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TWI475625B - 監測矽晶圓厚度的裝置及方法以及將矽晶圓薄化的裝置 - Google Patents

監測矽晶圓厚度的裝置及方法以及將矽晶圓薄化的裝置 Download PDF

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TWI475625B
TWI475625B TW100108360A TW100108360A TWI475625B TW I475625 B TWI475625 B TW I475625B TW 100108360 A TW100108360 A TW 100108360A TW 100108360 A TW100108360 A TW 100108360A TW I475625 B TWI475625 B TW I475625B
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germanium
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馬丁 蕭樂伯
克里斯托夫 迪茨
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普雷茨特光電有限公司
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Description

監測矽晶圓厚度的裝置及方法以及將矽晶圓薄化的裝置
本發明係關於一種監測矽晶圓厚度的裝置及方法，特別有關一種監測在背側具有重摻雜層的矽晶圓之厚度的裝置及方法以及一種將矽晶圓薄化的裝置。
美國公告專利第6,368,881 B1號揭示一種在背側研磨程序中控制半導體晶圓之厚度的方法及裝置，其在背側研磨程序中使用晶圓厚度的光學量測結果來決定研磨程序的終止時間。再者，該方法可用來判定半導體晶圓是否楔形化(wedging)，如果發生了楔形化，則提供平坦資訊給薄化裝置，使得能夠調整研磨表面，以降低或消除楔形化發生的狀況。
然而，由於採用低對比的干涉訊號，該方法及裝置不適於可靠地量測至少在背側具有重摻雜層的矽晶圓的晶圓厚度，因此需要提供一種監測至少在背側具有重摻雜層的矽晶圓之厚度的裝置及方法，其提供足夠高對比的干涉訊號。
本發明提供一種監測在至少一背側具有重摻雜層的矽晶圓之厚度的裝置。
在該矽晶圓背側的重摻雜層可自該背側的最外層表面延伸到該矽晶圓本體或全部配置在包含於該矽晶圓本體的靠近該背側表面的區域。
於一實施例中，除了自該背側的最外層表面延伸到該矽晶圓本體或全部配置在包含於該矽晶圓本體的靠近該背側表面的區域之外，該重摻雜層亦可側向延伸而覆蓋該矽晶圓之全部的背側。該重摻雜層可形成位在該矽晶圓內之器件結構的接點的一部份。例如，該重摻雜層可形成一垂直式電晶體的汲極(drain)接觸點的一部份，該垂直式電晶體係如一金屬氧化物半導體場效應電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)。
該監測矽晶圓厚度的裝置包含一光源用以發出具有複數個波長的同調光。再者，所述裝置包含一量測頭配置成未互相接觸地與該矽晶圓的背側相鄰，該矽晶圓的背側的一部份係要被移除，該量測頭用以使具有該等波長的同調光照射該矽晶圓的至少一部份，且接收被該矽晶圓反射的至少一部份的反射光。該量測頭可配置成與該矽晶圓的背側相鄰，或配置成與該矽晶圓的一前側相鄰，該前側相對於該背側。此外，所述裝置包含一光譜儀用以接收被該矽晶圓反射的至少一部份的反射光，並將被該矽晶圓反射的反射光的部份強度量測成為一波長的函數；一分光器耦接至該量測頭、該光源及該光譜儀，用以導引具有該等波長的同調光到該量測頭以及導引所接收的反射光到該光譜儀及一評估裝置。該評估裝置用以藉由使用一光學同調斷層掃描程序分析被該矽晶圓反射的反射光來決定該矽晶圓的厚度。該光源發出的同調光所具有的該等波長係圍繞一中心波長位在一頻寬內，且該頻寬係有所限制，以致位在該頻寬中的一個波長係使得該矽晶圓的重摻雜層的光學吸收係數最小。
本發明之監測矽晶圓厚度的裝置可提供通過該矽晶圓的光線，被該矽晶圓的一第二表面反射的光線具有足夠高的強度，能夠與被該矽晶圓之第一表面反射的光線一起產生一高對比的干涉訊號，該矽晶圓的第一表面較該第二表面更接近該量測頭，位在頻寬b中的一個波長會使得該矽晶圓的重摻雜層的光學吸收係數最小。該重摻雜層的光學吸收係數相當程度地隨著摻雜濃度提高而增加，因此包含會使得該矽晶圓的重摻雜層的光學吸收係數最小的波長特別具有優勢。所述裝置因而可提供至少在背側具有重摻雜層的矽晶圓可靠的厚度監測，特別是厚度超過50微米的矽晶圓。
於一實施例中，該頻寬b係有所限制，以致該中心波長Wc係為一個使得該矽晶圓的重摻雜層的光學吸收係數最小的波長。此可進一步加強通過該矽晶圓之光線的強度，因為該中心波長Wc在該頻寬b內具有最高的強度。
於另一實施例中，該監測矽晶圓厚度的裝置本身即為具一背側研磨程序的裝置，以在該背側研磨程序中監測至少在背側具有該重摻雜矽層的矽晶圓的厚度，而且該評估裝置用以至少在該背側研磨程序中藉由分析被該矽晶圓反射的反射光來決定該矽晶圓的厚度。此實施例非常有優勢地提供一背側研磨程序監測器，其在該背側研磨程序中以相當高的精確度可靠地量測該矽晶圓的厚度。以功率半導體元件為例，為了降低半導體元件之開狀態的電阻以及為了增進半導體晶片的輕薄化及緊密度，對於那些要被分割成複數個半導體晶片以製成積體電路的矽晶圓來說，減少矽晶圓的厚度特別重要。
該監測矽晶圓厚度的裝置可進一步包含一輸入裝置用以輸入該矽晶圓之重摻雜層的一摻雜濃度，而且該監測矽晶圓厚度的裝置可配置來選擇該中心波長，使該中心波長為一個使得具有所輸入之摻雜濃度之該矽晶圓的重摻雜層的光學吸收係數最小的波長。
該監測矽晶圓厚度的裝置可進一步包含一儲存裝置，其儲存該光學吸收係數與該摻雜濃度的相依性資料，而且該監測矽晶圓厚度的裝置可配置來利用儲存在該儲存裝置內的資料來選擇該中心波長。
於另一實施例中，該中心波長Wc可介於950奈米到1150奈米之間。對於使得該光學吸收係數為最小的波長而言，該矽晶圓之重摻雜層含有摻雜濃度為N的矽，其中1×1019 cm-3 N1×1021 cm-3 。
該光源可為一寬頻帶光源或一可調雷射光源。
該寬頻帶光源可選自由一發光二極體、一半導體超輻射發光二極體及一基於光學泵光纖的放大自發放射光源所組成的群組，而該可調雷射光源可選自由一光學泵光子晶體雷射及一半導體量子點可調雷射所組成的群組。
於另一實施例中，該分光器為一光耦合器。該監測矽晶圓厚度的裝置可進一步包含至少一第一光波導管，該至少一第一光波導管將該量測頭耦接至該光耦合器；至少一第二光波導管，該至少一第二光波導管將該光耦合器耦接至該光源；以及至少一第三光波導管，該至少一第三光波導管將該光耦合器耦接至該光譜儀。
用來決定該厚度的該光學同調斷層掃描程序可選自由一維的空間編碼頻域光學同調斷層掃描程序及一維的時間編碼頻域光學同調斷層掃描程序所組成的群組。
於另一實施例中，該光學同調斷層掃描程序為一維的時間編碼時域光學同調斷層掃描程序。
於另一實施例中，該光學同調斷層掃描程序為一維的空間編碼時域光學同調斷層掃描程序。
在與該一維的空間編碼頻域光學同調斷層掃描程序或該一維的時間編碼頻域光學同調斷層掃描程序相關的實施例中，該光譜儀包含一繞射光柵用以展延被該矽晶圓反射的反射光的頻譜分佈。
於一實施例中，該監測矽晶圓厚度的裝置包含一殼架，其中至少該量測頭被配置在該殼架內，且其中該殼架包含一窗口，其對於該光源的光線來說是可穿透的。舉例來說，該窗口可為一紅外線窗口，該殼架較佳為可防水的。
本發明進一步有關一種將矽晶圓薄化的裝置，其包含用以移除該矽晶圓之背側的至少一部份的系統以及根據上述任一實施例實現的用以監測矽晶圓厚度的裝置。
本發明之將矽晶圓薄化的裝置可非常有優勢地以相當高的精確度決定該矽晶圓的厚度。
該用以移除該矽晶圓之背側的至少一部份的系統較佳包含一可轉動的研磨輪及一可轉動的盤，該可轉動的盤用以固持該矽晶圓。
該將矽晶圓薄化的裝置可進一步包含一控制單元提供給該用以移除該矽晶圓之背側的至少一部份的系統及一耦合單元，其中該耦合單元係耦接至該評估裝置及該控制單元，且其中該控制單元係用以當該決定之矽晶圓的厚度達到一預定厚度時停止該用以移除的系統。此實施例非常有優勢地提供一薄化裝置，其能夠可靠地提供原有的矽晶圓，使其具有該預定厚度。
該耦合單元可為該具背側研磨程序的裝置的一部份或該控制單元的一部份。
於另一實施例中，該控制單元包含一控制器用以根據該決定之矽晶圓的厚度調整該可轉動的盤及/或該可轉動的研磨輪的轉速。此允許控制該可轉動的盤及/或該可轉動的研磨輪的轉速。
本發明進一步有關一種監測矽晶圓厚度的方法，該矽晶圓在至少一背側具有一重摻雜矽層，所述方法包含利用同調光照射該矽晶圓的至少一部份的步驟，該同調光包含圍繞一中心波長Wc位在一頻寬b內的複數個波長。該頻寬b係有所限制，以致位在該頻寬b中的一個波長係使得該矽晶圓的重摻雜層的光學吸收係數最小。再者，所述方法包含藉由使用一光學同調斷層掃描程序分析被該矽晶圓反射的反射光來決定該矽晶圓的厚度的步驟。該光學同調斷層掃描程序可為上述提及之程序中的任一程序。
本發明之監測矽晶圓厚度的方法具有的優點已結合該監測矽晶圓厚度的裝置於上文中描述，為避免重複不再重提。
於一實施例中，該頻寬b係有所限制，以致該中心波長Wc為一個使得該矽晶圓的重摻雜層的光學吸收係數最小的波長。
該監測矽晶圓厚度的方法可進一步包含步驟：根據上述提及的任一實施例提供一將該矽晶圓薄化的裝置；將該矽晶圓貼附到該將該矽晶圓薄化的裝置；移除該矽晶圓之背側的至少一部份；以及停止該移除的步驟；其中該照射、接收及決定的步驟係至少在該移除之步驟進行過程中執行。
該監測矽晶圓厚度的方法可進一步包含步驟：輸入該矽晶圓之重摻雜層的一摻雜濃度；以及選擇該中心波長Wc，使該中心波長Wc為一個使得具有所選擇之摻雜濃度之該矽晶圓的重摻雜層的光學吸收係數最小的波長。
於另一實施例中，該將矽晶圓薄化的裝置包含一儲存裝置，其儲存該光學吸收係數與該摻雜濃度的相依性資料，而且利用儲存在該儲存裝置內的資料來選擇該中心波長Wc。
該同調光可從一寬頻帶光源發出，該寬頻帶光源可選自由一發光二極體、一半導體超輻射發光二極體及一基於光學泵光纖的放大自發放射光源所組成的群組，或從一可調雷射光源發出，該可調雷射光源可選自由一光學泵光子晶體雷射及一半導體量子點可調雷射所組成的群組。
該中心波長Wc較佳可介於950奈米到1150奈米之間。再者，該矽晶圓之重摻雜層較佳含有摻雜濃度為N的矽，其中1×1019 cm-3 N1×1021 cm-3 。
於一實施例中，針對該矽晶圓的厚度設定一第一預定厚度，且當該決定之矽晶圓的厚度達到該第一預定厚度時停止該移除的步驟。
該矽晶圓可具有一主動裝置區及一加固肋區，該主動裝置區具有複數個裝置形成於該矽晶圓的一前側，該前側相對於該矽晶圓的背側，其中該加固肋區配置於該矽晶圓的一外圓周緣。在此實施例中，所述方法進一步包含針對該主動裝置區的厚度設定一第二預定厚度的步驟，其中該第二預定厚度小於該第一預定厚度，在前述移除的步驟後移除該主動裝置區之背側的至少一部份的步驟，使得該加固肋區較包含該主動裝置區的矽晶圓之一內側區域為厚，利用該同調光照射該主動裝置區的至少一部份的步驟，以及接收被該主動裝置區反射的至少一部份的反射光的步驟。所述步驟進一步包含藉由使用該光學同調斷層掃描程序分析被該主動裝置區反射的反射光來決定該主動裝置區的厚度的步驟，其中該光學同調斷層掃描程序可選自由一維的空間編碼頻域光學同調斷層掃描程序、一維的時間編碼頻域光學同調斷層掃描程序、一維的時間編碼時域光學同調斷層掃描程序及一維的空間編碼時域光學同調斷層掃描程序所組成的群組，以及當該決定之主動裝置區的厚度達到該第二預定厚度時，停止該第二個移除步驟的步驟。在此實施例中，藉由形成於該矽晶圓之外圓周緣的一厚肋條可提供該半導體晶圓強力支撐，這可避免包含於該半導體裝置的該主動裝置區域造成破裂。
該第一預定厚度及/或該第二預定厚度可設定在該耦合單元中。較佳地，該第一預定厚度及/或該第二預定厚度可利用該耦合單元的一觸控螢幕來設定。
在與該一維的空間編碼頻域光學同調斷層掃描程序或該一維的時間編碼頻域光學同調斷層掃描程序相關的實施例中，被該矽晶圓及/或該主動裝置區反射的反射光的頻譜分佈係使用一繞射光柵來展延。
於另一實施例中，被該矽晶圓及/或該主動裝置區反射的反射光的部份強度I(λ)係利用該光譜儀內的一光偵測器陣列量測成一波長λ的函數，且透過所量測到的該部份強度I(λ)來計算得到一光譜I’(1/λ)，作為波長倒數的函數。
於一實施例中，根據該決定之矽晶圓的厚度及/或該決定之主動裝置區的厚度調整一可轉動的盤及/或一可轉動的研磨輪的轉速。
於一實施例中，於該矽晶圓轉動時，在每一個角位置，執行該移除、照射、接收及決定的步驟，從而決定該矽晶圓在轉動時的複數個厚度。在此實施例中，所述方法進一步包含比較該等厚度中至少兩個厚度的步驟，以及判定該至少兩個厚度的差值是否超過一預定的差值的步驟。此實施例可用來判定該矽晶圓是否楔形化，如果發生了楔形化，可提供平坦度資訊給該薄化裝置，使得能夠調整該研磨輪的一研磨表面及/或該盤的一表面，以降低或消除楔形化發生的狀況。
本發明進一步有關一種根據上述提及的任一實施例應用的監測矽晶圓厚度的裝置，在進行一背側研磨程序過程中，該矽晶圓在至少一背側具有一重摻雜層，其中該矽晶圓的重摻雜層包含摻雜濃度介於1×1019 cm-3 到1×1021 cm-3 之間的矽。
第1圖顯示根據本發明實施例實現的用於將矽晶圓1薄化的裝置34的示意圖。矽晶圓1包括一重摻雜層(未圖示)，其至少位於矽晶圓1的背側30。
矽晶圓薄化裝置34包括用以移除矽晶圓1之背側30的至少一部份的系統以及特別是在背側研磨程序中用以監測矽晶圓1之厚度的裝置。
前述用以移除矽晶圓1之背側30的至少一部份的系統包括一研磨輪14及一盤15，其中盤15係配置用來固持矽晶圓1，例如利用一卡盤(chuck)(未圖示)之類的方式。研磨輪14係可沿著其自身的轉動軸36而轉動，如箭頭A所示；盤15係可沿著其自身的轉動軸37而轉動，如箭頭B所示。馬達16係驅動該可轉動的研磨輪14，而馬達17係驅動該可轉動的盤15。
前述用以監測矽晶圓1之厚度的裝置包括一量測頭(measuring head)3，其被配置成未互相接觸地與矽晶圓1的背側30相鄰。而且，前述用以監測矽晶圓1之厚度的裝置包括一光源2，其為一寬頻帶光源或一可調雷射光源配置用來發出同調光(coherent light)，其可為在近紅外光區圍繞一中心波長Wc的複數個波長，具有幾十奈米到大約100奈米的頻寬b。光源2可以是可調整的，利用一振盪式微機械(oscillating micromechanics)之類的方式來調整。
前述寬頻帶光源可選自由一發光二極體(light-emitting diode)、一半導體超輻射發光二極體(semiconductor superluminescent diode,SLD)及一基於光學泵光纖的放大自發放射(amplified spontaneous emission,ASE)光源所組成的群組。而且，前述可調雷射光源可選自由一光學泵光子晶體雷射(optically pumped photonic crystal laser)及一半導體量子點可調雷射(semiconductor quantum dot tunable laser)所組成的群組。
量測頭3係配置用來以光源2之複數波長的同調光照射矽晶圓1的至少一部份，特別是背側30，並且接收被矽晶圓1反射的至少一部份的反射光，特別是被矽晶圓1的背側30和被矽晶圓1的前側31反射的反射光，其中前側31係相對於背側30。此部份可由第1圖中的箭頭C及箭頭D示意說明。
量測頭3係配置在前述用以監測矽晶圓1之厚度的裝置中的一殼架(housing)13內。光源2的同調光及至少一部份的反射光會通過殼架13的一窗口(window)12，其中窗口12對於光源2的光線來說是可穿透的。在此實施例中，窗口12對於紅外光是可穿透的。
殼架13較佳為可防水的，並且進一步包括一注入口(injection port)33。注入口33連接到一水管(未圖示)及/或一空氣壓縮管(未圖示)。注射到注入口33的水及/或壓縮的空氣(未圖示)可於一通道35流通，通道35基本上是介於殼架13與矽晶圓1背側30之空間的一部份，水及/或壓縮的空氣可將研磨的碎屑移除。這在厚度量測時可防止由研磨的碎屑所引起的量測誤差。再者，在使用水的例子中，水可幫助窗口12及矽晶圓1間的光線的聯繫或耦合(couple)。
量測頭3係藉由一第一光波導管10耦接至一分光器，該分光器在此實施例中為前述用以監測矽晶圓1之厚度的裝置的一光耦合器4。光耦合器4透過一第二光波導管9耦接至光源2，並且透過一第三光波導管11耦接至前述用以監測矽晶圓1之厚度的裝置的一光譜儀(spectrometer)5。光耦合器4係藉由第一光波導管10及第二光波導管9以將光源2耦接至量測頭3，並且光源2的同調光係經由第二光波導管9、光耦合器4及第一光波導管10提供給量測頭3。反射的光線係經由第一光波導管10及與光耦合器4耦接的第三光波導管11提供到光譜儀5。反射光線的部份強度I(λ)係利用光譜儀內的光偵測器陣列(未圖示)量測成一波長λ的函數，所量測到的該部份強度I(λ)的光譜因此產生。該光譜係經由一訊號線25提供到一評估裝置6，訊號線25將光譜儀5耦接到評估裝置6。
在此實施例中，評估裝置6持續使用一頻域光學同調斷層掃描程序(FD OCT process)決定矽晶圓1的厚度，該頻域光學同調斷層掃描程序可為一維的空間編碼頻域光學同調斷層掃描程序(one dimensional spatially encoded Fourier Domain Optical Coherence Tomography process,1D-se FD OCT process)或一維的時間編碼頻域光學同調斷層掃描程序(one dimensional time encoded Fourier Domain Optical Coherence Tomography process,1D-te FD OCT process)。該決定的厚度接著經由一訊號線23提供到一耦合單元19。耦合單元19透過一訊號線29連接至一監視器21。該決定之矽晶圓1的厚度可顯示在監視器21上。在此實施例中，監視器21包括一觸控螢幕22。針對矽晶圓1的厚度，可預先經由觸控螢幕22設定一預定厚度，該預定厚度之值經由訊號線29提供給耦合單元19且經由一訊號線24提供給前述用以移除矽晶圓1之背側30的至少一部份的系統的一控制單元18，訊號線24將耦合單元19耦接至控制單元18。控制單元18係配置用來當該決定之矽晶圓1的厚度達到該預定厚度時暫停或停止前述用以移除矽晶圓1之背側30的至少一部份的系統。這可藉由經由一控制線26提供一相應訊號給研磨輪14的馬達16及經由一控制線27提供一相應訊號給盤15的馬達17來達成，控制線26將馬達16耦接至控制單元18，控制線27將馬達17耦接到控制單元18。
控制單元18包括一控制器20配置用來根據該決定之矽晶圓1的厚度調整可轉動的盤15及可轉動的研磨輪14的轉速。這可藉由經由控制線26及控制線27分別提供相應的控制訊號到可轉動的研磨輪14的馬達16及可轉動的盤15的馬達17來達成。
前述用以監測矽晶圓1之厚度的裝置還包括一選擇裝置7。可經由監視器21的觸控螢幕22輸入矽晶圓1之重摻雜層的摻雜濃度，並將其經由一訊號線28提供給選擇裝置7，訊號線28將監視器21耦接至選擇裝置7。選擇裝置7係配置用來選擇中心波長Wc，以使得具有所輸入之摻雜濃度之矽晶圓1的重摻雜層的光學吸收係數最小。在此實施例中，選擇裝置7包括一儲存裝置8，其儲存光學吸收係數與摻雜濃度的相依性資料。選擇裝置7係配置用來利用儲存在該儲存裝置內的資料來選擇中心波長Wc。
在此實施例中，矽晶圓1之重摻雜層含有摻雜濃度為N的矽，其中1×1019 cm-3 N1×1021 cm-3 。矽晶圓1之重摻雜層可為n+ 型(n+ -type)摻雜或p+ 型(p+ -type)摻雜。
第2圖顯示根據本發明實施例實現的將矽晶圓薄化之方法的流程圖。
在步驟100中，將矽晶圓貼附到根據上述提及的實施例實現的其中一個實施例的一薄化裝置。在步驟110中，輸入該矽晶圓之重摻雜層的摻雜濃度。
在步驟120中，針對該矽晶圓的厚度，設定一預定厚度。在步驟S130中，啟動移除該矽晶圓背側之至少一部份的程序。
在步驟140中，開始如下程序：以一寬頻帶光源或一可調雷射光源的同調光照射該矽晶圓的至少一部份，接收被該矽晶圓反射的至少一部份的反射光線，以及藉由使用一程序分析被該矽晶圓反射的光線來決定該矽晶圓的厚度，該程序係選自由一維的空間編碼頻域光學同調斷層掃描程序(1D-se FD OCT process)、一維的時間編碼頻域光學同調斷層掃描程序(1D-te FD OCT process)、一維的空間編碼時域光學同調斷層掃描程序(one dimensional spatially encoded Time Domain Optical Coherence Tomography process,1D-se TD OCT process)及一維的時間編碼時域光學同調斷層掃描程序(one dimensional time encoded Time Domain Optical Coherence Tomography process,1D-te TD OCT process)所組成的群組。該寬頻帶光源或該可調雷射光源發出同調光，其係圍繞一中心波長Wc具頻寬b的複數個波長，其中位在該頻寬b中的一個波長係使得具有所輸入之摻雜濃度之該矽晶圓的重摻雜層的光學吸收係數最小。
在步驟150中，當該決定之矽晶圓的厚度達到該預定厚度時，停止該移除的步驟。
1．．．矽晶圓
2．．．光源
3．．．量測頭
4．．．光耦合器
5．．．光譜儀
6．．．評估裝置
7．．．選擇裝置
8．．．儲存裝置
9．．．第二光波導管
10．．．第一光波導管
11．．．第三光波導管
12．．．窗口
13．．．殼架
14．．．研磨輪
15．．．盤
16．．．馬達
17．．．馬達
18．．．控制單元
19．．．耦合單元
20．．．控制器
21．．．監視器
22．．．觸控螢幕
23．．．訊號線
24．．．訊號線
25．．．訊號線
26．．．控制線
27．．．控制線
28．．．訊號線
29．．．訊號線
30．．．背側
31．．．前側
32．．．訊號線
33．．．注入口
34．．．矽晶圓薄化裝置
35．．．通道
36．．．轉動軸
37．．．轉動軸
100~150．．．步驟
A~D．．．箭頭
本發明之上述特徵可透過結合以上對本發明及較佳實施例的詳細說明與所附圖式而清楚瞭解。
第1圖顯示根據本發明實施例實現的用於將矽晶圓薄化的裝置的示意圖。
第2圖顯示根據本發明實施例實現的將矽晶圓薄化之方法的流程圖。
上述圖式係為清楚說明本發明，所述圖式不一定是依比例繪製。
1．．．矽晶圓
2．．．光源
3．．．量測頭
4．．．光耦合器
5．．．光譜儀
6．．．評估裝置
7．．．選擇裝置
8．．．儲存裝置
9．．．第二光波導管
10．．．第一光波導管
11．．．第三光波導管
12．．．窗口
13．．．殼架
14．．．研磨輪
15．．．盤
16．．．馬達
17．．．馬達
18．．．控制單元
19．．．耦合單元
20．．．控制器
21．．．監視器
22．．．觸控螢幕
23．．．訊號線
24．．．訊號線
25．．．訊號線
26．．．控制線
27．．．控制線
28．．．訊號線
29．．．訊號線
30．．．背側
31．．．前側
32．．．訊號線
33．．．注入口
34．．．矽晶圓薄化裝置
35．．．通道
36．．．轉動軸
37．．．轉動軸
A~D．．．箭頭

Claims (37)

  1. 一種監測矽晶圓厚度的裝置，該矽晶圓在至少一背側具有一重摻雜層，所述裝置包含：一光源，用以發出具有複數個波長的同調光；一量測頭，配置成未互相接觸地與該矽晶圓的背側相鄰，該矽晶圓的背側的一部份係要被移除，該量測頭用以使具有該等波長的同調光照射該矽晶圓的至少一部份，且接收被該矽晶圓反射的至少一部份的反射光；一光譜儀，用以接收被該矽晶圓反射的至少一部份的反射光，並將被該矽晶圓反射的反射光的部份強度量測成為一波長的函數；一分光器，耦接至該量測頭、該光源及該光譜儀；一儲存裝置，其儲存該矽晶圓之重摻雜層的摻雜濃度與其光學吸收係數的相依性資料；以及一評估裝置，用以藉由使用一光學同調斷層掃描程序分析被該矽晶圓反射的反射光來決定該矽晶圓的厚度；其中該光源發出的同調光所具有的該等波長係圍繞一中心波長位在一頻寬內，且該頻寬係有所限制，以致該中心波長為一個使得輸入之摻雜濃度之該矽晶圓的重摻雜層的光學吸收係數最小的波長，且其中所述監測矽晶圓厚度的裝置係利用儲存在該儲存裝置內的資料來選擇該中心波長。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之監測矽晶圓厚度的裝置，其本身即為具一背側研磨程序的裝置，以在該背側研磨程序中監測該矽晶圓的厚度，其中該評估裝置用以在該背側研磨程序中藉由分析被該矽晶圓反射的反射光來決定該矽晶圓的厚度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之監測矽晶圓厚度的裝置，更包含一輸 入裝置，用以輸入該矽晶圓之重摻雜層的摻雜濃度。
  4. 如申請專利範圍第 1項所述之監測矽晶圓厚度的裝置，其中該中心波長係介於950奈米到1150奈米之間，且該矽晶圓的重摻雜層包含摻雜濃度介於1×1019 cm-3 到1×1021 cm-3 之間的矽。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之監測矽晶圓厚度的裝置，其中該光源係為一寬頻帶光源或一可調雷射光源。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之監測矽晶圓厚度的裝置，其中該寬頻帶光源係選自由一發光二極體、一半導體超輻射發光二極體及一基於光學泵光纖的放大自發放射光源所組成的群組，或其中該可調雷射光源係選自由一光學泵光子晶體雷射及一半導體量子點可調雷射所組成的群組。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之監測矽晶圓厚度的裝置，其中該光學同調斷層掃描程序係選自由一維的空間編碼頻域光學同調斷層掃描程序及一維的時間編碼頻域光學同調斷層掃描程序所組成的群組。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之監測矽晶圓厚度的裝置，其中該光學同調斷層掃描程序係為一維的時間編碼時域光學同調斷層掃描程序。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之監測矽晶圓厚度的裝置，其中該光學同調斷層掃描程序係為一維的空間編碼時域光學同調斷層掃描程序。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之監測矽晶圓厚度的裝置，其中該分光器係為一光耦合器。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之監測矽晶圓厚度的裝置，更包含：至少一第一光波導管，該至少一第一光波導管將該量測頭耦接至該光 耦合器；至少一第二光波導管，該至少一第二光波導管將該光耦合器耦接至該光源；以及至少一第三光波導管，該至少一第三光波導管將該光耦合器耦接至該光譜儀。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之監測矽晶圓厚度的裝置，其中該光譜儀包含一繞射光柵，用以展延被該矽晶圓反射的反射光的頻譜分佈。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之監測矽晶圓厚度的裝置，更包含一殼架，其中至少該量測頭被配置在該殼架內，且其中該殼架包含一窗口，其對於該光源的光線來說是可穿透的。
  14. 一種將矽晶圓薄化的裝置，包含用以移除該矽晶圓之背側的至少一部份的系統以及如申請專利範圍第1項至第13項中任一項所述的監測矽晶圓厚度的裝置。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之將矽晶圓薄化的裝置，其中該用以移除該矽晶圓之背側的至少一部份的系統包含一可轉動的研磨輪及一可轉動的盤，該可轉動的盤用以固持該矽晶圓。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之將矽晶圓薄化的裝置，更包含一控制單元提供給該用以移除該矽晶圓之背側的至少一部份的系統及一耦合單元，其中該耦合單元係耦接至該評估裝置及該控制單元，且其中該控制單元係用以當該決定之矽晶圓的厚度達到一預定厚度時停止該用以移除的系統。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之將矽晶圓薄化的裝置，其中該控制 單元係為該具背側研磨程序的裝置的一部份。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之將矽晶圓薄化的裝置，其中該耦合單元係為該控制單元的一部份。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之將矽晶圓薄化的裝置，其中該控制單元包含一控制器，用以根據該決定之矽晶圓的厚度調整該可轉動的盤及/或該可轉動的研磨輪的轉速。
  20. 一種監測矽晶圓厚度的方法，該矽晶圓在至少一背側具有一重摻雜層，所述方法包含：儲存該矽晶圓之重摻雜層的摻雜濃度與其光學吸收係數的相依性資料；利用所儲存之該光學吸收係數與該摻雜濃度的相依性資料來選擇一中心波長，使該中心波長為一個使得輸入之摻雜濃度之該矽晶圓的重摻雜層的光學吸收係數最小的波長；利用同調光照射該矽晶圓的至少一部份，該同調光包含圍繞該中心波長位在一頻寬內的複數個波長；接收被該矽晶圓反射的至少一部份的反射光；以及當移除該矽晶圓之背側的一部份時，藉由使用一光學同調斷層掃描程序分析被該矽晶圓反射的反射光來決定該矽晶圓的厚度。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之監測矽晶圓厚度的方法，更包含：提供一將該矽晶圓薄化的裝置；將該矽晶圓貼附到該將該矽晶圓薄化的裝置；移除該矽晶圓之背側的至少一部份；以及 停止該移除的步驟；其中該照射、接收及決定的步驟係至少在該移除之步驟進行過程中執行。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之監測矽晶圓厚度的方法，該矽晶圓係被一寬頻帶光源或一可調雷射光源發出的同調光所照射。
  23. 如申請專利範圍第20項所述之監測矽晶圓厚度的方法，決定該矽晶圓之厚度所使用該光學同調斷層掃描程序係選自由一維的空間編碼頻域光學同調斷層掃描程序及一維的時間編碼頻域光學同調斷層掃描程序所組成的群組。
  24. 如申請專利範圍第20項所述之監測矽晶圓厚度的方法，決定該矽晶圓之厚度所使用該光學同調斷層掃描程序係為一維的時間編碼時域光學同調斷層掃描程序。
  25. 如申請專利範圍第20項所述之監測矽晶圓厚度的方法，決定該矽晶圓之厚度所使用該光學同調斷層掃描程序係為一維的空間編碼時域光學同調斷層掃描程序。
  26. 如申請專利範圍第20項所述之監測矽晶圓厚度的方法，其中係使用一發光二極體、一半導體超輻射發光二極體、一基於光學泵光纖的放大自發放射光源、一光學泵光子晶體雷射或一半導體量子點可調雷射來照射該矽晶圓的一部份。
  27. 如申請專利範圍第20項所述之監測矽晶圓厚度的方法，其中該中心波長係介於950奈米到1150奈米之間。
  28. 如申請專利範圍第20項所述之監測矽晶圓厚度的方法，其中該矽 晶圓的重摻雜層包含摻雜濃度介於1×1019 cm-3 到1×1021 cm-3 之間的矽。
  29. 如申請專利範圍第21項所述之監測矽晶圓厚度的方法，其中針對該矽晶圓的厚度設定一第一預定厚度，且其中當該決定之矽晶圓的厚度達到該第一預定厚度時停止該移除的步驟。
  30. 如申請專利範圍第21項所述之監測矽晶圓厚度的方法，其中該矽晶圓具有一主動裝置區及一加固肋區，該主動裝置區具有複數個裝置形成於該矽晶圓的一前側，該前側相對於該矽晶圓的背側，且其中該加固肋區配置於該矽晶圓的一外圓周緣，其中所述方法更包含步驟：針對該主動裝置區的厚度設定一第二預定厚度；移除該主動裝置區之背側的至少一部份；利用該同調光照射該主動裝置區的至少一部份；接收被該主動裝置區反射的至少一部份的反射光；藉由使用該光學同調斷層掃描程序分析被該主動裝置區反射的反射光來決定該主動裝置區的厚度；以及當該決定之主動裝置區的厚度達到該第二預定厚度時，停止該第二個移除的步驟。
  31. 如申請專利範圍第30項所述之監測矽晶圓厚度的方法，其中該第一預定厚度及/或該第二預定厚度係設定在一耦合單元中。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之監測矽晶圓厚度的方法，其中該第一預定厚度及/或該第二預定厚度係利用該耦合單元的一觸控螢幕來設定。
  33. 如申請專利範圍第20項所述之監測矽晶圓厚度的方法，其中被該矽晶圓反射的反射光的頻譜分佈係使用一繞射光柵來展延。
  34. 如申請專利範圍第20項所述之監測矽晶圓厚度的方法，其中被該矽晶圓反射的反射光的部份強度I(λ)係利用一光譜儀內的一光偵測器陣列量測成一波長λ的函數，且透過所量測到的該部份強度I(λ)來計算得到一光譜I’(1/λ)，作為波長倒數的函數。
  35. 如申請專利範圍第20項所述之監測矽晶圓厚度的方法，根據該決定之矽晶圓的厚度調整一可轉動的盤及/或一可轉動的研磨輪的轉速。
  36. 如申請專利範圍第21項所述之監測矽晶圓厚度的方法，更包含步驟：於該矽晶圓轉動時，在每一個角位置，執行該移除、照射、接收及決定的步驟，從而決定該矽晶圓在轉動時的複數個厚度；比較該等厚度中至少兩個厚度；以及判定該至少兩個厚度的差值是否超過一預定的差值。
  37. 一種根據申請專利範圍第1項至第13項任一項應用的監測矽晶圓厚度的裝置，在進行一背側研磨程序過程中，該矽晶圓在至少一背側具有一重摻雜層，其中該矽晶圓的重摻雜層包含摻雜濃度介於1×1019 cm-3 到1×1021 cm-3 之間的矽。
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