JP2018006758A - 状態検出方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】高価な発光分光計を使用せずに感度良くダイシングプロセスの終点を検出すること。【解決手段】プラズマダイシングプロセスの最終段階に関連する状態を検出する方法であって、非金属基板であって、当該基板上に画定された複数のダイシングレーンを有する非金属基板を用意するステップ；ダイシングレーンに沿って基板をプラズマエッチングするステップであって、プラズマエッチング中に、ダイシングレーンの少なくとも一部から発せられた赤外線放射を監視して、ダイシングレーンからの赤外線放射の増加を、前記プラズマダイシング作業の最終段階に入ったとして観測するステップ；及び監視された赤外線放射からプラズマダイシングの最終段階に関連する状態を検出するステップを含む方法。【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマダイシングプロセスの最終段階に関連する状態を検出する方法に関する。本発明はまた、関連する装置に関する。
プラズマダイシングは、プラズマエッチングプロセスを使用してダイを単一化する周知の技術である。典型的には、ダイは、例えばシリコンなどの半導体材料から形成され、電子用途に使用される。プラズマダイシングのプロセスは、発熱的な化学反応、イオン衝撃、及びプラズマからの発光に起因して、相当量の熱を発生しうる。さらに、副生成物が揮発性であるように、通常、プラズマエッチングチャンバを高温、典型的には約６０℃に加熱する。そうすることで、揮発性の副生成物を排出することができる。特に、フッ素に基づくプラズマを使用するシリコンエッチングでは、反応
の生成エンタルピーは１．６１５ＭＪ／ｍｏｌである。これは非常に発熱的であり、大きな熱負荷をもたらす。
他の半導体基板のダイシングでも、関連するサーマルバジェットが高いことがある。例えば、塩素に基づくプラズマ化学を使用するＧａＡｓウェハのダイシングは、ダイシングプロセス中にウェハに印加される連続ＲＦ（高周波）電力のために、高いサーマルバジェットを有することがある。直径１５０ｍｍのウェハの場合、これは数百ワット程度であることがある。塩化ガリウム（２１１ｋＪ／ｍｏｌ）及び塩化ヒ素（１２３ｋＪ／ｍｏｌ）の正の生成エンタルピーに加えて、この熱負荷がある。
プラズマダイシングプロセスに伴う高温のため、基板を冷却するのが通常である。典型的には、静電的方法もしくは機械的方法又は両方法の組み合わせを用いて、冷却プラテンに基板をクランプする。テープを使用してフレーム上に基板をマウントすることが一般的である。この目的のために使用されるマウンティングテープは、典型的には、ポリマー材料から形成され、その上に形成された１又は２層以上の接着剤層を有する。変形や「焼け（burning）」を避けるためにポリマー製のマウンティングテープを冷却するように注意する必要がある。「焼け」は、テープが熱可塑性（ガラス）転移点を超えて加熱されたとき、又はプラズマ中のテープと活性種との間で化学反応が起こるとき、又はテープが構成要素のポリマー化合物に分解するときに起こる。後者の場合、構成要素のポリマー化合物の幾つかは液体形態に相変化しうる。さらに、熱負荷はガスを発生させ、テープの下に閉じ込められたガスのポケットを形成し、ふくれ（blister）として現れ、「焼け」状態を開始することがある。したがって、テープの変形や「焼け」による損傷はかなり大きくなる可能性がある。テープ状のフレームの前側と後側の両方に対する著しい損傷は、プラズマダイシングプロセス中に起こり得る。さらに、ガス放出はウェハ裏面の圧力を増加させ、これによりウェハをクランプ解除（declamp）する。クランプ解除されたウェハは、プラテンの温度制御された表面との熱接触を失い、急速に過熱する。これにより、テープが溶融することがある。プラテンからのクランプ解除（declamping）は、例えばヘリウムクーラントガス漏れや容量計測などの従来の方法を使用して検出することが非常に困難であることがある。機械的剛性のない薄化された、場合によっては単一化されたウェハの場合、局所的なクランプ解除が起こりうる。
プラズマダイシングの終点を決定するために発光を監視することが知られている。シンギュレーションブレークスルーの終点検出を使用して、エッチングプロセスを、より低いエネルギーのエッチング速度又は「ソフトランディング」モードに自動的に調整することも知られている。しかし、このアプローチには根本的な欠陥がある。これは、発光終点技術は、シンギュレーション事象自体にのみ信号を送ることができるためである。テープの焼けを引き起こしうる高温はダイシングプロセスにおいてすでに早期に発生するため、これはテープの過熱を適切に防止するプロセスでは遅すぎる。
この問題に対する１つの解決策は、エッチングを、終点より前に、より低いエネルギーの、より低いエッチング速度の、又は「ソフトランディング」のモードに調整することである。調整が行われる時点は、公称ウェハ厚さ及び予想されるエッチング速度に基づいて推定される。次に、より低いエッチング速度がシンギュレーション終点まで使用される。シンギュレーションは光学的に検知することができ、必要に応じてさらに自動プロセス調整を適用することができる。このアプローチは、推定に基づいているため、特に満足できるものでない。特に、ウェハの厚さが一定でない場合、このアプローチは理想的でない。ウェハの厚さが一定でない場合、エッチング時間は変化し、これにより、「ソフトランディング」モードが起動される推定点が不正確になる。例えば、典型的なグラインド後ダイシング（ＤＡＧ）用途では、バルクシリコンエッチング速度は２２ミクロン／分程度であり、低エッチング速度は約１６ミクロン／分であり、「ソフトランディング」エッチング速度は約６ミクロン／分である。６ミクロン／分のエッチング速度に切り替える前に、２２ミクロン／分で９５ミクロンの目標深さまでエッチングする１００ミクロン厚のウェハの場合、プラズマダイシングプロセスは約５．２分かかる。しかし、ウェハ間の厚さむらが１０５±５ミクロンである場合、最も厚いウェハは、エッチングするのに６．８分かかる。ソフトランディングモードが起動される時点が、最も薄いウェハが十分に処理されるように設定される場合、最も厚いウェハは、低いエッチング速度が使用される時間に長く曝される。これは、製造上の観点から望ましくない。バックエンド電子パッケージング業界では、多くのアプリケーションタイプがあり、多くの様々な厚さのウェハが処理される。終点に近づくまで高速でエッチング可能なシステムが非常に望ましい。
したがって、ダイシングレーンのシンギュレーションブレークスルーの前に、プラズマダイシングプロセスがその最終段階に入ったときを検出することが本当に必要とされている。プロセス条件を、それに応じて調整することができる。テープ状フレームに基板をマウントする場合に特に必要性は高いが、テープ状フレームにマウントされていない基板の加工にもこの必要性は当てはまる。熱管理及び他のプロセス上の考慮事項を最適化するために、プラズマダイシングプロセスの最終段階でプロセス条件を実際に調整する一般的な要望がある。
さらに、高価な発光分光計を必要とせずにウェハダイシングプロセスの終点を検出する必要がある。終点が発生したときに終点を直接検出する代わりに、又はそれに加えて、終点を予測する方法を提供することが非常に望ましい。これは、ダイシングプロセスの完了に先立って実施されるべき特定の望ましい作業（例えば上述のものなど）を可能にする。しかし、現時点では、プラズマダイシング終点としての終点を予測することを可能にする、経験的データを使用する利用可能な技術は存在しない。
本発明は、その実施形態の少なくとも幾つかにおいて、上述の問題、ニーズ及び要望の幾つか又は全てに対処する。
本発明の第１の態様によれば、プラズマダイシングプロセスの最終段階に関連する状態を検出する方法であって、
非金属基板であって、当該基板上に画定された複数のダイシングレーンを有する非金属基板を用意するステップ；
ダイシングレーンに沿って基板をプラズマエッチングするステップであって、プラズマエッチング中に、ダイシングレーンの少なくとも一部から発せされた赤外線放射を監視して、ダイシングレーンからの赤外線放射の増加を、プラズマダイシング作業の最終段階に入ったとして観測するステップ；及び
監視した赤外線放射からプラズマダイシングの最終段階に関連する状態を検出するステップ；
を含む方法が提供される。
本発明者らは、ダイシングレーンからの赤外線放射が、プラズマダイシングプロセスの終点が近づいている優れた指標であり得ることを認識した。ダイシングレーンからの赤外線放射がプラズマダイシングプロセスの最終段階の有効な指標として作用し得ることは驚くべきことである。これは、先に説明したように、例えば、プラズマ自体や、副生成物を揮発させるためにプラズマエッチングチャンバにさらに印加される熱などの供給源を通じてプラズマダイシングプロセス中に発生するかなりの量の熱が存在するためである。
状態の検出に応じて少なくとも１つのプロセス変数を変更してもよい。プラズマエッチングを調整するためにプロセス変数を変更してもよい。例えば、基板のエッチング速度を減少させるためにプラズマエッチングを調整してもよい。当業者であれば、プラズマエッチングの所望の調整を達成するために、変更することができる様々なプロセス変数が存在することを理解するであろう。例えば、プラズマに結合させる電力を調整することによって、基板のエッチング速度を減少させることができる。これは、ＲＦ電力、又はプラズマを駆動することができる他の適切な形態の電力であってもよい。当業者に知られているように、例えばガス流などの他のプロセス変数を調整してもよい。
プラズマダイシングプロセスに関連する温度を制御するためにプロセス変数を変更してもよい。典型的には、プラズマエッチングを調整するためにプロセス変数が変更される。しかし、原理的には、プラズマダイシングプロセスに関連する温度を制御するために他のプロセス変数を変更してもよい。例えば、基板を、基板支持体上に配置してもよい。基板支持体は冷却されてもよい。変更されるプロセス変数は、基板支持体の冷却であってもよい。
プラズマエッチングは、状態の検出に応じて停止させてもよい。
この状態は、終点のアプローチであってもよい。
この状態は終点であってもよい。終点は、ダイシングレーンからの赤外線放射の増加の観測に基づいて事前に予測してもよい。終点は、ダイシングレーンからの赤外線放射の増加を数値モデルと比較することによって予測してもよい。
あるいは、監視した赤外線放射から終点を直接検出してもよい。これらの実施形態において、最終段階に入った際に観測されるダイシングレーンからの赤外線放射の増加の後に、赤外線放射の減少が続くことがある。赤外線放射の減少は、終点を直接示すことができる。
基板は、テープによりフレームに取り付けてもよい。フレームは、例えばプラテンなどの基板支持体上に配置されてもよい。プロセス変数は、状態の検出に応じて変更してもよい。これらの実施形態では、テープの温度を制御するためにプロセス変数を変更してもよい。テープの温度を上限未満に維持するようにプロセス変数を変更してもよい。当該上限は、テープに対する熱により誘発される損傷、例えば焼け、ふくれ（blistering）又はガス発生（outgassing）を防止するように設定してもよい。
基板は、フレーム及びテープ構成を使用せずに、例えばプラテンなどの基板支持体上に配置されてもよい。
基板は、半導体基板であってもよい。
基板はシリコンであってもよい。
基板は、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ又はＳｉＣであってもよい。
あるいは、基板は誘電体基板であってもよい。基板は、ガラスであるか、あるいは、エポキシ材料から形成された基板であってもよい。
プラズマエッチングは、周期的なエッチングと堆積のプロセスを使用して実施してもよい。周期的なエッチングと堆積のプロセスは、米国特許第５５０１８９３号に最初に記載されている「ボッシュ（Bosch）プロセス」として一般的に知られている種類のプロセスであってもよい。
都合良いことに、パイロメータを使用して赤外線放射を監視してもよい。これは非常に費用効果の高い解決法である。さらに、基板の表面全体を監視すること、又は基板の表面の一部を監視することが可能である。基板の表面の比較的小さい部分（しかし、個々のダイの面積よりも大きい）を監視してもよく、これによって、正確な位置合わせの必要性を回避することができる。
あるいは、赤外線放射を監視するために赤外線カメラを使用してもよい。赤外線カメラはＣＣＤアレイであってもよい。これにより、より詳細な情報を得ることができる。ウェハの全表面又は基板の表面の一部を監視してもよい。基板の中心からエッジへのエッチング均一性に関して改善された情報を提供することも可能である。
状態は、故障状態であってもよい。故障状態は、基板支持体に対する基板のクランピングの減損、パッシベーション層の破壊、又はダイシングレーンの底部における停止層の破損でありうる。
状態は、基板全体にわたるエッチングの均一性に関連するものであってもよい。状態は、エッジから基板の中心までのエッチングの均一性に関連するものであってもよい。これらの実施形態では、基板の実質的に全体からの赤外線放射を監視してもよい。
典型的には、基板はその上に形成されたマスクであって、ダイシングレーンを画定するマスクを有する。マスクは、アルミニウムなどの任意の適切な材料から形成できる。
驚くべきことに、本発明は、１つ又は２以上の裏面金属（ＢＳＭ）層が取り付けられた基板、及び裏面メタライゼーションを有さない基板にも等しく適用可能である。監視した赤外線放射からのプラズマダイシングの最終段階に関連する状態の検出は、裏面メタライゼーションの存在によって影響されないようである。
本発明の第２の態様によれば、
チャンバ；
ダイシングレーンを有する種類の非金属基板を支持するための基板支持部；
ダイシングレーンに沿って基板をエッチングするのに適した、チャンバ内にプラズマを生成させるためのプラズマ発生器；
ダイシングレーンの少なくとも一部から発せられた赤外線放射を監視するための赤外線検出器；及び
監視した赤外線放射からプラズマダイシングプロセスの最終段階に関連する状態を検出するように構成された状態検出器；
を備えるプラズマダイシング装置が提供される。
赤外線検出器は、パイロメータ又は赤外線カメラであってもよい。
この装置は、さらに、状態の検出に応じて少なくとも１つのプロセス変数を変更するためのコントローラを備えてもよい。典型的には、状態検出器及びコントローラは、コンピュータ又は他のマイクロプロセッサに基づく装置を備える。状態検出器及びコントローラは、単一のコンピュータ又は他のマイクロプロセッサに基づく装置内で実施されてもよい。
本発明を上で説明したが、上に述べた特徴、あるいは、以下の説明、図面又は特許請求の範囲に記載のいかなる発明的な組み合わせにも及ぶ。例えば、本発明の第１の態様に関連して説明した任意の特徴は、本発明の第２の態様と組み合わせて開示され、また、その逆も開示される。当業者は、本発明の第２の態様の状態検出器及び／又はコントローラを、本発明の第１の態様に関して説明したプロセスステップを実施するように適切に構成できることを理解するであろう。
本発明による方法及び装置の実施形態を、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、本発明の装置を示す。 図２は、ダイシングレーンを有する基板ウェハの平面図である。 図３は、ダイシングレーン内の材料の残留の検出を示し、基板の一部分の断面図を含む。 図４は、エッチフロントがシンギュレーションに近づく際の、ＦＥＭモデルから得られたダイシングレーン付近の温度分布を示し、（ａ）は１０ミクロンのシリコンが残留している場合、（ｂ）は２ミクロンのシリコンが残留している場合、及び（ｃ）は０．２ミクロンのシリコンが残留している場合を示す。 図５は、ＦＥＭモデルから得られたエッチフロントにアプローチとしてのダイシングレーン下のシリコンウェハの裏面の温度を示す。 図６は、ＦＥＭモデルから得られた周期的なエッチングと堆積のプロセス中のダイシングレーン下のシリコンウェハの裏面における時間の関数としての温度を示す。 図７は、周期的なエッチングと堆積のプロセスのエッチングステップ中のパイロメータ信号（塗りつぶし）を示す。 図８は、プラズマダイシングプロセス中に得られたパイロメータ（塗りつぶし）信号及び光学的（破線）信号を示す。
図１は、全体的に１０で示された本発明のプラズマダイシング装置を示す。装置１０は、ウェハロードスロット１４を有するチャンバ１２を備える。チャンバ１２の内部に、プラテン１６が収容されており、プラテン１６上に、例えばウェハ１８などのワークピースが載置される。ロードされる。図１に示すプラテン１６は、基板のプラズマダイシング中に採用される上昇位置にある。プラテンは、この上昇位置と下方位置との間で移動することができる。プラテンの下方位置は、ウェハロードスロットを介して基板を受け取るように選定される。チャンバ１２は、誘導コイル２０により取り囲まれている。誘導コイル２０は、当該技術分野においてよく知られているインピーダンスマッチングネットワーク（図示せず）を介してＲＦ電力発生器（図示せず）に接続される。ガス導入システム（図示せず）を介してチャンバ１２に適切なエッチングガス（単数又は複数）を供給し、ＲＦ電力をコイル２０に印加して、チャンバ１２内にプラズマ２２を生成させる。ガスは、適切な真空排気システムを使用して除去される。
装置１０は、さらに、赤外線検出器２４を備え、当該赤外線検出器は、基板１８からのプラズマダイシングプロセス中に赤外線放射を監視するように取り付けられている。都合良いことに、赤外線検出器２４は、チャンバ１２上部に又はチャンバ１２の上部の上方に取り付けることができる。しかし、原理的には、赤外線検出器は、基板１８からの赤外線放射を監視するのに適した位置であれば、どこにでも取り付けることができる。図１に示す実施形態では、赤外線検出器は、チャンバ１２の上部に形成された通路２６の一端に取り付けられている。例えばチャンバ１２の上面に赤外線検出器２４を直接取り付けるなど、赤外線検出器を取り付ける他の方法も考えられる。赤外線検出器２４は任意の適切な形態にあることができるが、例えばパイロメータ又は赤外線カメラ、例えばＣＣＤアレイなどを使用することに関連する利点があることが分かった。装置１０は、さらに、コントローラ２８を備える。コントローラは、プラズマダイシングプロセスの最終段階に関連する１つ以上の条件を検出するために、赤外線検出器２４の出力を受け取り、出力を処理する。コントローラ２８が動作して１つの状態又は複数の状態を認識する方法は、以下でより詳しく説明する。状態を認識すると、コントローラは、装置の１つ又は２つ以上の動作を調整あるいは制御するように動作することができる。特に、プラズマダイシングプロセスの最終段階に関連する状態が検出されると、プラズマダイシングプロセスを調整又は停止することができる。コントローラ２８は、プラズマダイシングプロセスに関連する情報を表示するための適切なグラフィカルユーザインターフェースを備えるか、又はそれに接続されていてもよい。この情報は、状態が検出されたという表示を含むことができる。
図２（ａ）は、ウェハ基板１２０の平面図である。ウェハ基板１２０は、その上面に、例えばアルミニウムなどの適切な材料から形成されたマスクを有する。マスクは、複数のダイシングレーン１２２を画定する。各ダイシングレーン１２２は、基板の下地材料をプラズマ２２に暴露するマスクの線状ギャップに対応する。典型的には、マスクが図２に実質的に示されている複数のダイシングレーン、すなわち、１つの方向に延びる複数の共直線的（co-linear）なダイシングレーンと、直交方向に延びる複数の共直線的なダイシングレーンとを画定する。このようにして、ダイシングレーンのクロスハッチパターンが得られる。図２（ｂ）及び２（ｃ）は、基板ウェハ１２０の表面の部分をより詳細に示す。より詳細には、図２（ｂ）は、２つの共直線的なダイシングレーンが２つの垂直ダイシングレーンと交差する領域を示す。図２（ｃ）は、１つのダイシングレーンと１つの垂直ダイシングレーンとの交差部を示す。赤外線検出器は、基板ウェハ１２０の上部表面の全体を監視するか、又は基板ウェハ１２０の一部だけを監視するように構成及び配置されてもよい。例えば、図２（ｂ）に示した部分又は図２（ｃ）に示した部分を特に監視してもよい。所望の領域を赤外線検出器で監視できるように、適切な光学素子を使用してもよい。
図３は、プラズマダイシングプロセスの間のウェハ基板１３０の一部の断面を示す。基板ウェハ１３０は、バルク基板材料１３０ａを含み、その上にマスク１３０ｂが形成されており、ダイシングレーン１３０ｃを画定する。ウェハ基板１３０は、ウェハ基板１３０をフレーム（図示せず）に取り付けるテープ１３２上にマウントされる。幾つかの実施形態において、１３０のバルク基板材料１３０ａは、その裏面に裏面金属の薄い層（５ミクロン以下）を有する。裏面金属を、テープ１３２上にマウントすることができる。図３には、赤外線検出器１３４も示されている。赤外線検出器１３４は、ダイシングレーン１３０ｃからの赤外線放射を監視するように配置されている。ウェハ基板１３０は、図１に示した装置などの適切な装置内に配置される。赤外線検出器１３４は、この装置の一部を形成する。図３は、プラズマダイシングプロセスの実質的な部分が完了した後のダイシングレーン１３０ｃの外観を半概略的形態で示している。ダイシングレーン１３０ｃは、実質的にエッチングされていてトレンチ構造を形成している。トレンチ構造１３６の床は、当該プロセスのこの時点でのエッチフロントに対応する。図３に示した例では、ダイシングレーン１３０ｃに、まだエッチングされていない比較的小さな残留厚さ（ｔ）の材料が残っている。
ダイシングレーンにまだエッチングされずに残っている基板の残留厚さ（ｔ）が比較的小さい場合にプラズマダイシングプロセスをより詳細に調べるために、有限要素法（ＦＥＭ）モデルを構築した。図４は、ダイシングレーン付近の温度分布を示す一連の画像である。より具体的には、図４に示す結果は、概して、図２（ｃ）に示した基板の部分であって、２つの互いに垂直なダイシングレーンが交差する部分に対応する。ＳＥＭモデルのためにシリコン基板が想定されている。図４（ａ）は、１０ミクロン厚のシリコンがダイシングレーンに残っているときの温度分布を示している。かなりの量の熱が隣接するダイに拡散することが分かる。図２（ｂ）は、２ミクロン厚のシリコンがダイシングレーンに残っているときの温度分布を示している。周囲のダイへの熱伝達ははるかに効率が悪いことが分かる。図４（ｃ）は、ダイシングレーンに残っているシリコンの層が２００ｎｍのみである場合の温度分布を示す。隣接するダイへの熱伝達は最小限であり、代わりに熱流束がダイシングレーンに集中していることが分かる。相互に垂直なダイシングレーンの交差点は、特に高い熱流束を生じさせる。ＦＥＭは、異なるエッチング深さで一定の熱負荷に基づいている。シリコンエッチング速度は、全ての場合において同じであり、したがって、エッチフロントで生成される全熱負荷は、全ての場合において同じである。
特定の理論又は推測に拘束されることを望まないが、図４に示す結果は容易に説明できると考えられる。シリコンは比較的良好な熱伝導体であり、図４（ａ）では、プラズマダイシングプロセス中に発生した熱が隣接するダイに非常に効率的に拡散される。エッチングが進行するにつれて、ダイシングレーン内のシリコンの残りの厚さは減少する。これは、周囲のダイへの熱の有効伝導率を制限すると考えられる。換言すれば、残留シリコンの側方熱伝導率は、シリコンの残りの厚さが減少するにつれて減少する。図５は、エッチフロントがシリコンウェハの裏面に近づく際のシリコンウェハの裏面の温度を示す。エッチフロントがウェハの裏面に達したときに、シンギュレーションポイントに達する。図４に示す結果を生じさせるために使用したのと同じＦＥＭモデルを使用して、図５に示す温度曲線１５０を生成させた。ダイシングレーン内の残留シリコンの厚さがゼロに近づくにつれて、ダイシングレーン直下の局所温度はかなり増加する。温度上昇の速度は、約１．５ミクロンの残留シリコンで増加し、約５００〜６００ｎｍの残留シリコンでかなり増加する。
図４及び図５は、シリコンエッチング中の時間平均温度を示す。周期的なエッチングと堆積のステップが使用されるスイッチエッチングプロセスでは、熱負荷及びエッチフロント温度が交互のエッチングと堆積のサイクルに従うために、状況はさらに複雑である。これは、周期的なボッシュシリコンエッチングプロセス中のエッチフロントの直下のシリコンウェハの裏面における時間依存温度１６０を示す図６に示されている。結果は、上記のＦＥＭモデルに基づいており、任意の振幅の周期的な時間依存性のある熱負荷が加わったものとなっている。
本発明者らは、ダイシングレーンからの赤外線放射を監視することによって、シンギュレーション終点までの及びシンギュレーション終点を含むプラズマダイシングプロセスの最終段階を高感度で検出できることを認識した。驚くべきことに、高感度の検出を、プラズマダイシングチャンバ内で発生するバックグラウンド熱放射に対して、例えばプラズマ自体などの他のエネルギー熱源から達成することができる。よりいっそう驚くべきことに、これらの目的のために、例えばパイロメータなどの比較的単純で安価な装置を使用することができる。代わりに、赤外線カメラが優れた結果をもたらすことができる。赤外線検出器は、ダイシングレーンからの赤外線放射をリアルタイムで監視する。平均ウェハ温度又はウェハの特定の領域もしくは特定のダイシングレーンにおける温度を監視することができる。あるいは、装置は、視野のどの箇所についても、記録されるべき予め設定された最高温度を監視することができる。本発明者らは、エッチフロントがシンギュレーションポイントに近づくにつれてダイシングレーンにおける温度が著しく上昇することが、プラズマダイシングプロセスの最終段階に入ったことを示すことを認識した。さらに、この現象は、ダイシングレーンからの赤外線放射を監視することによって、良好な感度で最終段階を検出することを可能にする。赤外線検出器からの信号は、コントローラにフィードバックされる。ある特定の状態が検出されると、コントローラはプロセスを別のモードに切り替えることができる。このトリガー状態は、エッチングされるべきレーンに残っている材料についてのある特定の厚さであってもよい。これは、ダイシングレーンにおいて検出された局所温度が、レーンに残っている材料の関数であり、エッチングされた深さではないために可能である。したがって、コントローラは、赤外線検出器によって生成された信号から、エッチングされるべきダイシングレーンにどの程度の量の材料が残っているかを認識することができる。例えば、コントローラは、出力信号を数値モデルと比較することができる。プロセスが切り替えられるモードは、熱負荷を低減するために、さほど厳しくないエッチング条件を使用しないことがある。例えば、より低いエッチング速度が使用されてもよい。代わりに、ダイシングレーンの底部に少量の材料が残るようにエッチングを完全に停止することができる。
ダイシングレーンの材料が完全にエッチ除去されるシンギュレーションポイントまでエッチングを進行させる場合、ダイシングレーンにおける温度は急激に低下する。これは、シンギュレーションが完了すると、発熱反応がほとんど又は全く起こらず、そのため、ウェハの温度が低下するからである。これは、ダイシングレーンからの赤外線放射から終点を検出する方法として使用できる。終点の検出は、プロセスの終了をトリガーするために使用することができる。これは、発光に基づく終点検出に代わる終点検出方法を表す。例えばコスト、単純さ、及び終点と他のプロセス条件について同じハードウェアを使用することの望ましさなどの理由から、終点を直接検出するために赤外線放射を使用することが有利である。発光に基づく終点検出と、ダイシングレーンからの赤外線放射に基づく検出を使用して、実験を行った。図８は、光放射信号１８２と、パイロメータを使用して得られた信号１８０を示す。２組の信号の間に良好な一致が観察される。特に、両信号の組は、約２５０秒の時間に２回の別々のダイシングプロセスのシンギュレーション終点を示す。当業者は、終点に達した後、エッチングされたフィーチャから残留材料を除去するために、多くのプロセスが「オーバーエッチ」ステップを実施することを理解するであろう。しかし、オーバーエッチで実現される化学エネルギーは、メインバルクエッチで実現される部分の一部である。したがって、終点に達すると、赤外線放射の識別可能な減少が依然として予想される。
さらに、本発明は、終点が実際に生じるのに先立って終点を予測するために使用することができる。終点予測は、直接的な終点検出に加えて、又はその代わりに実施することができる。これは、本発明の極めて有利な側面である。本発明は、ダイシングレーン内のある材料の残りの厚さの検出のような、プラズマダイシングプロセスの最終段階に関連する特定の状態の検出を可能にする。これから、数値モデル、ルックアップテーブル、人工知能などの適切な手段を使用して、終点までの時間を導き出すことができる。エッチングが進行するにつれて、終点の予測を精緻化することができる。上述したように、プロセス変数は、所与の状態が検出された後に変更することができ、かかるプロセス変数の変更は、終点を予測する際に考慮に入れることができる。
また、故障検出（fault detection）も可能である。図７は、切り替えられる（周期的な）エッチング−堆積プロセスのエッチングステップの間に得られたパイロメータ信号を示す。パイロメータ信号１７０（青色データ）は、冷却された静電チャックに対するウェハ／テープ／フレームのクランピング（clamping）がうまくいった場合に対応する。パイロメータ信号１７０は、静電チャックからのウェハ／テープ／フレームの部分的なクランプ解除（declamping）に対応する。パイロメータ信号１７４は、静電チャックからのウェハ／テープ／フレームの完全なクランプ解除に対応する。クランピングがうまくいった場合、サイクル中の個々のエッチング中の温度上昇は、実際には温度上昇とともに低下するはずである。エッチングが進行するにつれて温度が上昇する。ウェハ／テープ／フレームが部分的にクランプ解除された場合、熱接触が失われ、個々のエッチング深さの間により大きな温度上昇が生じる。完全なクランプ解除の場合には、実質的な熱暴走が発生し、個々のエッチングステップ中にさらに大きな温度上昇が現れる。この場合、テープが完全に溶融するという重大なリスクがある。本発明は、熱暴走の発生を検出するために使用することができる。クランプ解除及び／又は熱暴走を検出すると、コントローラはエッチングプロセスを中止し、適切な回復動作を開始することができる。ダイシングレーンの側壁のパッシベーション層に破損がある場合や、フィーチャ基部の停止層が破損している場合には、別の不良が発生するおそれがある。これらの場合、赤外線放射を監視することによって検出できる化学的加熱が起こる。これは、コントローラによってプロセッシング故障としてフラグを立てることもできる。
信号の大部分が基板により放出された赤外線放射に由来するため、プラズマチャンバでは、基板の熱監視が可能である。これは、基板の材料及び表面が、予想されたほど重要でないことを意味する。例えば、本明細書に示されるデータは、ウェハの表面積の約７５％を覆うアルミニウムマスクを有するウェハから得られたものである。しかし、ボッシュプロセスエッチングのサイクルは、赤外線検出器としてパイロメータを使用することで、依然として明確に識別可能である。基板の表面材料及び赤外線検出器の視野角は、チャンバ壁からの反射に起因して、信号のバックグラウンド層と異なる。これは、赤外線放射から絶対基板温度を導き出すことを幾分困難にするおそれがある。しかし、多くの場合、例えば故障、終点及び均一性の検出など、絶対温度は必要ない。
上述の方法及び装置に対する様々な変更が可能である。例えば、上述したように、ダイシングレーン下方の基板の裏面における局所温度は、エッチフロントがシンギュレーションポイントに近づくにつれて増加する。この効果は、エッチフィーチャの横方向寸法が増大するにつれてより強くなる。非常に狭いダイシングレーンの場合には、温度スパイクが所定の赤外線検出器の感度レベルを下回るおそれがある。これは、試験構造物を赤外線検出器の視野内にある基板に含めることによって克服することができる。このようにして、より容易に検出可能な局所温度変化を提供することができる。本発明は、１つ又は２つ以上の裏面金属（ＢＳＭ）層が取り付けられた基板、及び裏面金属層を有していない基板にも等しく適用可能である。本発明は、テープ及びフレーム構成で支持された基板に関連して例示されているが、これは本発明の限定的な態様ではない。代わりに、本発明は、テープ及びフレーム構成を使用しないシステム、例えば、基板がプラテン又は他の基板支持体上に直接支持されるシステムに適用することができる。

Claims (18)

  1. プラズマダイシングプロセスの最終段階に関連する状態を検出する方法であって、
    非金属基板であって、当該基板上に画定された複数のダイシングレーンを有する非金属基板を用意するステップ；
    前記ダイシングレーンに沿って前記基板をプラズマエッチングするステップであって、前記プラズマエッチング中に、前記ダイシングレーンの少なくとも一部から発せられた赤外線放射を監視して、前記ダイシングレーンからの赤外線放射の増加を、前記プラズマダイシング作業の最終段階に入ったとして観測するステップ；及び
    監視した前記赤外線放射から前記プラズマダイシングの最終段階に関連する状態を検出するステップ；
    を含む、方法。
  2. 少なくとも１つのプロセス変数が、前記状態の検出に応じて変更される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記プロセス変数を変更して前記プラズマエッチングを調整する、請求項２に記載の方法。
  4. 前記プラズマエッチングを調整して前記基板のエッチング速度を減少させる、請求項３に記載の方法。
  5. 前記プロセス変数を変更して前記プラズマダイシングプロセスに関連する温度を制御する、請求項２〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記状態の検出に応じて前記プラズマエッチングを停止する、請求項２に記載の方法。
  7. 前記状態が前記終点のアプローチである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記状態が終点である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記終点が、前記ダイシングレーンからの赤外線放射の増加の観測に基づいて事前に予測される、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
  10. 前記終点が、数値モデルを用いた前記ダイシングレーンからの赤外線放射の増加と比較することによって予測される、請求項９に記載の方法。
  11. 前記終点は、監視した赤外線放射から直接検出される、請求項８に記載の方法。
  12. 最終段階に入った際に観測される前記ダイシングレーンからの赤外線放射の増加の後に、前記終点を直接的に示す赤外線放射の減少が続く、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記基板がテープによりフレームに取り付けられる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記プロセス変数を変更して前記テープの温度を制御する、請求項５に従属した場合の請求項１３に記載の方法。
  15. 前記基板が半導体基板である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記基板が、シリコン、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰまたはＳｉＣである、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記プラズマエッチングが、周期的なエッチングと堆積のプロセスを使用して実施される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. チャンバ；
    ダイシングレーンを有する種類の非金属基板を支持するための基板支持部；
    前記ダイシングレーンに沿って基板をプラズマエッチングするのに適した、チャンバ内にプラズマを生成させるためのプラズマ発生器；
    前記ダイシングレーンの少なくとも一部から発せられた赤外線放射を監視するための赤外線検出器；及び
    監視した前記赤外線放射からプラズマダイシングプロセスの最終段階に関連する状態を検出するように構成された状態検出器；
    を備える、プラズマダイシング装置。
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