DE10122845C2

DE10122845C2 - Verfahren zum Trennen einer Verbindung zwischen einem scheibenförmigen Gegenstand und einem Trägerwafer

Info

Publication number: DE10122845C2
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: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2021-05-12
Also published as: DE10122845A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trennen einer Verbindung zwischen einem scheibenförmigen Ge genstand und einem Trägerwafer und insbesondere auf ein Trennverfahren 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 hergestellt werden, die eine Dicke von ca. 500 bis 1000 µm aufweisen und nach der Herstellung von jeweiligen Halbleiterbauelementen dünnge schliffen werden.

Solche ultradünnen Produktwafer sind jedoch aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften sehr schwierig handhabbar und las sen sich nicht mit denselben Fertigungsmaschinen sowie Trans port- und Halterungsvorrichtungen bearbeiten, wie Halbleiter wafer mit einer herkömmlichen Standarddicke. Deshalb müssen oftmals eigens für ultradünne Produktwafer modifizierte Fer tigungsmaschinen und Transportvorrichtungen hergestellt wer den, die für spezielle Waferkassetten ausgelegt und die ei gens für ultradünne Wafer konstruiert sind, üblicherweise ma nuell zu bedienende Greifervorrichtungen zur Bestückung der Fertigungsmaschinen aufweisen.

Neben der Handhabung derartiger ultradünner Produktwafer be steht darüber hinaus oftmals die Notwendigkeit einer einsei tigen Bearbeitung, beispielsweise zum Nassätzen von Silizium wafern, 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 Si liziumwafer auf einer Halteplatte angeordnet wird. Unterhalb des Siliziumwafers besteht hierbei die Möglichkeit, ein gas förmiges Medium einzuleiten, wodurch der Wafer von der Halte platte abgehoben und seine Unterseite von beispielsweise ei nem an der Oberfläche anliegenden reaktiven Ätzmedium frei gehalten wird.

Ferner ist aus der Patentschrift DE 198 40 421 C2 ein Verfah ren zum Trennen eines Produktwafers von einem Trägerwafer be kannt, wobei ein Kanalsystem zum seitlichen Einbringen eines Trennmittels durch eine Vielzahl von Vorsprüngen ausgebildet ist. Vertikale Löcher bzw. Schlitze im Produktwafer dienen hierbei einer Zu- und Abführung eines Ätzmittels.

Aus der Druckschrift US 5 273 615 ist ein Verfahren zum Lösen von ultradünnen scheibenförmigen Gegenständen bekannt, wobei ein Subträger über eine Wachsschicht mit einem Produktwafer verbunden ist. Zum Entfernen der Wachsschicht wird diese ver flüssigt und über im Subträger befindliche Löcher abgesaugt.

Der Subträger besteht hierbei aus einem Material mit ähnli chem thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie der Produktwa fer.

Aus der Druckschrift US 6 076 585 ist ein Verfahren zum Tren nen einer Verbindung zwischen einem Produktwafer und einem Trägersubstrat bekannt, wobei die Verbindung durch Einbringen eines Trennmittels aufgelöst wird. Zur Beschleunigung dieses Vorgangs können ferner Löcher im Trägersubstrat vorgesehen werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Trennverfahren zu schaffen, mit dem eine Tren nung des Produktwafers von seiner Trage- und Schutzvorrich tung bzw. seinem Trägerwafer auf besonders schnelle, zuver lässige und kostengünstige Art und Weise erfolgt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Insbesondere durch die Verwendung eines zweiten Trägerwafers wird ein Zustand verhindert, bei dem ein ultradünner Produkt wafer ohne Trägerwafer vorliegt, wodurch der sehr empfindli che Produktwafer zu jedem Zeitpunkt vor mechanischer Zerstö rung geschützt ist.

Durch das Anschließen eines Befüllungssystems an die Öffnung des Kanalsystems des ersten Trägerwafers und das Einbringen eines Trennmittels in das Kanalsystem zum Auflösen einer je weiligen Verbindung kann insbesondere bei oxidischen Verbin dungen eine Trennung besonders schnell und zuverlässig erfol gen.

Ferner kann durch das Anschließen eines zweiten Befüllungs systems an die Öffnung des Kanalsystems des zweiten Trägerwa fers ein Schutzmittel in das Kanalsystem eingebracht werden, wodurch insbesondere bei einem Trennvorgang ein unbeabsich tigtes Ablösen des Produktwafers von dem zweiten Trägerwafer zuverlässig verhindert wird.

Vorzugsweise kann darüber hinaus eine Rotation der Trägerwa fer mit seinem Produktwafer während dem Einbringen des Trenn- bzw. Schutzmittels durchgeführt werden, wodurch ein weiterer Schutz vor einer unbeabsichtigten Ablösung der Verbindung bzw. unbeabsichtigten Bearbeitung realisiert wird und die Strömungseigenschaften 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 ersten Trä gerwafers mit einem Produktwafer;

Fig. 2 eine vereinfachte Draufsicht des ersten Trägerwa fers gemäß Fig. 1; und

Fig. 3 eine vereinfachte Schnittansicht eines Produktwa fers mit einem zweiten Trägerwafer zur Veranschau lichung eines erfindungsgemäßen Trennverfahrens.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht eines ersten 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 ersten Trage- und Schutzvorrichtung bzw. dem Trägerwafer 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 die sem Zeitpunkt befindet sich die Flüssigschicht noch eindeutig in der flüssigen Phase am Produktwafer und kann in dieser Form noch keine Verbindung mit dem Trägerwafer eingehen.

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 be reits eine Vernetzung der halborganischen Kieselsäurepolymere 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 (vorzugs weise 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 Befüllungs systeme 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. Verfahren zum Trennen einer Verbindung zwischen einem scheibenförmigen Gegenstand (1) und einem damit verbundenen ersten Trägerwafer (2) mit den Schritten:

a) Ausbilden einer weiteren Verbindung (11) eines zweiten Trägerwafers (10) mit dem scheibenförmigen Gegenstand (1);
b) Anschließen von Befüllungssystemen (7, 8, 9) an jeweilige Öffnungen (4) zugehöriger Kanalsysteme (5) des ersten und zweiten Trägerwafers (2, 10); und
c) Einbringen eines Trennmittels (HF) in das Kanalsystem (5) des ersten Trägerwafers (2) zum Auflösen der Verbindung (6) sowie Einbringen eines Schutzmittels (H₂O) in das Kanalsystem des zweiten Trägerwafers (10) zum Schützen der zweiten Ver bindung (11).

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass in Schritt c) eine Strömung in den Kanalsystemen (5) erzeugt wird.

3. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, dass in Schritt c) eine Rotation des ersten und zweiten Trägerwafers (2, 10) sowie des scheibenförmigen Gegenstandes (1) zum Abschleudern des Trennmittels (HF) und des Schutzmittels (H₂O) durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, dass die Verbindungen (6, 11) oxidische Verbindungen darstellen.

5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, dass das Trennmittel (HF) Flusssäure aufweist.

6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, dass das Schutzmittel (H₂O) Wasser, Luft und/oder Stickstoff aufweist.

7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Gegenstand einen ultradünnen Produktwafer (1) darstellt.