吸盘的横截面；
[0061 ]图28是根据本发明的盖环的俯视图；
[0062]图29是根据本发明的盖环和ESC的截面图；
[0063]图30是根据本发明的盖环和ESC的截面图；
[0064]图31a是根据现有技术的一组单独器件的顶视图；
[0065]图31b是根据现有技术的一组单独的器件和工艺控制监视器的顶视图；
[0066]图32是根据本发明的一组单独器件的顶视图；
[0067]图33是根据本发明的一组单独器件和工艺控制监视器的顶视图；
[0068]图34是根据本发明的一组单独器件和工艺控制监视器的顶视图；
[0069]图35是根据本发明的一组单独器件和工艺控制监视器的顶视图；
[0070]图36是根据现有技术的半导体衬底的俯视图，示出了由格线分离的单独器件；
[0071]图37是根据本发明的半导体衬底的俯视图，示出了由格线分离的单独器件；
[0072]图38是根据本发明的盖环的俯视图；
[0073]图39是根据本发明的盖环的俯视图；
[0074]图40是根据本发明的盖环的俯视图；
[0075]图41是根据本发明的盖环的俯视图；
[0076]图42是根据本发明的一组单独器件的顶视图；
[0077]图43是根据本发明的一组单独器件和工艺控制监视器的顶视图；
[0078]图44是根据本发明的一组单独器件和工艺控制监视器的顶视图；和
[0079]图45是根据本发明的一组单独器件和工艺控制监视器的顶视图。
[0080]在所有附图的若干个图中，相同的附图标记表示相同的部件。
【具体实施方式】
[0081]图1中示出了器件制造之后的典型半导体衬底。衬底(100)在其表面上具有多个包含器件结构(110)的区域，这些区域由格线区域(120)分隔开，这允许将所述器件结构分离成各个裸片。尽管通常使用硅作为衬底材料，但也经常采用由于它们特定的特性而被选择的其它材料。这种衬底材料包括砷化镓和其它II1-V族材料或其上已沉积有半导体层的非半导体衬底。另外的衬底类型还可包括安装在载体上的绝缘体上硅(SOI)晶圆和半导体晶圆。尽管以上示例描述了由格线(Street)分隔开的裸片，但本发明的各个方面也可有益地应用于衬底上的其它图案构造。
[0082]在本发明中，如图2中的截面图所示，器件结构(110)然后被保护材料(200)覆盖，而格线区域(120)保持不受保护。该保护材料(200)可以是通过众所周知的技术涂覆和图案化的光致抗蚀剂。作为最终的处理步骤，一些器件被涂布有横跨整个衬底涂覆的保护介电层，例如二氧化硅或PSG。如工业中所熟知的，可通过用光致抗蚀剂进行图案化并蚀刻该介电材料而从格线区域(120)选择性地移除该保护介电层。这使得器件结构(110)被所述介电材料保护，而在格线区域(120)中，衬底(100)基本未受到保护。请注意，在一些情况下，用于检查晶圆质量的测试特征可位于格线区域(120)中。取决于具体的晶圆制造工艺流程，这些测试特征在晶圆切片工艺期间可能受到保护，也可能不受保护。尽管所图示的器件图案被示出为长方形裸片，但这不是必需的，且各个器件结构(110)可以是任何其它形状，例如六边形，只要最佳地适合于对衬底(100)的最佳利用。重要的是，请注意，尽管之前的示例把介电材料当作保护膜，但也可通过各种各样的保护膜(包括半导电保护膜和导电保护膜)来实施本发明。此外，该保护层可由多种材料组成。还重要的是，请注意，该保护膜的某些部分可以是最终的器件结构的一体部分(例如，钝化电介质、金属焊盘等)。此外，本发明也可有益地与大块晶圆一起使用，而不需要具有多个器件或器件结构。一个这样的示例可以是半导体衬底(硅、II1-V族化合物等)，其安装在载体上或未安装，被掩膜材料覆盖，从而形成待蚀刻的结构。该衬底也可包括至少一个具有不同材料属性的附加层，例如绝缘层。
[0083]衬底(100)通常可通过研磨工艺来减薄，这将衬底厚度减小为几百微米，甚至薄到约30微米或更小。如图3所示，减薄的衬底(100)然后被粘附到带(300)，该带(300)又安装在刚性框架(310)中，从而形成工件(320)。尽管其它的框架材料也是可以的，但该框架通常是金属或塑料的。带(300)通常由含碳的聚合物材料制成，并且可另外具有涂布于其表面上的薄导电层。带(300)为该减薄的衬底(100)提供支撑，否则，减薄的衬底(100)太易碎而不能在无破裂的情况下处理。应注意，上述图案化、减薄和然后进行的安装的次序不是关键的，而是可调节这些步骤，以使特定的器件及衬底与所使用的处理设备最佳地适配。重要的是，请注意，尽管之前的示例提出了工件(320)是通过将衬底(100)安装在胶带(300)上并然后将胶带(300)附接到框架(310)而构成的，但本发明不限于晶圆和载体的这种构造。晶圆载体可包括各种各样的材料。在等离子切片工艺期间，该载体支撑所述衬底。此外，不需要使用粘合剂将晶圆附接到载体一一将晶圆固持到载体并允许实现衬底与阴极的热连通手段的任何方法都是足够的(例如，静电夹持的载体、具有机械夹持机构的载体等)。
[0084]在利用带(300)将衬底(100)安装在切片框架(310)中之后，工件(320)被传送到真空处理室中。理想地，传送模块也处于真空下，这允许处理室在传送期间保持在真空下，从而减少处理时间并防止处理室暴露于大气及可能的污染物。如图6所示，真空处理室(600)配备有:气体入口(610);高密度等离子体源(620)，该高密度等离子体源(620)用于产生高密度等离子体，例如电感耦合等离子体(ICP);工件支撑件(630)，该工件支撑件(630)用于支撑工件(320) ;RF功率源(640)，该RF功率源(640)用于通过工件支撑件(640)将RF功率耦合到工件(320);以及真空栗(650)，该真空栗(650)用于从处理室(600)栗送气体。在处理期间，如图4所示，使用反应等离子体蚀刻工艺(400)将衬底(100)的无保护区域(120)蚀刻掉。如图5所示，这留下了被分离到各个裸片(500)中的器件(110)。在本发明的另一个实施例中，使用反应等离子体蚀刻工艺(400)将衬底(100)的无保护区域(120)部分地蚀刻掉。在该情况下，可以使用诸如机械破裂操作的下游操作来完成裸片的分离。这些下游方法在本领域中是众所周知的。
[0085]尽管之前的示例结合高密度等离子体(例如，ECR、ICP、螺旋波和磁性增强等离子体源)使用真空室来描述本发明，但也可使用广泛范围内的等离子体工艺来蚀刻衬底的无保护区域。例如，本领域技术人员能够想到在真空室中使用低密度等离子体源、甚至在大气压力下或接近大气压力下使用等离子体的本发明的变型例。
[0086]当工件(衬底/带/框架组件)(320)处在用于等离子体处理的位置时，框架(310)可以被保护而不暴露于等离子体(400)。暴露于等离子体(400)可导致框架(310)的加热，进而可导致所述安装带(300)的局部加热。在高于约100°C的温度下，带(300)的物理性质及其粘附能力可能恶化，并且它将不再粘附到框架(310)上。此外，框架(310)暴露于反应等离子体气体可能导致框架(310)的退化。由于框架(310)通常在晶圆切片之后被重新使用，这可能限制框架(310)的使用寿命。框架(310)暴露于等离子体(400)也可能不利地影响蚀刻工艺:例如，框架材料可能与工艺气体反应，从而实际上减小其在等离子体中的浓度，这可能降低衬底材料的蚀刻速率，因而增加了处理时间。为了保护该框架(310)，如图6、7和8所示的保护盖环(660)被设置在框架(310)上方。在一个实施例中，盖环(660)不接触框架(310)，因为与框架(310)接触(这可能在传送到处理室(600)中期间发生)可能产生非期望的颗粒。
[0087]在图8中，尺寸(800)表示盖环(660)和框架(310)之间的距离。该尺寸能够在大于约0.1mm到小于约20mm的范围内变化，其最佳值为4mm。如果距离(800)太大，等离子体将接触框架(310)，且盖环(660)的益处将丧失。
[0088]在一个实施例中，盖环(660)是温度控制的。在无冷却的情况下，盖环(660)的温度可因为暴露于等离子体而升高，并进而通过热辐射而加热所述带(300)和框架(310)，从而引起上文所述的退化。对于盖环(660)被冷却的情况，通过使盖环(660)与被冷却体直接接触来实现盖环(660)的冷却，该被冷却体例如是图9所示的处理室(600)的壁或者是图10所示的位于处理室(600)内的散热件(1000)。为了确保将热量从盖环(660)充分移除到散热件(1000 )，盖环(660)应当由具有良好导热性的材料制成。这样的材料包括多种金属，例如铝，但也可使用其它导热材料，例如氮化铝和其它陶瓷。该盖环材料的选择被选择为与所使用的等离子体工艺气体相匹配。虽然铝对于基于氟的工艺来说是令人满意的，但当使用基于氯的工艺时，可能需要诸如氮化铝的替代材料或添加诸如氧化铝的保护涂层。等离子体处理期间的盖环(660)的工作温度在约25°C到约350°C的范围内变化。优选地，盖环(660)的温度保持在50°C到90°C的范围内，这使得对所述带(300)和框架(310)的热辐射最小，并确保了所述带(300)维持其机械完整性。替代地，可通过使盖环(660)与温度控制的流体接触来对盖环(660)进行温度控制。该流体可以是液体或气体。在通过流体来控制盖环(660)的温度的情况下，盖环(660)可包含多个流体通道以便于热传递。这些流体通道可位于盖环(660)的内部，或是外部附接的、或者是这两种情况的某种组合。
[0089]在一个实施例中，盖环(660)能够从衬底的直径处连续地延伸到所述室的内径处。为了避免栗送传导性的损失(这可能不利地影响处理室(600)内的压力控制)，可将多个栗送孔(1010)添加到盖环(660)，这在仍提供用于从盖环(660)移除热量的路径的同时、允许工艺气体的足够传导性。在图9和10中，示出了以特定几何结构布置的多个孔(1010)，但这些孔(1010)的形状、密度、尺寸、图案和对称性可以根据所需的处理室(600)的尺寸和栗送传导性而变化。优选的是，孔(1010)不与带(300)重叠。在另一个实施例中，孔(1010)不与工件(320)重叠。
[0090]如图11和12所示，该工件(衬底/带/框架组件)(320)由传送臂(1100)传送到处理室(600)中以及从处理室(600)中传送出去，该传送臂(1100)支撑所述框架(310)和衬底(100)，使得它们保持几乎共面。传送臂(1100)可既支撑所述带(300)又支撑框架(310)，或者仅支撑框架(310)，但重要的是，由于减薄的衬底(100)的易碎性质，不能仅在衬底(100)区域下方支撑该组件(320)。传送臂(1100)具有与其附接的对准固定装置(1110)，它在框架(310)被传送到处理室(600)中之前将框架(310)对准在可重复的位置。也可通过半导体工艺中熟知的其它技术(例如，光学对准)来将框架(310)对准。也可通过这种熟知的技术对衬底(100)执行对准。重要的是，该工件(衬底/带/框架组件)(320)应在放置到处理室(600)中之前被对准，以避免下文所述的漏处理(miss-processing)。
[0091]在图8中，衬底到框架的尺寸(810)表示衬底(100)的外径与框架(310)的内径之间的距离。这可以为20mm到30mm (例如，迪斯科(Di sco)公司的用于200mm衬底的切片框架具有约250mm的内径，使得衬底到框架的尺寸(810)名义上是25mm)。在将晶圆(100)在框架(310)内安装到带(300)上期间，晶圆(100)放置的偏差可多达2mm，使得盖环到衬底的距离(820)(它是衬底(100)的外径与盖环(660)的内径之间的距离)也可在组件间变化至多2mm。如果在某一时刻该盖环到衬底的距离(820)小于零，盖环(660)将覆盖衬底(100)的边缘。衬底的该区域将被遮蔽并防止被蚀刻，这可能妨碍裸片分离并在后续处理步骤中引起问题。优选的是，盖环(660)不与衬底(100)重叠。需要在传送之前将衬底/带/框架组件(320)对准，以防止这种问题。进一步地，为了另外确保盖环到衬底的距离(820)不小于零，盖环的内径应大于衬底(10 0)的直径。优选的是，盖环的内径比衬底的直径大5mm (例如，对于2 0 0mm的衬底，盖环的内径为205mm)。图8中的盖环悬伸尺寸(830)表示从盖环(660)的内径到框架(310)的内径的距离。传送到处理室(600)中之前的框架(310)的对准确保该盖环的悬伸尺寸(830)对于围绕衬底(100)的整个周边基本保持恒定，并确保所述带(300)的不与静电吸盘(ESC) (670)接触的任何部分被基本上从等离子体遮蔽。在优选的实施例中，所述带(300)的不与ESC(670)导热接触的任何部分均与盖环(660)重叠。在一个实施例中，盖环(660)和衬底(100)位于不同平面内。因此，盖环的内周(661)不邻近于衬底的外周(101)。当工件(例如，衬底/带/框架组件)(320)传送到处理室(600)中时，它被放置到提升机构(680)上并从传送臂(1100)移除。在将工件(例如，衬底/带/框架组件)(320)从处理室(600)中传送出去期间，发生与此相反的过程。提升机构(680)接触框架(310)的区域，并且不与衬底(100)进行点接触。由于带(300)的柔性可导致裸片彼此接触并造成损伤，与衬底(100)的点接触能够对衬底(100)造成损伤，特别是在裸片的分离和工件(320)的卸载之后。图13示出了从下侧提升该框架(310)的提升机构(680);然而，也可使用夹持装置通过与顶表面、底表面、框架(310)的外径处或这些部位的任意组合进行接触来将框架(310)从传送臂(1100)移除。为了有足够的间隙来将工件(320)放置在工件支撑件(630)上以处理衬底(100)，框架(310)、工件支撑件(630)和盖环(660)能够相对于彼此移动。这可通过移动所述盖环(660)、工件支撑件(630)或提升机构(680)、或这三者的任意组合来实现。
[0092]在等离子体处理期间，热量被传递到该等离子体所触及的所有表面，包括衬底
(100)、所述带(300)和框架(310)。盖环(660)将使到所述带(300)和框架(310)的区域的热传递最小化，但衬底(100)必须暴露于等离子体(400)以进行处理。
[0093]如图6所示，可在等离子体源(620)和工件支撑件(630)之间设置有穿孔的机械隔板(690)。该机械隔板(690)可以是导电的(例如由金属制成或涂覆有金属)。该机械隔板(690)优选由铝制成。机械隔板(690)能够在允许高水平的中性物质到达工件的同时帮助减小到达工件的离子密度以及等离子体发射强度。本发明提供了对到达工件的离子密度和等离子体发射强度的控制。对于与本发明有关的应用，优选的是，通过该机械隔板将从等离子体源(620)到达工件的离子密度和等离子体发射强度减弱10 %到50%。在一个优选实施例中，通过该机械隔板实现的减弱量可以是10%。在一个优选实施例中，通过该机械隔板实现的减弱量可以是30%。在又一个优选实施例中，通过该机械隔板实现的减弱量可以是50%。
[0094]在一个实施例中，通过应用ESC(670)和/或穿过工件支撑件(630)的RF偏置功率(640)来维持该机械隔板(690)下方的等离子体。在此情况下，通过ESC(670)和/或穿过工件支撑件(630)的该RF偏置功率来维持作用在衬底(100)上的等离子体。
[0095]在本发明中，机械隔板(690)的温度能够在0°C和350°C之间的范围内。优选将机械隔板(690)维持在大于60°C的温度。该机械隔板能够将工件与等离子体源完全或部分地分开。优选的是，该隔板与待蚀刻的衬底重叠。在优选实施例中，衬底(100)与机械隔板(690)完全重叠。在又一个实施例中，机械隔板(690)的直径比衬底(100)的直径大至少10%。
[0096]该隔板应位于衬底(100)与等离子体源(620)之间。该隔板能够使等离子体源(620)中的区域与室(600)的其余部分完全隔离。为了防止该机械隔板中的孔口的图案印在衬底(100)上，优选的是，从衬底的顶部到与其重叠的机械隔板(690)的底表面的距离至少与衬底(100)的顶表面处的等离子体鞘层(plasma sheath)—样大。该等离子体鞘层的厚度尤其是压力、气体成分和等离子体密度的函数。通常，等离子鞘层的厚度在约100微米到约2厘米的范围内。在一个实施例中，机械隔板(690)离衬底(100)的顶表面至少为0.1mm。优选地，机械隔板(690)离衬底(100)的顶表面至少为lcm。机械隔板(690)中的孔口(695)允许等离子体扩散穿过并作用在衬底上。孔口(695)可具有任何形状和尺寸(例如，圆形、六边形、椭圆形、任何多边形形状等)。该机械隔板的厚度(2620)能够被设计成影响作用在衬底表面上的等离子体物质成分。如图23c所示，隔板(690)的厚度(2620)能够横跨整个隔板变化。该厚度变化可以是连续的、离散的、或者这两种情形的组合。优选地，该机械隔板的厚度(2620)小于约2.5cm。所述孔口的孔直径(2600)能够在约0.1mm到约1 cm的范围内。孔口(695)的典型纵横比能够在0.5:1到100:1之间，但优选在0.5:1到10:1之间。在一个实施例中，机械隔板(690)将等离子体的离子密度从等离子体源