DE10032963C2

DE10032963C2 - Method and arrangement for separating thin surface areas from substrates

Info

Publication number: DE10032963C2
Application number: DE2000132963
Authority: DE
Inventors: Karl Haberger; Martin Bleier
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: DE10032963A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zum Abtrennen dünner Oberflächen bereiche von Substraten, insbesondere von Halbleiter- oder Keramiksubstraten, bei denen ein elektrisch leit fähiges Sägeelement in Ausführung einer Sägebewegung unter der Oberfläche des Substrates geführt und der Ab stand des Sägeelementes zur Oberfläche während der Sä gebewegung durch Einwirkung magnetischer oder elektro magnetischer Kräfte auf das Sägeelement gezielt beein flusst wird. Das Hauptanwendungsgebiet liegt hierbei in der Herstellung extrem dünner IC's und auch anderer Halbleiterbauelemente, insbesondere Leistungshalblei ter, aus kristallinem Silizium mit Schichtdicken im Be reich und unterhalb von 60 µm. Ein weiteres Anwendungs gebiet betrifft die Herstellung extrem dünner Schichten von anderen Halbleiter- und Keramikmaterialien, ein schließlich der Herstellung von SOI-Wafern.The present invention relates to a method and an arrangement for separating thin surfaces areas of substrates, in particular semiconductor or ceramic substrates in which an electrically conductive capable saw element in the execution of a saw movement passed under the surface of the substrate and the Ab of the saw element to the surface during sowing movement by the action of magnetic or electro targeted magnetic forces on the saw element is flowing. The main area of application is in the manufacture of extremely thin ICs and others Semiconductor components, in particular power semiconductors ter, made of crystalline silicon with layer thicknesses in the loading rich and below 60 µm. Another application area concerns the production of extremely thin layers of other semiconductor and ceramic materials finally the production of SOI wafers.

Extrem dünne integrierte Schaltungen werden in ab sehbarer Zukunft in Chipkarten, flexiblen Smart Labels, aber auch in Hochfrequenzschaltungen und Flat Panel Displays eine wichtige Rolle spielen. Extremely thin integrated circuits are used in visible future in smart cards, flexible smart labels, but also in high-frequency circuits and flat panels Displays play an important role.

Zurzeit werden dünne IC's für derartige Anwendun gen im Wesentlichen durch Abschleifen von konventionell dicken Halbleiterwafern hergestellt. Für die Fertigung von IC's und Halbleiterbauelementen mit Restdicken von 10 bis 60 µm kann beispielsweise eine Kombination von Schleifer, Ätzen und Polieren eingesetzt werden, um re produzierbare und homogene Restdicken im angeführten Dickenbereich zu erzielen. Ein Nachteil dieses wie auch anderer Verfahren, bei denen dünne Halbleiterschichten durch Rückdünnen eines dicken Halbleiterwafers herge stellt werden, besteht darin, dass bei diesen Prozessen ca. 98% des monokristallinen Siliziumwafers abgetragen bzw. pulverisiert werden.Thin ICs are currently being used for such applications essentially by grinding conventional thick semiconductor wafers. For manufacturing of ICs and semiconductor devices with residual thicknesses of 10 to 60 µm can be a combination of, for example Grinders, etching and polishing can be used to re producible and homogeneous residual thicknesses in the listed To achieve thickness range. One disadvantage of this as well other processes in which thin semiconductor layers by back-thinning a thick semiconductor wafer is that in these processes 98% of the monocrystalline silicon wafer removed or pulverized.

Der Einsatz dünnerer Ausgangswafer wird in näch ster Zukunft nicht in Erwägung gezogen, da die eta blierte konventionelle und mit sehr hohem Investment verbundene Technik der heutigen Bauelementefertigung auf diese konventionell dicken Halbleiterwafer abge stimmt ist. Die IC-Fertigung wie auch die allgemeine Bauelemente-Fertigung haben in den letzten Jahrzehnten mit enormem Aufwand - von den Zellbibliotheken bis zum Test-Equipment - Prozesse entwickelt, die an standardi sierten Wafern ablaufen. Die Standarddicke liegt typi scherweise bei 600 µm. Auch die derzeit eingeführten 300 mm-Wafer sind auf eine Ausgangsdicke von 775 µm spezifiziert. Aus Gründen der Bruchsicherheit, des Get terverhaltens, spezieller Schichtdicken-Messverfahren und auch der thermischen Masse wird dies in der näch sten Zukunft auch so bleiben.The use of thinner starting wafers will be in the near future not considered in the future since the eta flourished conventional and with very high investment connected technology of today's component production abge on these conventionally thick semiconductor wafers is true. IC manufacturing as well as general Components manufacturing have been in the last few decades with enormous effort - from cell libraries to Test equipment - processes developed based on standard based wafers. The standard thickness is typi usually at 600 µm. Even those currently being introduced 300 mm wafers have an initial thickness of 775 µm specified. For reasons of break resistance, the get behavior, special layer thickness measurement method and also the thermal mass in the next stay that way in the future.

Die EP 0 535 296 B1 offenbart eine Vorrichtung so wie ein Verfahren zur Abtrennung von Wafern von einem Halbleiterkristall mit Hilfe einer Innenlochsäge. Zur Erhöhung der Schnittgenauigkeit wird hierbei ein Säge blatt aus einem ferromagnetischen Material eingesetzt, wobei der Abstand des Sägeblattes zur Oberfläche des Halbleiterkristalls während der Sägebewegung durch Ein wirkung magnetischer Kräfte auf das Sägeelement gezielt beeinflusst wird. Durch Ansteuerung des an der Oberflä che des Halbleiterkristalls eingesetzten Elektromagne ten lässt sich das Sägeblatt somit stärker oder weniger stark mit einer Kraft in Richtung des Elektromagneten bzw. der Oberfläche des Halbleiterkristalls beaufschla gen und damit die Sägebahn korrigieren. Um auch eine Kraft in der entgegengesetzten Richtung auf das Säge blatt ausüben zu können, ist das Sägeblatt vorzugsweise entsprechend mechanisch vorgespannt, so dass es sich bei Verringerung oder Abschaltung des Magnetfeldes zwangsläufig von der Oberfläche weg bewegt.EP 0 535 296 B1 discloses a device in this way like a process of separating wafers from one Semiconductor crystal using an internal hole saw. to A saw will increase the cutting accuracy sheet made of a ferromagnetic material, the distance of the saw blade to the surface of the Semiconductor crystal during the saw movement by on effect of magnetic forces on the saw element being affected. By controlling the on the surface surface of the semiconductor crystal used electromagnetic The saw blade can thus be made stronger or less strong with a force towards the electromagnet or the surface of the semiconductor crystal and correct the saw line. To be one too Force in the opposite direction on the saw the saw blade is preferred accordingly mechanically preloaded so that it is when the magnetic field is reduced or switched off inevitably moved away from the surface.

Die JP 07024724 A betrifft ein Verfahren zur be rührungslosen Erfassung einer Drahtposition auf dem Ge biet der Trennschleifmaschinen. Bei dem Detektionsver fahren wird ein Strom durch den zwischen zwei Detektor elementen freilaufenden Draht geschickt und das hierbei erzeugte magnetische Feld von den Detektoren erfasst. Ein Hinweis auf die vorliegende Problematik wird in dieser Druckschrift bzw. deren Abstract nicht gegeben.JP 07024724 A relates to a method for loading contactless detection of a wire position on the Ge offers the cut-off machines. With the Detection Ver a current will pass through between two detectors elements of free-running wire generated magnetic field detected by the detectors. A reference to the problem at hand is given in this publication or its abstract is not given.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht da her darin, ein einfaches Verfahren sowie eine Anordnung anzugeben, mit denen dünne Oberflächenbereiche von Sub straten abgetrennt werden können, wobei der abgetrennte Oberflächenbereich eine Dicke von weniger als 60 µm aufweisen kann. The object of the present invention is there forth in a simple procedure as well as an arrangement with which thin surface areas of Sub strates can be separated, the separated Surface area a thickness of less than 60 microns can have.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren sowie der An ordnung gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der An ordnung sind Gegenstand der Unteransprüche.The task is done with the procedure as well as the To 15 solved according to claims 1 and 15, respectively. Advantageous refinements of the method and of the order are the subject of the subclaims.

Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der dünne Oberflächenbereich mit einem stromdurchflossenen Sägedraht abgetrennt wird, dessen Abstand zur Oberflä che des Substrates während der Sägebewegung durch Ein wirkung magnetischer oder elektromagnetischer Kräfte gezielt beeinflusst wird.The process is characterized in that the thin surface area with a current flowing through it Saw wire is separated, the distance from the surface surface of the substrate during the saw movement by a effect of magnetic or electromagnetic forces is influenced in a targeted manner.

Das Sägen von Halbleitermaterial wird heutzutage eingesetzt, um die Wafer aus den monokristallin gezogenen Siliziumstäben zu schneiden. Die Präzision von so genannten Innenloch- und Drahtsägen reicht hierbei aus, um Wafer mit einem Durchmesser von 300 mm mit einer Genauigkeit von 50 µm von kompakten Stäben abzutrennen. Für die vorliegende Anwendung des Ab trennens dünner Oberflächenbereiche mit einer Restdicke von typisch 10 bis 60 µm von Wafersubstraten mit Durch messern zwischen 200 und 400 mm reicht die Präzision dieser zur Herstellung der Wafer eingesetzten Technik jedoch nicht aus. Dies liegt zum einen daran, dass die Flexibilität der abgeschnittenen Siliziumschicht zu einem Auswandern des Sägedrahtes in Richtung der Oberfläche führt, ohne dass dies durch die mechanische Sägeführung verhindert werden kann. Auch wenn diese Oberfläche durch einen harten Träger (Chuck) fixiert ist, ist aufgrund der mechanischen Diskontinuität mit einem Auswandern der Säge zu rechnen. Zum anderen ist das als Halbleitermaterial in der Regel eingesetzte Silizium gerade in den hier relevanten oberflächennahen Bereichen durch die Prozessierung nicht mehr mechanisch homogen. Durch Dotierung- und Oxidationsvorgänge sowie allgemein die thermische Behandlung und die damit verbundenen Kristallverspannungen unterscheiden sich diese oberflächennahen Schichten vom so genannten Bulk- Silizium. Diese mangelnde Homogenität führt ebenfalls zu einem Abweichen des Sägeelementes vom Sollverlauf. Diese ungünstigen Randbedingungen haben zur Folge, dass bisher die bekannten Sägeverfahren nicht zur Abtrennung dünner Oberflächenbereiche von Substraten eingesetzt wurden.Sawing semiconductor material is nowadays used to make the wafers from the monocrystalline cut drawn silicon rods. The precision ranges from so-called inner hole and wire saws to wafers with a diameter of 300 mm with an accuracy of 50 µm of compact rods separate. For the present application of Ab separating thin surface areas with a remaining thickness of typically 10 to 60 µm of wafer substrates with through Precision ranges from 200 to 400 mm this technology used to manufacture the wafers however not out. One reason for this is that the Flexibility of the cut silicon layer too a migration of the saw wire in the direction of Surface without this being caused by the mechanical Saw guidance can be prevented. Even if this Surface fixed by a hard carrier (chuck) is due to the mechanical discontinuity with to expect the saw to move. Second is that used as a semiconductor material as a rule Silicon especially in the relevant near-surface areas Areas due to the processing no longer mechanically homogeneous. Through doping and oxidation processes as well in general the thermal treatment and with it connected crystal strains differ these near-surface layers of the so-called bulk Silicon. This lack of homogeneity also leads to a deviation of the saw element from the target course. These unfavorable boundary conditions have the consequence that So far, the known sawing methods have not been used for separation used thin surface areas of substrates were.

Erfindungsgemäß wurde jedoch erkannt, dass die dünnen Oberflächenbereiche mit Dicken vor 10 bis 60 µm dennoch mit hoher Präzision unter Einsatz einer Säge technik abgetrennt werden können. Hierfür wird der Ab stand des Sägedrahtes zur Oberfläche des Substrates während der mechanischen Sägebewegung durch zusätzliche Einwirkung magnetischer oder elektromagnetischer Kräfte auf das Sägeelement gezielt, beeinflusst. Diese Beein flussung setzt voraus, dass der Sägedraht aus einem elektrisch leitfähigen, beispielsweise ferromagneti schen oder metallischen, Material besteht. Durch die Einwirkung dieser magnetischen oder elektromagnetischen Kräfte kann daher das oben beschriebene Auswandern des Sägeelementes verhindert werden. Die Beaufschlagung des Sägedrahtes mit den zusätzlichen Kräften, die senkrecht zur Oberfläche des Substrates wirken, lässt sich eine sehr präzise Schnittführung realisieren.According to the invention, however, it was recognized that the thin surface areas with thicknesses from 10 to 60 µm nevertheless with high precision using a saw technology can be separated. For this, the Ab stood the saw wire to the surface of the substrate during the mechanical saw movement by additional Exposure to magnetic or electromagnetic forces targeted to the saw element. These legs flow requires that the saw wire be made from one electrically conductive, for example ferromagneti or metallic, material exists. Through the Exposure to this magnetic or electromagnetic Forces can therefore emigrate as described above Saw element can be prevented. The application of the Saw wire with the additional forces that are vertical can act on the surface of the substrate realize a very precise cut.

Durch die Erfindung wird eine dynamisch steuerbare Säge realisiert, bei der die Führung des Sägedrahtes im Abstand von wenigen µm unter der Oberfläche des Sub strates, beispielsweise eines Halbleitersubstrates, im Wesentlichen parallel zur Oberfläche geführt und durch die genannten magnetischen Felder dynamisch so beein flusst werden kann, dass die gewünschte Abschneidetiefe reproduzierbar und präzise eingehalten wird. Das Ver fahren ermöglicht somit die Herstellung extrem dünner IC's und auch anderer Halbleiterbauelemente aus kri stallinem Silizium. Es kann darüber hinaus auch für die Herstellung extrem dünner Schichten von anderen Halb leiter- und Keramikmaterialien eingesetzt werden. Ins besondere lässt sich mit dem Verfahren und der zugehö rigen Anordnung der oberste Bereich eines bereits fer tig prozessierten Wafers in einer Restdicke von 10 bis 60 µm exakt parallel zur Oberfläche abschneiden. Selbstverständlich ist dieses Verfahren hierbei nicht auf Waferdimensionen beschränkt. So können beispiels weise auch kleinere Einheiten, wie beispielsweise ein zelne Chip's, mit dem vorliegenden Verfahren bearbeitet werden.The invention makes a dynamically controllable Saw realized in which the guide of the saw wire at a distance of a few µm below the surface of the sub strates, for example a semiconductor substrate, in Run and run essentially parallel to the surface the magnetic fields mentioned so influenced dynamically that the desired cutting depth can be flowed reproducible and precise. The Ver driving thus enables the production to be extremely thin IC's and also other semiconductor components made of kri stallin silicon. It can also be used for Production of extremely thin layers from other half conductor and ceramic materials are used. in the special can be with the procedure and the associated arrangement of the top area of an already remote processed wafers in a residual thickness of 10 to Cut 60 µm exactly parallel to the surface. Of course, this procedure is not limited to wafer dimensions. For example also assign smaller units, such as individual chips, processed with the present method become.

Durch das Verfahren wird der restliche Wafer nicht vollständig zerstört. Der abgetrennte, keine Bauelemen te tragende Waferteil kann vielmehr weiter verwendet werden. Er steht zwar nicht mehr für eine Bauelemente fertigung zur Verfügung, da er nach einem Prozessdurch lauf eine so genannte "thermal history" und auch eine so genannte "contamination/gettering history" trägt. Er ist jedoch beispielsweise immer noch für die Herstel lung hocheffizienter Solarzellen einsetzbar. Bei Be rücksichtigung dieser Weiterverwendung könnten dünne IC's in der Zukunft sogar preiswerter fertigbar sein als konventionell dicke Bauelemente. Gegenüber dem be kannten Volumenschleifen zum Rückdünnen von Wafern wird bei Einsatz des vorliegenden Verfahrens auch weniger Schleifmittel verbraucht, so dass weniger Abfall in Form von Slurry und insbesondere von Silizium-Schlamm erzeugt wird. Der Bauelemente tragende Wafer erfährt eine geringere thermische Belastung. Weiterhin ist auch eine effektive Entwärmung zur frei zugänglichen Wafer rückseite möglich.The process does not remove the rest of the wafer completely destroyed. The separated, no building elements Rather, the supporting wafer part can be used further become. It is no longer a component Manufacturing is available because it runs through a process run a so-called "thermal history" and also one so-called "contamination / gettering history". He is, for example, still for manufacturers highly efficient solar cells. At Be considering this reuse could be thin ICs will be even cheaper to manufacture in the future than conventionally thick components. Opposite the be volume grinding for back-thinning wafers even less when using the present method Abrasive consumed, so less waste in Form of slurry and especially silicon sludge is produced. The component-carrying wafer experiences a lower thermal load. Furthermore, too effective cooling to the freely accessible wafer back possible.

Die magnetischen oder elektromagnetischen Kräfte zur Einwirkung auf den Sägedraht können in unter schiedlicher Weise erzeugt werden.The magnetic or electromagnetic forces to act on the saw wire in below generated in different ways.

In jedem Fall wird hierfür der Sägedraht während der Sägebewegung mit einem elektrischen Strom beaufschlagt. Weiterhin werden ein oder mehrere magnetische Felder erzeugt, in denen der Sägedraht in Ausführung der Sägebewegung geführt wird. Diese ein oder mehrere Magnetfelder können entwe der nur in einem mittigen Oberflächenbereich des Sub strates erzeugt oder auch an mehreren Stellen entlang des Sägedrahtes vorgesehen werden. Die Magnetfelder können mittels geeigneter Leiterschleifen oder Spulen sowie durch Permanentmagnete bereitgestellt werden. Diese Elemente zur Erzeugung der Magnetfelder werden vorzugsweise direkt auf oder knapp oberhalb der abzu trennenden Oberflächenschicht positioniert. In any case, the saw wire is used for this the saw movement with a electrical current is applied. Furthermore, a or generated several magnetic fields in which the Saw wire guided in the execution of the saw movement becomes. These one or more magnetic fields can escape that only in a central surface area of the sub strates generated or along several places of the saw wire are provided. The magnetic fields can by means of suitable conductor loops or coils as well as provided by permanent magnets. These elements are used to generate the magnetic fields preferably directly on or just above the ab separating surface layer positioned.

Die dynamische Beeinflussung des Sägedrahtes senkrecht zur Oberfläche kann einerseits durch Änderung der Stromstärke und Stromrichtung durch den Sägedraht in einem konstanten externen Magnetfeld oder durch Än derung der Größe des oder der extern erzeugten Magnet felder erfolgen. Die physikalischen Zusammenhänge sind dem Fachmann geläufig.The dynamic influence of the saw wire perpendicular to the surface can be changed the current strength and current direction through the saw wire in a constant external magnetic field or by Än change in the size of the magnet or magnets generated externally fields. The physical relationships are familiar to the expert.

Vorzugsweise wird der momentane Abstand des Sägedrahtes zur Oberfläche während der Sägebewegung an ein oder mehreren Stellen entlang des Sägedrahtes er fasst und einer Abweichung von einem Sollabstand durch die gezielte Änderung der einwirkenden elektrischen oder elektromagnetischen Kräfte entgegengewirkt. Dies kann ebenfalls an einer oder lokal an mehreren Stellen entlang des Sägedrahtes erfolgen. Die Abstandsmessung erfolgt hierbei über bekannte induktive oder magneti sche Messprinzipien, beispielsweise durch geeignet im Bereich der Oberfläche angeordnete Magnetfeldsensoren.The instantaneous distance of the saw wire is preferred to the surface during the saw movement one or more places along the saw wire and a deviation from a target distance the deliberate change of the acting electrical or counteracting electromagnetic forces. This can also be in one place or locally in several places done along the saw wire. The distance measurement takes place via known inductive or magneti cal measuring principles, for example by suitable in Area of the surface arranged magnetic field sensors.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Anord nung bzw. des vorliegenden Verfahrens wird der momenta ne Abstand des Sägedrahtes zur Oberfläche aus der Rückwirkung des vom stromdurchflossenen Sägedraht in duzierten magnetischen Feldes auf Leiterschleifen oder Spulen ermittelt, die zur Erzeugung des die Sägerich tung beeinflussenden Magnetfeldes vorgesehen sind. Zur Erfüllung beider Funktionen, das heißt der Abstandsmes sung sowie der Beeinflussung der Sägerichtung, wird die zeitliche Abfolge von Abstandsmessung und Beeinflussung bzw. Steuerung des Sägedrahtes im Sinne eines übli chen und bekannten Zeitmultiplexing mit hoher zeitli cher Rate durchgeführt. In one embodiment of the present arrangement the current method ne distance of the saw wire to the surface from the Reaction of the saw wire through which current flows induced magnetic field on conductor loops or Coils determined to generate the sawmill device influencing magnetic field are provided. to Fulfillment of both functions, i.e. the distance measurement solution and influencing the sawing direction, the chronological sequence of distance measurement and influencing or control of the saw wire in the sense of an ordinary Chen and known time multiplexing with high temporal rate.

Für die Ermittlung des Abstandes bzw. der Tiefe des Sägedrahtes unter der Oberfläche kann dem Strom im Sägedraht auch eine höherfrequente Komponente über lagert werden, die sich vom eigentlichen, für die Säge führung verwendeten Steuerstrom über bekannte elektro technische Verfahrender Steuer- und Regelungstechnik, beispielsweise einer einfachen Filterung mit einem Kon densator, abtrennen lässt. Eine derartige höherfrequen te Stromkomponente kann beispielsweise im Bereich der Tonfrequenzen liegen. Auf diese Weise lässt sich die Steuerung über die Größe und Richtung der Gleichstrom komponente realisieren, während gleichzeitig der Ab stand durch Auswertung des durch das überlagerte Wech selfeld erzeugten magnetischen Flusses realisiert wer den kann.For determining the distance or depth of the saw wire under the surface can current a higher frequency component in the saw wire be stored away from the actual, for the saw used control current via known electro technical control and regulation technology, for example a simple filtering with a con capacitor, can be disconnected. Such a higher frequency te current component can, for example, in the range of Sound frequencies. In this way, the Control over the size and direction of the direct current realize component while at the same time the Ab stood by evaluating the overlaid change magnetic field generated magnetic field realized that can.

Bei Anordnung mehrerer Messaufnehmer bzw. Magnet feldsensoren entlang des Sägedrahtes an der Oberflä che des Substrates kann das Tiefensignal dieser mehre ren Messpunkte einem Rechner zugeleitet werden, der aus den Signalen ein aktuelles Tiefenprofil und darauf auf bauend Korrektursignale für die einzelnen Steuer- bzw. Korrekturelemente errechnet.When arranging several sensors or magnets field sensors along the saw wire on the surface surface of the substrate can increase the depth signal of these measuring points are fed to a computer which the signals a current depth profile and on it building correction signals for the individual control or Correction elements calculated.

Das Verfahren ist nicht auf großflächige, tangen tial abzuschneidende Substrate in den Dimensionen eines typischen Siliziumwafers beschränkt. Beispielsweise ist es, wie bereits erwähnt, auch möglich, kleine Struktu ren mit wenigen mm Durchmesser oder Kantenlänge mit dem vorliegenden Verfahren zu bearbeiten. Dies kann zum so genannten Chip-size-slicing eingesetzt werden. Insbe sondere für ein derartiges Chip-size-slicing ist eine externe aktive Steuerung nicht zwingend notwendig. So kann beispielsweise das äußere, vorzugsweise von einem Rechner erzeugte bzw. gesteuerte Magnetfeld durch einen Permanentmagneten ersetzt werden. Die Beeinflussung des Sägedrahtes erfolgt dann durch Stromstärke und -richtung des im Sägedraht fließenden Stromes.The process is not based on large-scale, tang tially cut substrates in the dimensions of a typical silicon wafer limited. For example as already mentioned, it is also possible to have a small structure with a few mm diameter or edge length with the to process existing procedures. This can be so mentioned chip size slicing can be used. in particular is special for such a chip size slicing external active control is not absolutely necessary. So can, for example, the outer, preferably of one Computer generated or controlled magnetic field by a Permanent magnets to be replaced. Influencing the Saw wire is then done by amperage and -direction of the current flowing in the saw wire.

Das Magnetfeld kann bei geeigneter Ausführung durch ein vom Draht induziertes Wirbelstromfeld erzeugt werden, indem dem Strom eine zeitlich veränderliche Komponente, beispielsweise eine Wechselstromkomponente, überlagert wird, die in einem nahe der Oberfläche ange brachten, vorzugsweise flächigen Leiter ein Gegenfeld induziert. Durch das nicht notwendigerweise sinusförmi ge Tastverhältnis der Wechselspannung können zusammen mit dem ohmschen Widerstand dieses Leiters Felder bzw. Kräfte verschiedener Richtung und Größe erreicht wer den, um die Sägerichtung zu beeinflussen.The magnetic field can with a suitable design generated by an eddy current field induced by the wire by changing the current over time Component, for example an AC component, is superimposed in a near surface brought, preferably flat conductors an opposing field induced. Because of the not necessarily sinusoidal Duty cycle of the AC voltage can be together with the ohmic resistance of this conductor fields or Forces of different directions and sizes are reached to influence the sawing direction.

Weiterhin ist es möglich, durch Überlagerung eines Wechselfeldes eine Vibration des Sägedrahtes im exter nen Magnetfeld hervorzurufen, die für eine Verbreite rung des Sägeschnittes eingesetzt werden kann. Dies kann sich vorteilhaft auf die Abnutzung des Sägedrahtes und auch einer externen Slurry-Zufuhr auswirken. Bei einer zusätzlichen Erfassung der Schwingungsamplitude dieser erzwungenen Vibration kann eine Aussage über den mechanischen Spannungszustand des Sägedrahtes getrof fen werden. It is also possible to overlay a Alternating field vibration of the saw wire in the external to generate a magnetic field that is necessary for a widespread use tion of the saw cut can be used. This can be beneficial on the wear of the saw wire and also affect an external slurry supply. at an additional detection of the vibration amplitude this forced vibration can make a statement about the mechanical tension state of the saw wire hit be opened.

Die Anordnung zum Abtrennen der dünnen Oberflä chenschichten sieht insbesondere eine Halteeinrichtung zur Halterung des Substrates, beispielsweise in Form einer Vakuumansaugvorrichtung, und eine Führung sowie eine Antriebseinrichtung für einen Sägedraht vor, wie sie aus dem Stand der Technik zum Abtrennen von Wafern aus einem Siliziumkristall eingesetzt werden. Die An ordnung sieht eine Einrichtung zur Beaufschlagung des Sägedrahtes mit einem elektrischen Strom sowie ein oder mehrere Mittel zur Erzeugung eines oder mehrerer magne tischer Felder vor, die während der Sägebewegung auf den Sägedraht einwirken. Diese Mittel zur Erzeugung ei nes oder mehrerer magnetischer Felder sind vorzugsweise in direktem Kontakt mit oder knapp oberhalb der Ober fläche des abzutrennenden Oberflächenbereichs angeord net. Sie müssen nicht zwangsläufig mit dem Sägedraht bzw. dessen Führung mechanisch gekoppelt sein.The arrangement for separating the thin surface chichten sees in particular a holding device for holding the substrate, for example in the form a vacuum suction device, and a guide as well a drive device for a saw wire before, such as them from the prior art for wafers can be used from a silicon crystal. The An ordinance sees a facility to act upon the Saw wire with an electric current as well as a or several means for generating one or more magne table fields on during the saw movement act on the saw wire. This means of generating egg nes or more magnetic fields are preferred in direct contact with or just above the upper area of the surface area to be separated net. You don't necessarily have to use the saw wire or its guide can be mechanically coupled.

Vorzugsweise ist eine Steuer- und/oder Regelein heit vorgesehen, mit der die Stromstärke und -richtung des Stromes durch den Draht und/oder die Größe und Po lung der ein oder mehreren magnetischen Felder gesteu ert werden können. In einer besonderen Ausführung er folgt eine automatische Regelung dieser Größen, um ei nen vorgebbaren Sollabstand des Sägedrahtes während der Sägebewegung zur Oberfläche des Substrates einzu halten. Dieser Sollabstand wird über geeignete Sensoren erfasst.A control and / or regulation is preferred unit provided with which the current intensity and direction the current through the wire and / or the size and butt the one or more magnetic fields control can be learned. In a special version he there follows an automatic regulation of these quantities in order to NEN predefined target distance of the saw wire during the saw movement to the surface of the substrate hold. This target distance is determined by suitable sensors detected.

Während in der bevorzugten Ausführungsform eine parallel zur Oberfläche verlaufende Schnittfläche ange strebt wird, kann diese, falls dies für die jeweilige Anwendung erforderlich ist, selbstverständlich auch eine andere, beispielsweise wellenförmige, Geometrie auf weisen. Die gewünschte Geometrie der Schnittfläche bzw. deren Abstandsverlauf zur Oberfläche des Substrates kann über die Einwirkung der magnetischen oder elektro magnetischen Kräfte auf den Sägedraht gezielt gesteu ert werden.While in the preferred embodiment one Cut surface parallel to the surface is striving for this, if this is for the respective Application is required, of course also one other, for example wavy, geometry point. The desired geometry of the cut surface or their distance profile to the surface of the substrate can be influenced by magnetic or electro Targeted magnetic forces on the saw wire be recognized.

Als Substrate kommen neben Halbleitersubstraten selbstverständlich auch andere Hartstoff-Substrate, wie beispielsweise Keramiksubstrate in Betracht. Das Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung liegt jedoch auf dem Gebiet der Erzeugung dünner Halbleiter schichten.In addition to semiconductor substrates, there are also substrates of course, other hard material substrates, such as for example ceramic substrates. The The main field of application of the present invention is however in the field of thin semiconductor production layers.

Das vorliegende Verfahren wird nachfolgend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens noch einmal kurz anhand eines Ausführungsbeispiels in Ver bindung mit der einzigen Figur erläutert.The present method is subsequently without Limitation of the general idea of the invention once briefly using an exemplary embodiment in Ver bond explained with the single figure.

embodiment

Im vorliegenden Beispiel wird ein dünner Oberflä chenbereich eines Siliziumsubstrates 4 mit bereits pro zessierten Bauelementen 7 von dem Substrat 4 abge trennt. Es wird eine Drahtsäge mit einem umlaufenden Sägedraht 1 eingesetzt, der parallel zur Oberfläche des Substrates 4 in einem Abstand von ca. 10 bis 60 µm - je nach beabsichtigter Schichtdicke - tangential an dem Siliziumwafer 4 ansetzt. Der Siliziumwafer 4 ist hier bei auf einem festen Chuck fixiert (in der Figur nicht dargestellt). Der Sägedraht 1 mit einer Dicke von eini gen 100 µm besteht aus einem Metall bzw. Hartmetall, in dessen Gefüge Hartkörper wie beispielsweise Diamant- Körner entsprechender Größe eingebettet sind. Weiterhin können diese Hartkörper mittels einer Schleifflüssig keit (Slurry) zugeführt werden. Auf die verschiedenen Möglichkeiten dieser Sägetechnik soll hier nicht näher eingegangen werden, da diese aus dem oben genannten Stand der Technik bekannt sind.In the present example, a thin surface area of a silicon substrate 4 with components 7 which have already been processed is separated from the substrate 4 . A wire saw with a peripheral saw wire 1 is used, which attaches tangentially to the silicon wafer 4 parallel to the surface of the substrate 4 at a distance of approximately 10 to 60 μm, depending on the intended layer thickness. The silicon wafer 4 is fixed here on a fixed chuck (not shown in the figure). The saw wire 1 with a thickness of 100 microns gene consists of a metal or hard metal, in the structure of which hard bodies such as diamond grains of appropriate size are embedded. Furthermore, these hard bodies can be fed by means of a grinding liquid (slurry). The various possibilities of this sawing technology will not be discussed in detail here, since they are known from the prior art mentioned above.

Zur dynamischen Kontrolle des Säge-Weges bzw. des Abstandes des Sägedrahtes 1 zur Oberfläche des Sub strates 4 wird durch den Sägedraht 1 ein elektrischer Strom 2 (I = I0 + I1(t)) definierter Stärke geleitet. Dieser Strom verläuft aufgrund der vergleichsweise ge ringen Leitfähigkeit des Siliziums und des mangelhaften Kontaktes zwischen Draht 1 und Silizium 4 ganz überwie gend im Draht 1. Im oder auch hinter dem nicht darge stellten Haltechuck nahe oder unmittelbar an der Ober fläche, vorzugsweise nahe der Nutzoberfläche des Wafers 4, sind ein oder mehrere Magnetfeldsensoren 3 angeord net, die den Abstand des Drahtes 1 auch innerhalb des zu schneidenden Festkörpersubstrates 4 auf induktive Weise mit hoher Präzision ermitteln können. Diese Tie fenmessung macht sich die Tatsache zunutze, dass Sili zium sowie auch mit Bauelementen versehenes Silizium keine ferromagnetischen oder auch kompakt leitenden Substanzen enthält, die eine derartige Messung störend beeinflussen könnten.For dynamic control of the sawing path or the distance of the sawing wire 1 to the surface of the substrate 4 , an electric current 2 (I = I0 + I1 (t)) of defined strength is passed through the sawing wire 1 . Due to the comparatively low conductivity of the silicon and the poor contact between wire 1 and silicon 4, this current runs predominantly in wire 1 . In or behind the not shown neck jerk near or immediately to the upper surface, preferably near the useful surface of the wafer 4 , one or more magnetic field sensors 3 are angeord net, the distance of the wire 1 also within the solid substrate 4 to be cut in an inductive manner can determine with high precision. This depth measurement takes advantage of the fact that silicon and silicon provided with components do not contain any ferromagnetic or compactly conductive substances which could interfere with such a measurement.

Die während der Sägebewegung - im vorliegenden Beispiel an mehreren Positionen entlang des Sägedrahtes - gewonnenen Tiefen-Daten werden einem Regelkreis zugeführt, der wiederum die Steuerelemente 3, die gleichzeitig als Magnetfeldsensoren dienen, zur Erzeu gung geeigneter Magnetfelder ansteuert, um auf den Sä gedraht 1 eine mechanische Korrektur auszuüben. Die Steuerelemente bzw. Magnetfeldsensoren 3 können durch Spulen- oder Leiterschleifen gebildet sein, mit denen sich anziehende und abstoßende Magnetfelder erzeugen lassen. Durch diese Magnetfelder lässt sich auf dem Sä gedraht 1 jeweils lokal eine zur Oberfläche hin oder von der Oberfläche weg gerichtete Kraft 6 ausüben, über die der Abstand des Sägedrahtes 1 zur Oberfläche ge zielt beeinflusst werden kann. Bedingt durch den gerin gen Abstand des Sägedrahtes 1 zur Oberfläche können diese Kräfte auch bei vergleichsweise geringen Strom stärken durch den Sägedraht 1, beispielsweise im Be reich von etwa 1 Ampere, Beträge erreichen, die den Sä gedraht 1 in die gewünschte Richtung lenken. The depth data obtained during the saw movement - in the present example at several positions along the saw wire - are fed to a control circuit, which in turn controls the control elements 3 , which also serve as magnetic field sensors, to generate suitable magnetic fields in order to generate a saw wire 1 on the saw wire to apply mechanical correction. The control elements or magnetic field sensors 3 can be formed by coil or conductor loops, with which attracting and repelling magnetic fields can be generated. By these magnetic fields directed toward the surface or away from the surface motor 6 can be at the SAE gedraht 1 respectively locally exert, via which the distance of the saw wire 1 ge to the surface can be influenced aims. Due to the small distance between the saw wire 1 to the surface, these forces can also achieve a comparatively low current through the saw wire 1 , for example in the range of about 1 ampere, amounts that guide the saw wire 1 in the desired direction.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Sägedraht bzw. Sägeblatt
Saw wire or saw blade

22

eingeprägter Strom
impressed current

33

Leiterschleifen/-spulen und/oder Sensoren
Conductor loops / coils and / or sensors

44

zu schneidender Wafer
wafer to be cut

55

Bewegungsrichtung des Sägedrahtes
Direction of movement of the saw wire

66

resultierende Vertikalkraft auf den Sägedraht
resulting vertical force on the saw wire

77

Bauelemente
components

Claims

1. A method for separating thin surface areas from substrates, in particular from semiconductor or ceramic substrates, in which an electrically conductive saw element ( 1 ) leads in execution of a saw movement under the surface of the substrate ( 4 ) and the distance of the saw element ( 1 ) to the surface during the sawing motion by Einwir kung magnetic or electromagnetic forces to the saw element (1) is specifically influenced, characterized in that the saw element is a saw wire (1) which is charged during the sawing motion with an electric current (2) to to enable the influence of the distance of the saw wire ( 1 ) to the surface by the action of magnetic or electromagnetic forces.

2. The method according to claim 1, characterized, that the current distance during the saw movement detected and a deviation from a target distance by the action of magnetic or electro magnetic forces is counteracted.

3. The method according to claim 2, characterized in that the instantaneous distance is detected via magnetic field sensors ( 3 ) which are arranged in the region of the surface.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the saw wire ( 1 ) is acted upon by one or more externally generated magnetic fields, the influence of the distance by changing the current strength and current direction of the electric current through the saw wire ( 1 ) is done.

5. The method according to claim 4, characterized, that the magnetic field or magnetic fields by one or several permanent magnets are generated.

6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the saw wire ( 1 ) is acted upon by one or more externally generated magnetic fields, the influence of the distance being effected by changing the externally generated magnetic fields.

7. The method according to claim 6, characterized in that the magnetic field or magnetic fields are generated by one or more coils or conductor loops ( 3 ), with which both repulsive and attracting local magnetic fields can be generated.

8. The method according to claim 7, characterized in that the instantaneous distance is determined from the reaction of the magnetic field induced by the current-carrying saw wire ( 1 ) to the conductor loops ( 3 ) or coils, the generation of the magnetic fields for influencing the saw wire ( 1 ) and the detection of the current distance in time multiplexing.

9. The method according to any one of claims 2 to 8, characterized in that the current ( 2 ) through the saw wire ( 1 ) is superimposed with a higher-frequency component, which is used to determine the instantaneous distance.

10. The method according to any one of claims 4 to 9, characterized in that the plurality of magnetic fields are generated independently of one another along the saw wire ( 1 ).

11. The method according to claim 10, characterized in that the instantaneous distance at several locations along the saw wire ( 1 ) is detected and a deviation from a desired distance is counteracted by local action of the magnetic or electromagnetic forces.

12. The method according to any one of claims 4 to 11, characterized in that the magnetic field is generated by an AC component of the current flowing through the saw wire ( 1 ) current ( 2 ) which induces a counter field in a conductor arranged near the surface, wherein the opposite field is set via the duty cycle of the alternating current.

13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that a vibration of the saw wire ( 1 ) is brought about by the superposition of an electromagnetic alternating field during the saw movement.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the substrate ( 4 ) is held on its surface with a vacuum suction device.

15. Arrangement for separating thin surface layers from substrates, in particular from semiconductor or ceramic substrates, with a holding device for holding a substrate ( 4 ), a guide and a drive device for a saw element ( 1 ), and
one or more means ( 3 ) for generating one or more magnetic fields which act on the sawing element ( 1 ) during a sawing movement,
characterized,
that the guide and the drive device for guiding and driving a saw wire ( 1 ) are designed as a saw element,
and that a device for supplying the saw wire ( 1 ) with an electric current ( 2 ) is provided.

16. The arrangement according to claim 15, characterized in that the one or more means ( 3 ) can be positioned in the region of the surface of a substrate ( 4 ) held by the holder.

17. Arrangement according to one of claims 15 or 16, characterized in that magnetic field sensors ( 3 ) are provided which can be positioned in the region of the surface of a substrate ( 4 ) held by the holder.

18. Arrangement according to one of claims 15 to 17, characterized in that the means and / or magnetic field sensors ( 3 ) are arranged in the region of the surface in the middle of the saw length.

19. Arrangement according to one of claims 15 to 17, characterized in that the means and / or magnetic field sensors ( 3 ) in the region of the surface at several positions along the saw wire ( 1 ) are provided.

20. Arrangement according to one of claims 17 to 19, characterized in that a control and / or regulating unit is provided which controls the current ( 2 ) through the saw wire ( 1 ) and / or the one or more magnetic fields as a function of one via the magnetic field sensors ( 3 ) detects the instantaneous distance of the saw wire ( 1 ) from the surface of a substrate ( 4 ) in such a way that a predetermined target distance is maintained.

21. Arrangement according to one of claims 17 to 20, characterized in that the magnetic field sensors ( 3 ) are coils or conductors.

22. Arrangement according to one of claims 15 to 21, characterized in that the one or more means ( 3 ) for generating one or more magnetic fields are formed by one or more permanent magnets, coils or conductors.