DE10122845A1

DE10122845A1 - Verfahren zum Trennen einer Verbindung zwischen einem scheibenförmigen Gegenstand und einem Trägerwafer

Info

Publication number: DE10122845A1
Application number: DE2001122845
Authority: DE
Inventors: Friedrich Kroener
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2021-05-12
Also published as: DE10122845C2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trage- und Schutzvorrichtung für scheibenförmige Gegenstände bzw. Produktwafer (1) sowie ein dazugehöriges Trennverfahren, wobei auf einen Trägerwafer (2) ein Kanalsystem (5) zur Realisierung einer Vielzahl von Vorsprüngen (3) zum Tragen eines Produktwafers (1) sowie eine durchgehende Öffnung (4) zum Einbringen eines Strömungsmittels (HF) in das Kanalsystem (5) ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der Produktwafer (1) besonders schnell und einfach vom Trägerwafer (2) gelöst werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Trage- und Schutzvorrichtung für scheibenförmige Gegenstände sowie ein dazugehöriges Trennverfahren und insbesondere auf einen Trä gerwafer für ultradünne Produktwafer.

Insbesondere für sogenannte Chipkarten und Smart Cards werden derzeitige Halbleiterbauelemente zunehmend auf sehr dünnen Halbleiterkörpern bzw. -wafern hergestellt, die beispielswei se eine Dicke < 100 µm aufweisen. Derartige ultradünne Wafer können beispielsweise mittels Wafern, die eine Dicke von ca. 500 bis 1000 µm aufweisen und nach der Herstellung von jewei ligen Halbleiterbauelementen dünngeschliffen werden, herge stellt werden.

Solche ultradünnen Produktwafer sind jedoch aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften sehr schwierig handhabbar und lassen sich nicht mit denselben Fertigungsmaschinen sowie Transport- und Halterungsvorrichtungen bearbeiten, wie Halbleiterwafer mit einer herkömmlichen Standarddicke. Des halb müssen oftmals eigens für ultradünne Produktwafer modi fizierte Fertigungsmaschinen und Transportvorrichtungen her gestellt werden, die für spezielle Waferkassetten ausgelegt und die eigens für ultradünne Wafer konstruiert sind, übli cherweise manuell zu bedienende Greifervorrichtungen zur Bestückung der Fertigungsmaschinen aufweisen.

Neben der Handhabung derartiger ultradünner Produktwafer besteht darüber hinaus oftmals die Notwendigkeit einer ein seitigen Bearbeitung, beispielsweise zum Nassätzen von Sili ziumwafern, wodurch eine beidseitig vorhandene Schicht (z. B. Oxidschicht) nur auf einer Seite entfernt werden soll.

Eine derartige Vorrichtung zum Schutz einer Oberfläche wäh rend der chemischen Behandlung von Siliziumwafern ist bei spielsweise aus der Druckschrift DE 35 22 465 bekannt, wobei ein Halbleiterwafer auf eine tellerförmige Halterung aufge bracht und mittels Unterdruck an der Halterung festgehalten wird.

Ferner ist aus der Druckschrift EP 0 871 207 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum einseitigen Bearbeiten von scheiben förmigen Gegenständen bekannt, wobei ein zu bearbeitender Siliziumwafer auf einer Halteplatte angeordnet wird. Unter halb des Siliziumwafers besteht hierbei die Möglichkeit, ein gasförmiges Medium einzuleiten, wodurch der Wafer von der Halteplatte abgehoben und seine Unterseite von beispielsweise einem an der Oberfläche anliegenden reaktiven Ätzmedium frei gehalten wird.

Ferner werden neuerdings ultradünne Produktwafer auf soge nannte Trägerwafer, d. h. Halbleiterwafern mit herkömmlicher Waferdicke, aufgebracht bzw. damit verbunden, wodurch sie wie herkömmliche Halbleiterwafer in vorhandenen Halbleiterferti gungsanlagen verarbeitet werden können und einen Schutz von einer Seite des Produktwafers ermöglichen. Nachteilig ist hierbei jedoch eine schwierige, zeitraubende und oftmals unzureichende Trennung des ultradünnen Produktwafers von seinem Trägerwafer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Trage- und Schutzvorrichtung für scheibenförmige Gegenstände sowie ein dazugehöriges Trennverfahren zu schaffen, mit dem eine Trennung des Produktwafers von seiner Trage- und Schutzvor richtung bzw. seinem Trägerwafer auf besonders schnelle, zuverlässige und kostengünstige Art und Weise erfolgt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der Trage- und Schutzvorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Trennverfahrens durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 6 gelöst.

Insbesondere durch die Verwendung eines Trägerwafers mit einem Kanalsystem zur Realisierung einer Vielzahl von Vor sprüngen, auf denen der Produktwafer befestigt ist, und durch Ausbildung einer durchgehenden Öffnung zum Einbringen eines Strömungsmittels in das Kanalsystem kann der Produktwafer sowohl zuverlässig geschützt als auch auf besonders einfache Art und Weise von seiner Trage- und Schutzvorrichtung bzw. seinem Trägerwafer getrennt werden.

Vorzugsweise ist das Strömungsmittel ein Trennmittel (wie z. B. Flusssäure) zum Trennen des Produktwafers vom Trägerwa fer oder ein Schutzmittel (wie z. B. Wasser, Luft oder Stick stoff) zum Schützen einer Oberfläche des Produktwafers vor unbeabsichtigten Angriffen bei einer Halbleiterfertigung.

Die das Kanalsystem ausbildenden Vorsprünge können beispiels weise singuläre Podeste oder miteinander verbundene Stege darstellen, weshalb sie mit herkömmlichen lithografischen Verfahren und Ätztechniken besonders einfach hergestellt werden können.

Vorzugsweise ist das Kanalsystem in einem Randbereich des Trägerwafers offen, wodurch sich ein ungehinderter Durchfluss des Strömungsmittels ergibt.

Hinsichtlich des Verfahrens zum Trennen der Verbindung zwi schen einem Produktwafer und einem Trägerwafer wird vorzugs weise ein Befüllungssystem an die Öffnung des Kanalsystems angeschlossen und anschließend das Trennmittel in das Kanal system zum Auflösen einer jeweiligen Verbindung durchgeführt. Auf diese Weise kann insbesondere bei oxidischen Verbindungen eine Trennung besonders schnell und zuverlässig erfolgen.

Vorzugsweise wird zur Vermeidung eines Zustands bei dem ein ultradünner Produktwafer ohne Trägerwafer vorliegt ferner eine zweite Trage- und Schutzvorrichtung bzw. ein zweiter Trägerwafer mit dem Produktwafer verbunden und anschließend die Trennung durchgeführt. Der sehr empfindliche Produktwafer ist somit zu jedem Zeitpunkt vor mechanischer Zerstörung geschützt.

Ferner kann ein zweites Befüllungssystem an die Öffnung des Kanalsystems der zweiten Trage- und Schutzvorrichtung bzw. des zweiten Trägerwafers angeschlossen werden, wobei ein Schutzmittel in das Kanalsystem eingebracht wird. Auf diese Weise kann insbesondere bei einem Trennvorgang ein unbeab sichtigtes Ablösen des Produktwafers von dem zweiten Träger wafer zuverlässig verhindert werden. Ferner kann jedoch auch in herkömmlichen Bearbeitungsschritten eine unbeabsichtigte Bearbeitung einer Rückseite des Produktwafers dadurch verhin dert werden.

Vorzugsweise kann darüber hinaus eine Rotation des Trägerwa fers mit seinem Produktwafer während dem Einbringen des Strö mungsmittels durchgeführt werden, wodurch ein weiterer Schutz vor einer unbeabsichtigten Ablösung der Verbindung bzw. unbe absichtigten Bearbeitung realisiert wird und die Strömungsei genschaften des Strömungsmittels verbessert sind.

In den weiteren Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbei spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Schnittansicht eines Trägerwafers mit Produktwafer;

Fig. 2 eine vereinfachte Draufsicht des Trägerwafers gemäß Fig. 1; und

Fig. 3 eine vereinfachte Schnittansicht eines Produktwa fers mit zwei Trägerwafern zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Trennverfahrens.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht einer Trage- und Schutzvorrichtung bzw. eines Trägerwafers 2 und eines scheibenförmigen Gegenstandes 1, wie er beispielsweise als ultradünner Produktwafer bekannt ist.

Gemäß Fig. 1 wird zur vereinfachten Handhabung bzw. Weiter verarbeitung der ultradünne Produktwafer 1 über eine Verbin dung 6 mit der Trage- und Schutzvorrichtung bzw. dem Träger wafer 2 verbunden.

Genauer gesagt wird beispielsweise eine Flüssigschicht aus Alkohol und polymerisierten sowie teilweise durch organische Reste substituierten Kieselsäuremolekülen auf beispielsweise dem Produktwafer 1 ausgebildet. Vorzugsweise wird ein dicker, flüssiger Film mit alkoholatisch verdünnten, halborganischen Kieselsäureketten als Flüssigschicht aufgeschleudert. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Flüssigschicht noch ein deutig in der flüssigen Phase am Produktwafer und kann in dieser Form noch keine Verbindung mit dem Trägerwafer einge hen.

Aus diesem Grund wird zunächst ein Nieder-Temperaturschritt durchgeführt, bei dem die alkoholatischen Lösungsmittel bzw. Mittel zum Verdünnen oder Einstellen der richtigen Viskosität teilweise verdunsten. Andererseits darf die Temperatur bei diesem Herstellungsschritt noch nicht so hoch sein, dass bereits eine Vernetzung der halborganischen Kieselsäurepoly mere eintritt.

Insbesondere Methylsilsesquioxan in Butanol (als Alkohol) verdünnt ist zur Realisierung der Verbindung 6 geeignet, wenn es mit einer Drehzahl von ca. 500 U/min auf mindestens einen der beiden Wafer aufgeschleudert wird und sodann bei ca. 75°C auf einer Heizplatte dem Großteil des Butanols Gelegenheit gegeben wird, zu verdunsten.

In einem nachfolgenden Schritt wird der Produktwafer 1 mit dem Trägerwafer 2 in Kontakt gebracht und z. B. unter Einwir ken einer gleichmäßigen Druckkraft zusammengefügt. Ferner wird ein Durchführen einer Temperaturbehandlung bei einer Mindesttemperatur von 300°C durchgeführt, um die eigentliche Verbindung 6 zu realisieren. Vorzugsweise werden die Wafer mit einem gleichförmigen Druck von mindestens 1000 Pascal beaufschlagt, wobei ein kontinuierliches Aufheizen erfolgt. Auf diese Weise erhält man durch eine Vernetzung der halbor ganischen Kieselsäurepolymere eine mechanisch stabile und hochtemperaturfeste oxidische Verbindung 6, die zu einem späteren Zeitpunkt auf besonders einfache Weise wieder lösbar ist.

Zur Verbesserung der einfachen und schnellen Auflösung dieser Verbindung 6 besitzt der Trägerwafer 2, der vorzugsweise aus einem herkömmlichen Siliziumhalbleiterwafer mit einer Dicke von ca. 500 bis 1000 µm besteht, eine Vielzahl von Vorsprün gen 3, die ein Kanalsystem 5 bzw. ein Hohlraumsystem zwischen dem Trägerwafer 2 und dem Produktwafer 1 ausbilden. Ferner besitzt der Trägerwafer 2 vorzugsweise in seinem Zentrumsbe reich eine durchgehende Öffnung 4 zum Einbringen eines Strö mungsmittels in das Kanalsystem 5.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Draufsicht des Trägerwafers 2 gemäß Fig. 1, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder ent sprechende Elemente bezeichnen.

Gemäß Fig. 2 werden auf dem Trägerwafer 2, der beispielswei se einen herkömmlichen Halbleiterwafer darstellt, mittels bekannter lithografischer Verfahren Vorsprünge 3 beispiels weise als rechteckige Podeste strukturiert und anschließend mittels eines herkömmlichen anisotropen oder Nass-Ätzver fahrens bearbeitet, wodurch sich das Kanalsystem 5 ergibt. Ein derartiger Trägerwafer 2 ist daher auf besonders einfache und kostengünstige Weise herzustellen.

Gemäß Fig. 2 sind die Vorsprünge 3 als quadratische Podeste auf dem gesamten Halbleiterwafer ausgebildet, wobei sie je doch auch eine andere Form aufweisen können. Insbesondere sind auch Stege 3', wie sie in Fig. 2 durch eine gestrichel te Linie gekennzeichnet sind, grundsätzlich denkbar, wodurch sich alternative Strömungsbedingungen im Kanalsystem 5 ein stellen lassen.

Nach dem Ausbilden der Vorsprünge 3 bzw. 3' wird in einem weiteren lithografischen Schritt vorzugsweise in einem Zent rumsbereich des Trägerwafers 2 eine Öffnung 4 strukturiert und mittels eines herkömmlichen anisotropen oder nasschemi schen Ätzverfahrens durch den gesamten Trägerwafer 2 freige ätzt. Ferner kann die durchgehende Öffnung auch mittels La serstrahlen ausgebildet werden, wodurch der zusätzliche Li thographieschritt entfällt.

Gemäß Fig. 1 erhält man auf diese Weise für die durchgehende Öffnung 4 eine Anschlussöffnung zum Einbringen eines Strö mungsmittels HF in das Kanalsystem 5 des Trägerwafers 2 und des beispielsweise damit verbundenen Produktwafers 1.

Der ultradünne Produktwafer 1 lässt sich somit wiederum durch herkömmliche Halbleiterfertigungsanlagen aufgrund des daran befestigten Trägerwafers 2 handhaben bzw. verarbeiten, wobei er ferner verbesserte Trennmöglichkeiten aufweist, wie nach folgend im einzelnen beschrieben wird.

Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht eines Produkt wafers 1 mit einem ersten Trägerwafer 2 und einem zweiten Trägerwafer 10 zur Veranschaulichung eines Trennverfahrens, wobei gleiche Bezugszeichen wiederum gleiche oder entspre chende Elemente bezeichnen und auf eine wiederholte Beschrei bung nachfolgend verzichtet wird.

Bei der nachfolgenden Betrachtung sei ein Produktwafer 1 zunächst nur mit einem Trägerwafer 2 über die oxidische Ver bindung 6 verbunden, wobei der zweite Trägerwafer 10 vorerst nicht betrachtet wird.

Zur Realisierung einer Trennung des Produktwafers 1 vom Trä gerwafer 2 wird gemäß Fig. 3 zunächst ein Befüllungssystem bestehend aus einem Anschlussstutzen 7, einem Anschlussrohr 8 und einem Dichtelement 9 an die Öffnung 4 des Kanalsystems 5 angeschlossen. Das Dichtelement 9 besteht beispielsweise aus einem O-Ring. Anschließend wird über das Rohrstück 8 und den Anschlussstutzen 7 ein Trennmittel HF als Strömungsmittel vorzugsweise in Form von Flusssäure in das Kanalsystem 5 eingebracht, wobei es im wesentlichen den gesamten Trägerwa fer 2 bzw. den darauf befestigten Produktwafer 1 durchströmt. Da somit an jedem der Vorsprünge 3 ein guter Flüssigkeitsaus tausch bzw. ein guter Abtransport der aufgelösten Verbindung 6 sowie eine gute Zuführung von frischem Trennmittel HF er folgt, kann die Verbindung 6 auf besonders schnelle und zu verlässige Art und Weise gelöst werden.

Dieser Trennvorgang läuft besonders schnell und zuverlässig ab, wenn die vorstehend beschriebene oxidische Verbindung 6 aus vernetzten halborganischen Kieselsäurepolymeren verwendet wird.

Zur Verhinderung eines singulären Produktwafers 1 kann gemäß Fig. 3 vor dem vorstehend beschriebenen Ablösen bzw. Auflö sen der Verbindung 6 zunächst eine zweite Trage- und Schutz vorrichtung bzw. ein zweiter Trägerwafer 10 am Produktwafer 1 mittels beispielsweise dem vorstehend beschriebenen Verfahren verbunden werden, wodurch eine zweite Verbindung 11 (vorzugsWeise oxidische Verbindung) ausgebildet wird. Nach dem Durch führen des vorstehend beschriebenen Trennvorgangs zum Ablosen des Trägerwafers 2 besteht in diesem Fall wiederum ein mecha nisch-stabiler Produktwafer 1 mit einem dazugehörigen Träger wafer 10, der nunmehr von seiner Vorderseite VS bearbeitet werden kann. Auf diese Weise kann sowohl eine Vorderseite VS als auch eine Rückseite RS eines ultradünnen Produktwafers 1 mittels herkömmlicher Halbleiterfertigungsanlagen bearbeitet oder geschützt werden.

Zur Realisierung eines verbesserten Schutzes beispielsweise einer Rückseite RS des Produktwafers 1 kann gemäß Fig. 3 nach dem Befestigen des zweiten Trägerwafers 10 über die zweite Verbindung 11 ebenfalls ein nicht dargestelltes zwei tes Befüllungssystem an die Öffnung des Kanalsystems des zweiten Trägerwafers 10 angeschlossen werden, und anschlie ßend ein Schutzmittel H₂O in das Kanalsystem des zweiten Trägerwafers zum Schützen der zweiten Verbindung 11 einge bracht werden. Auf diese Weise wird zuverlässig verhindert, dass ein im Randbereich des ersten Trägerwafers 2 ausströmen des Trennmittel HF eine Rückseite RS des Produktwafers 1 bzw. die zweite Verbindung 11 angreift.

Ferner kann ein derartiges Schutzmittel bei herkömmlichen Bearbeitungsprozessen zur Realisierung eines Schutzes der Rückseite RS des Produktwafers 1 eingesetzt werden.

Als Trennmittel HF wird vorzugsweise ein gasförmiges oder flüssiges, Flusssäure aufweisendes Strömungsmittel verwendet. Als Schutzmittel wird beispielsweise Wasser, Luft und/oder Stickstoff verwendet.

Zur weiteren Verbesserung eines Schutzes der Rückseite RS des Produktwafers 1 bzw. einer unbeabsichtigten Ablösung des Trägerwafers vom Produktwafer kann darüber hinaus eine Rota tion des Systems bestehend aus Trägerwafer 2 bzw. 10 und Produktwafer 1 sowie optional der dazugehörigen Befüllungssysteme durchgeführt werden, wodurch das Strömungsmittel und insbesondere das Trennmittel HF weit nach außen abgeschleu dert wird und somit ein unbeabsichtigtes Eindringen in das Kanalsystem des zweiten Trägerwafers 10 zuverlässig verhin dert wird. Darüber hinaus kann eine derartige Rotation eine Strömung innerhalb des Kanalsystems 5 positiv beeinflussen, wodurch sich eine Verbesserung des Trenn- bzw. Schutzvorgangs ergibt.

Die Erfindung wurde vorstehend an Hand von Siliziumhalblei terwafern als Trägerwafer bzw. Produktwafer beschrieben. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt und umfasst in gleicher Weise alternative Materialien.

Bezugszeichenliste

1

Produktwafer

2

,

10

Trägerwafer

3

,

3

' Vorsprung

4

Öffnung

5

Kanalsystem

6

,

11

Verbindungen

7

Anschlussstutzen

8

Rohrstück

9

Dichtelement
VS Vorderseite Produktwafer
RS Rückseite Produktwafer
HF Trennmittel
H₂

O Schutzmittel

Claims

1. Trage- und Schutzvorrichtung für scheibenförmige Gegens tände (1) bestehend aus einem Trägerwafer (2), dadurch gekennzeich net, dass an einer Seite des Trägerwafers (2) ein Kanal system (5) zur Realisierung einer Vielzahl von Vorsprüngen (3, 3') zum Tragen des scheibenförmigen Gegenstandes (1) und eine durchgehende Öffnung (4) zum Einbringen eines Strömungs mittels (HF) in das Kanalsystem (5) ausgebildet ist.

2. Trage- und Schutzvorrichtung nach Patentanspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge Stege (3') und/oder Podeste (3) darstellen.

3. Trage- und Schutzvorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalsystem (5) in einem Randbereich des Trägerwafers (2) offen ist.

4. Trage- und Schutzvorrichtung nach einem der Patentansprü che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (4) im wesentlichen im Zentrum des Trägerwafers (2) ausgebildet ist.

5. Trage- und Schutzvorrichtung nach einem der Patentansprü che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwafer (2) aus Silizium besteht.

6. Verfahren zum Trennen einer Verbindung zwischen einem scheibenförmigen Gegenstand (1) und einer Trage- und Schutz vorrichtung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 5, mit den Schritten:

a) Vorbereiten eines scheibenförmigen Gegenstandes (1) und eines damit verbundenen Trägerwafers (2);
b) Anschließen eines Befüllungssystems (7, 8, 9) an die Öff nung (4) des Kanalsystems (5) des Trägerwafers (2); und
c) Einbringen des Trennmittels (HF) in das Kanalsystem (5) zum Auflösen der Verbindung (6).

7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass in Schritt c) eine Strömung im gesamten Kanalsystem (5) erzeugt wird.

8. Verfahren nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) ein zweiter Trägerwafer (10) mit dem scheibenförmigen Gegenstand (1) mittels einer zweiten Verbindung (11) ausgebildet wird.

9. Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, dass in Schritt b) ein zweites Befül lungssystem an die Öffnung des Kanalsystems des zweiten Trä gerwafers (10) angeschlossen wird; und in Schritt c) ein Schutzmittel (H₂O) in das Kanalsystem des zweiten Trägerwafers (10) zum Schützen der zweiten Verbindung (11) eingebracht wird.

10. Verfahren nach einem der Patentansprüche 6 bis 9, da durch gekennzeichnet, dass in Schritt c) eine Rotation des Trägerwafers (2, 10) sowie des scheibenförmigen Gegenstandes (1) zum Abschleudern von zumindest des Trennmit tels (HF) durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Patentansprüche 6 bis 10, da durch gekennzeichnet, dass die Verbindung (6, 11) eine oxidische Verbindung darstellt.

12. Verfahren nach einem der Patentansprüche 6 bis 11, da durch gekennzeichnet, dass das Trennmittel (HF) Flusssäure aufweist.

13. Verfahren nach einem der Patentansprüche 9 bis 12, da durch gekennzeichnet, dass das Schutzmittel (H₂O) Wasser, Luft und/oder Stickstoff aufweist.

14. Trage- und Schutzvorrichtung nach einem der Patentansprü che 1 bis 5 oder Verfahren nach einem der Patentansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Gegenstand einen ultradünnen Produktwafer (1) darstellt.