制造半導體晶圓的方法

制造半導體晶圓的方法
【專利摘要】提供一種制造半導體晶圓的方法，該方法有利于定向平面線的形成，并允許沒有問題地進行倒角作業。根據本發明的制造半導體晶圓的方法是一種從大直徑半導體晶圓中切出多個小直徑晶圓的制造半導體晶圓的方法，該方法包括：標記步驟，以使得直槽狀定向平面線穿過大直徑半導體晶圓的每一行中的各個小直徑晶圓的方式通過激光束集體地為每一行形成直槽狀定向平面線，其中，小直徑晶圓的切出位置在特定方向上成行地對齊；和切割步驟，在標記步驟之后通過激光束從大直徑半導體晶圓中個別地切出小直徑晶圓。
【專利說明】制造半導體晶圓的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種制造半導體晶圓的方法。
【背景技術】
[0002]在半導體器件的制造中，為了能夠使其大量生產，不斷增加晶圓的直徑，甚至已出現具有300_或更大直徑的巨大直徑晶圓。通過執行如下的一系列步驟來提高生產率:使這種大直徑晶圓依次經歷諸如拋光、清洗、干燥、CVD、曝光、顯影以及蝕刻等必要加工，最后將該大直徑晶圓切成單片。全部地執行這一系列步驟需要數千億日元規模的大規模生產設備。
[0003]然而，在近年來，也越來越需要用于各種用途的少量的各種半導體設備。上述大規模生產設備不適用于各種半導體設備的有限生產的這種情形。
[0004]因此，最近，已提出了迷你(注冊商標)工廠構思，這種構思是指在具有約半英寸(形成一個半導體芯片的大致尺寸)直徑的小晶圓上進行必要的加工處理。根據這種迷你工廠構思，為各步驟提供諸如拋光設備、CVD設備等小加工設備以使這些加工設備根據需要以適當組合的方式使用，從而能夠處理各種晶圓。由于每一種設備可以是小型的，因此可以降低設備的投資費用。
[0005]在上述迷你工廠構思中，在可預見的未來沒有打算直接生產具有約半英寸直徑的小直徑單晶硅，而是仍然從目前的大直徑硅晶圓中切出半英寸尺寸的小直徑硅晶圓。
[0006]另外，現有的專利文獻I已經公開了從大直徑半導體晶圓中切出多個小直徑晶圓。
[0007]引用文獻列表
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2005-33190號公報
【發明內容】

[0010]發明要解決的問題
[0011 ] 專利文獻I描述了，例如:從具有等于4英寸或大于4英寸的直徑的大直徑晶圓中切出3個或更多具有等于2英寸或大于2英寸的直徑的小直徑晶圓；從具有等于5英寸或大于5英寸的直徑的大直徑晶圓中切出4個或更多具有等于2英寸或大于2英寸的直徑的小直徑晶圓；以及從具有等于6英寸或大于6英寸的直徑的大直徑晶圓中切出7個或更多具有等于2英寸或大于2英寸的直徑的小直徑晶圓。此外，專利文獻I描述了利用激光束等進行這種切出，另外，通過該切出還同時設置了定向平面(orientation flat)。
[0012]另外，用于迷你工廠構思的晶圓尺寸是如上所述地約半英寸的小直徑。在這種小直徑晶圓中，如果定向平面或缺口(notch)通過切出設置在晶圓外周，則存在如下問題:在后續的倒角(beveling)步驟中定向平面部或缺口部不能被良好地倒角。
[0013]為了解決上述問題作出了本發明。本發明的目的是提供一種制造半導體晶圓的方法，該方法有助于形成定向平面線同時還允許沒有問題的倒角。
[0014]用于解決問題的方案
[0015]為了實現上述目的，本發明包括如下構造。
[0016]也就是，根據本發明的制造半導體晶圓的方法是:一種制造半導體晶圓的方法，在該方法中從大直徑半導體晶圓中切出多個小直徑晶圓，所述方法包括:標記步驟，以使得直槽狀定向平面線穿過所述大直徑半導體晶圓的每一行中的各個所述小直徑晶圓的方式通過激光束集體地為每一行形成直槽狀定向平面線，其中，所述小直徑晶圓的切出位置在特定方向上成行地對齊；和切割步驟，在所述標記步驟之后通過激光束從所述大直徑半導體晶圓中個別地切出所述小直徑晶圓。
[0017]所述方法包括研磨步驟，所述研磨步驟研磨所述大直徑半導體晶圓以使其具有所需的厚度，其中在所述研磨步驟之后進行所述標記步驟和隨后的步驟。
[0018]此外，優選地，所述直槽狀定向平面線形成為使得所述直槽狀定向平面線的兩端到達待切出的所述小直徑晶圓的邊緣。
[0019]優選地，基于所述大直徑半導體晶圓的定向平面或缺口確定所述直槽狀定向平面線的位置。
[0020]此外,切出半英寸尺寸的所述小直徑晶圓。
[0021]此外，該方法進一步包括:外徑精加工步驟，精加工切出的所述小直徑晶圓以使其具有所需的外徑；倒角步驟，將所述小直徑晶圓的外周倒角成預定形狀；蝕刻步驟，蝕刻倒角過的所述小直徑晶圓；鏡面倒角步驟，使用精加工用磨石對倒角過的所述小直徑晶圓的倒角部進行鏡面加工；拋光步驟，對鏡面倒角過的所述小直徑晶圓進行鏡面加工；以及精密清洗步驟，清洗通過拋光污染的所述小直徑晶圓。
[0022]優選地，使用倒角設備并采用同一磨石同時進行所述外徑精加工步驟和所述倒角步驟。
[0023]發明的效果
[0024]本發明有助于小直徑晶圓中定向平面線的形成，同時因為在晶圓表面上已設置了定向平面線，所以還允許沒有問題地進行倒角作業。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是示出了切出圖案的示例的示意圖,利用激光束沿著該切出圖案從大直徑晶圓中切出小直徑晶圓。
[0026]圖2是示出了切出的小直徑晶圓12的平面圖。
[0027]圖3是示出了具有200mm直徑的實際大直徑晶圓中小直徑晶圓的切出圖案的示例的平面圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將參照附圖詳細描述本發明的優選實施方式。
[0029]圖1是示出了切出圖案的示例的示意圖，利用激光束沿著該切出圖案(cutoutpattern)從大直徑晶圓10中切出小直徑晶圓12。圖2是示出了切出的小直徑晶圓12的平面圖。[0030]例如，大直徑晶圓10是具有200mm或300mm直徑的晶圓。通過傳統制造方法制造(也就是，通過直接生產單晶體一磨削外周一形成缺口一切片一倒角一研磨一蝕刻一拋光—精密清洗等步驟制造)的這種大直徑晶圓10，可以是形成有缺口 14或定向平面的任何晶圓。
[0031]在所需的位置上形成缺口 14以使得例如連接缺口 14和晶圓10的中心的線與晶圓10表面的面取向垂直地延伸。此外，在定向平面的情況下，也在特定的所需位置形成定向平面以使得例如定向平面被取向為與晶圓10的面取向平行或垂直。
[0032]在為了使晶圓10完成為半導體器件而在晶圓10上進行的許多加工步驟的每一加工步驟中，缺口 14和定向平面這兩者被用于晶圓10的對齊(定位)。
[0033]傳統上，在許多加工步驟期間，為了便于控制，大直徑晶圓10形成為具有700 μ m至ΙΟΟΟμπι的厚度。事實上，從強度的角度來看這種級別的厚度是必需的。然后，在進行用于形成半導體器件的必要加工步驟的最后階段中，研磨該晶圓10以使其具有例如200μπι至250 μ m的厚度，最后，切成待完成為半導體器件的單件。
[0034]與此相反，本實施方式使用從開始就已經研磨了的晶圓10，通過對大直徑晶圓10進行研磨加工而使其具有約350 μ m的厚度。可以使用傳統雙面研磨設備進行研磨步驟。
[0035]在本實施方式中，如下所述，在第一階段中，大直徑晶圓10被切成具有約半英寸的直徑的小直徑晶圓12，并且隨后執行必要的加工步驟。將大直徑晶圓10研磨成具有約350 μ m厚度的薄晶圓使得能夠通過激光束容易地進行切出。此外，由于被切成具有約半英寸的直徑的小直徑晶圓12，其厚度與直徑的比率比大直徑晶圓10的厚度與直徑的比率大，因此盡管它們薄，但是也能夠使得它們在組裝和測試工序中不會翹曲和龜裂。
[0036]在本實施方式中，如圖1中的虛線所示，在將大直徑晶圓10切成小直徑晶圓12之前，首先通過激光束在大直徑晶圓10中形成直槽狀定向平面線16，并且使得直槽狀定向平面線16位于要獲得的小直徑晶圓12中的所需位置。
[0037]圖1中的實線示出了待切出的小直徑晶圓12的假想位置。
[0038]如圖1所示，小直徑晶圓的切出位置在大直徑半導體晶圓中沿特定方向成行對齊，并且通過激光束集體地(collectively)形成用于每一行的定向平面線16使得在每一行中定向平面線16穿過每一個小直徑晶圓。事實上，通過在行方向上移動激光設備(未示出)而使用于每一行的定向平面線16集體地形成。
[0039]優選的是，在大直徑晶圓10中形成用于每一行的作為單一無縫直線的定向平面線16，除非該線干擾相鄰行中待切出的小直徑晶圓，因為這有利于控制通過激光設備進行的激光束照射。
[0040]應當注意，依賴于待切出的小直徑晶圓的配置，直槽可能會穿過相鄰行中的小直徑晶圓，在這種情況下，可以僅在每一行的小直徑晶圓12中的必要部分形成定向平面線
16。應當注意，即使在這種情況下，定向平面線16也被設置成使其兩端到達小直徑晶圓12的邊緣。在組裝期間和測試期間，這允許借助于傳感器對晶圓12的邊緣處的定向平面線16的兩端的位置進行檢測，由此有利于晶圓12的對齊。
[0041]使定向平面線16基于在大直徑晶圓10中預先設置的缺口 14 (或定向平面)定位并定向成:使得定向平面線16在所需的方向上延伸。例如，在圖1中，各行的定向平面線16以相互平行并且與連接缺口 14和晶圓10的中心的線垂直的方式形成。[0042]在形成定向平面線16之后，通過驅動未示出的激光設備從大直徑晶圓10中切出小直徑晶圓12。小直徑晶圓12被切成圓形。應當注意，小直徑晶圓12被切成比半英尺的尺寸稍大，因為它們將在隨后的外徑精加工步驟中通過磨削它們的邊緣而被精加工成具有所需的外徑。
[0043]對于激光設備，可以使用如專利文獻I所示的已公知的設備。激光設備被安裝到公知的X-Y驅動設備上以在水平平面上自由移動。定向平面線16的形成圖案和小直徑晶圓12的切出圖案被預先存儲在控制單元中。控制單元根據給定程序移動并驅動激光設備，以形成定向平面線16，并切出小直徑晶圓12。
[0044]大直徑晶圓10被保持在如專利文獻I所示的公知的真空吸盤(未示出)上。事實上，真空吸盤利用其環狀支撐部在與待切出的小直徑晶圓12中的每一個晶圓12對應的部位支撐大直徑晶圓10的下表面側，并借助于真空設備將空氣從這些環狀支撐部抽出。從而，該真空吸盤吸住并支撐各晶圓12所在部位的下表面。此外，大直徑晶圓10的外周也可以由真空吸盤保持。借助于真空吸盤這樣吸住并支撐大直徑晶圓10能夠允許定向平面線16的形成，并且允許切出并分離各個小直徑晶圓12。
[0045]如上所述，通過提前研磨大直徑晶圓10使其厚度減小到約350 μ m,可以容易地通過激光束切出小直徑晶圓12。
[0046]激光束不限于任何特別的類型，但優選的是YAG激光。
[0047]另外，關于激光設備，優選的是，使用具有在自激光束輻射孔照射的激光束周圍產生環狀噴水的噴水口的激光設備(水中激光加工)。在使用激光束形成定向平面線16和切出小直徑晶圓12的期間，噴水可以使由于激光束照射而被加熱到高溫的晶圓10冷卻，并且利用水移除產生的切出碎片。
[0048]下面，示出了小直徑晶圓12的尺寸的示例。
[0049]小直徑晶圓12的外徑為12.5mm，平面部的直徑為12.25mm，外周(邊緣)中的倒角部18的寬度為0.125mm。
[0050]具有50 μ m的寬度和5 μ m至25 μ m的深度的定向平面線16被定位在距離晶圓12的中心5.75_的位置處。這些尺寸并不局限于任何特定的值。然而，通過激光加工形成的定向平面線16的深度被設定為在形成半導體器件時的蝕刻步驟、拋光步驟以及各種加工步驟之后將不會穿破(wear out)的深度(50 μ m)。
[0051]圖3示出了在實際200mm大直徑晶圓10中小直徑晶圓12的切出圖案的示例。可以進行129片小直徑晶圓12的切出。當然，具有晶體缺陷的區域上的小直徑晶圓12會被丟棄。
[0052]上述切出的小直徑晶圓12通過以下步驟被精加工成晶圓。
[0053]I)外徑精加工步驟
[0054]使用金剛磨石等磨削上述切出的晶圓12以使其外徑調整到半英寸的尺寸。因為由激光束切出的晶圓12的外邊緣殘留有切出碎片，所以外徑精加工步驟除了可以進行外徑的調整以外，還可以將切出碎片移除。外徑可以被機械加工成在12.5mm±0.1mm的精度范圍內。
[0055]2)倒角步驟
[0056]使用磨石拋光具有精加工外徑的上述晶圓12以進行其外周的倒角作業。因為在晶圓12的表面中已設置了定向平面線16，所以還能夠沒有問題地進行倒角作業。
[0057]應當注意，使用磨削表面形成為凹形的金剛磨石進行倒角作業，因此，可以借助于特定倒角設備(未示出)利用同一磨石對晶圓10同時進行上述外徑精加工步驟和該倒角步驟。
[0058]3)蝕刻步驟
[0059]隨后，為了移除當大直徑晶圓10通過研磨變薄時受到機械損害或嵌入砂礫的晶圓，對晶圓12進行蝕刻。堿(Κ0Η系溶液)或酸(氫氟酸-硝酸系溶液)被用作蝕刻劑。移除深度應當為約10 μ m至50 μ m。
[0060]4)鏡面倒角步驟
[0061]使用精加工用磨石鏡面精加工倒角部18。這能防止組裝期間和測試期間的灰塵排放。
[0062]5)拋光(CMP)步驟
[0063]隨后，與傳統大直徑晶圓一樣進行CMP加工。
[0064]根據需要通過多個子步驟進行該拋光。例如，首次拋光的目的是借助于雙面拋光設備高效地制造光滑鏡面表面。實現拋光精度為0.27mm土 10 μ m的厚度。
[0065]二次拋光的目的是除去0SFs(氧化引起的堆垛層錯(stacking fault)),并改善表面粗糙度。三次或四次拋光的目的是除去霧靄(haze)和除去污染物。每個階段均使用適合的拋光液。應當注意，根據需要，拋光步驟可以依賴于精加工精度包括多個子步驟，因而，拋光步驟可以僅包括借助于雙面拋光設備的首次拋光和借助于單面拋光設備的最后拋光。
[0066]6)精密清洗步驟
[0067]最后，通過傳統RCA清洗清潔被拋光等污染的晶圓。諸如金屬雜質和顆粒的殘渣被移除。采用通過過濾器清洗的液體和額外的溫度控制器使清洗液體循環。超聲波的額外應用提高了清洗水平。
[0068]如上所述，可以進行晶圓的精加工步驟。
[0069]此外，應當注意，當在半導體制造步驟中對齊晶圓時，可以通過借助于傳感器等識別定向平面線16的兩端來使晶圓12容易地對齊，該定向平面線16沿著定向平面線16的方向到達晶圓的邊緣。
[0070]這里提及的所有示例和條件性文字都是為了教示的目的，以幫助讀者理解
【發明者】作出的對現有技術進行改進的發明和構思，并且本發明應該被理解為不限于具體提及的示例和條件，說明書中的這些示例的組織也不是本發明的優劣性的展示。雖然已經詳細說明了本發明的實施方式，但應該理解，在不背離本發明的精神和范圍的情況下，可以對本發明進行各種修改、置換和替換。
【權利要求】
1.一種制造半導體晶圓的方法，在該方法中從大直徑半導體晶圓中切出多個小直徑晶圓，所述方法包括: 標記步驟，以使得直槽狀定向平面線穿過所述大直徑半導體晶圓的每一行中的各個所述小直徑晶圓的方式通過激光束集體地為每一行形成直槽狀定向平面線，其中，所述小直徑晶圓的切出位置在特定方向上成行地對齊；和 切割步驟，在所述標記步驟之后通過激光束從所述大直徑半導體晶圓中個別地切出所述小直徑晶圓。
2.根據權利要求1所述的制造半導體晶圓的方法，其特征在于，所述方法包括研磨步驟，所述研磨步驟研磨所述大直徑半導體晶圓以使其具有所需的厚度，其中在所述研磨步驟之后進行所述標記步驟和隨后的步驟。
3.根據權利要求1或2所述的制造半導體晶圓的方法，其特征在于，所述直槽狀定向平面線形成為使得所述直槽狀定向平面線的兩端到達待切出的所述小直徑晶圓的邊緣。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的制造半導體晶圓的方法，其特征在于，基于所述大直徑半導體晶圓的定向平面或缺口確定所述直槽狀定向平面線的位置。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的制造半導體晶圓的方法，其特征在于，切出半英寸尺寸的所述小直徑晶圓。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的制造半導體晶圓的方法，其特征在于，所述方法進一步包括: 外徑精加工步驟，精加工切出的所述小直徑晶圓以使其具有所需的外徑； 倒角步驟，將所述小直徑晶圓的外周倒角成預定形狀； 蝕刻步驟，蝕刻倒角過的所述小直徑晶圓； 鏡面倒角步驟，使用精加工用磨石對倒角過的所述小直徑晶圓的倒角部進行鏡面加工； 拋光步驟，對鏡面倒角過的所述小直徑晶圓進行鏡面加工；以及 精密清洗步驟，清洗通過拋光污染的所述小直徑晶圓。
7.根據權利要求6所述的制造半導體晶圓的方法，其特征在于，使用倒角設備并采用同一磨石同時進行所述外徑精加工步驟和所述倒角步驟。
【文檔編號】H01L21/304GK103854991SQ201310634807
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2012年12月4日
【發明者】中村由夫, 市川大造, 住澤春男, 原史朗, 聳嘛玩, 池田伸一 申請人:不二越機械工業株式會社, 獨立行政法人產業技術綜合研究所