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Gegenstand der Erfindung ist ein
Verfahren zur Fixierung und Lösung
einer Sägehilfe
an einem Siliciumeinkristallstab.
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Üblicherweise
wird ein Siliciumeinkristallstab in mehreren Arbeitsschritten in
Siliciumscheiben zerteilt. Zur Montage und Führung in Sägen werden Sägehilfen,
wie beispielsweise Druckstücke
oder Sägeleisten,
vorzugsweise aus Graphit, Glas, Epoxidharz, gepresstem Aluminiumoxid,
Gips oder Ton, am Siliciumeinkristallstab fixiert. Druckstücke werden
beispielsweise auf der Kreisfläche
und Sägeleisten
auf der Mantelfläche
des Siliciumeinkristallstabes angebracht. Druckstücke dienen
zur Führung
des Siliciumeinkristallstabes in der Säge, während die Sägeleiste das Sägewerkzeug
nach dem vollständigen Abtrennen
der Siliciumeinkristallscheibe auf Grund ihrer zum Siliciumeinkristall ähnlichen
Härte abfängt und
somit verhindert, dass das Sägewerkzeug
den Sägekanal
ruckartig verlässt.
Als Sägen
für das
Abschneiden von Scheiben kommen dabei beispielsweise Innenlochsägen oder
Drahtsägen
zum Einsatz. Weiterhin werden Sägehilfen
zum Abtrennen von Endkonen bzw. Anschnittscheiben von Siliciumeinkristallstäben bzw.
beim Zerteilen von Siliciumeinkristallstäben in Stabstücke eingesetzt.
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Der Siliciumeinkristall wird mit
den Sägehilfen
mittels eines Klebers, wie beispielsweise Reaktionsklebstoffe auf
der Basis von Epoxidharz-, Phenolharz-, Acrylharz-, Cyanacrylat-
oder Polyesterharzformulierungen, verbunden. Nach dem Sägen haften an
den Siliciumeinkristallstäben
bzw. an den Siliciumscheiben Reste der Sägehilfen und Kleberreste, die in
einem weiteren Arbeitsgang entfernt werden müssen.
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Die Entfernung geschieht zum Teil
in Lösungsmittelbädern oder
auch mechanisch. Dazu werden die Scheiben mit den anhaftenden Resten der
Sägehilfen
in Lösungsmittel,
vorzugsweise organische Lösungsmittel,
die beispielsweise Trichlorethylen oder Aceton enthalten, gelegt,
um die Klebeverbindungen zu trennen. Bei erhöhter Temperatur diffundieren
dabei Verunreinigungen der verwendeten Lösungsmittel in den Halbleiterkristall
ein und verändern
dessen Eigenschaften.
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In einem anderen Verfahren wird der
aufgesägte
Einkristall längere
Zeit in einem Wasserbad bei erhöhter
Temperatur gelagert. Die Sägehilfen
werden anschließend
mechanisch von den Siliciumeinkristallstäben bzw. Siliciumscheiben heruntergebrochen. Hierbei
sind aber mechanische Verletzungen und metallische Kontamination
der Siliciumeinkristalle unvermeidlich.
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In
DE 37 11 262 A1 ist ein Verfahren beschrieben,
in dem nach dem Sägevorgang
an Halbleiterscheiben verbleibende Reste von Sägehilfsmitteln wie z.B. Schneidleisten
mit Hilfe von wässrigen Carbonsäurelösungen,
insbesondere wässriger Ameisensäure entfernt
werden. Dazu werden die Scheiben mit einer wässrigen, 0,5 bis 70%igen Lösung einer
oder mehrerer 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthaltenden Carbonsäure mit
einer Temperatur von 20 bis 100°C
in Kontakt gebracht und mit dieser bis zur Trennung der Verbindung
zwischen Scheibe und Sägehilfsmittelrest
in Kontakt gehalten.
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Mit steigender Konzentration der
Carbonsäuren
verkürzt
sich die Einwirkungszeit bis zum Ablösen der Sägehilfe- und Kleberreste von
den gesägten
Teilen. Höhere
Konzentrationen sind wegen der Geruchsbelästigung, des erhöhten Entzündungsrisikos
und der Kosten ausgeschlossen, so dass höhere Temperaturen angewendet
werden müssen,
um die Einwirkzeiten wirtschaftlich gestalten zu können. Dies
führt jedoch
zu erhöhten
Verlusten und Gefährdungen
durch abdampfende Carbonsäuren.
Zur Steigerung der Effizienz des Ablösens der Rückstände ist es daher notwendig,
mehrere beheizte Bäder
hintereinander zu schalten. Die Siliciumscheiben werden hierfür in Prozesshorden
bereitgestellt, die nach dem Schneidprozess zusammengestellt werden
müssen. Eine
direkte Rückkopplung
zur Güte
des Sägeprozesses
wird durch die zeitliche Verzögerung
des Zugangs zu den gereinigten Scheiben, die erst nach der Reinigung
einer Vermessung zur Verfügung
stehen, nicht möglich.
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Die Aufgabe der Erfindung war es,
ein Verfahren zur Entfernung von Sägehilfsmittelresten von Siliciumeinkristallstäben bzw.
-scheiben zur Verfügung
zu stellen, mit dessen Hilfe Sägehilfsmittel-
und Klebstoffreste schnell und rückstandsfrei
sowie wirtschaftlich entfernt, jedoch die beschriebenen Nachteile
des Stands der Technik vermieden werden können.
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Gelöst wurde die Aufgabe durch
ein Verfahren zur Fixierung und Lösung einer Sägehilfe
an einem Siliciumeinkristallstab, das dadurch gekennzeichnet ist,
dass die Verbindung des Siliciumeinkristallstabs zur Sägehilfe
aus mindestens zwei Schichten besteht und die Verbindung nach dem
Sägen mittels
einer wässrigen
Tensidlösung
gelöst
wird.
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Als erfindungsgemäße Verbindung zwischen Sägehilfe
und Siliciumeinkristallstab kommen dabei vorzugsweise Zweischichtverklebungen
mittels eines durch wässrige
Tensidlösungen
leicht löslichen
Klebers als Trennschicht auf dem Siliciumeinkristallstab und eines
Epoxidharzklebers als Trägermaterial
für die
Sägehilfe
in Frage.
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Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung einer
Halbleiterscheibe unter Verwendung einer Sägehilfe, die mit Hilfe einer
erfindungsgemäßen Zweischichtverklebung
am Siliciumeinkristallstab angebracht wurde, Gegenstand der Erfindung.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
entfällt
der bisher notwendige Einsatz von organischen Lösemitteln bzw. wässrigen
Lösungen
von Carbonsäuren
zum Lösen
der Sägehilfe-
und Kleberreste von den Sägeprozessprodukten
vor der weiteren Verwendung vollständig. Dadurch wird es möglich, den
Vorgang des Ablösens
der Sägehilfe-
und Kleberreste von den Sägeprozessprodukten
in den automatisierten Ablauf des Sägens einzubinden, da, im Gegensatz
zu den bisher üblichen,
nur mittels organischen Lösemitteln
bzw. wässrigen
Lösungen
von Carbonsäuren
löslichen
Verklebungen, die erfindungsgemäßen Verklebungen
mit wässrigen
Tensidlösungen
rückstandsfrei
entfernt werden können. Derartige
Tensidlösungen
sind in Prozessautomaten ohne gesonderte Ablufttechnik und Explosionsschutz uneingeschränkt einsetzbar.
Durch die Verwendung der Tensidlösungen
zum Ablösen
der Verklebungsreste wird zusätzlich
eine Reinigung der Siliciumscheiben erzielt.
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Eine Ausführungsform (1) der vorliegenden Erfindung besteht
darin, dass eine Schicht des mittels wässriger Tensidlösung leicht
löslichen
Klebers (2) auf den Siliciumeinkristallstab (1)
aufgebracht wird. Auf die getrocknete Schicht des mittels wässriger
Tensidlösung
leicht löslichen
Klebers (2) wird eine Schicht eines Reaktionsklebstoffs
auf der Basis von Epoxidharz-, Phenolharz-, Acrylharz-, Cyanacrylat-
oder Polyesterharzformulierungen (3) aufgetragen. Anschließen wird
der Siliciumeinkristallstab (1) mit der Reaktionsklebstoffschicht
(3) auf die Sägehilfe
(4), vorzugsweise aus Graphit, Glas, Epoxidharz, gepresstem
Aluminiumoxid, Gips oder Ton, aufgesetzt wird, wodurch nach dem
Vernetzen der Reaktionsklebstoffschicht (3) eine feste
Verbindung zwischen dem Siliciumeinkristallstab (1) und
der Sägehilfe
(4) entsteht. Die erfindungsgemäße Verbindung der Sägehilfe
(4) mit dem Siliciumeinkristallstab (1) mittels
einer Zweischichtverklebung weist eine ausreichende Festigkeit auf,
so dass die Verbindung der Sägehilfe
(4) mit dem Siliciumeinkristallstab (1) gegen
die deformierenden Kräfte
während
des Sägeprozesses
standhält
und nicht bricht. Weiterhin weist die Schicht des mittels wässriger
Tensidlösung
leicht löslichen
Klebers (2) eine ausreichende Haftung auf dem Siliciumeinkristallstab
(1) sowie eine ausreichende Härte auf, dass die Festigkeit
der Zweischichtverklebung gegeben ist.
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Zur erfindungsgemäßen Zweischichtverklebung kann
für die
Schicht (2) jeder in wässriger
Tensidlösung
lösliche
Kleber eingesetzt werden, der eine ausreichende Haftung auf dem
Siliciumeinkristallstab, eine ausreichende Härte sowie Festigkeit der getrockneten
Schicht aufweist, so dass die Verbindung Sägehilfe zum Siliciumeinkristallstab
während des
Sägeprozesses
nicht bricht. Weiterhin darf ein erfindungsgemäßer mittels wässriger
Tensidlösung löslicher
Kleber keine chemische Reaktion mit dem Reaktionsklebstoff eingehen.
Eine bevorzugte Ausführungsform
sind beispielsweise Dispersionen oder Lösungen von Polyvinylacetatpulvern
oder Mischungen davon. Besonders bevorzugt sind Polyvinylacetat-Copolymere, die in
Wasser oder Alkoholen mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen dispergiert
oder gelöst
werden. Der mittels wässriger
Tensidlösung
lösliche
Kleber wird mit einer Schichtdicke von 10 •m bis 10 mm, vorzugsweise 25–100 •m, auf dem
Siliciumeinkristallstab aufgetragen. Das Trocknen der Schicht des
mittels wässriger
Tensidlösung
löslichen
Klebers kann vorzugsweise durch Wärme beschleunigt werden. Besonders
bevorzugt wird hierzu Infrarotstrahlung eingesetzt, die auf der
Oberfläche
Temperaturen von 25 bis 100°C,
bevorzugt 30 bis 45°C.
erzeugen kann, um Trocknungszeiten von 30 Sekunden bis 30 Minuten,
bevorzugt 2 bis 7,5 Minuten zu erzielen.
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Als Reaktionsklebstoffe für die erfindungsgemäße Zweischichtverklebung
können
beispielsweise Reaktionsklebstoffe auf der Basis von Epoxidharz-, Phenolharz-,
Acrylharz-, Cyanacrylat- oder
Polyesterharzformulierungen eingesetzt werden. Die Reaktionsklebstoffe
werden bevorzugt auf die getrocknete Schicht des mittels wässriger
Tensidlösung
löslichen Klebers
aufgetragen und diese anschließend
auf die Sägeleiste
aufgelegt. Durch die Vernetzung des Reaktionsklebstoffs erfolgt
die feste Verbindung zwischen Sägehilfe
und Siliciumeinkristallstab. Das Vernetzen der Reaktionsklebstoffe
wird bevorzugt durch Wärme
unterstützt.
Besonders bevorzugt erfolgt die Vernetzung in Öfen, wie beispielsweise Paternosteröfen, mit
Temperaturen von 30 bis 120°C,
bevorzugt 30 bis 50°C.
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Nach dem Sägeprozess werden die Reste der
Sägehilfe
sowie der Verklebung mittels einer wässrigen Tensidlösung vom
Siliciumeinkristall entfernt. Da die mittels wässriger Tensidlösung lösliche Kleberschicht
direkt auf dem Silicium einkristall aufgetragen ist, werden die Reste
rückstandsfrei
vom Silicium entfernt. Die Tenside werden ausgewählt aus der Gruppe enthaltend
anionische, nichtionische, kationische, amphotere und blockcopolymere
Tenside. Besonders bevorzugt werden anionische Tenside verwendet.
Die Tenside werden in wässrigen
Lösungen
enthaltend 0,1 bis 10, bevorzugt 0,3 bis 2 Gewichtsprozent Tensid
eingesetzt. Nach einer ersten Einwirkzeit von 10 Sekunden bis 10
Minuten, bevorzugt 30 Sekunden bis 2 Minuten, im Tauchbad enthaltend
eine wässrige
Tensidlösung
können
eventuell noch anhaftende Sägehilfereste
mittels mechanischer Unterstützung
entfernt werden. Die Verbindung der Sägehilfereste zum Siliciumeinkristall
ist nach dem Tauchbad bereits zu großen Teilen angelöst bzw.
meist gelöst.
In den wenigen verbleibenden Fällen
ist es vorteilhaft, die Sägehilfereste
mechanisch abzusteifen. Anschließend erfolgt vorzugsweise ein zweites
Tauchbad für
1 Sekunde bis 5 Minuten, bevorzugt 1 bis 30 Sekunden, in die wässrige Tensidlösung. Bevorzugt
wird das Lösen
in der wässrigen Tensidlösung durch
Ultraschall unterstützt,
da sich die Einwirkzeiten derart halbieren lassen. Weiterhin bevorzugt
hat die Tensidlösung
im Tauchbad eine Temperatur von 25 bis 100°C, bevorzugt 80 bis 90°C.
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Die vorliegende Erfindung ist für alle Sägeanwendungen
zum Abtrennen von Stücken
oder Scheiben von Siliciumeinkristallstäben geeignet. Bevorzugt ist
das erfindungsgemäße Verfahren
bei der Herstellung von Siliciumscheiben jeden Durchmessers geeignet.
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In einem Ausführungsbeispiel wird auf der Oberfläche eines
200 mm-Siliciumeinkristallstabs ein 10 cm breiter Streifen längs zur
Achse des Siliciumeinkristallstabs eines Vinylacetat-Crotonaldehyd-Copolymeren,
gelöst
mit 20 Gewichtsprozent in Ethanol, mit einer Schichtdicke von 30 μm aufgetragen
und mittels Infrarotstrahlung, die eine Oberflächentemperatur von 30°C erzeugt,
innerhalb von 2 Minuten getrocknet. Danach wird auf die getrocknete Schicht
des Vinylacetat-Crotonaldehyd-Copolymeren
auf der Oberfläche
des Siliciumeinkristallstabs ein selbstaushärtender Zweikomponentenkleber
auf Epoxidharzbasis in Raupenform mit anschließender Schichtdicke von ca.
3 mm aufgetragen. Der Siliciumeinkristallstab mit der Vinylacetat-Crotonaldehyd-Copolymeren
und dem aufgetragenem Epoxidharz wird auf eine Graphitsägeleiste
aufgelegt und angedrückt.
Die Zweischichtklebeverbindung wird in einem Paternosterofen bei
40°C in
2 Stunden vernetzt. Die Sägeleiste
ist nun mit dem Siliciumeinkristallstab fest verbunden. Der Siliciumeinkristallstab wird
mittels einer Innenlochsäge
in Siliciumscheiben zerteilt. Nachdem eine Siliciumscheibe abgetrennt wurde,
wird die Siliciumscheibe 1 Minute in ein Ultraschallbad getaucht,
das eine 1 gewichtsprozentige Lösung
eines alkalischen Tensids (Puraton®, ICB GmbH & Co., Berlin) in Wasser enthält. Die
Temperatur des wässrigen
Tensidlösung
beträgt
90°C. Eventuell
noch anhaftende Sägeleistenreste
werden anschließend
mittels eines an die Siliciumscheibenrundung angepassten Schiebers
mechanisch entfernt. Die restlichen eventuell noch anhaftenden Kleberreste
werden in einem zweiten Tauchgang im selben Ultraschalltauchbad
innerhalb von 2 Sekunden rückstandsfrei
entfernt. Die Schritte des Sägens
und der Reinigung sind automatisiert in direkter Folge hintereinander
geschaltet. Zusätzlich
ist das Vermessen der gesägten
und gereinigten Siliciumscheiben sowie das einordnen in eine Rotte
in den automatisierten Prozess integriert. Somit wird bereits 2
Minuten nach dem Sägen
durch das Ergebnis des Vermessens eine direkte Rückkopplung zum Sägeprozess
am Ort des Sägeprozesses
erhalten.