-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung eines Waferkamms
aus geschnittenen Wafern mit einer Zuführeinrichtung zum
Zuführen eines Spülfluids zu dem Waferkamm, sowie
ein Verfahren zur Behandlung eines Waferkamms.
-
Wafer
sind sehr dünne Scheiben, die aus einem Materialblock,
der auch Brick oder Ingot genannt wird, geschnitten werden. Im Falle
der Weiterverarbeitung der Wafer zu Solarzellen weisen die Scheiben
typischerweise eine Dicke von ca. 200 μm und kleiner auf.
Um den Verschnitt an einem Materialblock möglichst gering
zu halten, wird der Schnittspalt zwischen den Wafern möglichst
schmal gehalten, derzeit typischerweise kleiner als 180 μm.
Die Wafer weisen beispielsweise eine Fläche von 125 mm × 125
mm (5-Zoll-Wafer) oder 156 mm × 156 mm (6-Zoll-Wafer) auf.
Für Solarzellen werden insbesondere quadratische, multikristalline
Wafer oder aus runden Ingots hergestellte, quasiquadratische monokristalline
Wafer verwendet.
-
Wafer,
insbesondere für die Verwendung in der Photovoltaik, werden
zumeist mittels einer sogenannten Multi Wire-Säge, aus
dem Materialblock geschnitten. Ein Beispiel einer solchen Säge
ist der Druckschrift
DE
697 08 168 T2 zu entnehmen. Die Säge weist ein
aufgespanntes Drahtfeld auf, mittels dem ein zylindrisches oder
rechteckiges Werkstück quer zu seiner Längsrichtung
in eine Vielzahl dünner Scheiben geschnitten wird. Um die
Wafer schneiden und möglichst schadfrei handhaben zu können,
wird der Materialblock an einen Träger, beispielsweise
an eine Glasplatte angeklebt. Diese Glasplatte ist wiederum mit
einem metallenen Maschinenträger verbunden. Dieser Verbund
wird mit dem nach unten hängenden Materialblock in die
Multi Wire Sägevorrichtung eingeführt. Das Drahtfeld
der Multi Wire Sägevorrichtung wird mit einem Gemisch aus
einer Trägerflüssigkeit und als Sägeteilchen
wirkenden Abrasivkörnern, welches beim Schneiden gleichzeitig kühlend
wirkt, beaufschlagt. Diese Flüssigkeit wird Sägeschlamm
bzw. Sägeslurry genannt. Der Materialblock wird quer zu
seiner Längsrichtung geschnitten, wobei der Schnitt bis
in den Glasträger hinein geführt wird. So ist
sichergestellt, dass der Materialblock vollständig durchtrennt
ist. Das Schneiden oder Sägen wird dabei mittels Abrasivkörnern
aus Siliciumcarbid oder Diamant bewirkt, die in der Trägerflüssigkeit
aufgeschlämmt sind. Nach dem Schneiden hängen
die Wafer nebeneinander angeordnet an dem Träger. Diese
Anordnung, die aus dem zu Wafern zersägten Materialblock
und dem Träger gebildet wird, wird als Waferkamm bezeichnet.
-
Beim
Schneiden bleiben ein Teil des Materialabtrags, sowie ein Teil der
Slurry an den Wafern haften, da diese aufgrund der Oberflächenspannung nur
unvollständig aus den schmalen Zwischenräumen
abfließen kann. Dadurch haften die Wafer nach dem Schneiden
unter Einfluss von Kohäsionskräften zumindest
teilweise aneinander an. Ein Reinigen der derart aneinanderhaftenden
Wafern ist nur sehr schwer oder gar nicht möglich.
-
Die
Druckschrift
DE
10 2005 028 112 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem Wafer
nach dem Schneiden mittels Verzahnungselementen auf Distanz gehalten
werden, um diese von Slurry reinigen zu können und nach
der Entkittung den Wafern Halt zu geben und um ein automatisches
Vereinzeln zu ermöglichen.
-
Es
hat sich weiterhin gezeigt, dass an der Oberfläche der
Wafer haftende Slurry die Wafer gegebenenfalls beschädigen
kann, bzw. dass die Slurrybestandteile mit den Wafern reagieren,
was zu einer Fleckenbildung auf der Waferoberfläche führen kann.
Es besteht daher die Notwendigkeit, die noch an den Wafern haftende
Slurry möglichst zügig und vollständig
zu entfernen.
-
Die
geringe Dicke der Wafer, der außerordentlich dünne
Spalt zwischen den Wafern, die vergleichsweise große Fläche
der Wafer, sowie die Tatsache, dass die Wafer nach dem Schneiden
zumindest teilweise aneinander haften, erschweren das vollständige
Ausspülen des Sägeschlamms erheblich.
-
Die
Aufgabe der Erfindung liegt darin, aus Waferkämmen die
Sägeslurry vollständig auszuspülen, eine
Beschädigung der Wafer und eine Fleckbildung auf der Oberfläche
der Wafer zu vermeiden, sowie die für den Reinigungsprozess
notwendige Zeit zu verringern.
-
Die
Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung bzw. mit einem
Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind
in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die
Vorrichtung zur Behandlung eines Waferkamms aus geschnittenen Wafern
weist erfindungsgemäß eine Zuführeinrichtung
auf, welche zum Zuführen eines Spülfluids zu dem
Waferkamm dient. Die Zuführvorrichtung kann dazu beliebige,
dem Fachmann geläufige Bauteile enthalten, welche geeignet
sind, ein fluides Medium zu transportieren. Dieses fluide Medium
kann Wasser, Polyäthylenglykol, Öl, ein Gemisch
aus Wasser und Tensiden, ein Gas oder ein anderes Fluid sein. Erfindungsgemäß weist
die Zuführeinrichtung eine Schlitzdüse auf, durch
welche das Spülfluid aus der Zuführeinrichtung austritt,
um in die Zwischenräume zwischen den geschnittenen Wafern
des Waferkamms einzudringen. Die Schlitzdüse ist erfindungsgemäß auf
eine Seitenfläche des Waferkamms aufsetzbar. Unter der
Seitenfläche des Waferkamms im Sinne der Erfindung ist
diejenige Fläche zu verstehen, welche sich in der Haupterstreckungsrichtung
des Waferkamms erstreckt und welche in der Regel an die an einen
Träger geklebte Seite des Waferkamms angrenzt. Die Seitenfläche
wird also durch die Schmalseiten oder Kanten der geschnittenen Wafer,
sowie durch die Zwischenräume zwischen den Wafern gebildet.
Bei einem quaderförmigen Materialblock ist die Seitenfläche
in der Regel sowohl während des Sägens, als auch
während der Reinigung vertikal ausgerichtet. Bei einem
aus einem runden monokristallinen Ingot entstandenen quasiquadratischen
Materialblock ist unter der Seitenfläche im Sinne der Erfindung
hingegen seine vertikal ausgerichtete Mantelfläche zu verstehen.
Während eines Spülvorgangs, also während Spülfluid
dem Waferkamm zugeführt wird, ist die Schlitzdüse
erfindungsgemäß im Wesentlichen in Normalenrichtung
der Wafer ausgerichtet. Unter der Normalenrichtung der Wafer ist
diejenige Raumrichtung zu verstehen, welche rechtwinklig zu der
Waferoberfläche, welche durch das Schneiden des Ingot erzeugt
wurde, ausgerichtet ist.
-
Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt
darin, dass über die Schlitzdüse ein konstanter
Volumenstrom des Spülfluids bei konstantem Druck über
die gesamte Breite der Schlitzdüse und somit über
die gesamte Breite des Waferkamms zugeführt werden kann,
wodurch besonders vorteilhaft eine laminare Strömung des
Spülfluids in den Zwischenräumen zwischen den
Wafern erreichbar ist. Dadurch wird es möglich, Sägerückstände
und Slurryreste zwischen den Wafern auszuspülen, ohne dass
dazu außerordentlich hohe Fließgeschwindigkeiten
und/oder Drücke notwendig wären. Eine Beschädigung
der empfindlichen Waferkante durch eine mit hoher Geschwindigkeit
auftreffende Spülflüssigkeit wird so vorteilhaft
vermieden. Ebenso werden Schwingungen der Wafer durch Verwirbelungen
im Waferkamm bei turbulenter Durchströmung vermieden, welche
ansonsten zu Brüchen und Rissen an Wafern führen
könnten. Die Wafer haften nach dem Schneiden in der Regel
in Büscheln aneinander, so dass punktförmige Düsen
unter Umständen das Spülfluid gerade auf eine
Waferkante sprühen, wo hingegen in den benachbarten Waferspalt
nicht ausreichend Spülfluid gelangt. Ein weiterer Vorteil
der Schlitzdüse ist darin zu sehen, dass Spülfluid
in jeden Zwischenraum zwischen den Wafern gefördert wird, unabhängig
von der Größe oder Lage des Zwischenraums.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich
die Schlitzdüse über die gesamte Breite der Seitenfläche
des Waferkamms. Dem Fachmann ist jedoch klar, dass derselbe Effekt auch
mit einer kurzen Schlitzdüse erreicht wird, wenn diese
entlang des Waferkamms bewegt wird.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
die Schlitzdüse an einem oberen Rand der Seitenfläche
auf diese aufsetzbar. Der Vorteil dieser Ausführungsform
liegt darin, dass das Spülfluid den gesamten Teil der Waferoberfläche überstreicht,
wenn es möglichst weit oben in den Zwischenraum eingeleitet
wird. Dies bedeutet, dass die Schlitzdüse innerhalb des
oberen Drittels der Waferkammseitenfläche anliegt, da bei
einem Arbeitsdruck von mindesten 0,5 bar bis etwa 2 bar das Spülfluid auch
nach oben in die Waferspalte gepresst wird. Besonders bevorzugt
erfolgt die Einleitung daher nah unterhalb des Trägers,
welcher den Waferkamm hält. Die aufgesetzte Schlitzdüse
hat vorzugsweise einen Abstand von der Seitenfläche, der
kleiner ist als 1 mm, besonders bevorzugt kleiner als 100 μm.
Weiterhin bevorzugt berührt die Schlitzdüse direkt
die Seitenfläche. Um eine Beschädigung der empfindlichen Waferkanten
zu vermeiden, ist daher die Zuführeinrichtung vorzugsweise
mit einem Schutzmaterial und/oder mit einer Abdichtung versehen,
welches beim Aufsetzen der Schlitzdüse auf die Seitenfläche an
dieser anliegt.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Zuführeinrichtung
einen Druckausgleichsraum auf. Das Spülfluid strömt
dabei zunächst in den Druckausgleichsraum und von dort in
die Schlitzdüse hinein. Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, dass der gewünschte Arbeitsdruck vor der
Schlitzdüse, also in dem Druckausgleichsraum sehr stabil
auf einem konstanten Wert gehalten werden kann, insbesondere über
die gesamte Breite der Schlitzdüse hinweg. Der Druckausgleichsraum
erstreckt sich vorzugsweise dementsprechend ebenfalls mindestens über
die gesamte Breite der Schlitzdüse. Diese Anordnung gewährleistet
besonders vorteilhaft die Ausbildung der gewünschten laminaren Strömung
in den Waferzwischenräumen. Eine Querschnittsfläche
des Druckausgleichsraums steht zu einer Querschnittsfläche
der Schlitzdüse vorzugsweise in einem Verhältnis
von mindestens 5:1, mehr bevorzugt von mindestens 10:1. Größere
Verhältnisse sind möglich, tragen jedoch nicht
merklich zur Vergleichmäßigung des Ausströmens
aus der Schlitzdüse über die gesamte Breite der
Schlitzdüse bei. Dass zur sicheren Erzielung dieses Effektes
die Zuleitungsquerschnitte für das Fluid zum Druckausgleichsraum
ausreichend groß gewählt werden müssen,
ist jedem Fachmann selbstverständlich. Unter der Querschnittsfläche
der Schlitzdüse, bzw. des Druckausgleichsraums ist im Sinne
der Erfindung diejenige Querschnittsfläche zu verstehen,
welche von dem Spülfluid durchströmt wird.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt
das Verhältnis einer Länge der Schlitzdüse
in Strömungsrichtung des Spülfluids zu einer Höhe
der Schlitzdüse 0,5–4, insbesonders 0,5 bis 2,
mehr bevorzugt zwischen 0,95 und 1,1 und besonders bevorzugt ungefähr
1. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass
der Ausströmbeiwert der Düse über die
gesamte Breite der Schlitzdüse und für beliebige
Arbeitsdrücke konstant ist.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist
die Zuführeinrichtung eine Pumpe und mindestens einen Druckregler
auf. Bevorzugt weist die Zuführeinrichtung einen ersten Druckregler
und einen zweiten Druckregler auf. Weiterhin bevorzugt weist die
Zuführeinrichtung eine Umlaufeinrichtung auf, welche zu
viel bereitgestelltes Spülfluid, beispielsweise von einer
Pumpe, zurück in einen Vorratsbehälter führt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt
sich so vorteilhaft mit unterschiedlichen Drücken der Spülflüssigkeit
betreiben. So lassen sich besonders vorteilhaft verschiedene Reinigungsschritte
durchführen. Zur eigentlichen Reinigung können
beispielsweise niedrigere Drücke verwendet werden, als
für eine Entkittung der Wafer, bei der die Verklebung mit
dem Träger gelöst wird. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung erlaubt die Zusammenfassung dieser Prozessschritte in
einer Vorrichtung unter Verwendung des gleichen Fluids, welche nach
dem Stand der Technik separat voneinander durchgeführt
werden mussten (z. B. in verschiedenen Becken) und die nach Stand
der Technik mit unterschiedlichen Fluids durchgeführt werden.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Zuführeinrichtung
zwei Schlitzdüsen auf, welche auf gegenüberliegende
Seitenflächen des Waferkamms aufsetzbar sind. Es ist ein
besonderer Vorteil dieser Ausführungsform, dass es bei
dem Aufeinandertreffen der zwei entgegengesetzt gerichteten laminaren
Strömungen nicht zu einer Verschlechterung der Reinigung
kommt, wie dies bei mit Hochdruck eingespülter Reinigungsflüssigkeit der
Fall wäre. Gemäß einer alternativen Ausführungsform
ist eine Auffangvorrichtung auf eine der Schlitzdüse gegenüberliegenden
Seitenfläche des Waferkamms aufsetzbar, so dass das Spülfluid
von einer Seite mittels der Schlitzdüse in den Waferkamm eingespült
wird, und auf der gegenüberliegenden Seite mittels der
Auffangvorrichtung wieder aufnehmbar ist.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
die Zuführeinrichtung in einer Reinigungskassette angeordnet,
wobei die Reinigungskassette zur Aufnahme des Waferkamms vorgesehen
ist. Eine solche separate Vorrichtung hat den Vorteil, dass der
fertig gesägte Waferkamm schnell in die Reinigungskassette
umgesetzt werden kann, so dass die Multi Wire Sägevorrichtung
umgehend zum Sägen des nachfolgenden Ingots zur Verfügung
steht.
-
Gemäß einer
alternativen Ausführungsform ist die Vorrichtung mit einer
Multi Wire Sägevorrichtung verbindbar, wobei der Waferkamm
während eines Herausziehens aus der Multi Wire Sägevorrichtung
behandelbar ist. Der Vorteil einer Kombination der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit einer Multi Wire Sägevorrichtung liegt
darin, dass die Reinigung des Waferkamms unmittelbar nach Ende des
Sägevorgangs beginnen kann. Ein weiterer Vorteil liegt
darin, dass das Drahtfeld während des Spülvorgangs die
Wafer wie ein Abstandhalter auseinander hält, so dass diese
nicht oder zumindest weniger aneinander haften. Weiterhin stellt
der Sägedraht eine Abdichtung der Spalte zwischen den Wafern
nach unten hin dar, was eine besonders effektive Spülung
der Zwischenräume ermöglicht.
-
Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung
eines Waferkamms aus geschnittenen Wafern, wobei ein Spülfluid
dem Waferkamm zugeführt wird. Das Zuführen des
Spülfluids erfolgt insbesondere in die Zwischenräume zwischen
den Wafern um Abrieb und Sägeslurry aus diesen Zwischenräumen
zu entfernen. Erfindungsgemäß wird dazu zwischen
den Wafern eine laminare Strömung des Spülfluids
durch den Waferkamm erzeugt. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders gründliche
Reinigung der Wafer-Zwischenräume erreicht, ohne dass dazu
allzu hohe Strömungsgeschwindigkeiten oder Drücke
notwendig wären. Die Wafer werden vorteilhafterweise nicht
durch Verwirbelungen, Schwingungen oder das Auftreffen von Spülflüssigkeit
unter Hochdruck beschädigt. Des Weiteren wird eine Auffächerung
der teils aneinander haftenden Wafer durch die laminare Strömung
erreicht.
-
Vorzugsweise
wird das Spülfluid durch eine Schlitzdüse zwischen
die Wafer gefördert. Die langgezogene Schlitzdüse
erlaubt vorteilhaft eine sehr gleichförmige Verteilung
des Spülfluids über die gesamte Breite der Schlitzdüse,
bzw. des Waferkamms. Weiterhin bevorzugt wird der Arbeitsdruck vor
der Schlitzdüse über deren gesamter Breite konstant
gehalten. Weiterhin bevorzugt wird die Schlitzdüse auf eine
Seitenfläche des Waferkamms aufgesetzt, wobei sich die
Schlitzdüse in Normalenrichtung der Wafer erstreckt.
-
Vorzugsweise
wird vor dem Aufsetzen der Schlitzdüse eine Vorreinigung
insbesondere der Seitenflächen des Waferkamms durchgeführt.
Dadurch wird vorteilhaft ein möglichst dichtes Aufsetzen
der Schlitzdüsen auf die Seitenfläche ermöglicht.
-
Vorzugsweise
wird die Schlitzdüse in einem oberen Bereich der Seitenfläche
aufgesetzt, besonders bevorzugt nah unterhalb des die Wafer tragenden
Trägers. Weiterhin bevorzugt wird die Seitenfläche
um die Schlitzdüse herum abgedichtet, besonders bevorzugt
wird die gesamte Seitenfläche abgedichtet. Weiterhin bevorzugt
wird das Spülfluid auf einer der Schlitzdüse gegenüberliegenden
Seitenfläche des Waferkamms wieder aufgenommen.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren
einen Reinigungsschritt, bei dem die Wafer von Rückständen, insbesondere
von Sägeslurry befreit werden. Der Reinigungsschritt erfolgt
nach einer möglichen Vorreinigung der Seitenflächen.
Weiterhin bevorzugt umfasst das Verfahren einen Entkittungsschritt,
bei dem eine Klebeverbindung zwischen den Wafern und einem die Wafer
tragenden Träger gelöst wird. Der Entkittungsschritt
erfolgt insbesondere nach dem Reinigungsschritt, ebenfalls durch
Zuführen des Spülfluids über die Schlitzdüse.
In dem Entkittungsschritt wird vorzugsweise das Spülfluid
unter einem höheren Druck in den Waferkamm eingebracht.
Vorteilhaft ist dabei weiterhin, dass durch das Spülfluid
Kräfte auf die Waferoberflächen ausgeübt
werden, so dass diese sich leichter aus der Verklebung mit dem Träger lösen.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wird ein Druck
und/oder eine Temperatur des Spülfluids geregelt. Dadurch
lässt sich vorteilhaft die Strömungsgeschwindigkeit
des Spülfluids beeinflussen. Bevorzugt wird das Spülfluid
auf eine Temperatur gebracht zwischen 10°C und 95°C,
mehr bevorzugt zwischen 20°C und 50°C und besonders bevorzugt
zwischen 20°C und 40°C. Ein Vorteil der vergleichsweise
niedrigen Temperaturen liegt darin, dass Oxidationsreaktionen von
Eisen- und Siliziumresten, insbesondere während der Entkittung,
unterdrückt werden, welche die unerwünschte Fleckbildung
auf den Waferoberflächen hervorrufen. Des weiteren sind
niedrigere Strömungsgeschwindigkeiten möglich,
was den Spülfluidverbrauch vorteilhaft senkt.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Auffächerung
und Reinigung der Wafer durch Zuführen des Spülfluids
bei einem Arbeitsdruck vor der Schlitzdüse von mindestens
0,5 bar bis etwa 2 bar durchgeführt, wobei der Arbeitsdruck
besonders bevorzugt von einem Startwert auf einen Maximalwert gesteigert
wird. Der Maximalwert wird weiterhin bevorzugt so lange gehalten,
bis die Wafer aufgefächert und rückstandsfrei
sind. Bevorzugt wird der Maximalwert 1–5 min aufrecht erhalten, um
diesen Effekt zu erreichen.
-
Eine
Entkittung der Wafer hingegen wird durch Zuführen des Spülfluids
bei einem Arbeitsdruck in der Druckausgleichkammer von bis zu 4
bar, bzw. 3,5 bar und insbesonders bei 3 bar +/– 0,3 bar durchgeführt.
Insbesondere wird die Entkittung bei einem Arbeitsdruck durchgeführt,
bei dem das Spülfluid höchstwahrscheinlich in
den Kleber eindringt und diesen aufquellen lässt. Ein besonderer
Vorteil dieser Art der Entkittung liegt darin, dass die Adhäsionskräfte
des Klebers ”vom Wafer aus” verringert werden,
wodurch der im Wesentlichen vollständig von Kleberesten
freie Wafer aus der Klebemasse herausgelöst wird. Der Arbeitsdruck
von etwa 3 bar muss bei Verwendung eines handelsüblichen
Klebers (z. B. DELO RM 864, Araldit 2011) über einen Zeitraum
von 1–5 min aufrecht erhalten werden.
-
Bevorzugt
schließt die Behandlung des Waferkamms auch eine Ultraschallreinigung
ein.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Die Ausführungen beziehen sich sowohl auf die erfindungsgemäße
Vorrichtung, als auch auf das erfindungsgemäße
Verfahren. Im Übrigen sind die Ausführungen rein
beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken
nicht ein.
-
Es
zeigen
-
1 eine
perspektivische, schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
-
2 eine
schematische Schnittdarstellung der Vorrichtung gemäß 1;
-
3 eine
schematische, perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
-
4 eine
schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
-
5 ein
Prinzipschaltbild zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens;
-
6 eine
schematische Darstellung einer Schlitzdüse;
-
7 ein
Diagramm zur Darstellung des Einflusses der Temperatur des Spülfluids
auf die Strömungseigenschaften;
-
8 eine
schematische Seitenansicht eines Waferkamms.
-
In
der 1 ist eine schematische, perspektivische Darstellung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung
eines Waferkamms (nicht dargestellt) abgebildet. Die dargestellte
Ausführungsform umfasst eine Reinigungskassette (20),
in welche der Waferkamm zur Behandlung eingesetzt werden kann. Eine
Zuführeinrichtung (2) dient dazu, ein Spülfluid
zur Behandlung des Waferkamms zuzuführen. Die Zuführeinrichtung
(2) umfasst eine Schlitzdüse (3), welche
sich über die gesamte Breite der Reinigungskassette erstreckt. Über
die Schlitzdüse (3) ist eine Seitenfläche
des Waferkamms mit dem Spülfluid beaufschlagbar. Dem Fachmann
ist bekannt, dass die Zuführeinrichtung (2) weitere
Bauteile aufweist, welche notwendig sind, um das Spülfluid bis
zu der Schlitzdüse (3) zu transportieren. Von
diesen sind lediglich zwei Zuleitungen (21) beispielhaft dargestellt.
In der dargestellten Ausführungsform weist die Vorrichtung
zwei gegenüberliegende Zuführeinrichtungen (2)
auf, so dass der Waferkamm von zwei Seiten mit Spülfluid
beaufschlagbar ist. Eine der Zuführeinrichtungen (2)
ist in Richtung auf die andere Zuführeinrichtung (2)
verschiebbar ausgeführt, was durch den mit P bezeichneten
Doppelpfeil angedeutet ist. Dadurch ist es möglich, die
Schlitzdüse (3) auf den Waferkamm aufzusetzen.
Es ist denkbar, dass beide Zuführeinrichtungen (2)
verschiebbar ausgeführt sind, dies ist jedoch nicht notwendig,
da der Waferkamm selbst mittels der einen verschiebbaren Zuführeinrichtung
(2) gegen die unbewegliche Zuführeinrichtung (2)
verschoben werden kann.
-
In
der 2 ist eine schematische Schnittdarstellung der
Ausführungsform gemäß 1 dargestellt,
wobei die Reinigungskassette (20) (siehe 1)
nicht abgebildet ist. Die Vorrichtung ist zusammen mit einem Waferkamm
(1) dargestellt. Der Waferkamm (1) besteht aus
einer Vielzahl von Wafern (12), welche durch einen Sägevorgang
zuvor erhalten wurden. Die Wafer (12) sind hier hintereinander, also
in die Zeichenebene hinein, angeordnet. Die mit N bezeichnete Normalenrichtung
der Wafer (12) ist rechtwinklig zu der Waferoberfläche
ausgerichtet, und weist daher hier ebenfalls in die Zeichenebene hinein.
Die Wafer (12) hängen an einem Träger
(4), bestehend aus einem metallenen Maschinenteil (42) und
einem damit verbundenen Blockhalter (41). Die Wafer (12),
der Blockhalter (41) und das Maschinenteil (42)
bilden gemeinsam den Waferkamm (1). Der Blockhalter (41)
besteht aus einem Material, welches ähnliche Materialeigenschaften,
wie die Wafer (12) aufweist, beispielsweise Glas oder Kunststoff.
Beim Sägen eines Materialblockes zu Wafern (12)
wird bis in den Blockhalter (41) hinein gesägt,
um ein vollständiges Durchsägen des Materialblockes
zu gewährleisten. Der Materialblock bzw. die Wafer (12)
sind mit dem Blockhalter (41) verklebt.
-
Der
Waferkamm (1) liegt mit seiner rechten Seitenfläche
(11) an der rechten Zuführeinrichtung (2)
an, so dass die Schlitzdüse (3) auf die Seitenfläche
(11) aufgesetzt ist. Die linke Zuführeinrichtung
(2) ist verschiebbar, was wiederum durch den mit P bezeichneten
Doppelpfeil dargestellt ist. Dadurch ist die linke Schlitzdüse
(3) auf die linke Seitenfläche (11) des
Waferkamms (1) aufsetzbar. Die Schlitzdüsen (3) berühren
vorzugsweise die Seitenwände (11) des Waferkamms
(1). Zum Schutz der empfindlichen Kanten der Wafer (12)
sollte zwischen der Zuführeinrichtung (2) und
der Seitenfläche (11) ein entsprechendes Schutzmaterial
(5) aufgetragen werden, was auch zur Abdichtung des Waferkamms
(1) dienen kann. Als Material kann beispielsweise Teflon, Silikon
oder Matex verwendet werden, sowie Materialien, die mit den Handelsnamen
Vitron oder Armaflex bezeichnet werden. Der Abstand zwischen der Schlitzdüse
(3) und der Seitenfläche (11) sollte
1 mm nicht überschreiten. Vorzugsweise ist der Abstand kleiner
als 100 μm. Besonders bevorzugt liegt die Schlitzdüse
am Waferkamm an.
-
Durch
die dicht auf der Seitenfläche (11) aufsitzende
Schlitzdüse (3) ist es möglich, eine
laminare Strömung des Spülfluids zwischen den
Wafern (12) zu erzeugen. Durch die laminare Einströmung
des Spülfluids ist vorteilhaft eine vollflächige
Reinigung der Waferoberflächen bei seitlicher Zuführung
des Reinigungsfluids möglich. Ein wesentlicher Punkt zur Erreichung
der laminaren Strömung ist, den Arbeitsdruck vor der Schlitzdüse
(3) konstant zu halten. Um dies über die gesamte
Breite der Schlitzdüse zu gewährleisten, ist in
Strömungsrichtung vor der Schlitzdüse (3)
vorzugsweise ein Druckausgleichsraum (6) vorgesehen, welcher
sich ebenfalls über die gesamte Breite der Schlitzdüse
(3) erstreckt. Ein Verhältnis der Querschnittsfläche
des Druckausgleichraums (6) zur Querschnittsfläche
der Schlitzdüse (3) sollte mindestens 5, bevorzugt
mindestens 10 betragen. Auf diese Weise ist es möglich,
den Volumenfluss des Spülfluids konstant zu halten und
die Druckverhältnisse derart einzustellen, dass eine laminare
Strömung über die gesamte Fläche der
Wafer (12) hinweg entsteht. Lücken im Waferkamm,
die an bestimmten Stellen der Schlitzdüse gegenüber
stehen, beeinträchtigen die Reinigung der Waferzwischenräume
nicht. Das Spülfluid tritt nach unten aus dem Waferkamm
(1) wieder aus, was durch die mit S bezeichneten Pfeile angedeutet
ist.
-
In
der 3 ist eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen,
perspektivischen Darstellung abgebildet. Die Vorrichtung weist lediglich
eine Schlitzdüse (3) auf. Das Spülfluid
wird hier also nur einseitig dem nicht abgebildeten Waferkamm (1)
zugeführt. Das Aufsetzen der Schlitzdüse (3)
auf die Seitenfläche (11) (siehe 4)
wird dadurch gewährleistet, dass eine Wand (22)
der Reinigungskassette (20) verschiebbar ausgeführt
ist, was durch den Doppelpfeil P angedeutet ist. Dies erlaubt ein
Verschieben des Waferkamms in Richtung auf die Schlitzdüse.
-
Die 4 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Waferkamm
(1), bestehend aus dem Träger (4), mit
dem Maschinenteil (42) und dem Blockhalter (41),
sowie den Wafern (12) ist in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dargestellt. Die Schlitzdüse (3) liegt mit ihrer
Austrittsöffnung an der Seitenfläche der Wafer (12)
an. Der Druckausgleichsraum (6) ist vor der Schlitzdüse
(3) angeordnet. Die Seitenfläche (11) des
Waferkamms (1) ist mit Dichtungsmaterial (5) abgedichtet.
Von der Reinigungskassette (20) (vgl. 3)
ist ein Bodengitter (23) dargestellt, welches das Abfließen
des Spülfluids erlaubt. Auf dem Bodengitter (23)
sind Polsterstreifen (24) angeordnet, welche sich in die
Zeichnungsebene hinein über die gesamte Breite der Reinigungskassette
erstrecken. Es wurde herausgefunden, dass das erfindungsgemäße laminare
Einströmen von Spülfluid in den Waferkamm (1)
auch eine Entkittung der Wafer (12) von dem Blockhalter
(41) erlaubt. Bei entsprechendem Druck kommt es zu einem
Eindringen des Spülfluids in den Kleber, welcher daraufhin
zu quellen beginnt und dadurch seine Adhäsionskraft verliert.
Als Kleber wird beispielsweise ein unter der Bezeichnung Delo RM
864 bekannter Kleber verwendet. Die Wafer (12), die vorteilhafterweise
im Wesentlichen keinerlei Klebereste mehr aufweisen, fallen herunter,
wobei die empfindlichen Kanten der Wafer durch die Polsterstreifen
(24) geschützt werden. Die Strömungskräfte, welche
an den Oberflächen der Wafer (12) erzeugt werden,
weisen Komponenten auf, welche in Normalenrichtung N (vgl. 2)
der Wafer (12) bzw. nach unten gerichtet sind, was das
Ablösen der Wafer (12) aus der Klebeverbindung
mit dem Blockhalter (41) erleichtert. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist es daher möglich, die Reinigung der Wafer (12)
von Slurryresten und die Entkittung der Wafer (12) von
dem Blockhalter (41) in einen Arbeitsvorgang zusammenzufassen,
wodurch eine erhebliche Verkürzung der Bearbeitungszeit
erreicht wird. Als weiterer Vorteil hat sich gezeigt, dass auf diese
Weise Waferoberflächen erhalten werden, welche frei von
Flecken sind. Die Flecken werden hervorgerufen durch eine Reaktion
von Eisen- und Siliciumresten mit heißem Entkittungsfluid,
was herkömmlich bei der Entkittung zum Einsatz kommt. Die
erfindungsgemäße Behandlung des Waferkamms (1)
kann vorteilhaft bei deutlich niedrigeren Temperaturen erfolgen,
so dass diese Oxidationsreaktion erheblich unterdrückt
wird.
-
Die 5 zeigt
ein Prinzipschaltbild, welches zur Verdeutlichung sowohl des erfindungsgemäßen
Verfahrens, als auch der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dient. Mittels einer Pumpe (7) wird ein Druck des Spülfluids
von beispielsweise 8 bis 10 bar erzeugt. Die Pumpe (7)
saugt das Spülfluid aus einem Vorratsbehälter
(71) an. Ein Druckregler (8) vermindert den von
der Pumpe (7) erzeugten Druck auf den eigentlich auf den
Waferkamm ausgeübten Druck, den Arbeitsdruck der Schlitzdüse.
Hinter dem Druckregler (8) ist ein Volumenmessgerät
(82) angeordnet und dient neben dem Druckmessgerät
(83) der Kontrolle des Reinigungsvorgangs. Nach dem Aufsetzen
der Schlitzdüse (3) auf die Seitenfläche (11)
des Waferkamms (1) (vgl. 2 und 4)
wird der Reinigungsvorgang durch Öffnen des der Schlitzdüse
vorgeschalteten Ventils (81) gestartet. Der Druck im Druckausgleichsraum
(6) wird mittels des Druckreglers (8) zunächst
von etwa 0,5 bar auf 2 bar erhöht, was innerhalb von 2
bis 3 Minuten zu einer Auffächerung des Waferkamms führt
und wodurch die Wafer gereinigt werden. Anschließend wird
der Druck auf etwa 3 bar erhöht, was innerhalb einiger Minuten
zu dem oben bereits beschriebenen Eindringen des Spülfluids
in den Kleber und dadurch zur Entkittung der Wafer führt.
Eine Umlaufeinrichtung (10) führt einen über
das Feindrosselventil (84) eingestellten Teilstrom des
Spülfluids zurück in den Behälter (71).
Mit dieser Umlaufeinrichtung wird der Druck am Eingang des Druckreglers
(8) konstant gehalten.
-
In
der 6 ist eine Schlitzdüse (3) schematisch
als Detail dargestellt. Die Länge der Schlitzdüse in
Strömungsrichtung des Spülfluids ist mit dem Bezugszeichen
L bezeichnet, während die Höhe der Schlitzdüse
(3) mit H bezeichnet ist. Es wurde herausgefunden, dass
die geometrische Form der Schlitzdüse (3) einen
Einfluss auf die Strömungsverhältnisse in dem
Waferkamm hat. Es wurde festgestellt, dass ein Verhältnis
von Länge L der Schlitzdüse zur doppelten Höhe
H der Schlitzdüse von ungefähr 1 besonders gute
Ergebnisse erzielt, da dadurch sichergestellt wird, dass der Ausströmbeiwert
der Düse über die gesamte Länge und für
beliebige Arbeitsdrücke konstant ist.
-
In
der 7 ist ein Diagramm dargestellt, in welchem auf
der Abszisse (100) ein Druck in der Einheit bar angegeben
ist und auf der Ordinate eine Geschwindigkeit in m/s. Dargestellt
ist die Strömungsgeschwindigkeit des Spülfluids
in einem Spalt zwischen zwei Wafern in Abhängigkeit von
dem Differenzdruck über den Waferspalt, welcher bei dicht
aufgesetzter Schlitzdüse etwa dem Arbeitsdruck der Schlitzdüse
entspricht. Die Spaltlänge, durch welche das Spülfluid
strömt entspricht der Kantenlänge des Wafers,
hier 156 mm, was einem 6-Zoll-Wafer entspricht. Die Spaltdicke zwischen
zwei Wafern beträgt hier 165 μm. Die Strömungsgeschwindigkeit
ist in 5 Kurven (110), (111), (112),
(113) und (114) für fünf verschiedene
Temperaturen des Spülfluids, hier reines Wasser, dargestellt.
Die Kurve (120) stellt in dem Diagramm die Reynolds-Zahl
2320 dar, unterhalb der die Spülfluidströmung
laminar ist. Der erfindungsgemäß bevorzugte Arbeitsbereich
liegt unterhalb dieser kritischen Reynoldszahl von 2320 (Kurve 120)
insbesondere unterhalb der Reynoldszahl 1450, hier dargestellt durch
die Kurve (121). Die Kurven sind zusätzlich mit
den genannten Temperaturwerten bzw. Reynoldszahlen gekennzeichnet.
-
Bei
gleichem Differenzdruck über den Waferspalt ergeben sich
für niedrigere Temperaturen des Spülfluids vergleichsweise
niedrigere Strömungsgeschwindigkeiten im Spalt. Geringere
Strömungsgeschwindigkeiten führen vorteilhaft
zu einer Verringerung des Verbrauchs an Spülfluid.
-
8 zeigt
schematisch den Waferkamm (1) in Seitenansicht. An dem
Träger (4) hängen die aus einem Materialblock
geschnittenen Wafer (12), wobei nur ein Teil der Wafer
eingezeichnet sind. Die Wafer (12) haften teilweise in
sogenannten Büscheln aneinander an. Mit dem Bezugszeichen
G ist die gesamte Breite des Waferkamms (1) bezeichnet.
Die Normalenrichtung N der Wafer (12) ist durch den mit
N bezeichneten Pfeil angegeben.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 69708168
T2 [0003]
- - DE 102005028112 A1 [0005]