Novel and Low-Cost Techniques for Extending the Etch Capabilities of an Inductively Coupled Plasma Etch Tool That Has Clamp Fingers for Clamping 4-Inch Diameter Wafers

Year 2024, Volume: 7 Issue: 5, 17 - 18

Mehmet Yilmaz

https://doi.org/10.34248/bsengineering.1515784

Abstract

Widening the processing capabilities of an inductively coupled plasma (ICP) etch tool by “preventing wafer breakage” during processing of wafers, or by gaining the capability to do “through-wafer silicon etch” are important challenges that may need to be resolved with very limited resources. Resolving the undesired wafer breakage issues caused during processing of wafers is important to reduce the manufacturing costs, and increase production yield. Furthermore, considering the high prices of the state-of-the-art wafer processing tools, it is also important to prevent wafer breakage by using low-cost approaches especially if the resources for purchasing state-of-the-art processing equipment are not available. Two novel methods (method #1, and method #2) are developed to prevent wafer breakage and allow through-wafer silicon etching. With method #1, an aluminium alloy ring (AAR) and an o-ring are employed to obtain uniform load distribution (instead of point loads) on the required outer region on the surface of a wafer, and to minimize or completely remove the bending moment that may be formed on the possible cross-sections of the entire wafer, during clamping of the wafer. With method #2, through-wafer silicon etching is made possible by simultaneous application of method #1 and addition of a helium cooling gas (HCG) leakage blocking dicing tape at the back side of the wafer that is under processing for through-wafer etching. By using the explained methods, wafer breakage during ICP etch processing is eliminated, and through-wafer silicon etching is made possible. From the other side, the effective wafer area that can be used for processing is reduced by 48%. Novel and capability enabling 2 different techniques that are extremely low-cost compared to purchasing a state-of-the-art ICP etch tool are presented to extend the processing capabilities of an ICP etch tool for deep silicon etching (method #1), and through-wafer silicon etching (method #2).

Keywords

Low-cost, Inductively Coupled Plasma (ICP), Wafer Breakage, Wafer Breakage Prevention, Wafer Breakage-Free, Through-Wafer Silicon Etch, Dicing Tape

Supporting Institution

TUBITAK (Scientific and Technological Research Council of Turkey)

Project Number

115C117

Novel and Low-Cost Techniques for Extending the Etch Capabilities of an Inductively Coupled Plasma Etch Tool That Has Clamp Fingers for Clamping 4-Inch Diameter Wafers

Abstract

Bir indüktif eşleşmeli plazma (ICP) aşındırma aracının işleme yeteneklerini, alttaş işleme sırasında “alttaş kırılmasını önleyerek” veya “alttaş boyunca silikon aşındırma” yeteneğini kazanarak genişletmek, çok sınırlı miktardaki maddi kaynaklarla çözülmesi gereken önemli zorluklar olabilir. Alttaş işleme sırasında meydana gelen istenmeyen alttaş kırılması sorunlarını çözmek, üretim maliyetlerini azaltmak ve üretim verimini artırmak için de önemlidir. Ayrıca, en son teknoloji alttaş işleme araçlarının yüksek fiyatları göz önüne alındığında, en son teknoloji işleme ekipmanlarını satın almak için kaynakların mevcut olmadığı durumlarda, düşük maliyetli yaklaşımlar kullanarak alttaş kırılmasını önlemek de çok önemlidir. Alttaş kırılmasını önlemek ve alttaş boyunca silikon aşındırmayı mümkün kılmak için iki yeni yöntem (yöntem #1 ve yöntem #2) geliştirilmiştir. Yöntem #1 ile, bir alüminyum alaşımı halka (AAH) ve bir o-ring kullanılarak, alttaş kenarlarına düzgün yük dağılımı sağlanmış ve alttaşın tüm olası kesitlerinde alttaşın sabitlenmesi sırasında oluşabilecek eğilme momenti mümkün olduğu kadar minimize edilmiştir. Yöntem #2 ile, alttaş kalınlığı boyunca silikon aşındırma işlemi, mümkün hale getirilmiştir. Bu, yöntem #1’e ek olarak, alttaş kalınlığı boyunca aşındırma işlemi tamamlandıktan sonra, alttaşın arka tarafında oluşan helyum soğutma gazı (HSG) sızıntısını engelleyici dilimleme bandı eklenmesi ile sağlanmıştır. Açıklanan yöntemler kullanılarak, ICP aşındırma işlemi sırasında alttaş kırılması ortadan kaldırılmış ve alttaş boyunca silikon aşındırma mümkün hale getirilmiştir. Diğer taraftan, silikon işleme için kullanılabilecek etkin alttaş alanı %48 oranında azalmıştır. Bir ICP aşındırma aracının işleme yeteneklerini derin silikon aşındırma (yöntem #1) ve alttaş kalınlığı boyunca silikon aşındırma (yöntem #2) için genişletmek amacıyla, yeni bir ICP aşındırma cihazı satın almaya kıyasla son derece düşük maliyetli olan iki yeni ve imkan sağlayıcı teknik sunulmuştur.

Keywords

Düşük maliyetli, Endüktif Eşleşmiş Plazma, Alttaş Kırılması, Alttaş Kırılmasının Önlenmesi, Alttaş Kırılmasız, Alttaş Kalınlığı Boyunca Silikon Aşındırma, Dilimleme Bandı

Project Number

115C117

References

• Bonfim MJC, Swart JW, Velasco CEM, Okura JH, Verdonck PB. 1993. A low frequency remote plasma rapid thermal CVD system with face down electrostatic clamp wafer holder. In: Spring Meeting of the Materials Research Society, Symposium on Rapid Thermal and Integrated Processing II, April 12-15, San Francisco, CA, USA, 303: 407–412.
• Brun XF, Melkote SN. 2009. Analysis of stresses and breakage of crystalline silicon wafers during handling and transport. Sol Energy Mater Sol Cells, 93 (8): 1238-1247.