓。
角度θp、θp’之範圍內的旋轉速度降低之程度，亦可基於研磨速率之差異(△r之值)而適當(例如，相對於基準之速度，為10%、30%、50%、70%、90%等)決定。
在此，所謂正圓度，係指圓形形體之幾何學上偏離真正的圓之大小，在MZC最小區域中心法中，則是找出二圓的中心座標之位置以使包夾測定圖形的二圓之同心圓的半徑差成為最小，且將該中心座標視為測定圖形之中心，而此時的二圓之半徑差可作為正圓度(JIS B0621)。例如，在圓弧W1’之半徑r1，等於晶圓W1之最小半徑的情況，被測定的△r之最大值，能為晶圓W1之正圓度。
在被設定的圓弧W1’之半徑等於晶圓W1之最小半徑的情況，可決定具有預定值以上之△r的周圍部之部分P(P’)，且藉由研磨該周圍部之部分P(P’)，可以製造具有所期望之正圓度的圓形晶圓。在此情況，研磨體(研磨面S)係僅抵接於周圍部之部分P(P’)，且可藉由使晶圓載台21在旋轉角度θp(θp’)之範圍內正反向旋轉而進行研磨加工。
在晶圓W(W1)為具有凹槽的晶圓之情況，角度θp(θp’)，亦可決定作為從通過凹槽之V字型的缺口之中心和晶圓之中心O的基準線R’(未圖示)起算的角度之範 圍。
第4A圖(a)係圖示在使用研磨帶之研磨中，以不使正圓度降低之方式所決定的一實施形態之旋轉角度θ1。
晶圓W之周緣，係分別由虛線所示之OF和圓弧狀之周圍部A所構成。能藉由研磨該晶圓W之周緣全體，來製造圓形晶圓W3。圓形晶圓W3之周緣，係由OF’和圓弧狀之周圍部A’所構成，大概具有比晶圓W稍微小的半徑和比晶圓W稍微小的OF長度。
旋轉角度θ1，為晶圓之圓弧狀的周圍部之一部分，被研磨成直線狀的旋轉角度，如此的旋轉角度θ1，例如為藉由晶圓W之OF的兩端部a、b和中心O所劃分成的角度(或是，藉由晶圓W3之OF’的兩端部a’、b’和中心O所劃分成的角度)。在旋轉角度θ1之範圍中，研磨之起點及終點(或是終點及起點)，為通過中心O和OF之一方之端部a的線與研磨面S成為垂直的位置、以及通過中心O和OF之另一方之端部b的線與研磨面S成為垂直的位置，且在如此的起點(終點)、終點(起點)之範圍內藉由預定按壓力F抵接於研磨面S的晶圓之周緣，可伴隨晶圓載台之正反向旋轉而依順序研磨。
在開始研磨時，圓弧狀之周圍部A全體可抵接於研磨面S而研磨成圓弧狀。隨著周圍部被研磨並使晶圓之半徑減少，未進入旋轉角度θ1之範圍的OF之兩端部附近的周圍部，可藉由平坦之研磨面S研磨成直線狀。 在研磨結束時，在OF之兩端部附近的周圍部，形成有相對於周圍部A’之圓弧而朝向半徑方向外方突出的凸部(第4A圖(b)之塗色部分)。
旋轉角度θ1，並非被限定於圖示之例，亦可按照按壓力F或研磨墊12之彈性，從OF之兩端部a、b，較佳是分別藉由位於等距離的周圍部A上之二點和中心O所劃分成的角度。
在之後的工序中，使OF和研磨面S平行地抵接，且使OF和研磨面S相對擺動，藉此可研磨OF並且可除掉OF兩端部附近的塗布，而可形成具有OF’的圓形晶圓W3。
第4B圖係圖示在使用研磨帶之研磨中，以不使正圓度降低之方式所決定的另一實施形態之旋轉角度θ2。圓形晶圓W4，係藉由研磨晶圓W之圓弧狀的周圍部A全體和OF之一部分所形成，且具有比晶圓W還稍微小的半徑及OF長度。旋轉角度θ2，係藉由晶圓W之OF上的二點(或是，圓形晶圓W4之OF的兩端部)c、d和中心O所劃分成的角之優角。
在旋轉角度θ2之範圍中，研磨之起點及終點(或是終點及起點)，為通過中心O和一方之點c的線與研磨面S成為垂直的位置、以及通過中心O和另一方之點d的線與研磨面S成為垂直的位置，且在如此的起點、終點之範圍內抵接於研磨面S的晶圓之周緣可伴隨晶圓載台之正反向旋轉而依順序研磨。
在開始研磨時，研磨面S並未抵接於點c、d，而在研磨結束時，研磨面S，係接觸到各自的點c、d。在研磨面S接觸到各自的點c、d時，因正反向旋轉會切換，故而旋轉之速度大致變成零，且因研磨粒十分地小，故而在所形成的OF之兩端部不會發生塌邊。又，因圓弧狀之周圍部全體，是在到研磨結束時被研磨成圓弧狀，故而亦不會在OF兩端部附近之圓弧狀之周圍部形成有凸部，而可形成圓形晶圓W4。
第4C圖係圖示在使用研磨帶之研磨中，以不使正圓度降低之方式所決定的更另一實施形態之旋轉角度θ3。圓形晶圓W5，係藉由研磨晶圓W之圓弧狀的周圍部A全體和OF之一部分所形成，且具有比晶圓W還稍微小的半徑及OF長度。旋轉角度θ3，係藉由晶圓W(或是，圓形晶圓W5)之OF上的二點e、f和中心O所劃分成的角之優角，較佳是從點e與OF之一方端部起算的距離、和從點f與OF之另一方端部起算的距離為相等。
在旋轉角度θ3之範圍中，研磨之起點及終點(或是終點及起點)，為通過中心O和OF上之一方之點e的線與研磨面S成為垂直的位置、以及通過中心O和OF上之另一方之點f的線與研磨面S成為垂直的位置，且在如此的起點、終點之範圍內抵接於研磨面S的晶圓之周緣可伴隨晶圓載台之正反向旋轉而依順序研磨。藉由在旋轉角度θ3之範圍中進行正反向旋轉之研磨，雖然能研磨圓形晶圓W5之OF的兩端部，但是可藉由被選出的按壓力 F和研磨墊12之彈性，來維持研磨面S和晶圓W至W5之周緣抵接的狀態(研磨面S不會間歇性地抵接於晶圓W至W5之周緣)，故而不會使正圓度降低，而可以形成圓形晶圓W5。
可藉由本發明的圓形晶圓之製造方法及比較例之方法，來研磨具有OF的4吋單晶矽(Si)晶圓之周緣，且可確認所形成的晶圓之正圓度。
第5A圖係顯示藉由正圓度測定機Rondcom 43C(東京精密公司製)所測定之從被圓筒磨光後之單晶錠切出的Si晶圓之外徑的形狀及正圓度。正圓度，係藉由使用低通濾波器(2RC)的MZC中心法，而在箭頭之範圍內測定(OF係從計算中除外)。使用研磨帶將周緣予以研磨加工之前的Si晶圓的正圓度，為3.798μm。
[比較例]
使配置於晶圓載台的Si晶圓之周緣和研磨體(配置於研磨墊的研磨帶)抵接，且使晶圓載台朝向一定方向(CW)旋轉(1000rpm、3分鐘)，藉此可進行晶圓周緣之研磨。如同第5B圖所示，在此研磨方法中，晶圓之外徑的形狀變化較大，尤其是OF之一方端部(肩部)的磨損很顯著。藉由載台朝向一定方向旋轉，則在Si晶圓之OF與研磨體對向之位置解除晶圓與研磨體的抵接之後，會強力地抵接於OF之一方端部，之後，因研磨墊之彈性等，圓弧狀之周緣的抵接會變弱等，而使接觸不均等變大。如此研磨體不 會追蹤晶圓之周緣而會間歇性地抵接，結果正圓度將顯著惡化到51.563μm。
[實施例]
使配置於晶圓載台的Si晶圓之周緣和研磨體(配置於研磨墊的研磨帶)抵接，且決定晶圓載台之旋轉角度以使晶圓之圓弧狀的周圍部之一部分形成為直線狀(參照第4A圖)，藉由在該旋轉角度中使晶圓載台連續進行正向旋轉、反向旋轉(3000rpm)，就可進行晶圓周緣之研磨。如同第5C圖所示，外徑之形狀的變化較小，正圓度為21.318μm，充分地滿足加工樣式。此後，OF更進一步研磨而可去除OF兩端部附近的凸部，且可製造圓形晶圓。
只要未脫離本發明之思想及態樣均能進行更多的各式各樣之修正，此為該發明所屬技術領域中具有通常知識者所能理解。因而，本發明之態樣當然只不過是例示，而非為限定本發明之範圍。
W‧‧‧晶圓1
W1‧‧‧晶圓2
W1’‧‧‧被設定的圓弧
O‧‧‧晶圓之中心
OF‧‧‧定向平面
E、E’‧‧‧晶圓W之OF上的二點
R‧‧‧基準線
P、P’‧‧‧周圍部之部分
r1‧‧‧被設定的半徑
△r‧‧‧半徑差
θ‧‧‧正反向旋轉之旋轉角度
θp、θp’‧‧‧與周圍部之部分對應的角度

Claims (12)

  1. 一種圓形晶圓之製造方法，係藉由使用研磨帶將由結晶材料所成的圓板狀之晶圓、且具有定向平面和周圍部之晶圓的周緣予以研磨來製造圓形晶圓的方法，其特徵為，包含：一次研磨工序，其係藉由一邊使被定心配置於具有鉛直旋轉軸的水平晶圓載台的晶圓之周圍部和研磨體抵接，一邊使前述晶圓載台旋轉來研磨前述周圍部；及沿著周圍部而測定前述被一次研磨過的晶圓之半徑，且設定該被測定的半徑中之最小半徑以下的半徑，並沿著前述周圍部而決定該被設定的半徑與前述被測定的晶圓之半徑之差△r的工序；及決定前述△r比預定值還大的前述被一次研磨過的晶圓之周圍部之部分的工序；以及二次研磨工序，其係使前述被一次研磨過的晶圓之周圍部和前述研磨體抵接，且使前述晶圓載台在預定旋轉角度之範圍內繞前述旋轉軸而正向旋轉及反向旋轉，藉此來研磨前述被一次研磨過的晶圓之周圍部，前述研磨體，是包含藉由被配置於平坦之研磨墊而劃分成平坦之研磨面的研磨帶所成，在前述二次研磨工序中，前述定向平面和前述研磨面不成為平行，而使前述晶圓載台和前述研磨面沿著水平之軸線而相對擺動，且使前述晶圓載台之前述正向旋轉或前述反向旋轉的速度，降低至與前述被決定的晶圓之周圍部 之部分對應的旋轉角度之範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的圓形晶圓之製造方法，其中，在前述二次研磨工序中，使前述晶圓載台，在前述晶圓的圓弧狀之周圍部之一部分可研磨成直線狀的旋轉角度之範圍內進行正向旋轉及反向旋轉。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的圓形晶圓之製造方法，其中，更包含：藉由使前述定向平面和前述研磨面抵接且沿著水平之軸線而直線地相對擺動來研磨前述定向平面的工序。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的圓形晶圓之製造方法，其中，在前述二次研磨工序中，使前述晶圓載台，在前述晶圓的圓弧狀之周圍部全體可研磨成圓弧狀的旋轉角度之範圍內進行正向旋轉及反向旋轉。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的圓形晶圓之製造方法，其中，前述晶圓為半導體晶圓。
  6. 一種圓形晶圓之製造方法，係藉由使用研磨帶將由結晶材料所成的圓板狀之晶圓、且具有定向平面和周圍部之晶圓的周緣予以研磨來製造圓形晶圓的方法，其特徵為，包含：使被定心配置於具有鉛直旋轉軸的水平晶圓載台的晶圓之周圍部和研磨體抵接，且使前述晶圓載台在預定旋轉角度之範圍內繞前述旋轉軸而正向旋轉及反向旋轉，藉此來研磨晶圓之周圍部的工序，前述研磨體，是包含藉由被配置於平坦之研磨墊而劃 分成平坦之研磨面的研磨帶所成，在前述研磨的工序中，前述定向平面和前述研磨面不成為平行，而使前述晶圓載台和前述研磨面沿著水平之軸線而相對擺動，且使前述晶圓載台之前述正向旋轉或前述反向旋轉的速度，降低至與前述晶圓之事先被決定的周圍部之部分對應的旋轉角度之範圍內。
  7. 一種圓形晶圓之製造方法，係藉由使用研磨帶將由結晶材料所成的圓板狀之晶圓的圓弧狀之周緣予以研磨來製造圓形晶圓的方法，其特徵為，包含：沿著圓弧狀之周緣而測定晶圓之半徑，且設定該被測定的半徑中之最小半徑以下的半徑，並沿著前述圓弧狀之周緣而決定該被設定的半徑與前述被測定的晶圓之半徑之差△r的工序；及決定前述△r比預定值還大的前述晶圓之周緣之部分的工序；以及使被定心配置於具有鉛直旋轉軸的水平晶圓載台的前述晶圓之前述周緣之部分和研磨體抵接，且使前述晶圓載台在與前述周緣之部分對應的旋轉角度之範圍內繞前述旋轉軸而正向旋轉及反向旋轉，藉此來研磨前述周緣之部分的工序，且此時的前述研磨體，是包含藉由被配置於平坦之研磨墊而劃分成平坦之研磨面的研磨帶所成，來進行研磨的工序。
  8. 一種圓形晶圓之製造方法，係藉由使用研磨帶將由結晶材料所成的圓板狀之晶圓、且具有定向平面和周圍部 之晶圓的周緣予以研磨來製造圓形晶圓的方法，其特徵為，包含：藉由一邊使被定心配置於具有鉛直旋轉軸的水平晶圓載台的晶圓之周圍部和研磨體抵接，一邊使前述晶圓載台在預定旋轉角度之範圍內進行正向旋轉及反向旋轉來研磨晶圓之周圍部的工序，前述研磨體，是包含藉由被配置於平坦之研磨墊而劃分成平坦之研磨面的研磨帶所成，在前述研磨的工序中，前述晶圓的定向平面和前述研磨面不成為平行。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的圓形晶圓之製造方法，其中，在前述研磨的工序中，使前述晶圓載台，在前述晶圓的圓弧狀之周圍部之一部分可研磨成直線狀的旋轉角度之範圍內進行正向旋轉及反向旋轉。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的圓形晶圓之製造方法，其中，更包含：藉由使前述定向平面和前述研磨面抵接且沿著水平之軸線而直線地相對擺動來研磨前述定向平面的工序。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的圓形晶圓之製造方法，其中，在前述研磨的工序中，使前述晶圓載台，在前述晶圓的圓弧狀之周圍部全體可研磨成圓弧狀的旋轉角度之範圍內進行正向旋轉及反向旋轉。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的圓形晶圓之製造方法，其中，在前述研磨的工序中，前述研磨面是中介具有 彈性的研磨墊而按壓於前述晶圓之周圍部，使前述研磨面不會離開前述晶圓之周緣。
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