DE102005016518B3

DE102005016518B3 - Vorrichtung zum Ablösen und Vereinzeln von Substraten, insbesondere Wafern hergestellt aus Substratblöcken

Info

Publication number: DE102005016518B3
Application number: DE200510016518
Authority: DE
Inventors: Norbert BÜRGER; Mirko Löhmann; Richard Herter
Original assignee: Rena Sondermaschinen GmbH
Current assignee: Rena Sondermaschinen GmbH
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2025-04-09

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ablösen und Vereinzeln von Substraten, insbesondere Wafern, die durch Trennen aus einem Substratblock, der auf einem Trägersystem aufgebracht ist, herstellbar sind, wobei Mittel zur Ausführung einer Relativbewegung zwischen einem Gegenstand und den auf dem Trägersystem aufgebrachten Substraten vorgesehen und der Gegenstand derart ausgebildet ist, dass dieser im Bereich des Trägersystems ansetzt und ein Trennen des Substrats aus dem Trägersystem bewirkt und dass eine Einrichtung zum Aufnehmen und Weiterreichen des herausgebrochenen Substrats vorgesehen ist, wobei der Gegenstand ein Meißel mit einer Meißelkante ist und die Einrichtung zum Aufnehmen und Übergeben des Substrats in Pfeilrichtung (Pfeil 10) unterhalb des Substratblocks in Falllinie des Ansatzbereichs des Gegenstands vorgesehen ist, wobei die Einrichtung mindestens zwei Schenkelelemente aufweist, zwischen denen das abgebrochene Substrat aufnehmbar ist und die Einrichtung zusammen mit dem aufgenommenen Substrat verschwenkt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ablösen und Vereinzeln von Substraten, insbesondere Wafern, die durch Trennen aus einem Substratblock, der auf einem Trägersystem aufgebracht ist, herstellbar sind.

Gemäß dem Stand der Technik sind Vorrichtungen sowie Verfahren bekannt, bei denen aus Substratblöcken, vorzugsweise Siliziumbarren, mittels bekannten Trennverfahren scheibenartige Elemente, vorzugsweise Wafers, hergestellt werden. Die Substratblöcke werden auf einem Trägersystem aufgeklebt. Typischerweise besteht das Trägersystem aus einem Metallträger, auf dem eine Glasplatte als Zwischenträger aufgeklebt ist. Dies bedeutet, dass der Substratblock mittels Klebstoff auf der Glasplatte aufgeklebt ist. Es sind aber auch andere Trägersysteme mit anderen Werkstoffkombinationen bekannt.

Andere aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren nutzen andere Aufbringungstechniken. Jedoch haben alle Verfahren die Tastsache gemein, dass zum Herausbrechen der einzelnen gesägten Substrate aus dem Trägersystem der Substratblock vollständig durchsägt werden muss. Daher reicht der Sägeschnitt bis in die Glasplatte hinein.

Sobald der Sägeprozess beendet ist, findet eine entsprechende Vorreinigung statt, um die bei dem Sägeprozess entstandenen Späne zu beseitigen. Die Vereinzelung der jeweils noch auf dem Trägersystem aufgeklebten Substrate, die vorzugsweise typische Dicken bis zu 300 μm aufweisen und meist quadratisch ausgebildet sind und eine Kantenlänge bis zu 210 mm aufweisen, sind unterschiedlich. Es entsteht jedoch das Problem, dass zwischen den Substraten eine Adhäsionskraft entsteht, die bewirkt, dass sich die einzelnen Substrate flächenmässig aneinanderlegen und zum Vereinzeln eine erhöhte Kraft notwendig ist, um die Adhäsionskräfte zu übersteigen. Es wurde festgestellt, dass je gründlicher die einzelnen Sägespalte, die zwischen den einzelnen Substraten gereinigt werden, desto weniger haften die einzelnen Substrate aufgrund vorherrschender Adhäsion zusammen.

Grundsätzlich sind jedoch folgende Verfahren zum Ablösen und Vereinzeln der Substrate bekannt:
Es sind Verfahren bekannt, bei denen die bereits gesägten Substrate, die noch mit einer Seite an dem Trägersystem anhaften, unmittelbar nach dem Vorreinigen direkt von Hand abgenommen bzw. abgebrochen werden. Die Klebereste selbst verbleiben an den einzelnen Substraten. Problematisch ist hierbei jedoch, dass aufgrund der Handhabung eine hohe Bruchrate vorherrscht und weiterhin Schwierigkeiten bestehen, die Klebereste zumindest systematisch zu entfernen.

Andere Verfahren sind in der Art und weise bekannt, dass zuerst die Klebeverbindung zwischen den Substraten und dem Trägersystem aufgelöst wird, bevor die einzelnen Substrate von Hand vereinzelt werden. Auch hierbei besteht eine erhöhte Bruchgefahr durch die manuelle Handhabungsweise.

Die bekannten Verfahren haben auch den Nachteil, dass insbesondere bei Ablösung des Klebemittels zwischen Substrat und Trägersystem eine lange Einwirkzeit der Ablösechemie vorliegen muss, um eine Wirkung zu erzielen.

Aus der DE 697 22 071 T2 ist eine Vorrichtung zur automatischen Handhabung des erwähnten Prozesses bekannt. Diese Vorrichtung sieht vor, die auf einem Trägersystem angeordneten und bereits gesägten Substrate, die mit ihrer einen Seite noch fest mit dem Trägersystem verbunden sind, „kopfüber" auf einer linearen Führung anzuordnen, wobei eine Sägeeinrichtung unmittelbar in das Trägersystem eingreift und die so abgesägten zu vereinzelnden Substrate in Richtung der Schwerkraft auf ein Förderband fallen. Das Förderband endet an einer Einrichtung, die geeignet ist, die vereinzelten Substrate in eine kassettenförmige Ausgestaltung aufzunehmen.

Aus der DE 199 00 671 A1 sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Vereinzeln von scheibenförmigen Substraten, insbesondere von Wafern, bekannt. Zur Verbesserung der Vereinzelung von aneinander haftenden, scheibenförmigen Substraten wird vorgeschlagen, zwei bereits getrennte benachbarte Substrate durch eine Bewegung im Wesentlichen senkrecht zu den einander gegenüberliegenden Flächen zu vereinzeln, wobei gleichzeitig ein Fluidstrom zwischen die besagten Flächen eingebracht wird. Eine Handhabungseinrichtung sorgt dafür, dass das zu vereinzelnde Substrat mittels einer Greifeinrichtung aufgenommen und aus der Trägereinrichtung herausgebrochen wird.

Aus der DE 199 04 834 A1 ist eine Vorrichtung zum Ablösen, Vereinzeln und Einlagern von dünnen, bruchempfindlichen und scheibenförmigen Substraten bekannt. Diese werden in einer Trägereinrichtung gehalten, wobei die Trägereinrichtung in einem Fluidbecken angeordnet und mit einem Hubwerk gekoppelt ist. Diese Hubeinrichtung ist in senkrechter Ausrichtung zur Schwerkraft angeordnet und das durch einen Meißel vereinzelte Substrat schwimmt auf der Fluidoberfläche auf und bewegt sich nach seiner Abtrennung auf ein entsprechendes Förderband und von dort aus in eine Aufnahmeeinrichtung.

Aufgrund der preislichen Entwicklung der Substratblöcke bzw. der Substrate werden die einzelnen Substrate in der Regel größer. Dies führt wiederum zu der Problematik, dass sich die bereits gesägten Substrate nicht auf einfache Art und Weise von dem Trägersystem abbrechen lassen, so dass zukünftig nur noch durch zweihändiges Zugreifen eine Handhabung möglich ist. Weiterhin werden aufgrund prozessoptimierter Sägetechniken die Dicken der einzelnen Substrate minimiert.

Diese Entwicklung führt dazu, dass insbesondere bei händischer Handhabung die Bruchgefahr erheblich ansteigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung anzugeben, die zumindest einen der genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Lösung der Aufgabe

Die Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben Merkmalen gelöst.

Vorteile der Erfindung

Einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung besteht darin, dass aufgrund einer Relativbewegung, die zwischen dem Trägersystem, auf dem der gesägte Substratblock aufgebracht ist, und einem Gegenstand, vorzugsweise einem Meißel, ein Herausbrechen der Substrate aus dem Trägersystem bewirkt wird. In der Regel kleben die einzelnen Substrate an dem Trägersystem an, wobei durch das Sägen erreicht wurde, dass der Sägeschnitt weiter als der Substratblock ausgeführt worden ist, so dass in dem Trägersystem bereits Sägespalten vorhanden sind. Dadurch wird es auf einfache Art und Weise ermöglicht, dass mittels eines Gegenstands, einem Meißel mit einem spitzen oder linienförmig ausgebildeten freien Ende, der entweder gegen den Bereich gefahren wird, der solche Sägespalte aufweist, oder das Trägersystem, das gegen einen feststehenden Gegenstand gefahren wird, eine Zerstörung des Trägersystems bewirkt und somit ein selbsttätiges Herausbrechen des Substrats bewirkt wird.

Eine Alternative zu dem Vorgang des Herausbrechens bieten auch die Ausbildungen von den besagten Gegenständen in derart, dass diese über einen Impulsgeber verfügen, der durch Absenden des Impulses ein Herausbrechen des Substrats aus dem Trägersystem bewirkt.

Unabhängig davon, ob eine Relativbewegung zwischen dem besagten Gegenstand und dem Trägersystem besteht oder beide, d.h. der Gegenstand und das Trägersystem sich aufeinander zu bewegen, ist der gewünschte Vorteil der Erfindung der, dass durch eine Zerstörung einer Trägerschicht des Trägersystems ein Herausbrechen des jeweiligen Substrats bewirkt wird.

Ferner wird zur automatischen Handhabung vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Substrat, das herausgebrochen worden ist, von einer Einrichtung aufgenommen wird. Die Einrichtung ist derart gestaltet, dass diese unmittelbar im Bereich des herausgebrochenen Substrats angeordnet ist, so dass für das Substrat keine Möglichkeit besteht, seine Orientierung, die es durch die Anordnung an dem Trägersystem vorgegeben bekommt, zu ändern.

Vorzugsweise besteht die Einrichtung aus zwei parallel zueinander gerichteten Schenkelelementen, die das vorzugsweise flach ausgebildete Substrat zwischen sich aufnehmen.

Da vorteilhafterweise die gesamte Vorrichtung innerhalb eines Fluids angeordnet ist, ist der bereits gesägte Substratblock derart an dem Trägersystem angeordnet, dass bei einem Herausbrechen des Substrats aus dem Trägersystem das Substrat sich in Richtung seiner Schwerkraft bewegt. Aufgrund des Fluids, in dem sich das Substrat befindet, wirkt dem an sich freien Fall des Substrats ein gewisser Auftrieb entgegen, so dass das Substrat langsam und sicher in die vorgesehene Einrichtung, die in unmittelbarer Falllinie des Substrats angeordnet ist, gleitet.

Als weiterer Vorteil ist vorgesehen, dass die Einrichtung auch die Funktion des Übergebens an beispielsweise ein Fördersystem vorsieht. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Einrichtung aus ihrer senkrechten Position, die zur Aufnahme des Substrats vorgesehen ist, in eine waagrechte Position überschwenkt und dadurch bewirkt, dass das Substrat in flacher Orientierung an eine Fördereinrichtung übergeben wird.

Eine alternative Ausbildung der Einrichtung zum Aufnehmen und Übergeben sieht vor, dass unterhalb des jeweiligen herauszubrechenden Substrats ein Rutschelement angeordnet ist. Das herausgebrochene Substrat gleitet auf dem kurvenartig ausgebildeten Rutschelement aus einer nahezu senkrechten Orientierung in eine waagrechte Orientierung und kann so an einen beispielsweise Flachbandförderer übergeben werden.

Vorteilhafterweise ist auch vorgesehen, dass aufgrund der Bereitstellung der entsprechenden Orientierung das abgebrochene Substrat in eine Aufbewahrungseinrichtung (Carrier) übergeben werden kann. Alternativ hierzu ist vorgesehen, durch die Übergabe des losgelösten Substrats über eine vorgesehene Einrichtung das Substrat in einen Inlineprozess weiterzureichen.

Somit ergibt sich aufgrund der hier vorgegebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung ein wesentlicher Vorteil, dass das von dem Trägersystem abgetrennte Substrat nicht von Hand in eine entsprechende Position übertragen werden muss, sondern dass dieses selbsttätig aufgrund seiner Schwerkraft in eine Einrichtung zum Aufnahmen und Übergeben des herausgebrochenen Substrats übergeben wird.

Aufgrund des jeweils zum benachbarten Substrat geringen Abstands besteht die Gefahr, dass durch Adhäsion oder aber auch durch Partikel, die bei dem Sägeprozess entstanden sind und durch Reinigungsprozesse noch nicht entfernt worden sind, die abgetrennten Substrate aneinander haften. Dies würde dazu führen, dass das selbsttätige Herabgleiten des Substrats aufgrund seiner Schwerkraft nicht mehr möglich ist. Hierzu ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass zwischen den Spalten, die sich durch die nebeneinander angeordneten und an dem Trägersystem noch angebrachten Substraten bilden, ein Fluid eingespritzt wird. Dadurch wird die Adhäsion zwischen den einzelnen Substraten erheblich verringert, so dass der gewünschte Automatismus nicht behindert wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Zeichnungen hervor.

Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine schematisch dargestellte Vorrichtung zum Ablösen und Vereinzeln eines bereits gesägten Substratblocks, der auf einem Trägersystem angeordnet ist;
2 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs der Vorrichtung gemäß 1, in dem das Substrat abgelöst wird;
3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Aufnehmen und Übergeben des herausgebrochenen Substrats zusammen mit einer Fördereinrichtung;
4 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf das erste Ausführungsbeispiel gemäß 3;
5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Aufnehmen und Übergeben des herausgebrochenen Substrats, anordbar unterhalb der Vorrichtung gemäß 1.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 und 2 ist eine Vorrichtung 1 zum Ablösen und Vereinzeln von Substraten 2 dargestellt. Die einzelnen Substrate 2 werden durch Trennen aus einem Substratblock 3 hergestellt, wobei der Substratblock 3 vor seiner Bearbeitung auf einem Trägersystem 4 aufgebracht wird. Das Trägersystem 4 besteht aus einer Metallplatte 5 und einer auf der Metallplatte 5 aufgebrachten Glasplatte 6, wobei die Glasplatte 6 in Kontakt über eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Klebeverbindung mit dem Substrat 2 in Verbindung steht. Die Vorrichtung 1 umfasst ferner bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einen Gegenstand in der Ausbildung einen ortsfesten Meißel 7, der derart angeordnet ist, dass durch eine Relativbewegung des Trägersystems 4 zusammen mit den Substraten 2 in Pfeilrichtung 8 ein vorderes Ende 7a des Meißels 7 im Bereich der Glasplatte 6 des Trägersystems 4 ansetzt.
Da bei dem Trennungsprozess der Sägeschnitt über den Substratblock 3 hinaus in die Glasplatte 6 erfolgte, sind Sägeschnitte 9 in der Glasplatte 6 vorhanden. Das vordere Ende 7a des Meißels 7 setzt genau in diesem Bereich der Sägeschnitte 9 an. Durch die Relativbewegung stößt der Meißel 7 auf die Glasplatte 6 auf und bricht das Glas bis zu einem ersten Sägeschnitt 9. Durch das Herausbrechen des Substrats 2 aus dem Trägersystem 4 gleitet das Substrat 2 in Richtung seiner Schwerkraft (Pfeil 10) weg von dem Trägersystem 4.
Um eine Adhäsion zwischen dem abgetrennten Substrat 2 und dem benachbarten Substrat 2 zu vermeiden, sind insbesondere im Bereich des abzutrennenden Substrats 2 und dem nachwirkenden Substrat 2 eine oder mehrere Düsen 11 angeordnet, die Flüssigkeit in den zwischen dem abzutrennenden Substrat 3 und dem darauffolgenden Substrat 2 entstehenden Spalt 12 einspritzen. Dadurch wird die Adhäsion zwischen den beiden Substraten 2 verringert, so dass ein ungehindertes Gleiten des Substrats 2 in Pfeilrichtung 10 erfolgen kann.
In 3 ist schematisch eine Einrichtung 13 zur Aufnahme und zum Übergeben des herausgebrochenen Substrats 2 dargestellt. Es besteht aus mindestens zwei Schenkelelemente 14, 15, die im Querschnitt U-förmig ausgebildet sind, so dass das entsprechende Substrat 3 zwischen den Schenkeln 14, 15 aufgenommen werden kann.
Durch eine Verschwenkbewegung in oder gegen Pfeilrichtung 16 wird das Substrat auf eine Fördereinrichtung 17 übergeben. Dabei wechselt das Substrat 3 seine Orientierung von einer vertikalen Ausrichtung in eine horizontale Ausrichtung und liegt flach auf der Fördereinrichtung 17 auf.
In 4 ist eine Draufsicht auf die Einrichtung 13 gemäß 2 dargestellt. Hier ist insbesondere ersichtlich, dass aufgrund des Herausbrechens des Substrats 2 aus dem Trägersystem 4 an der einen Seite des Substrats 2 Klebstoffreste 18 vorhanden sind, die in einem weiteren, späteren Prozess entweder chemisch oder mechanisch beseitigt werden können.
In 5 ist eine Alternative zu der Einrichtung gemäß 3 und 4 dargestellt. Die Einrichtung 13' gemäß 5 besteht aus einem Rutschelement 19, das derart ausgebildet ist, dass dieses unterhalb des herauszubrechenden Substrates 2 angeordnet ist, so dass das herausgebrochene Substrat 2 nach seiner Loslösung von dem Trägersystem 4 auf dem Rutschelement 19 von einer nahezu senkrechten Ausrichtung in eine nahezu waagrechte Ausrichtung überführt werden kann.
Da die gesamte Vorrichtung 1 innerhalb eines Fluids angeordnet ist, geschieht der freie Fall des losgelösten Substrats 2 aufgrund seiner Schwerkraft in Pfeilrichtung 10 mit geringer Geschwindigkeit, da eine gewisse Auftriebskraft dem freien Fall entgegenwirkt. Zudem wird aufgrund der Trägheit vermieden, dass sich die Orientierung des jeweiligen Substrats, das von dem Trägersystem 4 losgelöst worden ist, ändert.

1.: Vorrichtung
2.: Substrat
3.: Substratblock
4.: Trägersystem
5.: Metall
6.: Glasplatte
7.: Meißel (Gegenstand)
7a: Meißelkante
8.: Pfeilrichtung
9.: Sägeschnitte
10.: Pfeil
11.: Düse
12.: Spalt
13.: Einrichtung
13': Einrichtung
14.: Schenkelelement
15.: Schenkelelement
16.: Pfeilrichtung
17.: Fördereinrichtung
18.: Klebstoffreste
19.: Rutschelement

Claims

Vorrichtung zum Ablösen und Vereinzeln von Substraten, insbesondere Wafern, die durch Trennen aus einem Substratblock, der auf einem Trägersystem aufgebracht ist, herstellbar sind, wobei Mittel zur Ausführung einer Relativbewegung zwischen einem Gegenstand und den auf dem Trägersystem (4) aufgebrachten Substraten (2) vorgesehen ist, und der Gegenstand derart ausgestaltet ist, dass dieser im Bereich des Trägersystems (4) ansetzt und ein Trennen des Substrats (2) aus dem Trägersystem (4) bewirkt und dass eine Einrichtung (13, 13') zum Aufnehmen und Weiterreichen des herausgebrochenen Substrates (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand ein Meißel (7) mit einer Meißelkante (7a) ist und die Einrichtung (13, 13') zum Aufnehmen und Übergeben des Substrats (2) in Pfeilrichtung (Pfeil 10) unterhalb des Substratblocks (3) in Falllinie des Ansatzbereichs des Gegenstands vorgesehen ist, wobei die Einrichtung (13) mindestens zwei Schenkelelemente (14, 15) aufweist, zwischen denen das abgebrochene Substrat (2) aufnehmbar ist und die Einrichtung (13) zusammen mit dem aufgenommenen Substrat (2) verschwenkbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand einen Impulsgeber umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Düsen (11) zum Einspritzen von Fluid in einen Spalt (12), der zwischen dem auszubrechenden Substrat und dem nachfolgenden Substrat gebildet ist, vorgesehen sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand derart mit einem Mittel versehen ist, dass dieser nach Herausbrechen des Substrats (2) eine Bewegung weg von dem Trägersystem (4) durchführt.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung (13') zum Aufnehmen und Übergeben ein Rutschelement (19) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Meißel (7) standortfest angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) innerhalb eines Fluids angeordnet ist.