TW201303094A - 具有可變氣體流率噴嘴的晶圓熔爐 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種形成薄片型晶圓的方法，包括下列步驟：(1)使至少兩條細線經過一熔融材質，以產生一部分成形薄片型晶圓；(2)以一流率導引一冷卻流體朝向該部分成形薄片型晶圓，以對流方式冷卻該部分成形薄片型晶圓的一特定部分；以及(3)監視該部分成形薄片型晶圓的特定部分之一厚度。為確保該晶圓的適當厚度，該方法控制該冷卻流體的流率成為該部分成形薄片型晶圓的特定部分之厚度的函數。

Description

具有可變氣體流率噴嘴的晶圓熔爐

本發明係有關於一種薄片型晶圓(sheet wafers)，特別是有關於一種形成薄片型晶圓的裝置及其製程方法。

矽晶圓係為各種半導體元件的建構組件，該半導體元件例如是太陽電池(solar cell)、積體電路以及微機電(MEMS)系統元件。舉例來說，麻薩諸塞州馬爾堡市的長青太陽能股份有限公司利用熟知的帶狀拖曳(ribbon pulling)技術所產生的矽晶圓來製造太陽能電池。

該帶狀拖曳(ribbon pulling)技術使用已經驗證過的製程來製造高品質的矽晶體(silicon crystal)，然而此製程技術所製造的薄片型晶圓在相對較薄的區域容易破裂。如第1圖所示，其繪示習知技術中帶狀晶體10A(ribbon crystal)(亦可稱為成長中的薄片型晶圓)之局部剖視圖。所示的剖視圖顯示出所謂的頸縮區域(neck region)12，比該薄片型晶圓10A的其他區域之厚度相對而言較薄。

為避免發生上述之問題，傳統的帶狀拖曳熔爐可能使用新月形塑型裝置(meniscus shaper)來改變成長中的薄片型晶圓與熔融矽材兩者之間介面的形狀以及厚度，藉以消除該頸縮區域12。雖然上述方式可以解決問題，但是新月形塑型裝置必須定期地進行清潔的工作，以確保適當的熔爐運作與操作。因此整個成長晶體的過程必須因為清潔新月形塑型裝置的工作而暫時停止，因而降低生產量。此外，新月形塑型裝置的清潔工作需要手動或是人工介入來進行，導致生產成本提高。

為解決上述問題，一些帶狀拖曳型熔爐設有氣體噴嘴(gas jets)，用以導引冷卻流體朝向該頸縮區域12。例如第7,780,782號美國專利案揭露一種使用該氣體噴嘴的熔爐。

根據本發明之一實施例之一種形成薄片型晶圓的方法，該方法包括下列步驟：(1)使至少兩條細線經過一熔融材質，以產生一部分成形薄片型晶圓；(2)以一流率導引一冷卻流體朝向該部分成形薄片型晶圓，以對流方式冷卻該部分成形薄片型晶圓的一特定部分；以及(3)監視該部分成形薄片型晶圓的特定部分之一厚度。為確保該晶圓的適當厚度，該方法控制該冷卻流體的該流率成為該部分成形薄片型晶圓的特定部分之厚度的函數。

除了可以控制該晶圓的厚度之外，該方法在一晶圓形成之熔爐中輔助偵測誤差環境條件。例如該方法利用該至少一噴嘴之一噴嘴(傳送流體)來量測該冷卻流體的該流率；以及使用量測的該流率來決定一誤差環境條件是否存在。在一實施例中，使用該部分成形薄片型晶圓的特定部分之厚度來決定該誤差環境條件是否存在。另一實施例中，控制該冷卻流體的流率成為該量測的流率之函數。

為了回應偵測該特定部分之該厚度小於第一預設值之步驟，在一實施例中，可增加該特定部分之流率，以回應該偵測該特定部分之該厚度小於該第一預設值之步驟。此種方式可增加該位置之厚度。其中在增加該特定部分之流率的步驟中，更包括重複地以一預定的增量來增加該流率，直至該厚度到達一預設值。在一實施例中，為了偵測該特定部分之該厚度大於一第二預設值之步驟，當該特定部分之該厚度大於該第二預設值時，可減 少該流率。此種方式可減少該位置之厚度。如同上述之方式，在減少該流率的步驟中，該方法更包括重複地以一預定的增量來減少該流率，直至該厚度到達一預設值。

該部分成形薄片型晶圓具有一邊緣以及一縱向中心，該特定部分介於該邊緣與該部分成形薄片型晶圓的該縱向中心之間。該冷卻流體初始地導引至一特定方向，該方法導引該流體至另一方向，以使該另一方向成為該部分成形薄片型晶圓的特定部分之厚度的函數。在一類似方式中，一噴嘴初始地導引該冷卻流體朝向該部分成形薄片型晶圓，該方法接著移動該噴嘴的位置，使該噴嘴的位置成為該部分成形薄片型晶圓的特定部分之厚度的函數。

根據本發明另一實施例之一種形成薄片型晶圓的方法，該方法包括下列步驟：(1)使至少兩條細線經過一熔融材質，以產生一部分成形薄片型晶圓；(2)導引來自於一噴嘴的一冷卻流體朝向該部分成形薄片型晶圓，以對流方式冷卻該部分成形薄片型晶圓的一特定部分；以及(3)監視該部分成形薄片型晶圓的該特定部分之一厚度。為控制該晶圓的厚度，該方法可控制該噴嘴的位置成為該部分成形薄片型晶圓的特定部分之該厚度的函數。

在控制該噴嘴的位置成為該部分成形薄片型晶圓的特定部分之厚度的函數之步驟中，包括移動該噴嘴靠近該部分成形薄片型晶圓或是遠離該部分成形薄片型晶圓。在一實施例中，更包括偵測該特定部分之厚度小於第一預設值；以及移動該噴嘴靠近該部分成形薄片型晶圓的該特定部分，以回應偵測該特定部分之厚度小於該第一預設值之步驟。在另一實施例中，偵測該特定部分之厚度大於第二預設值；以及移動該噴嘴遠離該部分成形 薄片型晶圓的特定部分，以回應偵測該特定部分之厚度大於該第二預設值之步驟。

在控制該噴嘴的位置成為該部分成形薄片型晶圓的特定部分之厚度的函數之步驟中，包括改變該噴嘴相對於水平的角度。在控制該噴嘴的位置成為該部分成形薄片型晶圓的特定部分之厚度的函數之步驟中，包括改變該噴嘴相對於水平的角度，並且移動該噴嘴靠近或是遠離該部分成形薄片型晶圓兩者其中之一。

根據本發明另一實施例之一種晶圓熔爐，包括：一熔化鍋，具有一對孔洞，以承接複數細線，該熔化鍋的設置用以容納該熔融矽材；一氣體噴嘴，縱向設置於該熔化鍋之上方；以及一流體源，耦接於該氣體噴嘴，以提供流體至該氣體噴嘴，該氣體噴嘴用以射出傳送該流體至一成長的晶圓，其中該成長的晶圓係形成自該些細線以及該熔化鍋的該熔融矽材；該晶圓熔爐也包括一厚度偵測器，縱向設置於該熔化鍋的上方，該厚度偵測器用以偵測自該熔化鍋延伸而成的成長晶圓之厚度，該厚度偵測器產生一厚度訊號，該厚度訊號相關於該成長的晶圓之厚度的厚度資訊。為了控制厚度，該晶圓熔爐也包括一流率控制器，耦接於該流體源以及該厚度偵測器，該流率控制器用以控制來自於該流體源的流率並且朝向該氣體噴嘴，使該流率成為該厚度訊號中該厚度資訊的函數。

通過該熔化鍋的對孔洞分離隔開一距離，以於該對孔洞之間定義一通用中點，該氣體噴嘴設置比該通用中點更靠近於該對孔洞之一。該氣體噴嘴以可移動方式縱向設置於該熔化鍋之上方。該對孔洞有效地形成垂直延伸自該熔化鍋之一晶圓平面，該噴嘴以可移動方式靠近或是遠離該晶圓平 面。當該成長的晶圓之厚度小於第一預設值，該流率控制器用以增加來自於該流體源的流體流率並且朝向該噴嘴。當該成長的晶圓之厚度大於第二預設值，該流率控制器用以減少來自於該流體源的流體流率並且朝向該噴嘴。

在本發明之實施例中，形成薄片型晶圓的裝置及其製程方法用以監視成長中薄片型晶圓的厚度以及改變導向至晶圓的冷卻流體之流率，該冷卻流體流率係視為厚度的函數。特定而言，當晶圓厚度太薄時，該裝置及其製程方法增加流體的流率，因而使晶圓變厚。相反地，當晶圓厚度太厚時，該裝置及其製程方法減少流體的流率，因而使晶圓變薄。其他不同的實施例中，可將冷卻流體的流動路徑視為厚度的函數。上述實施例詳述如下。

第2圖係繪示本發明實施例中所製造的薄片型晶圓10B之上視圖。類似於其他薄片型晶圓，薄片型晶圓10B具有矩形形狀以及在其前側面與後側面具有較大的表面區域。例如，薄片型晶圓10B的寬度為3英吋且長度為6英吋。

如本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知，當薄片型晶圓10B的成長過程中，薄片型晶圓10B的長度可依據操作者所需作選擇來進行切割而有所不同。此外，薄片型晶圓10B的寬度可依據兩條細線(filaments)14(如第3圖所示)的分離程度不同而作改變。舉例而言，薄片型晶圓10B的寬度為156 mm，其為光伏電池(photovoltaic cell)的工業標準。因此本發明之特定長度以及寬度的薄片型晶圓10B僅用於說明方便，並非用於限定本發明之權利範圍。此外，薄片型晶圓10B的厚度相較於其長度 以及寬度尺寸相對來說非常薄。

特定而言，第3圖係繪示本發明第2圖沿著線段3-3的薄片型晶圓10B之剖視圖。應注意的是，第3圖並未按照比例繪製，僅為用於描述方便之示意圖。特別地，薄片型晶圓10B是利用一對被矽材封住的細線14，其中該矽材例如多結晶體矽(multicrystalline silicon)、單晶矽(single crystal silicon)或是多晶矽(polysilicon)。雖然該對細線14被矽材環繞，但是該對細線14以及該對細線14外圍的矽材可以形成薄片型晶圓10B的邊緣。在一些實施例中，一條或是兩條細線14形成相關聯的晶圓邊緣。

薄片型晶圓10B可視為包括三個連續部分，亦即包括第一細線14穿過的第一端部區段16、中間區段18以及第二細線14穿過的第二端部區段20。第一端部區段16與第二端部區段20可視為晶圓邊緣(16或是20)。中間區段18約為薄片型晶圓10B的總長度之75%。中間區段18包括薄片型晶圓10B的縱向中心(亦即寬度的中心)。第一端部區段16與第二端部區段20兩者的長度約為薄片型晶圓10B的總長度之25%。

如第3圖所示，薄片型晶圓10B的厚度從第一端部區段16的邊緣到達第一端部區段16與中間區段18之間的邊界逐漸增加；該厚度逐漸減少直至中間區段18的中心，然後從該中間區段18的中心逐漸增加至該中間區段18與該第二端部區段20之間的邊界。類似於第一端部區段16，薄片型晶圓10B的厚度從第二端部區段20的邊緣到達第二端部區段20與中間區段18之間的邊界逐漸增加。因此，第一端部區段16以及第二端部區段20皆沒有如第1圖所示之頸縮區域12。

在一實施例中，薄片型晶圓10B具有如第3圖的剖面線段A-A(亦即第 一端部區段16)之間的第一部份(first portion)，以及具有如第3圖的剖面線段B-B(亦即中間區段18)之間的內部部份(inner portion)。第一部份A-A介於邊緣與內部部份B-B之間，第一部份A-A的厚度大於內部部份B-B的厚度，例如第一部份A-A的厚度為200-250微米(microns)(或是約為250-350微米)，而內部部份B-B的厚度約為100-200微米。應注意的是，薄片型晶圓10B的不同部分也會有類似於第一部份A-A與內部部份B-B之間的關係。例如靠近第一端部區段16或是第二端部區段20的部分之厚度大於向內(inward)的厚度。

應注意的是，上述之相對厚度、尺寸以及大小並非用以限定本發明。例如第一端部區段16以及第二端部區段20的厚度實質上為常數，而中間區段18的厚度為增加；另一實施例，依據製造公差(tolerance)，薄片型晶圓10B的整個厚度為均勻，或是第一端部區段16、中間區段18以及第二端部區段20中任一者的厚度較大或是較小，或是第一端部區段16、中間區段18以及第二端部區段20中任兩者(以上)的厚度較大或是較小；又一實施例中，兩個端部區段兩者的長度大於薄片型晶圓10B的總長度之50%以上，而中間區段的長度小於薄片型晶圓10B的總長度之50%以下。

如第4圖所示之熔爐22用以製造第2圖以及第3圖之薄片型晶圓10B的運作之示意圖。第4圖顯示使用中的熔爐22並且顯示熔融矽材以及從熔融矽材拖曳形成的薄片型晶圓10B。特定來說，第4圖之熔爐22設有一支撐結構24，用以支撐容納該熔融矽材的熔化鍋(crucible)26。此外，熔爐22設有複數冷卻棒(cooling bars)28，用以提供輻射冷卻效果，冷卻棒(cooling bars)28係為選擇性設置而可從熔爐22移除。

熔化鍋(crucible)26形成多對細線孔洞30，用以接收高溫的細線14，該細線14最終從成長中的矽材薄片型晶圓10B的邊緣形成。例如熔化鍋26設有多對細線孔洞30(例如所示之三對細線孔洞30)，以同時成長多個薄片型晶圓10B。

在一實施例中，熔化鍋26由石墨(graphite)形成，可以受熱至抗降溫以維持熔融矽材至熔點溫度以上。此外，第4圖之熔化鍋26的長度遠大於其寬度，例如熔化鍋26的長度可以是其寬度三倍或是更大。在其他實施例中，熔化鍋26不會被拉伸，例如是正方形或是非矩形的外觀形狀。

根據本發明之實施例，熔爐22具有局部冷卻薄片型晶圓10B之能力，以消除第1圖所示之頸縮區域12的問題。特定而言，熔爐22設有冷卻裝置，可局部冷卻成長中的薄片型晶圓10B，例如冷卻第一端部區段16以及第二端部區段20，以有效增加這些區段的厚度。

類似於第7,780,782號美國專利案，本發明揭露對流冷卻技術完成冷卻效果。熔融矽材維持在非常高的溫度，例如大於攝氏1420度以上，如熔融矽材維持在攝氏1420度至1440度之間。

對流冷卻滿足本發明之實施例，因為每一冷卻裝置只有冷卻薄片型晶圓10B的一小部分，此小部份區域的總質量相對較小，而且此小部份區域相對於其厚度來說具有較大的表面區域，所以在此種條件之下，對流冷卻方式可適用於本發明之應用。

因此根據第4圖之實施例設置複數氣體噴嘴(gas nozzle)32(稱為噴嘴(jets)32)，用以導向一氣體朝向薄片型晶圓10B的不同部分。氣體噴嘴32的材質可為石墨(graphite)以抵抗高溫，並且利用連接裝置(interconnect)接收 自於一流體源(如箭頭所示)，該連接裝置例如是不銹鋼管33。

如第4圖所示，每一成長中的薄片型晶圓10B設有兩對相關聯的氣體噴嘴32，其中一對氣體噴嘴32用以冷卻薄片型晶圓10B的第一端部區段16，而另一對氣體噴嘴32用以冷卻薄片型晶圓10B的第二端部區段20。每一對噴嘴32用以冷卻薄片型晶圓10B的相同部份的相異兩側。因此，每一對噴嘴32將氣體以平行方式但是以相反方向進行導引。例如即使者兩個氣體流因為薄片型晶圓10B的分隔而不會互相混合，但是一對噴嘴中的一個噴嘴32之氣體流(gas stream)與另一噴嘴32之氣體流仍為同軸線(coaxial)。

為了改善冷卻的功效，氣體噴嘴32提供柱狀氣體流至該薄片型晶圓10B，本發明之實施例使用長形管(其長度大於管子的內徑)，例如管子的長度大於管子的內徑之10倍或是更大。例如管子的內徑為1 mm且其長度為12 mm。

氣體噴嘴32可為不同的設計架構，以一對氣體噴嘴32設置於薄片型晶圓10B的一側。另一實施例中，只有一氣體噴嘴32設置於薄片型晶圓10B的單一側。其他實施例中，複數氣體噴嘴32或是複數對氣體噴嘴32設置於薄片型晶圓10B的單一側。

每一氣體流直接撞擊薄片型晶圓10B的小區域。事實上，該小區域可以遠小於整個欲冷卻區段(例如第一、第二端部區段16、20)。舉例而言，柱狀氣體流的中心瞄準，從晶圓邊緣約距離1 mm，並且約距離熔融矽材的介面與成長中薄片型晶圓10B的上方1 mm，以接觸薄片型晶圓10B。然而接觸該小部分可能會增加氣體的溫度，但是並不會減少後續的冷卻效果。

因此當氣體流撞擊薄片型晶圓10B的小區域之後，氣體會漂移以接觸薄片型晶圓10B的另一部分，而可以依據不同設計而冷卻其他部分。最後，氣體消散以及/或剩餘氣體加熱達到一溫度而不再對薄片型晶圓10B具有冷卻能力。當接觸該薄片型晶圓10B時，該氣體可以視為形成冷卻梯度(cooling gradient)。所以，氣體噴嘴32可以冷卻薄片型晶圓10B的整個第一端部區段16，而具有主要的冷卻效應以及次要的冷卻效應。

整個冷卻區域係依據不同的因子來決定，包括氣體流率、氣體型式、噴嘴32尺寸、成長晶圓10B的速度、熔融矽材的溫度以及氣體噴嘴32的位置。

本發明之實施例可使用各種氣體型式以及氣體流率，以控制成長中薄片型晶圓10B的厚度。例如使用氬氣(亦即流體)以初始漸增氣體流率(亦即所有噴嘴32)直到40公升/每分鐘(將於第6圖作詳細說明)。該流率係依據許多因素來決定，包括噴嘴32的出口到薄片型晶圓10B的距離、想要的薄片型晶圓10B之冷卻區域、成長中薄片型晶圓10B的質量以及氣體的溫度。然而本發明所屬技術領域中具有通常知識者應知道，本發明之氣體流率可確保不會損害薄片型晶圓10B。雖然在特定的環境中，較高的氣體流率可以改善冷卻效果，其可能損害薄片型晶圓10B。

在上述之實施例中，氬氣以介於100度至400度(例如200度)從噴嘴32噴出。亦可使用其他不同特性的氣體。所以上述之氬氣及其溫度並非用以限定本發明之權利範圍。

本發明除了可以使用對流方式冷卻薄片型晶圓10B之外，噴嘴32本身如同是輻射冷卻來源。在一實施例中，噴嘴32的材質之作用如同散熱器(heat sink)，如上所述噴嘴32的材質例如是石墨(graphite)，因此當石墨噴嘴32設置接近於薄片型晶圓10B時，石墨噴嘴32可以局部吸收熱量，因而可以進一步助長薄片型晶圓10B的所需部份之冷卻效應。因此每一噴嘴32可提供兩種冷卻效果的來源，亦即提供對流冷卻(convective cooling)以及輻射冷卻(radiative cooling)。

在另一實施例中，噴嘴32並非由具有可對薄片型晶圓10B進行輻射冷卻的材質所構成。相反地，噴嘴32是由可忽略對薄片型晶圓10B的冷卻效應之材質所構成。

應注意的是，噴嘴32可設置於任何位置，例如設置於可冷卻中間區段18的一部分或是全部之適當位置，而不是設置於可冷卻第一、第二端部區段16、20的一部分或是全部之適當位置，或是除了設置於可冷卻第一、第二端部區段16、20的一部分或是全部以外之適當位置。在又一實施例中，熔爐22在薄片型晶圓10B的一側邊的噴嘴32比另一側邊的噴嘴32更多。其依據應用需求以及所需要的結果來指定噴嘴32的數量以及位置。

熔化鍋26可以從熔爐22移除，為達到此目的，當熔爐22關機時，操作者只要從熔爐22以垂直方式抬起熔化鍋26。為便於簡化上述移除熔化鍋26的步驟，較佳地，噴嘴32以水平間隔設置於熔化鍋26的垂直平面，以便於移除步驟。例如，熔化鍋26的寬度為4公分，則一對噴嘴32之間的分離間隔大於4公分，以提供足夠的空隙使熔化鍋26易於移除。

此外，每一噴嘴32的垂直位置壓緊薄片型晶圓10B的厚度。特定而言，成長中薄片型晶圓10B接觸熔融矽材的位置稱為介面(interface)。如第5圖所示，介面34有效地形成新月形的頂部，其中該新月形從該熔融矽材的頂 部表面垂直向上延伸。新月形的高度壓緊薄片型晶圓10B的厚度。相較於較短新月形頂部的厚度來說，較高的新月形在其頂部具有較薄的厚度。

本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，在此區域(介面34)或是其附近的厚度決定成長中薄片型晶圓10B的厚度。換言之，成長中薄片型晶圓10B的厚度係為介面的高度或是位置的函數。新月形附近區域的溫度控制新月形/介面34的高度。特定而言，當該區域的溫度較低，新月形/介面34的高度將比較高區域溫度的高度來得小。

因此，噴嘴32的冷卻效應直接控制新月形的高度，因而可控制成長中薄片型晶圓10B的厚度。該熔爐22設計成可控制系統參數，例如氣體流率、氣體流溫度、以及噴嘴32的間隔等參數，以控制介面34的高度。藉由改變這些參數，以於薄片型晶圓10B的成長過程中或是成長過程之前來改變介面34的位置。

在一實施例中，噴嘴32為可移動，例如噴嘴32以定位方式配置，但是在X方向及/或Y方向具有可樞轉(pivotable)功能。噴嘴32可相對於水平或是垂直方向移動。在另一實施例，噴嘴32可沿著熔爐22藉由滑動連接方式作水平移動。在其他實施例中，噴嘴32可朝向薄片型晶圓10B移動或是遠離薄片型晶圓10B移動，有助於冷卻步驟。

雖然上述係有關於薄片型晶圓10B的局部對流冷卻效果，然而可進一地控制熔爐22，以達到較佳的效能。由於目前晶圓的厚度逐漸縮小，使得晶圓更為脆弱。例如許多的晶圓邊緣之厚度小於350微米(例如300微米、250微米等)。此種要求必須更精確地調整或是控制這些晶圓在特定局部區域的厚度。若是太薄，容易造成破裂碎片，降低良率；若是太厚，分割裝 置(例如順向雷射(downstream laser))無法分離或是切割薄片型晶圓10B。此外，矽材價格嚴重影響成本，因而使較厚的薄片型晶圓10B不為商業上所接受。

在試過其他方式仍然無法產生較佳效果，本發明發現噴嘴32的對流冷卻效應係為薄片型晶圓10B厚度之函數，可解決邊緣厚度的問題。此技術可生產出較佳的薄片型晶圓10B。事實上，其可於閉迴路回饋系統快速地執行。例如在第一實施例中，改變來自於噴嘴32的冷卻氣體之流率為晶圓厚度的函數。因而當晶圓10B太薄時，噴嘴32可以傳送更多的氣體；當晶圓10B太厚時，噴嘴32可以傳送較少的氣體。其他實施例具有可移動的噴嘴32，因此可以不同方式移動或是對準而為晶圓厚度的函數。例如，噴嘴32可以在熔爐22之內移動至不同的位置，或是將噴嘴32轉動到不同的位置，以冷卻晶圓10B的不同部分，以及/或是將噴嘴32移向晶圓10B或是將噴嘴32遠離晶圓10B移動。

熔爐22具有厚度偵測器35以及流率控制器37，厚度偵測器35用以持續偵測與監視成長中薄片型晶圓10B的相關部份，並且流率控制器37(如第4圖所示之局部剖面部份)用以控制經過噴嘴32的流體流率為偵測到的厚度之函數。在一較佳實施例中，這些裝置元件係以閉迴路系統，以確保緊密地整合並且快速地回應訊息。

流率控制器37可以包括邏輯性的設定其功能。例如流率控制器37包括一個或是多個執行程式碼的微處理器(microprocessor)、特定應用規格積體電路(application-specific integrated circuit,ASIC)、類比電路、以及可以控制或量測來自氣體源的氣體流率之硬體。流率控制器37包括邏輯元件以自動 地移動該噴嘴32為該晶圓厚度的函數，該流率控制器37也可與外部邏輯元件協同運作。

各種類型的厚度偵測器35可以滿足所需要的結果。例如，厚度偵測器35具有設置於薄片型晶圓10B一側面之發光二極體以及設置於薄片型晶圓10B另一相對側面之感測器(sensor)。薄片型晶圓10B的厚度與通過薄片型晶圓10B的二極體光線之量有關。因此感測器偵測經過薄片型晶圓10B的光線而可決定該經過位置的晶圓厚度。

如上所述，藉由量測直接來自噴嘴32的氣體流率，以有助於晶圓成長的製程步驟之進行。熔爐22也包括流量量錶39(如第4圖之局部剖面處)，以量測來自於噴嘴32的氣體流率。流量量錶39可設置於噴嘴32本身(噴嘴32的內側或是外側)的出口附近。另一實施例中，噴嘴32為多孔性(porous)材質(例如石墨材質)，若是噴嘴出口附近的流量量錶39不易提供較佳讀數，所以在其他實施例中，將流量量錶39設置於管路系統33範圍之內的噴嘴32之上游處。藉由量測直接進入噴嘴32的氣體流率，本發明之製程步驟可以偵測誤差狀態以及精確地調整晶圓10B的厚度。此外，精確地調整氣體流率可允許製程步驟設定以及確認經過噴嘴32的初始氣體流率，並且多次記錄經過噴嘴32的氣體流率，以進行誤差修正(error correction)以及效能檢視(performance review)。

第6圖係繪示本發明實施例中薄片型晶圓10B的製造流程步驟。應注意的是，此薄片型晶圓10B的製程步驟可以包括所述步驟中的一部份步驟。因此依據不同的需求，該製程不必然包括全部的步驟，也可以不同的順序來執行上述步驟。此外，除了處理單一薄片型晶圓10B之外，本發明 之製程也可以一次同時處理多個薄片型晶圓10B。

在製程步驟600中，形成第5圖所示之成長中薄片型晶圓10B。一對細線透過熔化鍋26的細線孔30持續地縱向移動，以形成上述之介面34。當薄片型晶圓10B成長時，本發明之分離製程以特定的距離區間移除頂部，以製造出完整的晶圓10B。厚度偵測器35持續地監視第一、第二端部區段16、20的厚度，產生各種回應動作，如下列所述之步驟602-612。

特定而言，步驟602決定第一、第二端部區段16、20的厚度是否在一預設厚度範圍。例如，該預設厚度範圍介於200至300微米之間，或是介於250至350微米之間，或是其他任意的範圍。當第一、第二端部區段16、20任一個的厚度大於或小於該預設厚度範圍，流率控制器37使邏輯組件觸發特定的回應動作。舉例來說，若是該預設厚度範圍介於200至250微米之間，步驟602決定第一、第二端部區段16、20的厚度是否小於250微米或是大於200微米。

當厚度介於該預設厚度範圍之內時，製程步驟持續地監視厚度。相反地，第一、第二端部區段16、20任一個的厚度超出該預設厚度範圍，則表示該第一、第二端部區段16、20的厚度太薄或是太厚。為便於說明起見，只討論一端部區段超出該預設厚度範圍。然而本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，本發明之製程步驟適用於監視晶圓10B的全部區域(此處以兩個區段邊緣為例)。例如，一區段邊緣太厚，另一區段邊緣太薄。具有通常知識者可以執行其餘步驟以及條件狀態，此處省略之。單一區段邊緣並非用以限定本發明之實施例。

然後依據步驟604之流量量錶39，流率控制器37決定相關的噴嘴32(第 一、第二端部區段16、20)的任一個之氣體流率是否處於最大的流率。特定而言，若是氣體流率過高，氣體可能損害成長中的晶圓10B。此外，若是厚度低於預設厚度範圍以下並且氣體是以最大流率流動時，誤差環境的條件可能存在於系統中，例如，連接氣體源至噴嘴32的管路系統33可能產生漏洞。

如步驟606所述，若是氣體是以最大流率流動，本發明的製程步驟產生誤差訊號，該誤差訊號包括可聽見或是可看得見的指示。在一些實施例中，直到誤差環境的條件被修正之後，製程步驟才會停止產生該誤差訊號。在另一實施例中，持續在誤差環境的條件中進行製程步驟。

若是氣體流率不在最大流率狀態，則步驟608決定在第一、第二端部區段16、20任一者的晶圓厚度是否超出預設的晶圓厚度範圍，若是，則執行步驟610，以降低晶圓邊緣的厚度。一種方式是降低一個或是兩噴嘴32的氣體流率。例如，流率控制器37藉由降低經過一個或是兩噴嘴32的氣體流率，以減少對於晶圓邊緣之冷卻效果。

本發明之製程步驟可以各種方式降低相關噴嘴的氣體流率。例如，流率控制器37利用預設的增量而只有降低流率，接著並且返回至步驟602。因此製程步驟可以重複地以預定的增量來降低流率，直至厚度到達指定的預設範圍之內。另一實施例中，製程步驟可以連續地降低流率，直至厚度偵測器35決定厚度是否在預設範圍之內。在一實施例中，使用上述之200-250微米的範圍，流率控制器37逐漸地降低流率(例如連續降低或以增量方式降低之方式)，直至相關的晶圓邊緣之厚度小於250微米。為了提供合理的公差範圍，步驟610可連續降低氣體流率，直至厚度到達約225微 米。

另一實施例中，步驟610可實際移動噴嘴，以降低厚度。例如，設置於熔爐22之位置邏輯元件(未圖示)可自動地移動噴嘴32而遠離晶圓10B。該製程步驟藉由轉動噴嘴的角度而將氣體導引至不同的方向，以此方式來降低冷卻效應。在其他實施例中，該步驟610可以增加氣體的溫度而達到相同結果。

返回步驟608，若是晶圓邊緣厚度沒有在厚度範圍以上(但是仍然在該厚度範圍之外)，表示厚度太薄，因此需要更進一步的冷卻處理，此製程進行步驟612，以增加晶圓邊緣的厚度。一種處理方式是增加較薄的第一、第二端部區段16、20之氣體噴嘴32的流率。舉例來說，流率控制器37藉由增加經過一個或是兩個氣體噴嘴32的氣體流率，以提高較薄的第一、第二端部區段16、20的冷卻效果。本發明也可以利用類似於上述之方式來增加氣體流率。

在一實施例中，類似於步驟610之方式，步驟612實際上藉由移動噴嘴來增加厚度。例如，設置於熔爐22之位置邏輯元件(未圖示)可自動地移動噴嘴32而靠近晶圓10B，以及/或是轉動噴嘴32的角度，以增加冷卻效果。在其他實施例中，該步驟612可以減少氣體的溫度而達到相同結果。

第6圖所示製程步驟可以完全地自動化，然而在其他實施例中，提供手動控制裝置，以使操作者控制各種功能，例如流率、噴嘴位置以及氣體溫度。

因此，本發明之實施例藉由精確地控制晶圓邊緣厚度，以精確地調整晶圓成長的製程，使得產生的晶圓10B仍然不會消耗過量的熔融矽材並且 不易脆裂(fragile)。此外，第一、第二端部區段16、20之晶圓邊緣在晶圓逐片檢測(wafer-to-wafer)以及在下游處理設備的處理方式中具有更佳的厚度預測性，並且以使製程進行更有效率並且改善量產能力，其中下游處理設備的處理方式例如是以雷射方式調整至特定的晶圓邊緣厚度。

雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10A‧‧‧薄片型晶圓

10B‧‧‧薄片型晶圓

12‧‧‧頸縮區域

14‧‧‧細線

16‧‧‧第一端部區段

18‧‧‧中間區段

20‧‧‧第二端部區段

22‧‧‧熔爐

24‧‧‧支撐結構

26‧‧‧熔化鍋

28‧‧‧冷卻棒

30‧‧‧細線孔洞

32‧‧‧氣體噴嘴

33‧‧‧管路系統

34‧‧‧介面

35‧‧‧厚度偵測器

37‧‧‧流率控制器

39‧‧‧流量量錶

600~612‧‧‧步驟

第1圖係繪示習知技術中帶狀晶體/薄片型晶圓之局部剖視圖。

第2圖係繪示本發明實施例中所製造的薄片型晶圓之上視圖。

第3圖係繪示本發明第2圖沿著線段3-3的薄片型晶圓之剖視圖。

第4圖係繪示本發明實施例中一部份的帶狀晶體/薄片型晶圓熔爐的運作之示意圖。

第5圖係繪示本發明實施例中薄片型晶圓的形成過程之示意圖。

第6圖係繪示本發明實施例中薄片型晶圓的製造流程步驟。

600~612‧‧‧步驟

Claims (25)

1. 一種形成薄片型晶圓的方法，該方法包括下列步驟：使至少兩條細線經過一熔融材質，以產生一部分成形薄片型晶圓；以一流率導引一冷卻流體朝向該部分成形薄片型晶圓，以對流方式冷卻該部分成形薄片型晶圓的一特定部分；監視該部分成形薄片型晶圓的該特定部分之一厚度；以及控制該冷卻流體的該流率成為該部分成形薄片型晶圓的該特定部分之該厚度的函數。
2. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄片型晶圓的方法，其中利用至少一噴嘴導引該冷卻流體，該方法更包括下列步驟：利用該至少一噴嘴之一噴嘴來量測該冷卻流體的該流率；以及使用量測的該流率來決定一誤差環境條件是否存在。
3. 如申請專利範圍第2項所述之形成薄片型晶圓的方法，其中在使用量測的該流率之步驟中，包括使用該部分成形薄片型晶圓的該特定部分之該厚度來決定該誤差環境條件是否存在。
4. 如申請專利範圍第2項所述之形成薄片型晶圓的方法，更包括控制該冷卻流體的該流率成為該量測的流率之函數。
5. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄片型晶圓的方法，更包括下列步驟：偵測該特定部分之該厚度小於一第一預設值；以及增加該特定部分之該流率，以回應該偵測該特定部分之該厚度小於該第一預設值之步驟。
6. 如申請專利範圍第5項所述之形成薄片型晶圓的方法，其中在增加該特定部分之該流率的步驟中，包括重複地以一預定的增量來增加該流率，直至該厚度到達一預設值。
7. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄片型晶圓的方法，更包括下列步驟：偵測該特定部分之該厚度大於一第二預設值；以及當該特定部分之該厚度大於該第二預設值時，減少該流率。
8. 如申請專利範圍第7項所述之形成薄片型晶圓的方法，其中在減少該流率的步驟中，包括重複地以一預定的增量來減少該流率，直至該厚度到達一預設值。
9. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄片型晶圓的方法，其中該部分成形薄片型晶圓具有一邊緣以及一縱向中心，該特定部分介於該邊緣與該部分成形薄片型晶圓的該縱向中心之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄片型晶圓的方法，其中該特定部分的厚度小於250微米。
11. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄片型晶圓的方法，其中該冷卻流體初始地導引至一特定方向，該方法導引該流體至另一方向，以使該另一方向成為該部分成形薄片型晶圓的該特定部分之該厚度的函數。
12. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄片型晶圓的方法，其中一噴嘴初始地導引該冷卻流體朝向該部分成形薄片型晶圓，該方法接著移動該噴嘴的位置，使該噴嘴的位置成為該部分成形薄片型晶圓的該特定部分之該厚度的函數。
13. 一種形成薄片型晶圓的方法，該方法包括下列步驟：使至少兩條細線經過一熔融材質，以產生一部分成形薄片型晶圓；導引來自於一噴嘴的一冷卻流體朝向該部分成形薄片型晶圓，以對流方式冷卻該部分成形薄片型晶圓的一特定部分；監視該部分成形薄片型晶圓的該特定部分之一厚度；以及控制該噴嘴的位置成為該部分成形薄片型晶圓的該特定部分之該厚度的函數。
14. 如申請專利範圍第13項所述之形成薄片型晶圓的方法，其中在控制該噴嘴的位置成為該部分成形薄片型晶圓的該特定部分之該厚度的函數之步驟中，包括移動該噴嘴靠近該部分成形薄片型晶圓或是遠離該部分成形薄片型晶圓。
15. 如申請專利範圍第14項所述之形成薄片型晶圓的方法，更包括下列步驟：偵測該特定部分之該厚度小於一第一預設值；以及移動該噴嘴靠近該部分成形薄片型晶圓的該特定部分，以回應偵測該特定部分之該厚度小於該第一預設值之步驟。
16. 如申請專利範圍第14項所述之形成薄片型晶圓的方法，更包括下列步驟：偵測該特定部分之該厚度大於一第二預設值；以及移動該噴嘴遠離該部分成形薄片型晶圓的該特定部分，以回應偵測該特定部分之該厚度大於該第二預設值之步驟。
17. 如申請專利範圍第13項所述之形成薄片型晶圓的方法，其中在控 制該噴嘴的位置成為該部分成形薄片型晶圓的該特定部分之該厚度的函數之步驟中，包括改變該噴嘴相對於水平的角度。
18. 如申請專利範圍第13項所述之形成薄片型晶圓的方法，其中在控制該噴嘴的位置成為該部分成形薄片型晶圓的該特定部分之該厚度的函數之步驟中，包括改變該噴嘴相對於水平的角度，並且移動該噴嘴靠近或是遠離該部分成形薄片型晶圓兩者其中之一。
19. 一種晶圓熔爐，包括：一熔化鍋，具有一對孔洞，以承接複數細線，該熔化鍋的設置用以容納該熔融矽材；一氣體噴嘴，縱向設置於該熔化鍋之上方；一流體源，耦接於該氣體噴嘴，以提供流體至該氣體噴嘴，該氣體噴嘴用以射出傳送該流體至一成長的晶圓，其中該成長的晶圓係形成自該些細線以及該熔化鍋的該熔融矽材；一厚度偵測器，縱向設置於該熔化鍋的上方，該厚度偵測器用以偵測自該熔化鍋延伸而成的該成長的晶圓之厚度，該厚度偵測器產生一厚度訊號，該厚度訊號相關於該成長的晶圓之厚度的厚度資訊；以及一流率控制器，耦接於該流體源以及該厚度偵測器，該流率控制器用以控制來自於該流體源的流率並且朝向該氣體噴嘴，使該流率成為該厚度訊號中該厚度資訊的函數。
20. 如申請專利範圍第19項所述之晶圓熔爐，其中通過該熔化鍋的該對孔洞分離隔開一距離，以於該對孔洞之間定義一通用中點，該氣體噴嘴設置比該通用中點更靠近於該對孔洞之一。
21. 如申請專利範圍第19項所述之晶圓熔爐，其中該氣體噴嘴以可移動方式縱向設置於該熔化鍋之上方。
22. 如申請專利範圍第21項所述之晶圓熔爐，其中該對孔洞有效地形成垂直延伸自該熔化鍋之一晶圓平面，該噴嘴以可移動方式靠近或是遠離該晶圓平面。
23. 如申請專利範圍第19項所述之晶圓熔爐，其中當該成長的晶圓之厚度小於一第一預設值，該流率控制器用以增加來自於該流體源的流體流率並且朝向該噴嘴。
24. 如申請專利範圍第19項所述之晶圓熔爐，其中當該成長的晶圓之厚度大於一第二預設值，該流率控制器用以減少來自於該流體源的流體流率並且朝向該噴嘴。
25. 如申請專利範圍第24項所述之晶圓熔爐，其中該第二預設值介於250至350微米之間。