用于对半导体晶片进行等离子体切片的方法和设备的制造方法
【专利说明】用于对半导体晶片进行等离子体切片的方法和设备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请案要求2011年3月14日提交、发明名称为“用于对半导体晶片进行等离子体切片的设备(Apparatus for Plasma Dicing a Sem1-conductor Wafer) ”的共同拥有的第61/452，450号美国临时专利申请案的优先权且本申请与该临时专利申请案相关，该临时专利申请案以引用的方式并入本文中。本申请案是2012年3月5日提交且名为“用于对半导体晶片进行等离子体切片的方法和设备(Method and Apparatus for Plasma Dicinga Sem1-conductor Wafer) ”的同时待决的第13/412，119号专利申请案的部分继续申请，该专利申请案的内容被并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及用于从半导体晶片形成单独装置芯片的设备的使用方法，具体地，涉及使用等离子体蚀刻将晶片分离为单独裸片的设备。
【背景技术】
[0004]半导体装置被制造在薄晶片形式的衬底上。硅通常用作衬底材料，但也使用其它材料，例如，II1-V化合物(例如，GaAs和InP)。在一些情形(例如，LED的制造)下，衬底是蓝宝石或碳化硅晶片，其中半导材料的薄层沉积在该蓝宝石或碳化硅晶片上。这些衬底的尺寸的直径范围从2英寸和3英寸到200mm、300mm和450mm，且存在许多标准(例如，SEMI)来描述这些衬底尺寸。
[0005]等离子体蚀刻设备广泛用于处理这些衬底以产生半导体装置。该设备通常包含真空室，其中该真空室配备有高密度等离子体源，例如电感耦合等离子体(ICP)，高密度等离子体源用于确保高蚀刻速率，这是成本有效的制造所需的。为了移除在处理期间产生的热，衬底通常被夹持到冷却支撑件。冷却气体(通常为氦气)被维持在衬底与支撑件之间以提供用于散热的热传导路径。可使用将向下的力施加到衬底的顶侧的机械夹持机构，但由于夹具与衬底之间的接触，这可能导致污染。静电吸盘(ESC)更频繁地被用于提供夹持力。
[0006]已开发适用于待蚀刻的材料的许多气体化学制剂。这些气体化学制剂频繁使用卤素(氟、氯、溴或碘)或添加了额外气体的含有卤素的气体，其中额外气体被添加以改进蚀刻的质量(例如，蚀刻各向异性、掩膜选择性和蚀刻均匀性)。含有氟的气体(例如，SF6、F2或NF3)用于以高速率蚀刻硅。更具体地，将高速率硅蚀刻步骤和钝化步骤交替进行以控制蚀刻侧壁的工艺(博世Bosch或时分多路复用“TDM”)通常用于将深度特征蚀刻到硅中。含有氯和溴的气体通常用于蚀刻II1-V材料。
[0007]等离子体蚀刻不限于半导衬底和装置。该技术可应用到适用于蚀刻衬底的气体化学制剂适用的任何衬底类型。其它衬底类型可包括含有碳的衬底(包含聚合衬底)、陶瓷衬底(例如，AlTiC和蓝宝石)、金属衬底和玻璃衬底。
[0008]为了确保结果一致、破损率低且便于操作，机器人晶片处理通常用于制造工艺中。处理器被设计成以最小的接触支撑晶片，以将可能的污染减到最少，且减少微粒的产生。通常单独采用边缘接触，或采用仅在接近晶片边缘的几个位置处(通常在晶片边缘的3_到6mm内)的底侧接触。处理方案被设计成处理如上所述的标准晶片尺寸，所述处理方案包含晶片盒、机器人手臂和处于处理室内的固定装置(包含晶片支撑件和ESC)。
[0009]在衬底上制造后，各个装置(裸片或芯片)在封装或用于其它电子电路中之前被相互分离。许多年来，机械方式已用于将裸片相互分离。这些机械方式已包含沿着与衬底晶轴线对准的划分线来切断晶片，或使用高速金刚石锯在裸片之间的区(格线)中锯到衬底中或锯穿衬底。最近，激光已用于促进划线工艺。
[0010]这些机械晶片切片技术具有影响该做法的成本效益的限制。沿着裸片边缘的碎肩和裂纹可减少所制造的良好裸片的数量，且随着晶片厚度减小问题更严重。由锯条(切口)消耗的区域可大于100微米，而这是不可用于裸片制造的有价值的区域。对于含有小裸片(例如，具有500微米X 500微米的裸片尺寸的单独半导体装置)的晶片来说，这可能意味着大于20%的损耗。此外，因为每条格线被单独地切割，对于具有许多小裸片且因此具有许多格线的晶片来说，切片时间增加，且产率降低。机械方式也限于沿着直线分离和正方形或长方形的芯片的制造。这可能并无法表示基础装置布局(例如，高功率二极管是圆形的)，且因此矩形裸片格式导致可用的衬底区域的显著损耗。激光切片的局限性还在于，在裸片表面上留下残余材料或将格线引入到裸片中。
[0011]重要的是，注意到锯切技术与激光切片技术两者本质上是连续的操作。因此，随着装置尺寸减小，对晶片进行切片的时间与晶片上的总切片格线长度成比例地增加。
[0012]最近，已提出等离子体蚀刻技术作为分离裸片且克服这些局限中的一些局限的方式。在装置制造后，用适当掩膜材料光掩膜衬底，从而在裸片之间留下开放区域。接着使用反应性气体等离子体来处理所光掩膜的衬底，反应性气体等离子体蚀刻在裸片之间暴露的衬底材料。可部分地或完全穿过衬底进行衬底的等离子体蚀刻。在部分等离子体蚀刻的情形下，通过后续切割步骤来分离裸片，从而使个别裸片分离。该技术相比机械切片提供许多益处:
[0013]1)减少了裂纹和碎肩；
[0014]2)切口尺寸可减小到大大小于20微米；
[0015]3)处理时间不随着裸片的数目增加而显著增加；
[0016]4)对于较薄晶片来说处理时间减少；且
[0017]5)裸片布局不限于直线格式。
[0018]在装置制造后，但在裸片分离之前，可通过机械研磨或类似工艺而使衬底变薄到几百微米乃至小于一百微米的厚度。
[0019]在切片工艺之前，衬底通常安装在切片固定设备上。该固定设备通常包括支撑粘合隔膜的刚性框架。待切片的衬底被粘合到隔膜上。该固定设备固持所分离的裸片以进行后续下游操作。用于晶片切片的大多数工具(锯或基于激光的工具)被设计成以这种构造处理衬底，且许多标准固定设备已被设立；然而，这些固定设备与其支撑的衬底极其不同。虽然这些固定设备被优化以用于当前晶片切片设备中，但这些固定设备无法在已被设计成处理标准衬底的设备中处理。因此，当前自动化等离子体蚀刻设备不适用于处理为了进行切片而被夹住的衬底，且难以实现等离子体蚀刻技术对于裸片分离应具有的益处。
[0020]一些团体已考虑使用等离子体来从晶片衬底对裸片进行单体化。第6，642，127号美国专利描述一种等离子体切片技术，其中在被设计成处理硅晶片的设备中进行等离子体处理之前，衬底晶片首先经由粘合材料被附接到载体晶片。该技术提出将待切片的衬底的外形尺寸调适为与标准晶片处理设备兼容。虽然该技术允许标准等离子体设备对晶片进行切片，但所提出的技术将不与切片操作的下游的标准设备兼容。将需要额外步骤以调适下游设备或针对标准下游设备而恢复衬底外形尺寸。
[0021]第2010/0048001号美国专利申请案考虑使用粘合到薄隔膜且支撑在框架内的晶片。然而，在第2010/0048001号申请案中，通过将掩膜材料粘合到晶片的背面且在等离子体处理之前使用激光来限定蚀刻格线而实现光掩膜工艺。与从正面对衬底进行单体化的标准切片技术相比，该技术引入额外复杂且昂贵的步骤，而这些步骤可抵消等离子体切片的一些优点。还另外需要对准背面掩膜与正面装置图案。
[0022]因此，需要一种等离子体蚀刻设备，该等离子体蚀刻设备可用于将半导体衬底切片为单独裸片，且该等离子体蚀刻设备与处理安装在胶带上且支撑在框架中的衬底的既定晶片切片技术兼容，且还与标准正面光掩膜技术兼容。
[0023]现有技术不能提供本发明的益处。
[0024]因此，本发明的目的是提供一种改进，该改进克服了现有技术装置的不足，且对使用等离子体蚀刻设备进行的半导体衬底的切片的进步有重大贡献。
[0025]本发明的另一目的是提供一种用于对衬底进行等离子体切片的方法，该方法包括:提供具有壁的处理室；邻近处理室的壁提供等离子体源；在处理室内提供工件支撑件；将工件放置到工件支撑件上，所述工件具有支撑膜、框架和衬底；将工件装载到工件支撑件上；将张力施加到支撑膜；将工件夹持到工件支撑件；使用等离子体源来产生等离子体；以及使用所产生的等离子体来蚀刻工件。
[0026]本发明的又一目的是提供一种用于对衬底进行等离子体切片的方法，该方法包括:提供具有壁的处理室；邻近处理室的壁提供等离子体源；在处理室内提供工件支撑件；将工件放置到工件支撑件上，所述工件具有支撑膜、框架和衬底；将工件装载到工件支撑件上；将框架与衬底非共面地定位在工件支撑件上；将工件夹持到工件支撑件；使用等离子体源来产生等离子体；以及使用所产生的等离子体来蚀刻工件。
[0027]本发明的再一目的是提供一种用于对衬底进行等离子体切片的方法，该方法包括:提供具有壁的处理室；邻近处理室的壁提供等离子体源；在处理室内提供工件支撑件；将工件放置到工件支撑件上，所述工件具有支撑膜、框架和衬底；将工件装载到工件支撑件上；将张力施加到支撑膜；使用等离子体源来产生等离子体；以及使用所产生的等离子体来蚀刻工件。
[0028]本发明的另一目的是提供一种用于对多个衬底进行等离子体切片的方法，该方法包括:提供具有壁的处理室；邻近处理室的壁提供等离子体源；在处理室内提供工件支撑件；将工件放置到工件支撑件上，所述工件具有支撑膜、框架和多个衬底；将工件装载到工件支撑件上；将工件夹持到工件支撑件；使用等离子体源来产生等离子体；以及使用所产生的等离子体来蚀刻工件。
[0029]前文已概述本发明的一些相关目的。这些目的应被解释为仅说明本发明的一些较显著的特征和应用。可通过以不同方式应用所公开的发明或在本公开的范围内修改本发明来获得许多其它有益结果。因此，结合附图，除权利要求书所限定的本发明的范围外，还通过参考
【发明内容】
和【具体实施方式】来获得本发明的其它目的和较全面的理解。
【发明内容】
[0030]本发明描述一种等离子体处理设备，该设备实现半导体衬底的等离子体切片。在装置制造和晶片变薄后，使用常规光掩膜技术来光掩膜衬底的正面(电路面)，这会保护电路部件