KR102165795B1 - 상태 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 플라즈마 다이싱 공정의 최종 단계와 관련된 상태를 검출하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은:
복수의 다이싱 레인을 갖되 상기 복수의 다이싱 레인이 상부에 정의되는 비금속성 기판을 제공하는 단계;
상기 다이싱 레인들을 따라 기판을 관통하여 플라즈마 에칭하되, 플라즈마 다이싱 공정의 최종 단계에 들어옴에 따라 상기 다이싱 레인들로부터 적외선 이미션의 증가가 관찰되도록 상기 플라즈마 에칭동안 상기 다이싱 레인들의 적어도 일부로부터 나오는 적외선 이미션이 모니터링되는 단계; 및
상기 모니터된 적외선 이미션으로부터 상기 플라즈마 다이싱의 최종 단계와 관련된 상태를 검출하는 단계를 포함한다.

Description

상태 검출 방법 {Method of detecting a condition}
본 발명은 플라즈마 다이싱 공정의 최종 단계(final phase)와 관련된 상태(조건)를 검출하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 관련된 장치에 관한 것이다.
플라즈마 다이싱은 잘 알려진 기술로서 플라즈마 에칭 공정을 이용하여 다이들이 분리된다. 일반적으로, 다이들은 실리콘과 같은 반도체 물질로 형성되고 전자 기기들에 이용된다. 플라즈마 다이싱 공정은 발열 화학 반응, 이온 충돌 및 플라즈마로부터의 이미션에 기인하여 많은 양의 열을 발생시킬 수 있다. 게다가, 부산물들이 휘발되는 것을 확실하게 하기 위해, 전형적을 약 60℃의 상승된 온도로 플라즈마 에칭 챔버를 가열하는 것이 일반적이다. 휘발성 부산물들은 그후 외부로 펌핑될 수 있다. 특히, 불소계 플라즈마를 이용한 실리콘 에칭에 있어서, 반응 Si+4F→SiF4 형성의 엔탈피는 1.615 MJ/mol이다. 이는 대단히 발열적이고 많은 열 부하를 가져온다.
다른 반도체 기판들의 다이싱 또한 높은 관련 열적 비용을 갖는다. 예를 들어, 불소계 플라즈마 화학을 이용한 GaAs 웨이퍼들의 다이싱은 다이싱 공정동안 웨이퍼에 인가되는 지속적인 RF 파워에 기인하여 높은 열적 비용을 가질 수 있다. 150mm 직경의 웨이퍼에 대하여, 이것은 수백 와트 단위가 될 수 있다. 이 열 부하는 염화갈륨 (211 kJ/mol) 및 염화비소 (123 kJ/mol) 형성의 양의 엔탈피에 더하여진다.
플라즈마 다이싱 공정과 관련된 높은 온도 때문에, 기판을 냉각하는 것이 일반적이다. 일반적으로, 기판은 정전 또는 기계적 방법 또는 양 방법들의 조합을 이용한 냉각 플래턴에 클램프되어 있다. 테이프를 이용하여 프레임 상에 기판을 장착하는 것이 일반적이다. 이 목적을 위해 사용되는 테이프는 일반적으로 상부에 하나 이상의 접착제층을 갖는 고분자 재질로 형성된다. 변형 또는 '버닝(burning)'을 피하기 위해 고분자 실장 테이프를 냉각 유지하도록 주의가 취해져야 한다. '버닝'은 테이프가 그것의 열소성(유리) 전이 온도를 넘어 가열될 때, 또는 테이프와 플라즈마 내 활성종 간에 화학적 반응이 일어날 때, 또는 테이프가 구성 고분자 화합물로 분해될 때 발생할 수 있다. 후자의 경우, 구성 고분자 화합물들 중 일부는 액체 형태로 상이 변화될 수 있다. 추가적으로, 열 부하는 아웃개싱(outgassing)을 야기할 수 있고, 이는 테이프 아래에 트랩된 가스 포켓을 생성하여 들뜸(blister)으로 나타나거나 '연소' 상태를 개시할 수 있다. 따라서, 테이프 변형 및 '연소'에 의해 유발되는 데미지는 매우 크다. 테이핑된 프레임의 전면 및 배면 모두에의 큰 데미지는 플라즈마 다이싱 공정동안 발생할 수 있다. 또한, 아웃개싱은 웨이퍼 배면의 압력을 증가시키고 이는 웨이퍼의 탈고정을 야기할 수 있다. 탈고정된 웨이퍼는 플래턴의 온도 제어된 표면과 열적 접촉을 잃게 되고 급속히 과열된다. 이는 테이프가 용융되는 것을 야기할 수 있다. 플래턴으로부터 탈고정은 헬륨 냉매 가스 누설 또는 축전 센싱과 같은 종래의 방법들을 이용하여 검출하기 매우 어려울 수 있다. 박형화된, 아마도 개별화된, 기계적 강성을 갖지 않는, 웨이퍼의 경우, 국부적인 탈고정이 가능하다.
플라즈마 다이싱 종결점을 결정하기 위해 광학적 이미션(emission)을 모니터링하는 것이 알려져 있다. 에칭 공정을 덜 활동적인 에칭률 또는 '소프트 랜딩(soft landing)' 모드로 자동으로 조정하기 위해 개별화 관통의 종결점 검출을 이용하는 것이 또한 알려져 있다. 그러나, 이러한 접근은 근본적인 결함을 갖는다. 이는 광학적 이미션 종결점 기술이 개별화 공정 자체에 대한 신호만을 줄 수 있기 때문이다. 이는 테이프의 과열을 적절히 방지하기에는 공정이 너무 늦었는데, 다이싱 공정에서 테이프의 연소를 유발할 수 있는 높은 온도가 이미 발생하였기 때문이다.
이 문제에 대한 하나의 해결책은 종결점에 앞서 에칭을 덜 활동적인, 낮은 에칭률 또는 '소프트 랜딩' 모드로 조정하는 것이다. 조정이 행해지는 지점은 명목상의 웨이퍼 두께 및 예측된 에칭률에 기초하여 예측된다. 그후 낮은 에칭률이 개별화 종결점까지 사용된다. 개별화는 광학적으로 검출될 수 있고 또한 추가의 자동 공정 조정이 필요에 따라 적용될 수 있다. 이 접근은 특별히 만족스러운 것은 아닌데, 이는 예측에 기초하기 때문이다. 특히, 이 접근은 웨이퍼 두께가 일관되지 않다면 이상적이지 못하다. 웨이퍼 두께가 일관되지 않는 경우, 에칭 시간이 변화될 것이고 이는 '소프트 랜딩' 모드가 활성화되는 예측되는 지점을 부정확하게 하는 것을 야기할 것이다. 예를 들어, 일반적인 DAG(dicing after grind) 적용에 있어서, 벌크 실리콘 에칭률은 대략 22 마이크론/분이 될 것이고, 낮은 에칭률은 약 16 마이크론/분이 될 것이고 '소프트 랜딩' 에칭률은 약 6 마이크론/분이 될 것이다. 6 마이크론/분의 에칭률로 스위칭되기 전에 95 마이크론의 타겟 깊이로 22 마이크론/분으로 에칭하도록 설정된 100 마이크론 두께의 웨이퍼에 대하여, 플라즈마 다이싱 공정은 대략 5.2분 걸릴 것이다. 그러나, 웨이퍼 대 웨이퍼 두께 변화가 105±5 마이크론이라면 가장 두꺼운 웨이퍼는 에칭에 6.8분 걸릴 것이다. 만약 소프트 랜딩 모드가 활성화되는 지점이 가장 얇은 웨이퍼들이 만족스럽게 처리될 수 있는 것을 보장하도록 설정되어 있다면, 가장 두꺼운 웨이퍼는 낮은 에칭률이 사용되는 동안 연장된 시간동안 처리될 것이라는 것이 이어진다. 이는 공정 관점으로부터 바람직하지 못하다. 백-엔드(back-end) 전자 패키징 산업에 있어서, 많은 적용 타입들이 있고 많은 상이한 두께의 웨이퍼들이 처리된다. 종결점에 접금할 때까지 높은 속도로 에칭할 수 있는 시스템이 극히 요구될 것이다.
따라서, 다이싱 레인에서 개별화 관통에 앞서, 플라즈마 다이싱 공정이 그것의 최종 단계에 진입하였을 때를 검출하는 실제 필요성이 있다. 공정 조건은 이후 그에 따라 조정될 수 있다. 이 필요성은 테이핑된 프레임 상에 장착된 기판에 대하여 특히 요구됨에도 불구하고, 이 필요성은 테이핑된 프레임 상에 실장되지 않은 기판의 처리에 또한 적용된다. 열 관리 및 다른 공정 고려를 최적화하기 위해 플라즈마 다이싱 공정의 최종 단계에 있는 공정 조건들을 실제로 조정하고자 하는 일반적인 요구가 있다.
또한 고가의 광학적 이미션 스펙트로미터에 대한 필요없이 웨이퍼 다이싱 공정의 종결점을 검출할 필요성이 있다. 그것이 발생할 때 종결점을 직접적으로 검출하는 것에 대신하여 또는 그것에 더하여 종결점을 예측하는 방법을 제공하는 것은 매우 바람직할 것이다. 이는 (위에서 논의된 것들과 같은) 특정한 요구되는 공정들이 다이싱 공정의 완료에 앞서 수행되는 것을 가능하게 할 것이다. 그러나, 현재 시점에서, 플라즈마 다이싱 종결점으로서 종결점이 예측되는 것을 가능하게 하는 실증적 데이터를 사용하는 유용한 기술은 존재하지 않는다.
본 발명은, 적어도 일부 실시예들에 있어서, 상기 언급된 문제점들, 필요들 및 요구들 중 일부 또는 전부를 다룬다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 플라즈마 다이싱 공정의 최종 단계와 관련된 상태(조건)(condition)를 검출하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은:
상부에 정의되는 복수의 다이싱 레인들을 갖는 비금속성 기판을 제공하는 단계;
상기 다이싱 라인들을 따라 기판을 관통하여 플라즈마 에칭하는 단계로서, 상기 플라즈마 에칭동안 플라즈마 다이싱 공정의 최종 단계에 진입함에 따라 상기 다이싱 레인들로부터 적외선 이미션(infrared emission)의 증가가 관찰되도록 상기 다이싱 레인들의 적어도 일부로부터 나오는 적외선 이미션이 모니터링되는 단계; 및
상기 모니터링된 적외선 이미션으로부터 플라즈마 다이싱의 최종 단계와 관련된 상태를 검출하는 단계를 포함한다.
본 발명자들은 다이싱 레인들로부터의 적외선 이미션이 플라즈마 다이싱 공정의 종결점에 접근(approch)하는 훌륭한 지표가 될 수 있다는 것을 인식하여 왔다. 다이싱 레인들로부터의 적외선 이미션이 플라즈마 다이싱 공정의 최종 단계의 효과적인 지표로서 작용할 수 있다는 것은 놀라운 것이다. 이는, 앞서 설명된 바와 같이, 플라즈마 자체 그리고 부산물들이 휘발되는 것을 확실하게 하기 위한 플라즈마 에칭 챔버에 추가로 인가되는 열과 같이 소스를 통하여 많은 양의 열이 플라즈마 다이싱 공정동안 발생되기 때문이다.
상태의 검출에 응답하여 적어도 하나의 공정 변수가 변화될 수 있다. 상기 공정 변수는 상기 플라즈마 에칭을 조정하도록 변화될 수 있다. 예를 들어, 상기 플라즈마 에칭은 기판의 에칭률을 감소시키도록 조정될 수 있다. 능숙한 기술자들은 상기 플라즈마 에칭의 요구되는 조정을 달성하도록 변화될 수 있는 다양한 공정 변수들이 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 플라즈마 내에 커플링되는 파워를 조정함으로써 기판의 에칭률이 감소될 수 있다. 이는 플라즈마를 구동할 수 있는 RF 파워 또는 다른 적절한 파워 형태가 될 수 있다. 능숙한 기술자에게 알려져있는 바와 같이 가스 유량과 같은 다른 공정 변수들이 조정될 수 있다.
상기 공정 변수는 플라즈마 다이싱 공정과 관련된 온도를 제어하도록 변화될 수 있다. 일반적으로, 상기 공정 변수는 상기 플라즈마 에칭을 조정하도록 변화된다. 그러나, 원칙적으로, 플라즈마 다이싱 공정과 관련된 온도를 제어하도록 다른 공정 변수들이 변화될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 기판 지지부 상에 배치될 수 있다. 상기 기판 지지부는 냉각될 수 있다. 변화되는 공정 변수는 기판 지지부의 냉각이 될 수 있다.
상기 상태의 검출에 응답하여 상기 플라즈마 에칭이 중단될 수 있다.
상기 상태는 종결점의 접근이 될 수 있다.
상기 상태는 종결점이 될 수 있다. 상기 종결점은 다이싱 레인들로부터의 적외선 이미션의 증가의 관찰에 기초하여 미리 예측될 수 있다. 상기 종결점은 다이싱 레인들로부터의 적외선 이미션의 증가와 수치 모델의 비교에 의해 예측될 수 있다.
대안적으로, 상기 모니터링된 적외선 이미션으로부터 상기 종결점이 직접 검출될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 최종 단계에 진입함에 따라 관찰되는 다이싱 레인들로부터의 적외선 이미션의 증가 후에 적외선 이미션의 감소가 뒤따를 수 있다. 적외선 이미션의 감소는 종결점의 직접적인 지표가 될 수 있다.
상기 기판은 테이프로 프레임에 부착될 수 있다. 상기 프레임은 플래턴과 같은 기판 지지부 상에 배치될 수 있다. 상기 상태의 검출에 응답하여 공정 변수가 변화될 수 있다. 이 실시예들에서, 상기 공정 변수는 테이프의 온도를 제어하도록 변화될 수 있다. 상기 공정 변수는 테이프의 온도를 상한값 아래로 유지하도록 변화될 수 있다. 상기 상한값은 연소, 들뜸 또는 아웃개싱과 같은 테이프의 열에 기인한 데미지를 피하도록 설정될 수 있다.
상기 기판은 프레임과 테이프 구성을 채용하지 않고 플래턴과 같은 기판 지지부 상에 배치될 수 있다.
상기 기판은 반도체 기판이 될 수 있다.
상기 기판은 실리콘이 될 수 있다.
상기 기판은 GaAs, GaN, InP 또는 SiC가 될 수 있다.
대안적으로, 상기 기판은 유전체 기판이 될 수 있다. 상기 기판은 유리 또는 에폭시 물질로 형성된 기판이 될 수 있다.
상기 플라즈마 에칭은 사이클릭 에칭 및 증착 공정을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 사이클릭 에칭 및 증착 공정은 본래 US 5501893에 개시된 '보쉬 프로세스(Bosch process)'로 일반적으로 알려진 유형의 공정이 될 수 있다.
편리하게는, 파이로미터를 이용하여 상기 적외선 이미션이 모니터링될 수 있다. 이는 극히 비용 효과적인 해결책이다. 또한, 기판의 표면 전체를 모니터링하거나 기판의 표면 일부분을 모니터링하는 것이 가능하다. 기판 표면의 상대적으로 작은(그렇지만 개별 다이의 면적보다는 큰) 부분이 모니터링 될 수 있고 이는 정확한 정렬에 대한 요구를 피한다.
대안적으로, 적외선 이미션을 모니털이하기 위해 적외선 카메라가 사용될 수 있다. 적외선 카메라는 DDC 어레이가 될 수 있다. 이를 통해 더 세부적인 내용을 얻을 수 있다. 웨이퍼의 전체 표면 또는 기판의 표면 일부분이 모니터링될 수 있다. 기판의 중심에서 에지까지의 에칭 균일도와 관련된 향상된 정보를 제공하는 것 또한 가능하다.
상기 상태는 결함(fault) 상태가 될 수 있다. 상기 결함 상태는 기판 지지부에 대한 기판의 클램핑 손실, 패시베이션층의 파괴 또는 다이싱 레인들의 베이스에서의 정지층의 파괴가 될 수 있다.
상기 상태는 기판 전체적인 에칭 균일도에 관련되어 있을 수 있다. 상기 상태는 기판의 에지로부터 중심까지의 에칭 균일도에 관련되어 있을 수 있다. 이 실시예들에서, 실질적으로 기판 전체로부터의 적외선 이미션이 모니터링될 수 있다.
일반적으로, 기판은 상부에 형성되는 마스크를 가지며 이는 다이싱 레인들을 정의한다. 상기 마스크는 알루미늄과 같이 임의의 적절한 물질로 형성될 수 있다.
놀랍게도, 본 발명은 기판에 부착된 하나 이상의 BSM(backside metal)층을 갖는 기판들 및 배면 금속층을 갖지 않는 기판들에 동일하게 적용가능하다. 상기 모니터링된 적외선 이미션으로부터 플라즈마 다이싱의 최종 단계와 관련된 상태의 검출은 배면 금속층의 존재에 의해 영향을 받는 것으로 나타나지 않는다.
본 발명의 제2 양태에 따르면 플라즈마 다이싱 장치가 제공되는데. 상기 장치는:
챔버;
다이싱 레인들을 갖는 유형의 비금속성 기판을 지지하기 위한 기판 지지부;
상기 다이싱 레인들을 따라 기판을 관통하여 에칭하기 적합한 챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 생성기;
상기 다이싱 레인들의 적어도 일부로부터 나오는 적외선 이미션들을 모니터링하기 위한 적외선 검출기; 및
상기 모니터링된 적외선 이미션으로부터 플라즈마 다이싱 공정의 최종 단계와 관련된 상태를 검출하도록 구성되는 상태 검출기를 포함한다.
상기 적외선 검출기는 파이로미터 또는 적외선 카메라가 될 수 있다.
상기 장치는 상기 상태의 검출에 응답하여 적어도 하나의 공정 변수를 변화시키기 위한 컨트롤러를 추가로 포함할 수 있다. 일반적으로 상기 상태 검출기 및 컨트롤러는 컴퓨터 또는 다른 마이크로프로세서 기반 장치를 포함할 수 있다. 상기 상태 검출기 및 컨트롤러는 단일의 컴퓨터 또는 다른 마이크로프로세서 기반 장치 내에 포함될 수 있다.
본 발명이 위에 설명되었지만 본 발명은 위에 서술한 특징들 또는 후술하는 설명, 도면 및 청구범위의 임의의 발명적 조합으로 확장된다. 예를 들어, 본 발명의 제1 양태에 관련되어 설명된 임의의 특징은 또한 본 발명의 제2 양태와 조합하여 개시되고, 그 반대도 마찬가지이다. 능숙한 기술자들은 본 발명의 제2 양태의 상태 검출기 및/또는 제어기가 본 발명의 제1 양태와 관련되어 설명된 공정 단계들을 수행하도록 적절히 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
이제 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방법들과 장치의 실시예들이 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 장치를 나타낸다.
도 2는 다이싱 레인들을 갖는 기판의 평면도이다.
도 3은 다이싱 레인 내에 있는 물질의 잔류의 검출을 나타내고 기판의 일부분의 단면도를 포함한다.
도 4는 에칭 프론트(etch front)가 (a) 10 마이크론의 실리콘 잔류, (b) 2 마이크론의 실리콘 잔류 및 (c) 0.2 마이크론의 실리콘 잔류를 갖는 개별화에 접근함에 따른 FEM 모델로부터 얻어진 다이싱 레인 주변의 온도 분포를 나타낸다.
도 5는 FEM 모델로부터 얻어진 에칭 프론트 접근에 따른 다이싱 레인 아래의 실리콘 웨이퍼 배면에서의 온도를 나타낸다.
도 6은 FEM 모델로부터 얻어진 사이클릭 에칭 및 증착 공정동안 다이싱 레인 아래의 실리콘 웨이퍼의 배면에서의 시간의 함수로서 온도를 나타낸다.
도 7은 사이클릭 에칭 및 증착 공정의 에칭 단계동안의 파이로미터 신호를 나타낸다.
도 8은 플라즈마 다이싱 공정동안 얻어진 파이로미터(실선) 및 광학 이미션(점선) 신호를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 다이싱 장치를 나타내는데, 대체로 10으로 묘사되어 있다. 장치(10)는 웨이퍼 로딩 슬롯(14)를 갖는 챔버(12)를 포함한다. 챔버(12)의 내부는 웨이퍼(18)와 같은 워크 피스가 로딩될 수 있는 플래턴(16)을 수용한다. 도 1에 도시된 바와 같은 플래턴(16)은 기판의 플라즈마 다이싱동안 채택되는 상승된 위치에 있다. 상기 플래턴은 이 상승된 위치와 낮은 위치 사이에서 이동될 수 있다. 플래턴의 낮은 위치는 웨이퍼 로딩 슬롯을 통하여 기판을 받기 위해 채택된다. 상기 챔버(12)는 유도 코일(20)에 의해 둘러싸인다. 유도 코일(20)은 본 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이 임피던스 매칭 네트워크(미도시)를 통하여 RF 파워 생성기(미도시)에 연결된다. 적절한 에칭 가스 또는 가스들은 가스 공급 시스템(미도시)을 통하여 챔버(12)로 공급되고 챔버(12) 내에 플라즈마(22)를 생성하기 위해 RF 파워가 코일(20)에 인가된다. 가스들은 적절한 진공 배기 시스템을 이용하여 챔버로부터 배출된다.
상기 장치(10)는 플라즈마 다이싱 공정동안 기판(18)으로부터의 적외선 이미션을 모니터링하기 위해 장착되는 적외선 검출기(24)를 추가로 포함한다. 편리하게는, 상기 적외선 검출기(24)는 챔버(12)의 탑(top)에 또는 탑 위에 장착될 수 있다. 그러나, 원칙적으로, 상기 적외선 검출기는 기판(18)으로부터의 적외선 이미션을 모니터링하기에 적합한 위치가 제공되는 어디라도 장착될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 적외선 검출기는 챔버(12)의 탑 섹션에 형성된 통로(26)의 한쪽 끝단에 장착되어 있다. 챔버(12)의 탑 표면에 적외선 검출기(24)를 직접 장착하는 것과 같이 적외선 검출기를 장착하는 다른 방법들이 고려될 수 있다. 적외선 검출기(24)는 파이로미터 또는 CCD 어레이와 같은 적외선 카메라를 이용할 때 관련된 장점들이 있는 것이 확인되었음에도 불구하고 어떠한 적합한 형태도 될 수 있다. 상기 장치(10)는 컨트롤러(28)를 추가로 포함한다. 상기 컨트롤러는 적외선 검출기(24)의 출력값을 수신하고 플라즈마 다이싱 공정의 최종 단계와 관련된 하나 이상의 상태를 검출하기 위해 출력값을 처리한다. 컨트롤러(28)가 상태 또는 상태들을 인식하도록 작동하는 방법은 이하에 보다 상세히 설명된다. 상태의 인식에 따라, 상기 컨트롤러는 장치의 하나 이상의 공정들을 조정하거나 그렇지 않다면 제어하도록 작용할 수 있다. 특히, 일단 플라즈마 다이싱 공정의 최종 단계와 관련된 상태가 검출되면 플라즈마 다이싱 공정이 조정되거나 중단될 수 있다. 상기 컨트롤러(28)는 플라즈마 다이싱 공정과 관련된 정보를 디스플레이하기 위한 적절한 그래픽 사용자 인터페이스를 포함하거나 이에 연결될 수 있다. 이 정보는 상기 상태가 검출되었다는 표시를 포함할 수 있다.
도 2의 (a)는 웨이퍼 기판(120)의 평면도이다. 상기 웨이퍼 기판(120)은 알루미늄과 같은 적절한 물질로 그 상부 표면 상에 형성된 마스크를 갖는다. 상기 마스크는 복수의 다이싱 레인들(122)를 정의한다. 각각의 다이싱 레인(122)은 기판의 아래에 있는 물질을 플라즈마(22)에 노출시키는 마스크의 선형 갭(linear gap)에 대응한다. 일반적으로, 마스크는 도 2에 도시된 바와 같이 실질적으로 복수의 다이싱 레인들, 즉 하나의 방향으로 연장되는 복수의 공통-선형 다이싱 레인들과 직교하는 방향으로 연장되는 복수의 공통-선형 다이싱 레인들을 정의하도록 증착된다. 이 방식으로, 다이싱 레인들의 십자 해치 패턴이 얻어진다. 도 2의 (b) 및 도 2의 (c)는 기판 웨이퍼(120)의 표면 일부분을 보다 상세히 나타낸다. 보다 상세하게는, 도 2의 (b)는 2개의 공통-선형 다이싱 레인들이 2개의 수직인 다이싱 레인들과 교차하는 영역을 나타낸다. 도 2의 (c)는 단일 다이싱 레인이 수직인 다이싱 레인과 직교하는 것을 나타낸다. 상기 적외선 검출기는 기판 웨이퍼(120)의 상부 표면 전체를 모니터링하도록 또는 기판 웨이퍼(120)의 단지 일부분을 모니터링하도록 구성되고 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 (b)에 도시된 일부분 또는 도 2의 (c)에 도시된 일부분이 분명하게 모니터링될 수 있다. 원하는 영역이 적외선 검출기로 모니터링되도록 적적한 광학수단이 채용될 수 있다.
도 3은 플라즈마 다이싱 공정 코스동안 웨이퍼 기판(130)의 일부분의 단면을 나타낸다. 상기 기판 웨이퍼(130)은 다이싱 레인(130c)을 정의하기 위해 상부에 형성된 마스크(130b)를 갖는 벌크 기판 물질(130a)을 포함한다. 상기 웨이퍼 기판(130)은 웨이퍼 기판(130)을 프레임(미도시)에 부착하는 테이프(132) 상에 장착된다. 일부 실시예들에서, 기판(130)의 벌크 기판 물질(130a)은 그것의 배면 상에 (최대 5 마이크론의) 얇은 배면 금속층을 갖는다. 배면 금속은 테이프(132) 상에 장착될 수 있다. 또한 도 3에 도시된 것은 적외선 검출기(134)이다. 상기 적외선 검출기(134)는 다이싱 레인(130c)으로부터의 적외선 이미션을 모니터링하도록 배치된다. 웨이퍼 기판(130)은 도 1에 도시된 장치와 같은 적절한 장치 내에 배치된다. 적외선 검출기(134)는 이 장치의 일부를 형성한다. 도 3은 플라즈마 다이싱 공정의 상당한 부분이 완료된 후의 다이싱 레인(130c)의 모습을 반-개략적인 형태로 나타낸다. 다이싱 레인(130c)이 실질적으로 에칭되어 트렌치 구조를 형성하였다. 트렌치 구조(136)의 바닥은 공정에서 이 지점에서의 에칭 프론트(etch front)에 대응한다. 도 3에 도시된 예에서, 다이싱 레인(130c)에서 에칭되어 물질의 상대적으로 작은 잔류 두께(t)가 남아 있다.
다이싱 레인들에서 에칭되어 남아있는 기판의 상대적으로 작은 잔류 두께(t)가 있을 때 플라즈마 다이싱 공정을 보다 상세히 조사하기 위해 FEM(Finite Element Method) 모델이 구축되었다. 도 4는 다이싱 레인 부근에서의 온도 분포의 도시적 시퀀스를 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 4에 도시된 결과는 일반적으로 2개의 상호 직교하는 다이싱 레인들이 교차하는 도 2의 (c)에 도시된 기판의 일부분에 대응한다. SEM 모델에 대한 목적을 위해 실리콘 기판이 가정되었다. 도 4의 (a)는 다이싱 레인들 내에 10 마이크론 두께의 실리콘이 남아있을 때의 온도 분포를 나타낸다. 인접한 다이들 내에 상당한 양의 열이 스프레딩되는 것이 보여질 수 있다. 도 4의 (b)는 2 마이크론 두께의 실리콘이 다이싱 레인들에 남아있을 때의 온도 분포를 나타낸다. 주변의 다이들 내로 열 전달이 훨씬 덜 효과적인 것이 보여질 수 있다. 도 4의 (c)는 다이싱 레인들에 단지 200 nm층의 실리콘이 남아있을 때의 온도 분포를 나타낸다. 인접한 다이들 내로 열 전달이 최소이고 대신 열 유속(heat flux)이 다이싱 레인들에 집중되어 있는 것이 보여질 수 있다.서로 직교하는 다이싱 레인들 간의 교차는 특히 높은 열 유속을 야기한다. FEM은 상이한 에칭 깊이들에서 일관된 열 부하에 기초한다. 실리콘의 에칭률 및 따라서 에칭 프론트에서 생성된 전체 열 부하는 모든 예들에서 동일하다. 임의의 특정한 이론이나 추측에 구속되기를 기대할 필요없이, 도 4에 도시된 결과들이 쉽게 설명될 수 있다는 것이 믿어진다. 실리콘은 상대적으로 양호한 열 전도체이고 도 4의 (a)에서 플라즈마 다이싱 공정동안 생성된 열은 인접한 다이들 내로 매우 효과적으로 스프레딩된다. 에칭이 진행됨에 따라, 다이싱 레인들 내에서 실리콘의 잔류 두께가 감소한다. 이는 주변의 다이들 내로 열의 유효 전도도를 제한하는 것으로 믿어진다. 다르게 말하면, 잔류 실리콘의 수평 열 전도도는 실리콘의 잔류 두께가 감소함에 따라 약해진다. 도 5는 에칭 프론트가 실리콘 웨이퍼의 배면에 접근함에 따른 실리콘 웨이퍼 배면의 온도를 나타낸다. 개별화 시점은 에칭 프론트가 웨이퍼의 배면에 도달하였을 때 얻어진다. 도 4에 도시된 결과들을 생성하기 위해 사용된 동일한 FEM 모델이 도 5에 도시된 온도 곡선(150)을 생성하기 위해 사용되었다. 다이싱 레인에서 잔류 실리콘의 두께가 제로에 접근함에 따라 다이싱 레인 바로 아래의 국부적인 온도는 상당히 증가한다는 것이 명백하다. 온도 상승률은 약 1.5 마이크론 잔류 실리콘에서 증가하고 약 500-600nm 실리콘 잔류에서 상당히 증가한다.
도 4 및 도 5는 실리콘 에칭동안의 시간 평균 온도를 나타낸다. 사이클릭 에칭 및 증착 단계들이 사용되는, 스위칭 에칭 공정을 가지면서, 열 부하 및 에칭 프론트 온도가 교대로 수행되는 에칭 및 증착 사이클을 따름에 따라 상황은 보다 복잡해진다. 이는 사이클릭(보쉬) 실리콘 에칭 공정동안 에칭 프론트 바로 아래의 실리콘 웨이퍼 배면에서의 시간에 따른 온도(16)을 나타내는 도 6에 도시되어 있다. 그 결과는 주기적 시간에 따른 임의 진폭의 열 부하와 함께 위에 설명된 FEM 모델에 기초한다.
본 발명자들은 플라즈마 다이싱 공정의 최종 단계가, 개별화 종결점까지 및 이를 포함하여, 다이싱 레인들로부터의 적외선 이미션을 모니터링함으로써 민감하게 검출될 수 있다는 것을 인식하였다. 놀랍게도, 플라즈마 자체와 같은 다른 활성의 열 소스들로부터 플라즈마 다이싱 챔버 내에서 발생하는 백그라운드 열 이미션에 대하여 민감한 검출이 얻어질 수 있다. 더욱 놀랍게는, 파이로미터와 같은 상대적으로 간단하고 저가의 장치가 이 목적들을 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 적외선 카메라가 우수한 결과를 제공할 수 있다. 적외선 검출기는 다이싱 레인들로부터의 적외선 이미션을 실시간으로 모니터링한다. 평균 웨이퍼 온도 또는 웨이퍼의 특정 영역에서의 또는 특정 다이싱 레인에서의 온가 모니터링될 수 있다. 대안적으로, 상기 장치는 미리 설정된 최대 온도에 대하여 모니터링하여 시야에 있는 어느 곳도 기록되도록 할 수 있다. 본 발명자들은 에칭 프론트가 개별화 지점에 접근함에 따라 다이싱 레인들에서 온도가 크게 상승하고 이것이 플라즈마 다이싱 공정의 최종 단계에 진입하는 지표라는 것을 인식하였다. 추가로, 이 현상은 다이싱 레인들로부터의 적외선 이미션을 모니터링함으로써 양호한 민감도로 최종 단계가 검출되는 것이 가능하게 한다. 적외선 검출기로부터의 신호는 컨트롤러로 피드백된다. 일단 특정한 상태가 검출되었다면, 컨트롤러는 공정을 다른 모드로 스위칭할 수 있다. 이 트리거 상태는 에칭되고 나서 레인에 남아 있는 물질의 특정 두께가 될 수 있다. 이는 다이싱 레인들에서 검출되는 국부적인 온도가 레인에 남아 있는 물질의 함수가 되기 때문에 가능하고 이는 에칭된 깊이가 아니다. 따라서, 컨트롤러는 적외선 검출기에 의해 생성되는 신호로부터 에칭되고 나서 얼마나 많은 물질이 다이싱 레인에 남아 있는지를 인식할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 출력 신호값을 수치 모델과 비교할 수 있다. 공정이 스위칭되는 모드는 열 부하를 감소시키기 위해 덜 가혹한 에칭 조건들을 활용할 수 있다. 예를 들어, 낮은 에칭률이 이용될 수 있다. 대안적으로, 상기 에칭은 작은 양의 물질이 다이싱 레인들의 바텀에 남아 있도록 완전히 중단될 수 있다.
만약 에칭이 다이싱 레인들에 있는 물질이 완전히 에칭되는 개별화 지점까지 진행되도록 허용된다면, 다이싱 레인들에서의 온도가 갑자기 떨어진다. 이는 일반 개별화가 완료되면 발열적인 화학 반응이 거의 또는 완전히 발생하지 않아, 웨이퍼의 온도가 감소하기 때문이다. 이는 다이싱 레인들로부터의 적외선 이미션으로부터 종결점을 검출하는 방법으로서 이용될 수 있다. 종결점의 검출은 공정의 끝을 촉발시키는데 사용될 수 있다. 이는 광학적 이미션에 기초한 종결점 검출에 대한 대안적인 종결점 검출을 나타낸다. 비용, 심플성 및 종결과 다른 공정 상태들에 대한 동일한 하드웨어를 이용한 요구와 같은 이유로 종결점을 직접 검출하도록 적외선 이미션을 이용하는 것이 유리하다. 광학적 이미션 기반의 종결점 검출 및 다이싱 레인으로부터 적외선 이미션에 기초한 검출을 이용하여 실험들이 수행되었다. 도 8은 광학적 이미션 신호들(182) 및 파이로미터를 이용하여 얻어진 신호들(180)을 나타낸다. 두 세트의 신호들 간에 양호한 일치가 관찰된다. 특히, 양 세트의 신호들은 대략 250초의 시간에서 2개의 분리된 다이싱 공정들에 대한 개별화 종결점을 나타낸다. 능숙한 기술자들은 종결점에 도달한 이후에는 많은 공정들이 에칭 형상으로부터 잔류 물질을 제거하기 위한 "오버 에칭" 단계를 진행하는 것을 이해할 것이다. 그러나, 오버 에칭에서 실현되는 화학적 에너지는 주된 벌크 에칭에서 실현되는 것의 일부이다. 따라서, 일단 종결점에 도달하면 적외선 이미션의 확실한 감소가 지속될 것으로 예상된다.
또한, 본 발명은 종결점의 실제 발생에 앞서 종결점을 예측하는데 사용될 수 있다. 종결점 예측은 직접적인 종결점 검출에 더하여 또는 이에 대신하여 수행될 수 있다. 이는 본 발명의 극히 유리한 양태이다. 본 발명은 다이싱 레인에서의 물질의 특정한 잔류 두께의 검출과 같은, 플라즈마 다이싱 공정의 최종 단계와 관련된 특정한 상태의 검출을 가능하게 한다. 이로부터, 수치 모델, 룩업 테이블 또는 인공지능과 같은 적절한 수단을 이용하여 종결점까지의 시간이 유도될 수 있다. 종결점의 예측은 에칭이 진행됨에 따라 정제될 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 일단 주어진 상태가 검출되었다면 공정 변수들이 변화될 수 있고, 공정 변수들의 이러한 변화는 종결점이 언제인지를 예측하는 것에 대하여 설명될 수 있다.
결점 검출이 또한 성취될 수 있다. 도 7은 스위칭(사이클릭) 에칭 증착 공정의 에칭 단계들동안 얻어진 파이로미터 신호를 나타낸다. 파이로미터 신호(170)(청색 데이터)는 냉각 정전척에 대한 웨이퍼/테이프/프레임의 성공적인 고정의 예에 대응한다. 파이로미터 신호(172)는 정전척으로부터의 웨이퍼/테이프/프레임의 부분적인 탈고정에 대응한다. 파이로미터 신호(174)는 정전척으로부터의 웨이퍼/테이프/프레임의 완전한 탈고정에 대응한다. 성공적인 클램핑의 예의 경우 사이클에서 각각의 에칭동안 온도 상승은 증가하는 온도로 실제로 떨어져야 한다. 에칭이 진행됨에 따라 시간에 따라 온도가 증가한다. 웨이퍼/테이프/프레임이 부분적으로 탈고정될 때, 열적 접촉이 상실되고 각각의 에칭 깊이 동안 더 큰 온도 상승이 발생한다. 완전한 탈고정의 경우, 상당한 열 폭주(run away)가 발생하는데 이는 각각의 에칭 단계동안 지속적인 큰 온도 상승을 나타낸다. 이 예에서, 테이프가 완전히 용융되는 심각한 위험이 있다. 본 발명은 열 폭주의 발생을 검출하는데 사용될 수 있다. 탈고정 및/또는 열 폭주의 검출에 따라 컨트롤러는 에칭 공정을 중지시키고 적절한 회복 작용을 개시할 수 있다. 다이싱 레인의 측벽 상의 패시베이션층의 파괴가 있을 때 또는 에칭 형상 베이스에서 정지층이 파괴될 때 다른 결점이 발생할 수 있다. 이 예들에서 적외선 이미션을 모니터링함으로써 검출될 수 있는 화학적 열이 발생할 것이다. 이는 공정 결점으로써 컨트롤러에 의해 또한 표시될 수 있다.
신호의 대부분이 기판에 의해 방출되는 적외선에 기인함에 따라 플라즈마 챔버 내에서 기판 웨이퍼의 열적 모니터링이 가능하다. 이는 기판의 물질 및 표면이 예상되는 것보다 덜 중요하다는 것을 의미한다. 예를 들어, 여기에 나타낸 데이터는 웨이퍼의 표면적의 대략 75%를 커버하는 알루미늄 마스크를 갖는 웨이퍼로부터 얻어졌다. 그러나, 적외선 검출기로서 파이로미터를 이용하여 보쉬 프로세스 에칭의 사이클들은 명확히 지속된다. 기판의 표면 물질 및 적외선 검출기의 시야각은 챔버 벽으로부터 반사에 기인하는 신호들의 백그라운드층과 차이를 만들어준다. 이는 적외선 이미션으로부터 절대적 기판 온도를 유도하는 것을 다소 어렵게 만들 수 있다. 그러나, 결점, 종결점 및 균일 검출과 같은 많은 예에서 절대적인 온도는 요구되지 않는다.
위에 설명된 방법들 및 장치에 대한 많은 변형이 가능하다. 예를 들어, 위에 설명된 바와 같이, 에칭 프론트가 개별화 지점에 접근함에 따라 다이싱 레인들 아래의 기판의 배면에서의 국부적인 온도가 증가한다. 이 영향은 에칭 형상의 수평적인 치수가 증가함에 따라 더 강하게 나타난다. 매우 좁은 다이싱 레인들에 대하여, 온도 스파이크는 주어진 적외선 검출기의 검출 레벨 아래에 있을 수 있다. 이는 적외선 검출기의 시야 내에 있는 기판의 테스트 구조를 포함시킴으로써 극복될 수 있다. 이 방식으로, 보다 쉽게 검출가능한 국부적인 온도 변화가 제공될 수 있다. 본 발명은 기판에 부착된 하나 이상의 BSM(backside metal)층을 갖는 기판들과 그렇지 않은 기판들에 동일하게 적용가능하다. 본 발명이 테이프 및 프레임 장치 상에서 수행되는 기판들에 관하여 예시하였지만, 이것이 본 발명의 양태를 제한하는 것은 아니다. 대신, 본 발명은 기판이 플래턴이나 다른 기판 지지부 상에 직접 지지되는 시스템과 같은 테이프 및 프레임 장치를 사용하지 않는 시스템들에 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법에 있어서,
    복수의 지정된 다이싱 레인들을 갖는 비금속성 기판을 제공하는 단계;
    상기 다이싱 레인들을 따라 상기 기판을 관통하여 플라즈마 에칭하는 단계;
    상기 플라즈마 에칭 동안, 상기 다이싱 레인들에 의한 적외선 이미션으로 인한 적외선의 증가를 검출하기 위해 상기 기판의 다이싱 레인들의 적어도 일부에 의한 적외선 이미션을 모니터링하는 단계; 및
    상기 다이싱 레인들을 따라 상기 기판을 분리(singulate)하기 전에, 상기 적외선의 증가가 검출되었을 때 상기 플라즈마 다이싱 공정의 최종 단계와 관련된 상태(condition)가 존재한다고 결정하는 단계
    를 포함하는, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상태가 존재한다고 결정한 것에 응답하여, 상기 다이싱 레인들을 따라 상기 기판을 분리하기 전에 적어도 하나의 공정 변수가 변화되는 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공정 변수는 상기 플라즈마 에칭을 조정하도록 변화되는 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플라즈마 에칭은 상기 기판의 에칭률을 낮추도록 조정되는 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 공정 변수는 상기 플라즈마 다이싱 공정과 관련된 온도를 제어하도록 변화되는 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 상태가 존재한다고 결정한 것에 응답하여 상기 플라즈마 에칭이 중지되는 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상태는 상기 플라즈마 다이싱 공정의 종결점의 접근인 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상태는 상기 플라즈마 다이싱 공정의 종결점인 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 종결점은 상기 모니터링된 적외선 이미션으로부터 직접 결정되는 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 모니터링은, 상기 플라즈마 다이싱 공정의 종결점을 직접 결정하기 위해 상기 적외선의 증가의 검출 후에, 상기 다이싱 레인들에 의한 적외선 이미션으로 인한, 적외선의 감소에 대해 검출하는 것을 포함하는 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 다이싱 공정의 종결점은 상기 다이싱 레인들로부터 나오는 적외선의 증가의 검출에 기초하여 사전에 예측되는 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 종결점은 상기 검출된 적외선의 증가와 수치 모델과의 비교에 의해 예측되는 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 테이프로 프레임에 부착되는 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 테이프의 온도를 제어하기 위해 상기 플라즈마 다이싱 공정의 최종 단계와 관련된 상태가 존재한다고 결정한 것에 응답하여 적어도 하나의 공정 변수가 변화되는 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 반도체 기판인 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘, GaAs, GaN, InP 또는 SiC인 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 에칭 공정은 사이클릭 에칭 및 증착 공정인 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 기판으로부터 나오고 상기 플라즈마 다이싱 공정을 제어하기 위해 모니터링되는 임의의 적외선을 생성하기 위한 적외선원을 상기 기판에 조사하지 않고 수행되는 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 에칭은 상기 기판을 관통하여 상기 기판의 제1 표면으로부터 상기 기판의 반대의 제2 표면을 향하여 진행하고, 상기 기판의 제2 표면에 테이프가 부착되어 있고,
    상기 플라즈마 에칭 동안 상기 테이프가 노출되기 전에 상기 상태가 존재한다고 결정하기 위해 상기 적외선의 증가가 검출되며,
    상기 상태가 존재한다고 결정한 것에 응답하여 상기 플라즈마 에칭 동안 상기 테이프가 노출되기 전에 적어도 하나의 공정 변수가 변화되는 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 에칭은 상기 기판을 관통하여 상기 기판의 제1 표면으로부터 상기 기판의 반대의 제2 표면을 향하여 진행하고,
    상기 플라즈마 에칭 동안 상기 기판의 제2 표면에 도달되기 전에 상기 상태가 존재한다고 결정하기 위해 상기 적외선의 증가가 검출되며,
    상기 상태가 존재한다고 결정한 것에 응답하여 상기 플라즈마 에칭 동안 상기 기판의 제2 표면에 도달되기 전에 적어도 하나의 공정 변수가 변화되는 것인, 플라즈마 다이싱 공정의 제어 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105719965A (zh) * 2014-12-04 2016-06-29 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 二氧化硅基片的刻蚀方法和刻蚀设备
US10636686B2 (en) * 2018-02-27 2020-04-28 Lam Research Corporation Method monitoring chamber drift
JP2020072141A (ja) * 2018-10-30 2020-05-07 株式会社ディスコ プラズマエッチング装置及びウェーハの加工方法
CN110729186A (zh) * 2019-10-24 2020-01-24 东莞记忆存储科技有限公司 一种晶圆切割及分离的加工工艺方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150162244A1 (en) 2013-12-10 2015-06-11 James M. Holden Method and carrier for dicing a wafer
WO2015134111A1 (en) 2014-03-07 2015-09-11 Plasma-Therm, Llc Method and apparatus for plasma dicing a semi-conductor wafer

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1071579A (en) * 1976-09-13 1980-02-12 Northern Telecom Limited End point control in plasma etching
JPS62190728A (ja) 1986-02-18 1987-08-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> エツチング終点モニタ法および装置
JPH04206927A (ja) 1990-11-30 1992-07-28 Tokuda Seisakusho Ltd エッチング装置
US5200023A (en) * 1991-08-30 1993-04-06 International Business Machines Corp. Infrared thermographic method and apparatus for etch process monitoring and control
DE4241045C1 (de) 1992-12-05 1994-05-26 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum anisotropen Ätzen von Silicium
US6174407B1 (en) * 1998-12-03 2001-01-16 Lsi Logic Corporation Apparatus and method for detecting an endpoint of an etching process by transmitting infrared light signals through a semiconductor wafer
US7053994B2 (en) * 2003-10-28 2006-05-30 Lam Research Corporation Method and apparatus for etch endpoint detection
US7507638B2 (en) * 2004-06-30 2009-03-24 Freescale Semiconductor, Inc. Ultra-thin die and method of fabricating same
US7560007B2 (en) * 2006-09-11 2009-07-14 Lam Research Corporation In-situ wafer temperature measurement and control
US7946759B2 (en) * 2007-02-16 2011-05-24 Applied Materials, Inc. Substrate temperature measurement by infrared transmission
CN100475414C (zh) * 2007-06-29 2009-04-08 华中科技大学 三维激光焊接和切割过程的实时监测装置
CN101419996B (zh) * 2008-12-04 2010-09-22 中国电子科技集团公司第十三研究所 红外—紫外多色探测器及其制备方法
US8802545B2 (en) * 2011-03-14 2014-08-12 Plasma-Therm Llc Method and apparatus for plasma dicing a semi-conductor wafer
US8557682B2 (en) * 2011-06-15 2013-10-15 Applied Materials, Inc. Multi-layer mask for substrate dicing by laser and plasma etch
US8912077B2 (en) * 2011-06-15 2014-12-16 Applied Materials, Inc. Hybrid laser and plasma etch wafer dicing using substrate carrier
KR102132359B1 (ko) * 2012-05-08 2020-07-10 사이오센스 비.브이. 적외선 에미터 및 비분산 적외선 센서
DK3022638T3 (en) 2013-07-18 2018-07-23 Fasetto L L C SYSTEM AND PROCEDURE FOR MULTIPLINE VIDEOS
JP6101227B2 (ja) * 2014-03-17 2017-03-22 株式会社東芝 プラズマダイシング方法およびプラズマダイシング装置
US9034771B1 (en) * 2014-05-23 2015-05-19 Applied Materials, Inc. Cooling pedestal for dicing tape thermal management during plasma dicing
US10153204B2 (en) * 2014-06-04 2018-12-11 Flir Systems, Inc. Wafer level packaging of reduced-height infrared detectors
SG10201903242QA (en) 2014-10-13 2019-05-30 Utac Headquarters Pte Ltd Methods for singulating semiconductor wafer

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150162244A1 (en) 2013-12-10 2015-06-11 James M. Holden Method and carrier for dicing a wafer
WO2015134111A1 (en) 2014-03-07 2015-09-11 Plasma-Therm, Llc Method and apparatus for plasma dicing a semi-conductor wafer

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