DE102006042026A1 - Vorrichtung zum Halten eines Substrats - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung (1) zum Halten eines Substrats, wobei die Vorrichtung einen Körper (2) mit einer Oberfläche (5) zum Auflegen einer Halbleiterscheibe (7) umfasst, wobei die Oberfläche (5) einen ersten Oberflächenbereich (5a), auf dem ein erster Bereich (7a) der Halbleiterscheibe aufliegen kann, und einen zweiten Oberflächenbereich (5b), auf dem ein zweiter Bereich (7b) der Halbleiterscheibe aufliegen kann, wobei der zweite Oberflächenbereich (5b) in Bezug auf den ersten Oberflächenbereich (5a) vorsteht, aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Halten eines Substrats, insbesondere eines Halbleitersubstrats oder Wafers. Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Behandlung eines Substrats.
  • Miniaturisierte Bauelemente, z.B. integrierte elektrische Schaltungen, werden zunehmend auf planaren Substraten hergestellt. Prominenter Substrattyp für Bauelemente sind Halbleiterscheiben bzw. Halbleiter-Wafer, die während der Prozessierung nicht nur als Träger dienen sondern aufgrund ihrer manipulierbaren Leitungseigenschaften und feinen Strukturierbarkeit gewöhnlich selbst Teil der Schaltung sind. Dadurch können auf einem Halbleiter-Wafer hunderte von hochkomplexen elektronischen Schaltungseinheiten hergestellt werden.
  • Um Platz zu sparen, Kosten zu senken und die Funktionalität der Bauelemente zu erhöhen, werden in und auf den Halbleiterscheiben kleinste Strukturen gewachsen, aufgetragen, geätzt, oder implantiert. währenddessen müssen die Strukturen auf dem Wafer wiederholt getestet und gekennzeichnet werden, um den jeweiligen Prozessschritt zu verifizieren. Am Schluss werden die Halbleiterscheiben gewöhnlich gesägt, um aus einer Halbleiterscheibe, die einzelnen Schaltungseinheiten („Chips") zu erhalten.
  • Um die Strukturen auf einer Halbleiterscheibe erzeugen, testen und sägen zu können, müssen die Halbleiterscheiben während der Prozessierung auf wohldefinierter Position gehalten, mit wohldefiniertem elektrischen Potentialen versorgt und/oder wohldefinierten Umgebungsparametern wie z.B. Temperatur oder Druck ausgesetzt werden. Zu diesem Zweck werden Halbleiterscheiben gewöhnlich auf einen Halbleiterscheibenhalter („Chuck") abgelegt. Aufgrund der großen Empfindlichkeit der Halbleiterscheibenoberfläche gegenüber Kratzern und der Zerbrechlichkeit des spröden Halbleitermaterials bei zunehmendem Halbleiterscheibendurchmesser müssen die Halbleiterscheibenhalter so ausgestaltet sein, dass die Halbleiterscheibe schonend abgelegt, gehalten und wieder weitergeführt werden können. Die Oberfläche der Halbleiterscheibenhalter sollte zudem so sein, dass Zerkratzungen der Halbleiterscheiben verhindert werden können.
  • Vor diesem Hintergrund werden Vorrichtungen gemäß der Ansprüche 1 und 19 bereitgestellt. Weiterhin wird ein Verfahren gemäß des Anspruchs 21 bereitgestellt. Weitere Details und Weiterentwicklungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen, Zeichnungen und der Beschreibung offenbart.
  • Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Halten eines Substrats bereitgestellt, die einen Körper mit einer Oberfläche zum Auflegen einer Halbleiterscheibe umfasst, wobei die Oberfläche einen ersten Oberflächenbereich, in dem ein erster Bereich der Halbleiterscheibe aufliegen kann, und einen zweiten Oberflächenbereich, in dem ein zweiter Bereich der Halbleiterscheibe aufliegen kann, aufweist, wobei der zweite Oberflächenbereich in Bezug auf den ersten Oberflächenbereich vorsteht.
  • Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats bereitgestellt, die eine Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-22 und eine Bearbeitungsvorrichtung umfasst. Die Bearbeitungsvorrichtungen können zum Beispiel sein: (a) eine Teilungsvorrichtung zum Teilen der Halbleiterscheibe; (b) eine Markierungsvorrichtung zum Markieren der Halbleiterscheibe; (c) eine Kontaktierungsvorrichtung zum Kontaktieren der Halbleiterscheibe; (d) eine Vakuumvorrichtung zum Andrücken der Halbleiterscheibe auf den Körper; und/oder (e) mindestens eine Spannungsquelle zum Anlegen einer Spannung zwischen dem Körper und der Halbleiterscheibe.
  • Weiterhin wird ein Verfahren zur Behandlung eines Substrats bereitgestellt, das ein selektives Abtragen von Halbleiterscheibenmaterial an einer Hauptoberfläche (8) einer Halbleiterscheibe (7) umfasst, so dass die Halbleiterscheibe in einem ersten Bereich (7a) der Halbleiterscheibe (7) dicker als in einem zweiten Bereich (7a) der Halbleiterscheibe (7) ist, sowie ein Auflegen der Halbleiterscheibe (7) mit der Hauptoberfläche (8) auf eine Vorrichtung zum Halten der Halbleiterscheibe (1), wobei sowohl der erste Bereich (7a) als auch der zweite Bereich (7b) auf der Vorrichtung (1) zum Halten der Halbleiterscheibe aufliegt.
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft durch die unten stehenden Figuren näher erläutert:
  • 1a-1b zeigen in zwei zueinander senkrechten Schnitten eine Vorrichtung zum Halten eines Substrats mit einem ersten Oberflächenbereich und einem zweiten Oberflächenbereich, wobei auf die Vorrichtung eine Halbleiterscheibe aufgelegt ist.
  • 2 zeigt eine Vorrichtung zum Halten eines Substrats wie in 1a, wobei der zweite Oberflächenbereich in Bezug zu dem ersten Oberflächenbereich beweglich angeordnet ist;
  • 3 zeigt eine Vorrichtung zum Halten eines Substrats wie in 1a, wobei der erste und der zweite Oberflächenbereich formschlüssig zur Halbleiterscheibe geformt ist;
  • 4 zeigt eine Vorrichtung zum Halten eines Substrats wie in 1a, wobei die Spitzen von Kontaktnadeln den zweiten Oberflächenbereich bilden;
  • 5 zeigt eine Messvorrichtung zur Vermessung einer Halbleiterscheibe;
  • 6 zeigt eine Vorrichtung zum Markieren und Teilen eines Substrats;
  • 7a-7c zeigen ein Verfahren zur Behandlung einer Halbleiterscheibe.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Halten eines Substrats, die einen Körper mit einer Oberfläche zum Auflegen einer Halbleiterscheibe umfasst, wobei die Oberfläche einen ersten Oberflächenbereich, in dem ein erster Bereich der Halbleiterscheibe aufliegen kann, und einen zweiten Oberflächenbereich, in dem ein zweiter Bereich der Halbleiterscheibe aufliegen kann, aufweist, wobei der zweite Oberflächenbereich in Bezug auf den ersten Oberflächenbereich vorsteht.
  • Unter einer Vorrichtung zum Halten eines Substrats, im folgenden Substrathalter genannt, können Halterungsstrukturen oder Tischvorrichtungen verstanden werden, die ein Substrat halten können. Ist das Substrat eine Halbleiterscheibe, so ist der Substrathalter z.B. ein Halbleiterscheibenhalter oder „Chuck". Die Substrathalterung umfasst einen Körper, auf den die Halbleiterscheibe abgelegt werden kann, so dass die Halbleiterscheibe durch Gravitation gehalten wird. Zusätzlich kann die Halbleiterscheibe aber auch z.B. durch Unterdruck zwischen Körper und Substrat, durch elektrostatische Anziehungskraft zwischen Körper und Substrat, und/oder durch Klammervorrichtungen zwischen Körper und Substrat auf dem Substrathalter gehalten werden. Durch solche Halterungen ist gewährleistet, dass die Halbleiterscheibe auch dann auf dem Körper gehalten wird, wenn der Substrathalter gekippt, seitlich beschleunigt oder die Halbleiterscheibe Kräften lateral zur Substratebene ausgesetzt wird.
  • Unter einem „Körper" können in diesem Zusammenhang ein oder mehrere Körperelemente verstanden werden, die so geformt sind, dass sie einen ersten und zweiten Oberflächenbereich aufweisen, auf denen die Halbleiterscheibe aufgelegt werden kann. Ist der Körper ein einzelnes Körperelement, so kann dieser einstückig sein, was die Herstellung und Bedienung des Körpers erleichtert. In diesem Fall kann der Körper ein fester Körper aus einem festen leitenden Material, z.B. ein Metall wie Aluminium, Kupfer oder Messing, oder ein festes isolierendes Material, z.B. Keramik, Teflon©, ein anderer Kunststoff, etc. sein.
  • Unter einer „Halbleiterscheibe" kann man eine Scheibe verstehen, die überwiegend aus einem Halbleitermaterial besteht, also z.B. aus Silizium, Germanium, bzw. einem „Compound" wie SiC, GaAs, SiGE, InP, GaN. Gewöhnlich sind die Halbleiterscheiben runde Scheiben, die aus einem monokristallinen und säulenförmigen Kristallbarren („Ingot") scheibenweise gesägt werden. Der Durchmesser der Halbleiterscheiben entspricht dabei dem Durchmesser des säulenförmigen Kristallbarrens. Industriestandard für den Durchmesser der Halbleiterscheiben sind 1 Zoll, 2 Zoll, 3 Zoll, 4 Zoll, 5 Zoll, 6 Zoll, 8 Zoll oder 12 Zoll (bzw. 300 mm). Die Dicken der gesägten Halbleiterscheiben liegen typischer je nach Anwendung zwischen 300-800 Mikrometern.
  • Durch den ersten Oberflächenbereich des Körpers, der in Bezug zum zweiten Oberflächenbereich des Körpers vorsteht, ist es möglich, dass eine Halbleiterscheibe mit gestuftem Oberflächenprofil, z.B. mit einer Stufe, auf dem Körper aufliegen kann. Dadurch ist gewährleistet, dass Halbleiterscheiben, die in einem Oberflächenbereich selektiv gedünnt worden sind, sowohl im dünnen Bereich als auch im dicken Bereich mechanisch gestützt werden, so dass der dünne Bereich nicht zu sehr durchbiegt oder bricht.
  • Unter selektiver Dünnung einer Halbleiterscheibe kann man im folgenden ein Abtragen von Halbleiterscheibenmaterial an Teilbereichen einer Hauptoberfläche der Halbleiterscheibe verstehen, so dass die Halbleiterscheibe in einem oder mehreren ersten Bereichen dicker ist als in dem einem oder mehreren zweiten Bereichen, in denen das Oberflächenmaterial abgetragen worden ist. Die Entfernung des Oberflächenmaterials in Teilbereichen kann dabei z.B. durch selektive chemische oder elektrochemische Ätzung, durch mechanisches Plasma oder Laser Verfahren geschehen.
  • Die Selektivität kann zum Beispiel durch eine Maske ermöglicht werden, die Teilbereiche der Halbleiterscheibenoberfläche abdeckt, damit sie nicht oder nur wenig geätzt werden, und andere Bereiche der Halbleiterscheibe offen lässt, damit die Ätzung dort in größerem Maße stattfinden kann. Die Ätzung kann zum Beispiel eine Trockenätzung oder eine Nassätzung sein. Durch die selektive Ätzung an der Hauptoberfläche der Halbleiterscheibe erhält man somit dicke Halbleiterscheibenbereiche (erster Bereich) und gedünnte Halbleiterscheibenbereiche (zweiter Bereich).
  • In vielen Fällen sind Halbleiterscheiben mit unterschiedlicher Dicke so strukturiert, dass sie im äußeren Bereich dicker als im inneren Bereich sind. Die größere Dicke im Außenbereich dient in diesem Fall z.B. einer größeren mechanischen Stabilität des Substrats, während man die Dicke im inneren Bereich auf die gewünschte Anwendung hin reduziert. Die mechanische Stabilität ist insbesondere dann gegeben, wenn der äußere dicke Bereich den inneren dünnen Bereich in der Halbleiterscheibenebene vollständig einschließt. Bevorzugt ist, wenn der erste Bereich und der zweite Bereich der Halbleiterscheibe konzentrisch zu einer gemeinsamen Achse sind.
  • Im Bereich der Mikroelektronik ist man oft an der Minimierung der Halbleiterchipdicke interessiert, um z.B. die Chipverpackungsdicke oder für Leistungstransistoren den ohmschen Widerstand von der Chipvorderseite zur Rückseite zu minimieren. In diesem Fall werden für die Herstellung der Chips oft standardmäßig hergestellte Halbleiterscheiben verwendet, die im weiteren Verlauf im inneren Bereich von einer Hauptoberflächenseite her, z.B. durch eine maskierte Ätzung, mechanisches Schleifen, trocken oder nasschemisches Ätzen, mechanisches Polieren oder Laserabtrag, selektiv gedünnt werden. Dadurch werden auf der Halbleiterscheibe zwei Bereiche mit zwei verschiedenen Dicken erzeugt. Wenn beispielsweise ein konzentrischer äußerer Bereich der Halbleiterscheibe beim Ätzen maskiert ist, bleibt nach dem Ätzen und nach Entfernung der Maske im äußeren Bereich der Halbleiterscheibe ein „Ring" mit einer Dicke von z.B. 100 bis 1000 Mikrometern stehen, während die Dicke der Halbleiterscheibe innerhalb dieses Rings je nach Dicke des Ausgangsmaterial z.B. auf 30 bis 500 Mikrometern reduziert ist. Das Verfahren für eine selektive Dünnung einer Halbleiterscheibe ist an sich bekannt und soll hier nicht weiter erläutert werden.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass es nicht erforderlich ist, dass der dicke Bereich einer Halbleiterscheibe einem außen liegenden Ring entspricht. Der dicke Bereich kann genauso gut eine viereckige Form haben, ein einfach oder mehrfach unterbrochener Ring sein, oder im inneren Bereich der Halbleiterscheibe liegen. Es gibt auch keine Limitierung bezüglich der Größe der verwendeten Halbleiterscheibe. Diese kann ein 1 Zoll-, 4 Zoll-, 6 Zoll-, 8 Zoll-, oder ein 12 Zoll-Wafer sein. Die Dicke der Halbleiterscheibe vor der Dünnung kann jeweils zwischen 100 und 1000 Mikrometern oder mehr liegen. Das Ausmaß der Dünnung der Halbleiterscheibe lässt sich auf einfache Weise durch die Dauer des Materialabtrags steuern. Typisch ist es derzeit, mit einem 8 Zoll-Wafer mit einer Dicke von 725 Mikrometern zu starten und den ringartigen äußeren Bereich auf 400 Mikrometern und den inneren Bereich dieses „Ringes" auf 150 Mikrometern zu dünnen. Für die Zukunft angestrebt ist es, die Dicken im inneren Bereich auf bis zu 40 Mikrometern zu reduzieren.
  • Bevorzugt sind der erste Oberflächenbereich der Oberfläche und der zweite Oberflächenbereich der Oberfläche koplanar zueinander angeordnet. Die starre Anordnung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die zu bearbeitenden Halbleiterscheiben die gleiche Geometrie und insbesondere die gleichen Dickenunterschiede haben, so dass der gleiche Substrathalter für viele Halbleiterscheiben hintereinander verwendet werden kann.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind der erste und der zweite Oberflächenbereich zueinander beweglich oder einstellbar angeordnet. In diesem Fall kann der Substrathalter Halbleiterscheiben unterschiedlicher Geometrie formschlüssig aufnehmen. Zum Beispiel kann eine Federung im Körper dafür sorgen, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Oberflächenbereich eine die Oberflächenbereiche auseinanderdrückende Kraft wirkt, so dass der zweite Oberflächenbereich mit der Federkraft gegen den gedünnten (zweiten) Bereich der Halbleiterscheibe drückt. Damit kann die Formschlüssigkeit auch dann gewährleistet werden, wenn verschiedene Halbleiterscheiben unterschiedlich stark gedünnt sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Körper in dem ersten und/oder zweiten Oberflächenbereich mindestens eine Öffnung auf. Über eine solche Öffnung kann eine Verbindung zu einem Unterdruckreservoir oder einer Vakuumpumpe hergestellt werden, durch die in dem Bereich zwischen Halbleiterscheibe und Oberfläche des Substrathalters ein Unterdruck erzeugt wird. Ein solcher Unterdruck kann die Halbleiterscheibe auf den Körper pressen, so dass eine gute Haftung zwischen beiden besteht. Dies ist von Vorteil, wenn beim Kontaktieren, Sägen, Markieren, Entfernen von einer Folie etc. laterale Kräfte auf die Halbleiterscheibe drücken.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Oberfläche des Körpers formschlüssig mit dem ersten und zweiten Bereich der aufzulegenden Halbleiterscheibe verbindbar. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass die Halbleiterscheibe im gesamten Bereich aufliegt, so dass ein Durchbiegen der Halbleiterscheibe auch bei einem sehr dünnen zweiten Bereich der Halbleiterscheibe ausgeschlossen ist. Weiterhin kann die Halbleiterscheibe den durch die Formschlüssigkeit gegebenen engen Kontakt mit dem Körper einen guten elektrischen oder thermischen Kontakt herstellen, wenn dies erwünscht ist.
  • Unter einer formschlüssigen Verbindung kann eine Verbindung verstanden werden, bei der die Oberfläche auf der gedünnten Seite der Halbleiterscheibe, bevorzugt im gesamten Bereich, möglichst eng an der Oberfläche des Körpers der Substrathalters anliegt.
  • Dabei sollte der Abstand zwischen den Oberflächen in einer Richtung vertikal zur zweiten, vorstehenden Oberflächenbereich, z.B. nicht größer als 200 Mikrometer, bevorzugt nicht größer als 100 Mikrometer und noch mehr bevorzugt nicht mehr als 50 Mikrometer sein. Im Übergangsbereich, d.h. in dem Bereich, in dem der erste Oberflächenbereich in den zweiten Oberflächenbereich übergeht, sollte der Abstand zwischen den Oberflächen des Substrathalterkörpers und der Halbleiterscheibe z.B. nicht mehr als 1000 Mikrometer, und bevorzugt nicht mehr als 100 Mikrometer sein.
  • In einer Ausführungsform definiert der erste Oberflächenbereich der Oberfläche des Körpers eine erste Ebene und der zweite Oberflächenbereich der Oberfläche eine zweite Ebene, die koplanar zueinander sind. Auf diese Weise, können die Halbleiterscheiben, die zwei verschiedene Dicken haben, formschlüssig auf den Körper aufgelegt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Dickenunterschied zwischen erstem Bereich und zweitem Bereich der Halbleiterscheibe dem Abstand der ersten Ebene zur zweiten Ebene entspricht. Bevorzugt ist der Abstand zwischen der ersten Ebene zu der zweiten Ebene kleiner als 1000 Mikrometer und bevorzugt kleiner als 500 Mikrometer. Auf der anderen Seite ist es vorteilhaft, wenn der Abstand der beiden Ebenen größer als 10 Mikrometer oder bevorzugt größer als 200 Mikrometer ist.
  • Bevorzugt sind der erste Oberflächenbereich und der zweite Oberflächenbereich konzentrisch zu einer Achse angeordnet. Auf diese Weise können konzentrische Halbleiterscheiben formschlüssig auf die Oberfläche des Körpers aufgelegt werden. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Abstand ersten Oberflächenbereichs zu der Achse größer als 50% und bevorzugt größer als 95% des Halbleiterscheibenradius ist. Auf diese Weise wird für eine ausreichend große gedünnte Halbleiterscheibenfläche gesorgt.
  • Alternativ (oder zusätzlich) kann die Oberfläche der Körper des Substrathalters eine dielektrische Schicht enthalten. Über diese kann mittels einer externen Spannung zwischen Halbleiterscheibe und Körper ein elektrisches Feld aufgebaut werden, das die Halbleiterscheibe auf die Oberfläche des Körpers presst und in Position hält. Bevorzugt ist die dielektrische Schicht ein Oxid, eine Keramik, oder ein Polymer, das auf dem Köper gewachsen oder aufgebracht worden ist.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Behandlung eines Substrats, wobei eine Halbleiterscheibe, die in einem ersten Oberflächenbereich dicker ist als in einem zweiten Oberflächenbereich, auf eine Vorrichtung zum Halten der Halbleiterscheibe aufgelegt wird, wobei die Halbleiterscheibe sowohl im ersten Oberflächenbereich als auch im zweiten Oberflächenbereich an jeweils mindestens einer Stelle aufliegt und wobei die Halbleiterscheibe auf der Vorrichtung bearbeitet wird.
  • Weist die Bearbeitung der Halbleiterscheibe ein Anpressen der Halbleiterscheibe auf den Körper auf, so kann dieses Anpressen zum Beispiel durch Herstellen eines Unterdrucks zwischen Halbleiterscheibe und Körper, durch Erzeugung einer elektrischen Spannung zwischen Halbleiterscheibe und Körper oder durch eine mechanische Federung erzeugt werden.
  • Weist die Bearbeitung der Halbleiterscheibe ein Trennen der Halbleiterscheibe von einem Träger auf, so kann diese Trennung der Halbleiterscheibe von dem Träger durch den Substrathalter geschehen, der z.B. mittels Vakuum, elektrostatisches Anziehung oder mechanisch an die Halbleiterscheibe gepresst ist. So kann der Träger (z.B. Glas, Kleber) mechanisch von der Halbleiterscheibe getrennt werden. Der Träger ist z.B. als Unterlage für den Dünnungsprozess der Halbleiterscheibe verwendet worden und ist nach der Dünnung wieder zu entfernen.
  • Weist die Bearbeitung der Halbleiterscheibe ein Beschichten oder Ätzen der Halbleiterscheibe auf, so findet diese Beschichtung bevorzugt in einer Sputterkammer oder einem Plasma-Reaktor statt.
  • Weist die Bearbeitung der Halbleiterscheibe ein Kontaktieren der Halbleiterscheibe auf, so dient der Körper dazu, die Halbleiterscheibe gegen den Druck der Kontaktierungselemente zu stützen. Die Kontaktierungselemente können individuell justierbare Kontaktnadeln oder auch Nadelkarten mit einem Satz von vorjustierten Nadeln sein. Das Kontaktieren kann dazu verwendet werden, die elektrische Funktionsfähigkeit der auf der Halbleiterscheibe aufgebrachten Schaltungen zu testen.
  • Weist die Bearbeitung der Halbleiterscheibe ein Markieren der Halbleiterscheibe auf, so findet das Markieren bevorzugt in einem Markierungssystem, einer so genannten Inkmaschine oder Inker, statt. In diesem Verfahren werden z.B. die als defekt erkannten Schaltungseinheiten mit spezieller Tinte oder durch Laser markiert, um sie nach einer Vereinzelung zu verwerfen.
  • Weist die Bearbeitung der Halbleiterscheibe ein Teilen der Halbleiterscheibe auf, so kann die Teilung z.B. durch eine Säge oder einen Laser durchgeführt werden, mit denen die Halbleiterscheiben entlang vorgegebener Bahnen (Ritzrahmen) zu einzelnen Chips zerteilt werden. Bevorzugt wird die Halbleiterscheibe während des Sägens mittels Unterdruck, elektrostatischer Anziehung oder durch eine mechanische Befestigung auf den Körper gedrückt, so dass die Halbleiterscheibe beim Sägen nicht über den Körper verschoben wird.
  • Weist die Bearbeitung der Halbleiterscheibe ein Transportieren der Halbleiterscheibe auf, so und wird die Halbleiterscheibe während des Transportieren bevorzugt mittels Unterdruck, elektrostatische Anziehung oder durch eine mechanische Befestigung auf den Körper gedrückt, damit die Halbleiterscheibe während des Transports sich nicht vom Substrathalter löst.
  • Es werden nun verschiedene Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben.
  • 1a und 1b zeigen in zwei zueinander senkrecht orientierten Querschnittsansichten einen Substrathalter 1 mit einem Körper 2 (Substrathalter), auf den eine Halbleiterscheibe 7 („Wafer"), z.B. eine 8-Zoll Siliziumscheibe, aufgelegt ist. Die Halbleiterscheibe 7 ist auf der einen Hauptoberfläche 8 selektiv gedünnt worden, so dass sich die Halbleiterscheibe 7 in einen ersten, nicht-gedünnten, also dicken Bereich 7a und in einen zweiten, gedünnten Bereich 7b einteilen lässt. In diesem Fall ist der erste (nicht-gedünnte) Bereich 7a im Randbereich der Halbleiterscheibe angeordnet, während der zweite (gedünnte) Bereich 7b im Innenbereich der Halbleiterscheibe angeordnet ist.
  • 1b kann man entnehmen, dass der erste Bereich 7a der Halbleiterscheibe den zweiten Bereich 7b der Halbleiterscheibe ringförmig umfasst, so dass der erste Bereich 7a und der zweite Bereich 7b konzentrisch zu der Achse 12 angeordnet sind. Der „Ring" gibt der gedünnten Halbleiterscheibe eine mechanische Stabilität für die weitere Prozessierung. Je größer die laterale Breite B dieses Rings, desto größer die mechanische Stabilität der Halbleiterscheibe 7, aber desto kleiner die Fläche, in der dünne Chips hergestellt werden können. Bevorzugt ist laterale Breite des Ringes daher kleiner als 10% aber größer als 1% des Halbleiterscheibenradius R.
  • Eine Dünnung der Halbleiterscheibe 7 ist gewöhnlich dann erforderlich, wenn z.B. aus platz- oder schaltungstechnischen Gründen Chip-Dicken erforderlich sind, die kleiner sind als die Dicken standardmäßig erhältlicher Halbleiterscheiben. Zum Beispiel ist es für vertikale Leistungstransistoren wünschenswert, die Chip-Dicke auf bis zu 120 Mikrometer oder gar auf 40 Mikrometer zu reduzieren, um den ohmschen Widerstand für den transversalen Stromfluss zu minimieren, während beim Sägen von z.B. 8-Zoll Scheiben Dicken von etwa 400 Mikrometer erforderlich sind. Die dünnen Chip-Dicken werden in diesem Fall durch eine Dünnung der Halbleiterscheibe von einer Dicke von z.B. 400 Mikrometer auf z.B. 120 Mikrometer oder gar auf 40 Mikrometern erreicht. Diese Zahlen sind nur beispielhaft und können je nach Anwendung sehr unterschiedlich sein. Bevorzugt sind die Dicken im ersten Bereich der Halbleiterscheibe jedoch um mehr als 50% dicker als die Dicken der Halbleiterscheibe im zweiten Bereich.
  • 1a und 1b zeigen weiterhin den ersten Oberflächenbereich 5a und den zweiten Oberflächenbereich 5b des Körpers 2, wobei der zweite Oberflächenbereich 5b in Bezug auf den ersten Oberflächenbereich 5a um einen Vorstand V („protrusion") vorsteht. Durch diesen Vorstand V kann der die gedünnte Halbleiterscheibe 7 sowohl mit seinem ersten Bereich 7a als auch mit seinem zweiten Bereich 7b auf der Oberfläche des Substrathalters 5 aufliegen. Dies ermöglicht eine bessere Stützung der Halbleiterscheibe 7, um eine zu starke Durchbiegung der Halbleiterscheibe zu verhindern.
  • Der Vorstand V des zweiten Oberflächenbereichs 5b in Bezug auf den ersten Oberflächenbereich 5a entspricht idealerweise der Dünnung der Halbleiterscheibe 7, d.h. werden Halbleiterscheiben verwendet, die von 400 Mikrometer auf 140 Mikrometer gedünnt (260 Mikrometer Dünnnung) worden sind, so würde ein Vorstand V von 260 Mikrometern dafür sorgen, dass der erste und zweite Bereich 7a, 7b der Halbleiterscheiben 7 jeweils auf dem ersten und zweiten Oberflächenbereich 5a, 5b des Substrathalter aufliegen können, ohne dass sich der gedünnte zweite Bereich 7b der Halbleiterscheibe durchbiegt.
  • Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der erste und der zweite Oberflächenbereich 5a, 5b koplanar zueinander sind. Dadurch können die koplanaren Oberflächen des ersten Bereichs 7a und zweiten Bereichs 7b im gesamten Überlappungsbereich auf der Oberfläche 5 des Substrathalters 1 aufliegen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Substrathalter 1 ein einstückig hergestellter Körper aus Metall, Quarz, Keramik, oder zum Beispiel aus Aluminium. Mit Aluminium bietet der Substrathalter 2 der Halbleiterscheibe 7 eine ausreichende Festigkeit, um diese bei Bearbeitungsschritten wie elektrischem Test, Sägen oder Markieren zu stützen. Zudem bietet die sich in der Atmosphäre bildende Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche 5 des Körpers 2 eine gute Barriere, um eine die Halbleiterscheibe verunreinigende Diffusion des Körpermaterials in die Halbleiterscheibe 7 zu verhindern. Gleichzeitig kann die elektrisch isolierende Aluminiumoxidschicht dazu verwendet werden, ein elektrischen Feld zwischen Halbleiterscheibe 7 und Substrathalter 5 aufzubauen, mit dem die Halbleiterscheibe 7 auf den Substrathalter 5 gepresst und gehalten wird. Dadurch kann die Halbleiterscheibe 7 auch auf dem Substrathalter 5 in Position gehalten werden, wenn eine seitliche Kraft auf die Halbleiterscheibe 5 ausgeübt oder wenn der Substrathalter gekippt oder kopfüber transportiert wird.
  • Es sei an dieser Stelle gesagt, dass Aluminium nur eines von vielen möglichen Materialien für den Substrathalter ist. Entsprechend den Erfordernissen für die Behandlung der Halbleiterscheibe können die für die Halbleiterscheibe verwendeten Materialien auch andere Metalle, wie z.B. Kupfer, Gold oder Legierungen (Messing) dieser Metalle, z.B. Messing, sein. Die verwendeten Materialien können auch isolierende Materialien wie z.B. Kunststoff, Teflon, Epoxy, oder Keramik sein. Auch eine Schichtung verschiedener Materialien ist denkbar. Zum Beispiel kann es erforderlich sein, auf einen elektrisch leitenden Substrathalter 7 eine isolierende dünne Schicht aufzubringen, um die Halbleiterscheibe vom Substrathalter 5 elektrisch zu isolieren oder, wie bereits besprochen, ein elektrisches Feld anzulegen.
  • Es sei weiterhin gesagt, dass die in 1a-1b dargestellte Rotationssymmetrie des Substrathalters 1 oft von Vorteil, aber für die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht notwendig ist. Z.B. kann die vorstehende zweite Oberflächenbereich auch viereckig oder beliebig n-eckig (n=1, 2, 3, ...), oder ein beliebiger Rotationskörper sein, sein. Der zweite Oberflächenbereich 5b kann sich auch aus mehreren Oberflächenbereichelementen zusammensetzen, die bevorzugt den gleichen Vorstand V gegenüber dem ersten Oberflächenbereich 5a haben. In diesem Fall könnte der Substrathalter mehrere vorstehende Elemente aufweisen, die mit ihren jeweiligen vorstehenden Oberflächenelementen den gedünnten (zweiten) Halbleiterscheibenbereich 7b an so vielen Stellen punktuell stützt, dass der gedünnte Halbleiterscheibenbereich 7b sich nicht signifikant durchbiegen kann.
  • 2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform, die im wesentlich wie die von 1a-1b ist. Jedoch besteht der Körper 1 im Unterschied zu 1a-1b im vorliegenden Fall aus zwei Körperelementen 2a, 2b, wobei das erste Körperelement 2a den ersten Oberflächenbereich 5a und das zweite Körperelement 2b den zweiten Oberflächenbereich 5b aufweist. Die beiden Körperelemente 2a, 2b sind so miteinander verbunden, dass die zweite Oberflächenbereich 5b in senkrechte Bewegungsrichtung M zur ersten Oberflächenbereich 5a verschoben werden kann. Die senkrechte Bewegungsrichtung M kann zum Beispiel durch eine gleitende Führung zwischen dem ersten Körperelement 2a und dem zweiten Körperelement 2b hergestellt werden. Auf diese Weise ist der Vorstand V variierbar, so dass dieser auf Halbleiterscheiben 7 verschiedener Dünnungsgrade und Dicken flexibel angepasst werden kann.
  • Zusätzlich sind in 2 schematisch zwei komprimierte Federn 64 gezeigt, die das erste Körperelement 2a und das zweite Körperelement 2b (und somit den ersten Oberflächenbereich 5a und den zweiten Oberflächenbereich 5b) auseinanderdrücken. Auf diese Weise kann der zweite Oberflächenbereich 5b des Substrathalters 1 gegen den zweiten (gedünnten) Bereich 7b der Halbleiterscheibe 7 gedrückt werden, um einen Berührungskontakt herzustellen. Ist dieser Druck kleiner als der Druck durch das Eigengewicht des gedünnten Bereichs 5b, so kann durch die Federung die Verbiegung des gedünnten Bereichs 5b reduziert werden. Insbesondere kann die Federung eine Verbiegung des gedünnten Halbleiterscheibenbereichs verhindern, wenn zusätzliche Kräfte auf den gedünnten Bereich ausgeübt werden, z.B. wenn Kontaktnadeln oder Probecards auf den gedünnten Bereich 7b aufgesetzt werden, um die elektrische Funktionsfähigkeit einer integrierten Schaltung auf der Halbleiterscheibe zu testen.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, die im wesentlich wie die von 1a-1b ist. Jedoch sind im Unterschied zu 1a-1b der erste und der zweite Oberflächenbereich 5a, 5b so angeordnet, dass die Oberfläche 5 des Substrathalters 1 formschlüssig mit der Halbleiterscheibe 7 verbunden ist. Insbesondere sind der zweite (gedünnte) Bereich 7b der Halbleiterscheibe im Wesentlichen genauso groß wie der zweite (vorstehende) Oberflächenbereich 5b des Körpers 2 und der Vorstand V genau so groß wie die Dünnung der Halbleiterscheibe 7. Auf diese Weise kann der gesamte gedünnte Bereich 7b der Halbleiterscheibe 7 gestützt werden, wenn die Halbleiterscheibe 7 auf den Substrathalter 1 aufgelegt wird. Auf diese Weise kann der gedünnte Bereich überall mit einer Probekarte belastet werden, oder gesägt werden, ohne dass der gedünnte Bereich 5b der Halbleiterscheibe gebogen wird und zerbricht. Bevorzugt ist der Spalt zwischen dem ersten Oberflächenbereich 5a und dem ersten Bereich 7a der Halbleiterscheibe 7 im gesamten ersten Oberflächenbereich kleiner als 100 Mikrometer und möglichst auch kleiner als 50 Mikrometer. Ebenso ist der Spalt zwischen dem zweiten Oberflächenbereich 5b und dem zweiten Bereich 7b der Halbleiterscheibe 7 im gesamten ersten Oberflächenbereich möglichst kleiner als 100 Mikrometer und möglichst auch kleiner als 10 Mikrometer.
  • Die Formschlüssigkeit ist möglichst auch im Übergangsbereich 5c, d.h. dem Bereich in dem der erste Oberflächenbereich 5a in den zweiten Oberflächenbereich 5b übergeht, gegeben. In diesem Bereich ist es bevorzugt, wenn der Spalt zwischen Halbleiterscheibe 7 und Körper 5 im gesamten ersten Übergangsbereich 5c kleiner als 1000 Mikrometer und möglichst auch kleiner als 500 Mikrometer ist. Durch die Formschlüssigkeit im Übergangsbereich 5c ist gewährleistet, dass die Halbleiterscheibe 7 auch seitlich fixiert ist, so dass die Halbleiterscheibe 7 auch in Position bleibt, wenn seitliche Kräfte auf die Halbleiterscheibe 7 wirken.
  • Ein weiterer Vorteil einer formschlüssigen Verbindung zwischen Halbleiterscheibe und Substrathalterkörper 2 ist der, dass eine auf den Substrathalterkörper 2 pressende Kraft auf den Halbleiterscheibe 7 ausgeübt werden kann, ohne dass eine Verbiegung des gedünnten Halbleiterscheibenbereichs 7b eintreten kann. Die pressende Kraft ermöglicht eine bessere Fixierung der Halbleiterscheibe 7 auf den Substrathalterkörper 2.
  • In 3 sind beispielsweise zwei Öffnungen 20a im ersten Oberflächenbereich 5a und zwei Öffnungen 20b im zweiten Oberflächenbereich 5b gezeigt, die über entsprechende Kanäle 22 mit einer Vakuumpumpe oder einem Unterdruckreservoir verbunden werden können. Auf diese Weise kann ein Unterdruck zwischen Halbleiterscheibe 7 und Substrathalterkörper 3 erzeugt werden, der den gedünnten Bereich 7b und den dicken Bereich 7a gleichermaßen auf die Oberfläche 5 des Substrathalterkörpers drückt. Damit liegt insbesondere die gedünnte Bereich 7b der Halbleiterscheibe 7 fest auf der zweiten Oberfläche 5b auf.
  • An dieser Stelle sei gesagt, dass die vorliegende Figur nur schematisch und beispielhaft ist. Zum Beispiel mag es in vielen Fällen ausreichen, wenn die Öffnungen 20a, 20b nur im zweiten Oberflächenbereich 5b angeordnet sind, da nur der gedünnte Bereich 7b auf den Substrathalterkörper 5b gedrückt werden braucht. Ebenso ist es vorstellbar, dass die Öffnungen 20a, 20b nur im ersten Oberflächenbereich 5b angeordnet sind, um den gedünnten Bereich 7b vor Pressdruck zu schützen.
  • Weiterhin gibt es gestalterische Möglichkeiten, wie viele Öffnungen 20a, 20b auf dem ersten und/oder zweiten Oberflächenbereich 5a, 5b vorgesehen sind, wo diese angeordnet und wie groß diese sein sollen. Diese Variablen hängen davon ab, wie dünn und empfindlich der gedünnte Bereich 7b der Halbleiterscheibe 7 ist, wie stark die Pumpe ist, etc. Diese Variablen festzulegen ist jedoch im Rahmen dessen, was ein Fachmann bei einer gegebenen Anwendung auf einfache Weise selber durchführen kann.
  • 4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform, die der von 2 in vielen Aspekten gleicht. Im Unterschied zu 2 hat die Ausführungsform von 4 jedoch mehrere vorstehende Kontaktnadeln 66, die jeweils an deren Spitze zweite Oberflächenbereiche 5b von der Größe von Nadelspitzen bilden. Wie in 2 angedeutet können die Kontaktnadeln 66 jeweils an eine Feder 64 montiert sein, die die Kontaktnadeln entlang einer Führungsschiene (nicht gezeigt) in senkrechter Bewegungsrichtung M in Richtung gedünnten Bereich 7b der Halbleiterscheibe 7 drücken. Auf diese Weise kann mit jeder Kontaktnadel 66 zum einen ein zusätzlicher elektrischer Kontakt mit der Halbleiterscheibe 7 hergestellt werden. Gleichzeitig können die Kontaktnadeln den gedünnten Halbleiterscheibenbereich 7b stützen, damit dieser nicht durchhängt oder unter externem Druck von außen bricht.
  • Die in 4 gezeigte Ausführungsform ist ein weiteres Beispiel, das stellvertretend für viele Variationsmöglichkeiten steht. Zum Beispiel kann die Anzahl der Nadeln je nach Bedarf angepasst und variiert werden. Es können statt der Nadeln 66 abgerundete oder abgeflachte Kontaktkörper verwendet werden. Auch die Art der gefederten Aufhängung der Kontaktnadeln 66 in den Substrathalterkörper 2 kann auf vielfältige Weise variieren. Zum Beispiel können statt der Federn elastische Materialien, z.B. ein elastisches Medium aus einem Gummi, oder ein hydraulischer Antrieb, oder ein Schrittmotor verwendet werden. Für Hochvolt-Bauelemente ist die Oberfläche typischerweise aus Gold. Auf diese Weise kann der Vorstand V auf verschiedene Halbleiterscheibentypen angepasst werden. Weiterhin, wenn die Kontaktnadeln in der Lage sind, die gedünnten Halbleiterscheibenbereich ausreichend zu stützen, kann der Substrathalterkörper 2 mit Öffnungen 20 versehen werden, um für eine bessere Halterung ein Vakuum zwischen Halbleiterscheibe 7 und Substrathalterkörper 2 anlegen zu können.
  • 5 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Messvorrichtung 100. Diese zeigt einen Substrathalter 1, eine im mittleren Bereich gedünnte Halbleiterscheibe 7, eine Kontaktierungsvorrichtung 30 zum Kontaktieren der Halbleiterscheibe 7, eine Spannungsquelle 32, mit der über die Kontaktierungsvorrichtung 30 und die gedünnte Oberfläche der Halbleiterscheibe 7 eine elektrische Spannung auf dem Halbleiterscheibe 7 angelegt werden kann, und ein Spannungsmessgerät 34, das die Spannung an einem gewünschten Punkt der Schaltung abgreift, misst. Auf diese Weise kann eine elektrische Schaltung, die auf der gedünnten Halbleiterscheibenbereich 7b integriert ist, gestestet werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform weist der Substrathalterkörper 2 einen ersten Oberflächenbereich 5a und einem zweiten Oberflächenbereich 5b auf. Der zweite Oberflächenbereich 5b steht in Bezug zum ersten Oberflächenbereich 5a um eine Distanz V vor. Die Distanz V entspricht der Dünnungstiefe, mit der die Halbleiterscheibe 7 in einem vorangegangenen Dünnungsverfahren gedünnt worden ist. Die zweite Oberflächenbereiche 5a, 5b und der Übergangsbereich 5c, z.B. eine Stufe, sind so ausgeformt, dass sie formschlüssig mit der in der Geometrie vorgegebenen, im mittleren Bereich selektiv gedünnten Halbleiterscheibe 7 verbunden werden kann. Die Formschlüssigkeit zwischen der gedünnten Halbleiterscheibenseite und den Oberflächenbereichen 5a, 5b, 5c der Substrathalteroberfläche 5 ist so ausgebildet, dass der Spalt zwischen der Halbleiterscheibe 7 und der Oberfläche des Substrathalterkörpers 2 überall kleiner als 50 Mikrometer ist. Auf diese Weise ist die Halbleiterscheibe 7 auf der gesamten Unterseite gut abgestützt, um auf der Oberseite der Halbleiterscheibe 7 Kontaktierungselemente, z.B. Kontaktnadeln 64, aufsetzen zu können, ohne die gedünnten Bereiche der Halbleiterscheibe 7 zu zerstören.
  • Der Substrathalterkörper 2 in 5 ist ein einstückiger Körper aus Aluminium, der auf seiner Oberfläche mit einer dünnen Schicht 26 aus Gold oder Silber, die z.B. 50 Mikrometer dick ist, beschichtet ist. Durch die Gold-(oder Silber-)schicht 26 kann ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem Substrathalterkörper 2 und der gedünnten Seite der Halbleiterscheibe 7 hergestellt werden. Auf diese Weise kann die gedünnte Seite der Halbleiterscheibe 7 geerdet werden oder, zum Beispiel, als Drain-Kontakt für einen vertikalen Leistungstransistor (nicht gezeigt) verwendet werden.
  • Der Substrathalterkörper 2 weist weiterhin, beispielsweise, sechs Öffnungen 20a, 20b auf, die mit Kanälen 22 verbunden sind, welche einen Anschluss an eine Vakuumpumpe ermöglichen. Auf diese Weise ist es möglich, die Halbleiterscheibe 7 mittels Unterdruck zwischen der Halbleiterscheibe und der Oberfläche 5, 5a, 5b auf den Substrathalterkörper 2 zu drücken, so dass zwischen der Goldschicht 26 und der gedünnten Oberfläche der Halbleiterscheibe 7 ein guter elektrischer Kontakt hergestellt werden kann.
  • Die Halbleiterscheibe 7 ist in 5 wieder eine der im inneren Bereich 7b gedünnten Scheiben, wie sie in den vorherigen Ausführungsformen bereits beschrieben worden sind. Sie kann z.B. aus Silizium sein. Die Halbleiterscheibe 7 kann bereits soweit prozessiert worden sein, dass eine oder mehrere integrierte Schaltungen, zum Beispiel mit einem oder mehreren Leistungstransistoren mit Gate-Anschluss und Source-Anschluss (nicht in der Figur gezeigt), auf der Halbleiterscheibe 7 integriert worden sind. Anschließend kann die der integrierten Schaltung entgegengesetzte Oberfläche der Halbleiterscheibe 7 im mittleren Bereich, d.h. im zweiten Halbleiterscheibenbereich 7b, selektiv zu einer vorher aufgebrachten konzentrischen Maske so weit geätzt worden sein, bis der ohmsche Widerstand von der Schaltungsseite zu der gedünnten Seite einen maximalen zulässigen Wert unterschritten hat. Typischerweise kann die Dicke der Halbleiterscheibe 7 im gedünnten Bereich dann z.B. 140 Mikrometer betragen. Die in 5 gezeigte Halbleiterscheibe 7 kann, aber muss nicht, eine auf diese Weise vorbereitete Scheibe sein.
  • Die Kontaktierungsform 30 ist aus Darstellungsgründen nur schematisch gezeigt. Gezeigt sind zwei Kontaktnadeln 66, die jeweils an einem Manipulator 68 befestigt, damit die Kontaktnadeln in Höhe und lateral dazu auf eine gewünschte Position auf der Halbleiterscheibe 7 verfahren werden könne. Eine der Kontaktnadeln 66 ist über eine Leitung mit der Spannungsquelle 32 verbunden, die am anderen Ende mit der Masse und dem Substrathalterkörper 2 verbunden ist. Auf diese Weise kann die Kontaktnadel 66 auf eine gewünschte Spannung relative zur Masse und relativ zum Substrathalterkörper 2 gefahren werden.
  • Die zweite gezeigte Kontaktnadel 66 ist in 5 dagegen mit einem Strommessgerät 34 verbunden. Diese Kontaktnadel kann somit Spannungen, die durch die durch die Spannungsquelle 32 verursachten Ströme von der Vorderseite zur Rückseite der Halbleiterscheibe 7 erzeugt werden, an verschiedenen Punkten der Schaltung messen.
  • Das vorliegende Messschema ist klarerweise nur eines von vielen Möglichkeiten. Oft werden statt zweier oder mehrerer Manipulatoren 68 mit Nadeln 66 Probecards verwendet, die 10, 100 oder noch mehr vorjustierte Nadeln haben. Je mehr Nadeln, umso größer der Druck auf die Halbleiterscheibe. Aufgrund des den gedünnten Halbleiterscheibenbereich 7b stützenden zweiten Oberflächenbereichs 5b können die durch die Probekarte erzeugten Kräfte auf die Halbleiterscheibe 7 aufgefangen werden.
  • 6 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Teilen eines Substrats 200. Eine solche Vorrichtung kann z.B. dazu verwendet werden, die Halbleiterscheibe 7 in 10, 100 oder noch mehr einzelne Chips zu zerlegen.
  • 6 zeigt wieder einen Substrathalter 1, eine im mittleren Bereich gedünnte Halbleiterscheibe 7, die formschlüssig auf den Substrathalter 1 aufgelegt worden ist, und schematisch eine Säge, die teilweise in den gedünnten (zweiten) Bereich der Halbleiterscheibe 7 eingedrungen ist, um diese zu teilen.
  • Der vorliegende Substrathalterkörper 2 ist weitgehend identisch zu dem Substrathalterkörper 2 von 5. Die gleichen Referenzzeichen beziehen sich daher auf die gleichen Elemente. Im Unterschied zu 5 weist der Substrathalterkörper in 6 jedoch keine Gold oder Silberschicht auf sondern eine isolierende (dielektrische) Schicht, z.B. eine Aluminiumoxidschicht 24. Eine Goldschicht ist nicht erforderlich, da beim Sägen kein elektrischer Kontakt zwischen Substrathalterkörper 2 und Halbleiterscheibe 7 vorhanden sein muss. Die sich auf dem Aluminium bildende isolierende Aluminiumschicht 24 verhindert zudem eine Diffusion von Aluminium des Substrathalterkörpers 2 in die Halbleiterscheibe 7.
  • Wie in 5 weist der Substrathalterkörper 2 in 6 einen ersten Oberflächenbereich 5a und einen zweiten Oberflächenbereich 5b auf. Der zweite Oberflächenbereich 5b steht in Bezug zum ersten Oberflächenbereich 5a um eine Distanz V vor. Die Distanz V entspricht der Dünnungstiefe, mit der die Halbleiterscheibe 7 in einem vorangegangenen Dünnungsverfahren gedünnt worden war. Die zweite Oberflächenbereiche 5a, 5b und der Übergangsbereich 5c, z.B. eine Stufe, sind so ausgeformt, dass sie formschlüssig mit der in der Geometrie vorgegebenen, im mittleren Bereich selektiv gedünnten Halbleiterscheibe 7 verbunden werden kann. Die Formschlüssigkeit zwischen der gedünnten Halbleiterscheibenseite und den Oberflächenbereichen 5a, 5b, 5c der Substrathalteroberfläche 5 ist so ausgebildet, dass der Spalt zwischen der Halbleiterscheibe 7 und der Oberfläche des Substrathalterkörpers 2 überall kleiner als 50 Mikrometer ist. Der Substrathalterkörper 2 in 6 ist ein einstückiger Körper aus Aluminium, auf dem eine natürliche isolierende Aluminiumoxidschicht 24 gewachsen ist.
  • Der Substrathalterkörper 2 weist wieder beispielsweise sechs Öffnungen 20a, 20b auf, die mit Kanälen 22 verbunden sind, welche einen Anschluss an eine Vakuumpumpe ermöglichen. Auf diese Weise ist es möglich, die Halbleiterscheibe 7 mittels Unterdruck zwischen der Halbleiterscheibe und der Oberfläche 5, 5a, 5b auf den Substrathalterkörper 2 zu drücken, so dass die Halbleiterscheibe 7 beim Sägen nicht verrutscht.
  • Die Halbleiterscheibe 7 ist in 6 kann wie in 5 eine der im inneren Bereich 7b gedünnten Scheiben sein. Der Sägeschritt findet bevorzugt nach der Herstellung der integrierten Schaltung und nach dem elektronischen Schaltungstest statt. Nach der Vereinzelung werden bevorzugt die Chips für die weitere Verarbeitung verwendet, die von dem gedünnten (zweiten) Halbleiterscheibenbereich 7b stammen.
  • In 6 wird eine Horizontal-Spindel-Säge 70 für die Vereinzelung der Halbleiterscheibe 7 verwendet. Diese hat ein schnell rotierendes Diamantsägeblatt, das in geraden Linien über die Halbleiterscheibe geführt wird. Dabei fräst sich die Säge in die Halbleiterscheibe 7 hinein bis die Scheibe durchschnitten ist. Durch das Sägen entlang mehrerer paralleler Linien in zueinander senkrechter Richtung kann die Halbleiterscheibe 7 in zahlreiche rechteckige Chips zerteilt werden. Aufgrund der Unterstützung durch die erste und zweiten Oberflächenbereiche 5a und 5b des Substrathalters kann sich der gedünnte zweite Bereich 7b der Halbleiterscheibe 7 beim Sägen nicht durchbiegen und unkontrolliert zerbrechen. Aufgrund der formschlüssigen Verbindung zwischen Substrathalter 5 und Halbleiterscheibe 7 kann die Halbleiterscheibe beim Sägen sich auch nicht unkontrolliert verschieben. Auf diese Weise können auch sehr dünne Halbleiterscheiben in kontrollierter Weise gesägt werden. Zum Vereinzeln kann auch ein Laser (trocken oder Wasser geführt) eingesetzt werde.
  • 6 zeigt weiterhin schematisch eine Markierungsvorrichtung 300. Diese hat einen Tintendispenser 301 und einen Manipulator 300, der den Tintendispenser in vertikaler und horizontaler Richtung verfahren kann, damit er den Tintendispenser 301 auf jeden beliebigen Punkt der Halbleiterscheibe 7 fahren kann, um die Halbleiterscheibe 7 dort mit Tinte zu markieren zu können. Die Markierung kann z.B. aus einem Punkt bestehen, mit der ein vorbestimmtes Halbleiterschaltungselement versehen wird, um anzuzeigen, dass dieses Halbleiterschaltungselement einen Defekt hat und nach einer Singulierung durch die Säge 70 zu verwerfen ist. Die Markierungsvorrichtung 301 kann an mehreren Stellen während der Prozessierung der Halbleiterscheibe 7 verwendet werden, z.B. beim oder nach dem Test.
  • In den 7a-7c wird beispielhaft ein Verfahren zur Behandlung einer Halbleiterscheibe 7 dargestellt:
  • 7a zeigt eine Halbleiterscheibe 7 mit einer homogenen Dicke von z.B. 400 Mikrometer, nachdem sie auf einer Hauptoberfläche 8 mit einer photoempfindlichen Lackschicht versehen worden ist, die anschließend auf photolithographischem Wege zu einer Maske 14 strukturiert worden ist. In dem vorliegenden Fall ist die Maske 14 so strukturiert worden, dass nur am äußeren Rand der Halbleiterscheibe 7 eine „Ring" mit einer lateralen Ringbreite B stehen geblieben ist. Die laterale Ringbreite ist typischerweise so gewählt, dass sie der Halbleiterscheibe 7, nachdem sie gedünnt worden ist, weiterhin eine ausreichende mechanische Stabilität gibt.
  • 7a zeigt weiterhin optional und schematisch drei integrierte Schaltungen 18, die auf der nicht maskierten Hauptoberfläche (aktive Hauptoberfläche) der Halbleiterscheibe 7 integriert sind. Die integrierten Schaltungen 18 sind mit Hilfe üblicher mikroelektronischer Herstellungsmethoden auf die Halbleiterscheibe 7 aufgebracht worden. Danach ist die Halbleiterscheibe 7 mit der aktiven Seite zuerst auf einen Träger 16, z.B. eine flexible Folie oder ein Polymermatte (z.B. Epoxydharzen) aufgebracht worden. Der Träger 16 ermöglicht einen schonenden Transport der Halbleiterscheibe 7 und schützt die integrierten Schaltungen 18 während der folgenden Ätz und Bearbeitungsschritte.
  • 7a zeigt weiterhin schematisch den Ätzschritt 70, der nach der Maskierung durchgeführt wird, um die Halbleiterscheibe selektiv zur Maske 14 an der Hauptoberfläche 8 zu dünnen. Auf diese Weise bleibt der maskierte Bereich der Halbleiterscheibe stehen, um einen „dicken", ersten Bereich 7a zu bilden, während der nicht maskierte Bereich durch die Ätzung auf eine gewünschtes Maß gedünkt wird. Typischerweise kann die Dünnung z.B. von 400 Mikrometer auf 140 Mikrometer durchgeführt werden, wobei diese Werte je nach Wunsch und Anwendung und Halbleiterscheibenausgangsmaterial variiert werden können. Die Ätzung kann z.B. nasschemisch oder trockenchemisch erfolgen.
  • Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass die ringartige Strukturierung der Halbleiterscheibe 7 nur eine Möglichkeit von vielen ist. Ist die Halbleiterscheibe zum Beispiel sehr groß, z.B. 12 Zoll, und soll die Dünnung der Halbleiterscheibe sehr stark sein, um einen sehr dünnen „gedüngten" Bereich 7b zu erhalten, z.B. kleiner als 50 Mikrometer, so ist es denkbar, die Maske so auszulegen, dass nach der Dünnung anstatt oder zusätzlich zum äußeren Ring, z.B., kreuzförmige Maskenstege auf der Halbleiterscheibe stehen bleiben. Diese „Stege" können den gedüngten Bereich (zweiter Bereich) der Halbleiterscheibe bei der weiteren Behandlung zusätzlich stützten und vor Bruch bewahren.
  • 7b zeigt die Halbleiterscheibe 7 nach dem selektiven Ätzschritt und nach der Entfernung der Maske 14, z.B. durch Veraschung. Zurück bleibt die Halbleiterscheibe 7 mit einem ringförmigen „dicken" Bereich 7a und einem in dem Ring eingeschlossenen gedünnten Bereich 7b. Von der ursprünglichen Oberfläche 8 ist nur noch der Ring übrig geblieben. Die aktive Hauptoberfläche ist weiterhin von dem Träger 16 abgedeckt.
  • 7c zeigt einen weiteren Prozessschritt, bei dem die Halbleiterscheibe geflippt und mit der geätzten Oberfläche zuerst auf den Substrathalterkörper 2 („Chuck") aufgesetzt wird. Der Chuck hat zwei Oberflächenbereiche, (a) den ersten Oberflächenbereich 5a und (b) den gegenüber dem ersten Oberflächenbereich um den Vorstand V vorstehenden Oberflächenbereich 5b. Der Vorstand V („protrusion") ist so ausgelegt, dass er genau der Dünnung im vorangegangenen selektivem Ätzschritt entspricht. Daher liegen sowohl der dicke Bereich 7a als auch der gedünnte Bereich 7b der Halbleiterscheibe 7 auf, so dass der gedünnte Bereich 7b für die weitere Bearbeitung auf dem Chuck 2 stabilisiert ist.
  • Zusätzlich zu der Abstützung des gedünnten Bereichs 7b durch den Chuck 2 weist der Chuck weiterhin 5 Kanäle 22 auf, über die der Chuck 2 mit einem Vakuumreservoir 27 und einer Vakuumpumpe 28 verbunden ist. Durch die Pumpe 28 ist es möglich, über die Kanäle 22 im Bereich zwischen Halbleiterscheibe und Chuckoberfläche, d.h. zwischen Halbleiterscheibe 7 und erstem Oberflächenbereich 5a und zweitem Oberflächenbereich 5b, einen Unterdruck zu erzeugen, mit dem die Halbleiterscheibe 7 auf dem Chuck 2 gehalten wird, selbst wenn der Chuck gekippt wird.
  • Durch den Unterdruck zwischen Halbleiterscheibe 7 und Chuckoberfläche ist es weiterhin möglich, den Träger 16 von dem empfindlichen gedünnten Halbleiterscheibenbereich 7b abzuziehen, ohne den gedünnten Bereich 7b zu schädigen oder zu brechen. Dies ist deshalb möglich, da der Unterdruck den gedünnten Halbleiterscheibenbereich 7b auf die ebene zweite Oberfläche 5b des Chucks 2 presst und so verhindert, dass der Träger beim Abziehen desselben von der Halbleiterscheibe 7 den gedünnten Bereich 7b nach oben mitzieht.
  • Es sei abschließend nochmals gesagt, dass die in dieser Beschreibung dargestellten Ausführungsformen lediglich exemplarisch sind und die Erfindung nicht limitieren. Insbesondere ist es für einen Fachmann klar, dass die einzelnen Merkmale der Ausführungsformen je nach Anwendung kombiniert oder weiterentwickelt werden können, ohne dass diese Kombination von dem Erfindungsgedanken abweicht. Zum Beispiel, während die Figuren Ausführungsbeispiele zeigen, in denen die Halbleiterscheibe 7 mittels Unterdruck auf die Oberfläche 5 des Substrathalterkörpers 2 gedrückt wird, kann jedes dieser Beispiele anstatt eines Unterdrucks z.B. z.B. mechanische Klammern verwenden, die die Halbleiterscheibe 7 auf die Oberfläche 5 der Substrathalterkörper 2 drücken. Alternativ kann auch ein elektrisches Feld verwendet werden, das mittels einer externen Spannung zwischen der Halbleiterscheibe 7 und dem Substrathalterkörper 2 aufgebaut wird und die Halbleiterscheibe 7 somit auf die Oberfläche 5 des Substrathalterkörpers 2 drückt.
    • 1
    Vorrichtung zum Halten eines Substrats
    2
    (Substrathalter)körper
    2a
    erster (Substrathalter)körper
    2b
    zweiter (Substrathalter)körper
    5
    Oberfläche zum Auflegen eine Halbleiterscheibe
    5a
    erster Oberflächenbereich des Körpers
    5b
    zweiter Oberflächenbereich des Körpers
    5c
    Übergangsbereich
    7
    Halbleiterscheibe
    7a
    erster Bereich der Halbleiterscheibe
    7b
    zweiter Bereich der Halbleiterscheibe
    8
    Hauptoberfläche der Halbleiterscheibe
    10a
    erste Ebene
    10b
    zweite Ebene
    12
    Achse
    14
    Maske
    16
    Träger
    18
    integrierte Schaltung
    20
    Öffnung
    20a
    Öffnung im ersten Oberflächenbereich
    20a
    Öffnung im zweiten Oberflächenbereich
    22
    Kanal
    24
    dielektrische Schicht
    26
    leitende Schicht
    27
    Vakuumreservoir
    28
    Pumpe
    30
    Kontaktierungsvorrichtung
    32
    Spannungsquelle
    50
    Vorrichtung zum Markieren
    64
    Feder
    66
    Kontaktnadel
    68
    Manipulator
    70
    Teilungsvorrichtung
    72
    Ätzschritt
    100
    Messvorrichtung
    200
    Vorrichtung zum Teilen eines Substrats
    300
    Markierungsvorrichtung
    B
    laterale Ringbreite
    D
    Abstand des ersten Oberflächenbereichs zur Achse
    M
    Bewegungsrichtung
    R
    Halbleiterscheibenradius
    V
    Vorstand („Protrusion")

Claims (25)

  1. Eine Vorrichtung (1) zum Halten eines Substrats umfassend: einen Körper (2) mit einer Oberfläche (5) zum Auflegen einer Halbleiterscheibe (7), wobei die Oberfläche (5) aufweist: einen ersten Oberflächenbereich (5a), auf dem ein erster Bereich (7a) der Halbleiterscheibe aufliegen kann; und einen zweiten Oberflächenbereich (5b), auf dem ein zweiter Bereich (7b) der Halbleiterscheibe aufliegen kann, wobei der zweite Oberflächenbereich (5b) in Bezug auf den ersten Oberflächenbereich (5a) vorsteht.
  2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 umfassend eine Halbleiterscheibe (7), die sowohl auf dem ersten Oberflächenbereich (5a) als auch auf dem zweiten Oberflächenbereich (5b) des Körpers (5) aufliegt.
  3. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Bereich (7a) der Halbleiterscheibe (7) um mindestens 50% dicker ist als der zweite Bereich (7b) der Halbleiterscheibe.
  4. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-3, wobei, in eine Ebene projiziert, der erste Bereich (7a) der Halbleiterscheibe den zweiten Bereich (7b) der Halbleiterscheibe einschließt.
  5. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-4, wobei die Oberfläche (5) formschlüssig mit dem ersten und zweiten Bereich (7a; 7b) der Halbleiterscheibe (7) verbindbar ist.
  6. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-5, wobei der erste Oberflächenbereich (5a) der Oberfläche eine erste Ebene (10a) definiert und der zweite Oberflächenbereich (5b) der Oberfläche eine zweite Ebenen (10b) definiert, die im wesentlichen koplanar zueinander sind.
  7. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der Abstand der ersten Ebene (10a) zu der zweiten Ebene (10b) kleiner als 1000 Mikrometer und bevorzugt kleiner als 500 Mikrometer ist.
  8. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6-7, wobei der Abstand der ersten Ebene (10a) zu der zweiten Ebene (10b) größer als 100 Mikrometer und bevorzugt größer als 200 Mikrometer ist.
  9. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-8, wobei der erste Oberflächenbereich (5a) und der zweite Oberflächenbereich (5b) konzentrisch zu einer Achse (12) sind.
  10. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der erste Oberflächenbereich (5a) einen Abstand (D) zu der Achse hat, der größer als 50% und bevorzugt größer als 80% des Halbleiterscheibenradius (R) ist.
  11. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-10 wobei der erste Oberflächenbereich der Oberfläche und der zweite Oberflächenbereich der Oberfläche starr zueinander angeordnet sind.
  12. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-11 wobei der Körper (2) einstückig ist.
  13. Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-12 wobei der Körper im Wesentlichen aus Aluminium, ... (???) ist.
  14. Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-13, wobei Körper im Wesentlichen konzentrisch zu einer Achse (12) ist.
  15. Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-14, wobei der erste Oberflächenbereich und/oder der zweite Oberflächenbereich mindestens eine Öffnung (20) aufweist.
  16. Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-15, wobei der Körper eine dielektrische Schicht (24) aufweist.
  17. Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-16, wobei die dielektrische Schicht (24) konform zu dem ersten und/oder zweiten Oberflächenbereich der Oberfläche verläuft.
  18. Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-17, wobei der erste und/oder zweite Oberflächenbereich der Oberfläche mit einer leitenden Schicht (26), bevorzugt einer Goldschicht, versehen ist.
  19. Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats umfassend: eine Vorrichtung (1) gemäß den Ansprüchen 1-18; und eine Bearbeitungsvorrichtung (28, 30, 32, 70, 300).
  20. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 19, wobei die Bearbeitungsvorrichtung mindestens eine der folgenden Vorrichtungen aufweist: – eine Teilungsvorrichtung (70) zum Teilen der Halbleiterscheibe (7); – eine Markierungsvorrichtung (300) zum Markieren der Halbleiterscheibe (7); – eine Kontaktierungsvorrichtung (30) zum Kontaktieren der Halbleiterscheibe (7); – eine Vakuumvorrichtung (27, 28) zum Andrücken der Halbleiterscheibe (7) auf den Körper (2); und/oder – mindestens eine Spannungsquelle (32) zum Anlegen einer Spannung zwischen dem Körper (2) und der Halbleiterscheibe (7).
  21. Verfahren zur Behandlung eines Substrats umfassend: selektives Abtragen von Halbleiterscheibenmaterial an einer Hauptoberfläche (8) einer Halbleiterscheibe (7), so dass die Halbleiterscheibe in einem ersten Bereich (7a) der Halbleiterscheibe (7) dicker als in einem zweiten Bereich (7a) der Halbleiterscheibe (7) ist; und Auflegen der Halbleiterscheibe (7) mit der Hauptoberfläche (8) auf eine Vorrichtung zum Halten der Halbleiterscheibe (1), wobei sowohl der erste Bereich (7a) als auch der zweite Bereich (7b) auf der Vorrichtung (1) zum Halten der Halbleiterscheibe aufliegt.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Abtragen des Halbleiterscheibenmaterials durch mechanisches Schleifen, trocken oder nasschemisches Ätzen, mechanisches Polieren und/oder Laserabtrag geschieht.
  23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 22, wobei die Halbleiterscheibe (7) durch mindestens einen der folgenden Schritte bearbeitet wird: – Andrücken der Halbleiterscheibe (7) auf die Vorrichtung zum Halten des Substrats; – Trennen der Halbleiterscheibe (7) von einem Träger ; – Beschichten der Halbleiterscheibe (7); – Kontaktieren der Halbleiterscheibe (7); – Ätzen der Halbleiterscheibe (7); – Markieren der Halbleiterscheibe (7); – Zerteilen der Halbleiterscheibe (7); und – Transportieren der Halbleiterscheibe (7).
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei der zweite Bereich (7b) der Halbleiterscheibe (7) auf einer Fläche aufliegt, die mindestens die Hälfte der Fläche der Halbleiterscheibe (7) einnimmt.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei die Vorrichtung zum Halten der Halbleiterscheibe eine Vorrichtung (1) zum Halten eines Substrats nach einem der Ansprüche 1-18 ist.
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