TWI779896B - 晶圓治具、晶圓結構及晶圓的加工方法 - Google Patents

Abstract

一種晶圓治具，包括一底壁及一環狀側壁。底壁具有一承載面，環狀側壁連接於底壁的周緣，環狀側壁包括至少兩階部。兩階部包括一第一階部及一第二階部。第一階部連接於承載面與第二階部之間，第一階部相對於第二階部向底壁的一中心的方向突出。環狀側壁圍繞中心。此外，一種晶圓結構及晶圓的加工方法亦被提及。

Description

晶圓治具、晶圓結構及晶圓的加工方法

本發明是有關於一種治具、包含此治具的結構及加工方法，且特別是有關於一種晶圓治具、包含此晶圓治具的晶圓結構及晶圓的加工方法。

碳化矽的價格非常昂貴，為了盡可能將碳化矽材料製造成多片碳化矽晶圓以達到節省成本的目的，碳化矽晶圓的薄化非常重要。然而，薄化的碳化矽晶圓容易形變翹曲而導致良率不佳，且容易在運送及加工過程中破碎損壞。此外，特定尺寸的晶圓(如6吋晶圓)可能不符合後續製程機台(如磊晶機台)的規格(如對應於8吋晶圓的規格)，而產生晶圓與機台不相容的問題。

本發明提供一種晶圓治具、晶圓結構及晶圓的加工方法，可避免晶圓形變及損壞且可解決晶圓與機台不相容的問題。

本發明的晶圓治具包括一底壁及一環狀側壁。底壁具有 一承載面，環狀側壁連接於底壁的周緣，環狀側壁包括至少兩階部。兩階部包括一第一階部及一第二階部。第一階部連接於承載面與第二階部之間，第一階部相對於第二階部向底壁的一中心的方向突出。環狀側壁圍繞中心。

在本發明的一實施例中，上述的環狀側壁在底壁上圍繞出一容納空間，容納空間包括一第一子空間及一第二子空間，第一子空間對應於第一階部，第二子空間對應於第二階部，第二子空間在平行於第一階部向該中心的突出方向的一第一方向上的尺寸大於第一子空間在第一方向上的尺寸。

在本發明的一實施例中，上述的第一子空間在垂直於第一方向的一第二方向上的尺寸小於晶圓的厚度，第一子空間及第二子空間在第二方向上的尺寸的和大於或等於晶圓的厚度。

在本發明的一實施例中，上述的底壁及環狀側壁的硬度小於晶圓的硬度。

在本發明的一實施例中，上述的承載面包括一底面及一斜面，斜面連接於底面與第一階部之間且傾斜於底面。

本發明的晶圓結構，包括一晶圓治具及一晶圓。晶圓治具包括一底壁及一環狀側壁。底壁具有一承載面。環狀側壁連接於底壁的周緣，其中環狀側壁包括至少兩階部，至少兩階部包括一第一階部及一第二階部，第一階部連接於承載面與第二階部之間，第一階部相對於第二階部向底壁的一中心的方向突出，環狀側壁圍繞中心。晶圓承載於承載面上，其中第一階部的一側邊及 第二階部的一側邊朝向晶圓，晶圓的周緣接觸第一階部的側邊且與第二階部的側邊具有間距。

在本發明的一實施例中，上述的環狀側壁在底壁上圍繞出一容納空間，容納空間包括一第一子空間及一第二子空間，第一子空間對應於第一階部，第二子空間對應於第二階部，第二子空間在平行於第一階部向中心的突出方向的一第一方向上的尺寸大於第一子空間在第一方向上的尺寸。

在本發明的一實施例中，上述的第一子空間在垂直於第一方向的一第二方向上的尺寸小於晶圓的厚度，第一子空間及第二子空間在第二方向上的尺寸的和大於或等於晶圓的厚度。

在本發明的一實施例中，上述的底壁及環狀側壁的硬度小於晶圓的硬度。

在本發明的一實施例中，上述的承載面包括一底面及一斜面，斜面連接於底面與第一階部之間且傾斜於底面。

本發明的晶圓的加工方法包括以下步驟。提供一晶圓治具，其中晶圓治具包括一底壁及一環狀側壁，底壁具有一承載面，環狀側壁包括至少兩階部，至少兩階部包括一第一階部及一第二階部，第一階部連接於承載面與第二階部之間，第一階部相對於第二階部向底壁的一中心突伸出，環狀側壁圍繞中心。將一晶圓結合於承載面，其中晶圓的周緣接觸第一階部且與第二階部具有間距。對晶圓進行磊晶。將晶圓分離於晶圓治具。

在本發明的一實施例中，將晶圓結合於承載面的步驟包 括藉由熱壓合製程或氧化層接合製程將晶圓結合於承載面。

在本發明的一實施例中，將晶圓分離於晶圓治具的步驟包括：切割晶圓治具以移除第二階部及至少部分第一階部，在經磊晶的晶圓上形成一膠層，藉由研磨製程或雷射製程移除部分晶圓及晶圓治具。

在本發明的一實施例中，將晶圓結合於承載面的步驟包括藉由氧化層接合製程將晶圓結合於承載面，將晶圓分離於晶圓治具的步驟包括移除晶圓與晶圓治具之間的一氧化層。上述的加工方法更包括在將晶圓分離於晶圓治具之後，薄化晶圓。

在本發明的一實施例中，將晶圓分離於晶圓治具的步驟包括藉由雷射製程將部分晶圓分離於晶圓治具。上述的加工方法更包括在將部分晶圓分離於晶圓治具之後，移除殘留於晶圓治具上的另一部分晶圓。

基於上述，本發明的晶圓治具用以穩固地支撐晶圓，以避免晶圓形變翹曲而導致良率不佳，且可避免晶圓在運送及加工過程中破碎損壞。並且，環狀側壁的第一階部相對於第二階部向底壁的中心突出。藉此，當晶圓置放於底壁上而被第一階部圍繞時，晶圓與第二階部之間具有間距，此間距作為緩衝空間而可降低晶圓因撞擊力而破碎的機率。此外，當對晶圓進行磊晶時，所述間距可防止晶圓與晶圓治具在完成磊晶操作後透過磊晶層而相連接，據以避免晶圓難以分離於晶圓治具及/或晶圓的邊緣在分離於晶圓治具時破裂。再者，本發明的晶圓治具與晶圓共同構成了 晶圓結構，此晶圓結構的尺寸(即晶圓治具的尺寸，例如是8吋)大於晶圓本身的尺寸(例如是6吋)。據此，即使製程機台(如磊晶機台)的規格(如對應於8吋晶圓的規格)與晶圓本身的尺寸不相容，晶圓治具與晶圓共同構成的晶圓結構仍能相容於所述製程機台的規格。

10、20:雷射源

50:氧化接合層

60:磊晶層

70:膠層

100:晶圓結構

110:晶圓治具

112:底壁

112a:承載面

112a1:底面

112a2:斜面

114:環狀側壁

1141:第一階部

1141a、1142a:側邊

1142:第二階部

120:晶圓

C:中心

D1~D3、H1、H2:尺寸

G:間距

LB、LB’:雷射光

S:容納空間

S1:第一子空間

S2:第二子空間

T:厚度

V1:第一方向

V2:第二方向

圖1是本發明一實施例的晶圓結構的剖面示意圖。

圖2是圖1的晶圓結構的俯視示意圖。

圖3是本發明另一實施例的晶圓結構的局部示意圖。

圖4A至圖4G是本發明一實施例的晶圓的加工方法的流程圖。

圖5A至圖5B繪示本發明另一實施例的晶圓的加工方法的部分流程。

圖1是本發明一實施例的晶圓結構的剖面示意圖。圖2是圖1的晶圓結構的俯視示意圖。請參考圖1及圖2，本實施例的晶圓結構100包括一晶圓治具110及一晶圓120。晶圓治具110包括一底壁112及一環狀側壁114。底壁112具有一承載面112a，承載面112a承載晶圓120，晶圓120接合於承載面112a。環狀側壁 114連接於底壁112的周緣且圍繞底壁112的中心C(標示於圖1)。

環狀側壁114包括至少兩階部(繪示為一第一階部1141及一第二階部1142)。第一階部1141連接於底壁112的承載面112a與第二階部1142之間，第一階部1141相對於第二階部1142向底壁112的中心C的方向突出。第一階部1141的一側邊1141a及第二階部1142的一側邊1142a朝向晶圓120，晶圓120的周緣接觸第一階部1141的側邊1141a且與第二階部1142的側邊1142a具有間距G。亦即，第二階部1142不接觸晶圓120。在其他實施例中，環狀側壁114可包括更多數量的階部，本發明不對此加以限制。

更詳細而言，環狀側壁114在底壁112上圍繞出一容納空間S，容納空間S包括一第一子空間S1及一第二子空間S2。第一子空間S1對應於第一階部1141，第二子空間S2對應於第二階部1142，且第二子空間S2在平行於第一階部1141向中心C的突出方向的一第一方向V1上的尺寸D3大於第一子空間S1在第一方向V1上的尺寸D2。第一子空間S1在垂直於第一方向V1的一第二方向V2上的尺寸H1小於晶圓120的厚度T，第一子空間S1及第二子空間S2在第二方向V2上的尺寸的和(標示為尺寸H2)大於或等於晶圓120的厚度T。藉此，晶圓120可完全容置於容納空間S中，且可如上述般在晶圓120與第二階部1142之間形成間距G。在本實施例中，第二子空間S2在第一方向V1上的尺寸D3與第一子空間S1在第一方向V1上的尺寸D2的差例如大於或等於0.4mm。

在上述配置方式之下，晶圓治具110穩固地支撐晶圓120，而可避免晶圓120形變翹曲而導致良率不佳，且可避免晶圓120在運送及加工過程中破碎損壞。並且，環狀側壁114的第一階部1141如上述般相對於第二階部1142向底壁112的中心C突出，而使晶圓120與第二階部之間具有間距G，此間距G作為緩衝空間而可降低晶圓120因撞擊力而破碎的機率。

另一方面，本實施例的晶圓治具110與晶圓120如上述般共同構成了晶圓結構100，此晶圓結構100的尺寸D1(即晶圓治具110的尺寸，例如是8吋)大於晶圓120本身的尺寸D2(例如是6吋)。據此，即使製程機台(如磊晶機台)的規格(如對應於8吋晶圓的規格)與晶圓本身的尺寸不相容，晶圓治具110與晶圓120共同構成的晶圓結構100仍能相容於所述製程機台的規格。

在本實施例中，第一階部1141的側邊1141a例如垂直於第一方向V1(即，第一階部1141向中心C的突出方向)，以良好地圍繞並固持晶圓120。此外，第二階部1142的側邊1142a例如垂直於第一方向V1(即，第一階部1141向中心C的突出方向)，以避免第二階部1142的側邊1142a往晶圓120傾斜而過於靠近晶圓120。

圖3是本發明另一實施例的晶圓結構的局部示意圖。圖3所示實施例與圖1所示實施例的不同處在於，在圖3的晶圓治具110中，底壁112的承載面112a包括一底面112a1及一斜面112a2，斜面112a2連接於底面112a1與第一階部1141之間且傾斜於底面 112a1。斜面112a2用以接觸晶圓120的底部的外緣，使承載面112a更貼合於晶圓120底部外緣處的倒角，以更穩固地支撐晶圓120並增加晶圓治具110對晶圓120的保護力，避免晶圓120於後續磊晶時翹曲。詳細而言，斜面112a2可如圖3所示為平面，其他實施例中的斜面112a2亦可形成為弧面，以因應晶圓120底部外緣處的倒角形狀，使斜面112a2可更貼合於晶圓120。

在本實施例中，晶圓治具110的底壁112及環狀側壁114為一體成型之結構。藉此，可使晶圓治具110易於由同一母材製作出，而可簡化其製程。並且，一體成型的底壁112與環狀側壁114可具有良好的結構強度。

在前述實施例中，晶圓治具110的材質可為矽、藍寶石等硬度比晶圓120小的材料，從而底壁112及環狀側壁114的硬度小於晶圓120的硬度，而可避免晶圓120被底壁112及環狀側壁114刮傷。以下對晶圓120的加工方法進行說明。

圖4A至圖4G是本發明一實施例的晶圓的加工方法的流程圖。首先，如圖4A所示提供如圖1所示的晶圓治具110。接著，如圖4B所示藉由氧化層接合製程將晶圓120結合於承載面112a，使晶圓120的周緣接觸第一階部1141且與第二階部1142具有間距G。由於是藉由氧化層接合製程將晶圓120結合於承載面112a，故晶圓120與承載面112a形成了氧化接合層50，在圖1中為使圖式較為簡潔，省略了氧化接合層50之繪示。在其他實施例中，可藉由熱壓合製程或其他製程來取代所述氧化層接合製程。

然後，如圖4C所示藉由有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)或其他適當磊晶製程對晶圓120進行磊晶而形成一磊晶層60。在對晶圓120進行磊晶的過程中，晶圓120與第二階部1142之間的間距G可防止晶圓120與晶圓治具110在完成磊晶操作後透過磊晶層60而相連接，據以避免晶圓120難以分離於晶圓治具110及/或晶圓120的邊緣在分離於晶圓治具110時破裂。將晶圓120分離於晶圓治具110的方式如下述。

如圖4D所示切割晶圓治具110以移除第二階部1142及第一階部1141，並如圖4E所示在經磊晶的晶圓120上形成一膠層70，膠層70例如相關於晶圓120的後續其他製程，於此不加以贅述。接著，如圖4F至圖4G所示藉由雷射製程移除部分晶圓120及晶圓治具110，圖4F所示的雷射源10發出的雷射光LB用以切割晶圓120。至此，完成晶圓120與晶圓治具110之分離。在其他實施例中，可藉由研磨製程來取代上述雷射製程以移除部分晶圓120及晶圓治具110。

在上述的製程中，晶圓治具110被切割及/或研磨而無法回收。若欲回收晶圓治具110，可不以切割及/或研磨晶圓治具110的方式進行晶圓120與晶圓治具110之分離，而是改為藉由酸性溶液來移除晶圓120與晶圓治具110之間的氧化接合層50，使晶圓120能夠脫離晶圓治具110，並接著以研磨的方式將晶圓120薄化至所需厚度。此外，亦可利用雷射光直接切割晶圓120而不切割晶圓治具110，來進行晶圓120與晶圓治具110之分離，具體說 明如下。

圖5A至圖5B繪示本發明另一實施例的晶圓的加工方法的部分流程。在進行至圖4C所示流程並形成了膠層70之後，可如圖5A至圖5B所示藉由雷射製程將部分晶圓120分離於晶圓治具110，圖5A所示的雷射源20發出的雷射光LB’用以切割晶圓120且不會切割到晶圓治具110。接著，移除殘留於晶圓治具110上的另一部分晶圓120及氧化接合層50，使晶圓治具110可回收後重複使用。

綜上所述，本發明的晶圓治具用以穩固地支撐晶圓，以避免晶圓形變翹曲而導致良率不佳，且可避免晶圓在運送及加工過程中破碎損壞。並且，環狀側壁的第一階部相對於第二階部向底壁的中心突出。藉此，當晶圓置放於底壁上而被第一階部圍繞時，晶圓與第二階部之間具有間距，此間距作為緩衝空間而可降低晶圓因撞擊力而破碎的機率。此外，當對晶圓進行磊晶時，所述間距可防止晶圓與晶圓治具在完成磊晶操作後透過磊晶層而相連接，據以避免晶圓難以分離於晶圓治具及/或晶圓的邊緣在分離於晶圓治具時破裂。再者，本發明的晶圓治具與晶圓共同構成了晶圓結構，此晶圓結構的尺寸(即晶圓治具的尺寸，例如是8吋)大於晶圓本身的尺寸(例如是6吋)。據此，即使製程機台(如磊晶機台)的規格(如對應於8吋晶圓的規格)與晶圓本身的尺寸不相容，晶圓治具與晶圓共同構成的晶圓結構仍能相容於所述製程機台的規格。

100:晶圓結構

110:晶圓治具

112:底壁

112a:承載面

114:環狀側壁

1141:第一階部

1141a、1142a:側邊

1142:第二階部

120:晶圓

C:中心

D1~D3、H1、H2:尺寸

G:間距

S:容納空間

S1:第一子空間

S2:第二子空間

T:厚度

V1:第一方向

V2:第二方向

Claims (14)

1. 一種晶圓治具，包括：一底壁，具有一承載面；以及一環狀側壁，連接於該底壁的周緣，其中該環狀側壁包括至少兩階部，該至少兩階部包括一第一階部及一第二階部，該第一階部連接於該承載面與該第二階部之間，該第一階部相對於該第二階部向該底壁的一中心的方向突出，該環狀側壁圍繞該中心，其中該承載面包括一底面及一斜面，該斜面連接於該底面與該第一階部之間且傾斜於該底面。
2. 如請求項1所述的晶圓治具，其中該環狀側壁在該底壁上圍繞出一容納空間，該容納空間包括一第一子空間及一第二子空間，該第一子空間對應於該第一階部，該第二子空間對應於該第二階部，該第二子空間在平行於該第一階部向該中心的突出方向的一第一方向上的尺寸大於該第一子空間在該第一方向上的尺寸。
3. 如請求項2所述的晶圓治具，其中該第一子空間在垂直於該第一方向的一第二方向上的尺寸小於該晶圓的厚度，該第一子空間及該第二子空間在該第二方向上的尺寸的和大於或等於該晶圓的厚度。
4. 如請求項1所述的晶圓治具，其中該底壁及該環狀側壁的硬度小於該晶圓的硬度。
5. 一種晶圓結構，包括： 一晶圓治具，包括：一底壁，具有一承載面；以及一環狀側壁，連接於該底壁的周緣，其中該環狀側壁包括至少兩階部，該至少兩階部包括一第一階部及一第二階部，該第一階部連接於該承載面與該第二階部之間，該第一階部相對於該第二階部向該底壁的一中心的方向突出，該環狀側壁圍繞該中心；以及一晶圓，承載於該承載面上，其中該第一階部的一側邊及該第二階部的一側邊朝向該晶圓，該晶圓的周緣接觸該第一階部的該側邊且與該第二階部的該側邊具有間距。
6. 如請求項5所述的晶圓結構，其中該環狀側壁在該底壁上圍繞出一容納空間，該容納空間包括一第一子空間及一第二子空間，該第一子空間對應於該第一階部，該第二子空間對應於該第二階部，該第二子空間在平行於該第一階部向該中心的突出方向的一第一方向上的尺寸大於該第一子空間在該第一方向上的尺寸。
7. 如請求項6所述的晶圓結構，其中該第一子空間在垂直於該第一方向的一第二方向上的尺寸小於該晶圓的厚度，該第一子空間及該第二子空間在該第二方向上的尺寸的和大於或等於該晶圓的厚度。
8. 如請求項5所述的晶圓結構，其中該底壁及該環狀側壁的硬度小於該晶圓的硬度。
9. 如請求項5所述的晶圓結構，其中該承載面包括一底面及一斜面，該斜面連接於該底面與該第一階部之間且傾斜於該底面。
10. 一種晶圓的加工方法，包括：提供一晶圓治具，其中該晶圓治具包括一底壁及一環狀側壁，該底壁具有一承載面，該環狀側壁包括至少兩階部，該至少兩階部包括一第一階部及一第二階部，該第一階部連接於該承載面與該第二階部之間，該第一階部相對於該第二階部向該底壁的一中心突伸出，該環狀側壁圍繞該中心；將一晶圓結合於該承載面，其中該晶圓的周緣接觸該第一階部且與該第二階部具有間距；對該晶圓進行磊晶；以及將該晶圓分離於該晶圓治具。
11. 如請求項10所述的晶圓的加工方法，其中將該晶圓結合於該承載面的步驟包括藉由熱壓合製程或氧化層接合製程將該晶圓結合於該承載面。
12. 如請求項10所述的晶圓的加工方法，其中將該晶圓分離於該晶圓治具的步驟包括：切割該晶圓治具以移除該第二階部及至少部分該第一階部；在經磊晶的該晶圓上形成一膠層；以及藉由研磨製程或雷射製程移除部分該晶圓及該晶圓治具。
13. 如請求項10所述的晶圓的加工方法，其中將該晶圓結合於該承載面的步驟包括藉由氧化層接合製程將該晶圓結合於該承載面，將該晶圓分離於該晶圓治具的步驟包括移除該晶圓與該晶圓治具之間的一氧化層，該加工方法更包括：在將該晶圓分離於該晶圓治具之後，薄化該晶圓。
14. 如請求項10所述的晶圓的加工方法，其中將該晶圓分離於該晶圓治具的步驟包括藉由雷射製程將部分該晶圓分離於該晶圓治具，該加工方法更包括：在將部分該晶圓分離於該晶圓治具之後，移除殘留於該晶圓治具上的另一部分該晶圓。

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