DE2608427C2 - Verfahren zum Aufkitten von Halbleiterscheiben - Google Patents

Verfahren zum Aufkitten von Halbleiterscheiben

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE-OS 24 25 275 bekannt.
Bei Planarhalbleiterbauelementen werden die für ihre Funktion erforderlichen Schichtfolgen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps durch aufeinanderfolgende Einzelprozesse, ausgehend von den planen Oberflächen der einkristallinen Halbleiterscheiben, hergestellt. Wellige Halbleiterscheiben führen insbesondere hei Verwendung fotolithographischer Verfahren zu Unscharfen bei der Belichtung des auf der Scheibenoberfläche aufgebrachten Fotolackes. Bauelemente mit hoher Schaltkreispackungsdichte lassen sich deshalb auf welligen Halbleiterscheiben nicht mehr herstellen.
Bei den üblichen, etwa aus der DE-OS 24 25 275 oder der US-PS 34 49 870 bekannten Polierverfahren werden die Halbleiterscheiben mit Paraffin, Pizein oder Wachs-Kolophoniumgemischen auf die Trägerplatten aufgekittet oder dort durch Kapillarkräfte festgehalten. Die Halbleiterscheiben werden dabei meist von Hand oder mit herkömmlichen Saugpinzetten auf die Kittschicht aufgelegt, wobei es zu Lufteinschlüssen unter den Halbleiterscheiben kommen kann, die beim nachfolgenden, oft hohe Drücke erfordernden Anpressen der Halbleiterscheiben und Aushärten der Kittschicht für das Auftreten von Verspannungen in den Halbleiterscheiben darstellen. Beim Abkitten der Halble'rterscheiben nach dem Polieren fedt/n diese in den ursprünglichen Zustand zurück unter Ausbildung einer welligen Oberfläche. Maßgeblich für das Auftreten welliger Oberflächen derartiger polierter Halbleiterscheiben ist in hohem Maße auch die Polierunterlage selbst. So läßt sich allgemein sagen, daß die Oberfläche in dem Maße glatter und spiegelnder, aber eben auch welliger wird, je weicher die Poücrunterlage ist. Verwendet man dagegen härtere
J5 Policruntcrlagen, so werden zwar ebenere, aber dafür weniger spiegelnde Oberflächen erhalten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, das heim kiehfolgenden Polierprozeß zu Halbleiterscheiben mit insbesondere wellenfreicn, spiegelnden Oberflächen führt.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß bei einem solchen Verfahren auf die Trägerplatte eine Kittlösung, bestehend aus 60 bis 95 Gewichtsteilen eines Harzes mit einem Schmelzintervall nach Kofler, das innerhalb eines Temperaturbereiches von 50 bis 1800C, aber höchstens 200C über der gewählten Aufkittemperatur liegt, sowie einer Schmelzviskosität, die bei 200C über der oberen Grenze des Schmelzintervalls 100 bis 600 Pa.s beträgt, 5
r,o bis 40 Gewichtsteilen einer Ziisatzsiibstanz — wobei sich die eingesetzte Menge Harz und die eingesetzte Menge dieser Zusatzsubstanz zu 100 Gcwichtsteilen addieren sollen — die gegenüber dem verwendeten Harz bei der gewählten Aufkittemperatur Weichmacherei-
1JS gcnschaftcn aufweist, mit dem verwendeten Harz zumindest weitgehend mischbar ist und deren Schmelzpunkt Obis 250C unterhalb der gewählten Aufkittemperatur liegt, sowie 75 bis 250 Gcwichtsteilen eines das Harz und die Zusatzsub.sUin/ gut lösenden Lösungsmittel icls, dessen Siedepunkt unterhalb der gewählten Aufkitiicmpci'iiiur liegt, aufgetragen wird, und daß durch nachfolgendes Aufheizen der Trägerplatte auf eine Aufkitttcmpcriitur von 50 bis IbO0C das Lösungsmittel weitgehend verdampft wird und nachfolgend die HaIb-
tiri leilcrschcibcn mit Hilfe einer Haltevorrichtung so auf die Kittschicht aufgelegt werden, daß keine Lufteinschlüssc /wischen den Halbleiterscheiben und der Kittsehiehi auftreten, und daß die Halbleiterscheiben bei
einer Temperatur, die gleich der gewählten Aufkittemperatur ist oder maximal 30°C darunter liegt, angepreßt werden.
Die als Kittbestamdleil einscizbaren Harze sollen vorzugsweise ein Schmclzintervalt aufweisen, das. wenn es auf der Kofler-Heizbank bestimmt wurde, innerhalb eines Temperaturbereiches von 70 bis 1300C, liegt. Der untere Punkt des Schmelzintervalls ist dabei definitionsgemäß die Temperatur, bei der die erste sichtbare Veränderung des Harzpulvers stattfindet, während der obere Punkt des Schmelzintervaüs den eigentlichen Schmelzpunkt darstellt, d.h. diejenige Temperatur, bei der das zusaromengesinterte Harz zu einem zusammenhängenden Faden zusammenschmilzt.
Die Kofler-Heizbank, die zur Bestimmung dieses Schmelzintervalls geeignet ist, besteht im wesentlichen aus einem langen schmalen Metallkörper, in dem durch einseitige elektrische Heizung ein Tempcraturgefälle erzeugt wird. Das Harz, dessen Schmelzbcrcich bestimmt werden soll, wird auf die verchromte Oberfläche der Heizbank aufgebracht. Entsprechend der örtlichen Veränderung des Aggregatszustandes des aufgestreuten Harzpulvers werden einer Temperaturskala die örtlich auf das Harz einwirkenden Temperaturen zugeordnet. Die Bestimmung der Schmelzintervalle nach der Kapillarmethode ist demgegenüber etwas ungenauer und vor allem erheblich langwieriger.
Eine weitere Bedingung, die ein Harz erfüllen muß, um für das Verfahren geeignet zu sein, ist die, daß der obere Punkt seines Schmelzintervalies höchstens 200C über der gewählten Aufkittemperatur liegt, wobei unter der Aufkittemperatur die Temperatur der Trägerplatte und der darauf aufgebrachten Kittschicht verslanden wird, bei der die Halbleiterscheiben aufgelegt werden. Diese Temperatur liegt vorzugsweise bei 90 bis 1100C.
Das verwendete Harz soll außerdem eine nicht zu hohe Schmelzviskosität besitzen, d. h. die Schmclzviskosität soll — gemessen bei 20°C über dem oberen Punkt seines Schmelzintervalls — bei etwa 100 bis 600 Pa.s liegen.
Diese Anforderungen erfüllende Harze sind beispielsweise Kohlenwasxerstoffharze, insbesondere aus aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie beispielsweise Cumaron-Inden-Harze, außerdem Phenolharze. Polyterpenharze, Pentaerythritharzester des dehydrierten Kolophoniums, Zink-Kalk-Harze auf Kokphoniumbasis. sehr gut geeignet sind daneben Glycerinharzester des dehydrierten Kolophoniums sowie des polymerisiertcn Kolophoniums, außerdem Maleinatharze, die bevorzugt eingesetzt werden.
Als Zusatzsubstanzen werden allgemein Substanzen verwendet, die gegenüber deni verwendeten Harz bei der gewählten Aufkittemperatur Weichmachereigenschaften aufweisen, d. h. eine Verminderung der Viskosität des Kittes gegenüber dem Harz bei Aufkittempcratur bedingen, und deren Schmelzpunkt 0 bis 25"C unterhalb der gewählten Aufkitttemperatur liegt. Die Zusatzsubstanzen sollen außerdem die Eigenschaft haben, mit dem verwendeten Harz oberhalb etwa 200C zumindest weitgehend mischbar zu sein, worunter verstanden werden soll, daß sich die Bestandteile Harz und Zusatzsubstanz beim Erstarren des Kitts bis zu einer Temperatur von etwa 200C nicht soweit wieder entmischen, daß eine Auflockerung oder Ausfällung einer Komponente auftritt.
Geeignete Zusatzsubstanzen sind beispielsweise 2,4,6-Trichloranilin, Cumarin, ''-Chloranilin. Diphenylenoxid, 4,4'-Diaminodiphenylmethan. 1,2,3-Xylenol.
1,2,4-Xylenol. 1.2.5-Xylenol, 1.2.6-Xylenol. 1,3,4-Xylenol, 1,3.5-Xylenol, Benzylphenol, 2,3-Dimethylchinoün. p-Aminobenzocsnurebutylester. 2,4-Dichloranilin, außerdem insbesondere noch Ben/il und bevorzugt ,t-Naphthol.
Es kommen nur Lösungsmittel zur Anwendung, deren Siedepunkt unterhalb der gewählten Aufkiltemperatur liegt. Die verwendeten Lösungsmittel, die oberhalb etwa 20"C flüssig sein sollen, müssen sowohl das gewählte
in Harz als auch die jeweils verwendete Zusatzsubstanz gut lösen, womit gemeint ist, daß 75 bis 250 Gewichtsteile Lösungsmittel ausreichend sein müssen, um 100 Gewichtsteile Harz plus Zusatzsubstanz bei etwa 20°C in Lösung zu bringen.
Die Kittlösung wird durch Zusammengeben der Einzelkomponenten in den Mengen von 60 bis 95 Gewichtsteilen Harz, 5 bis 40 Gcwichtsteilen Zusatzsubstanz — wobei sich die eingesetzte Menge Harz und die eingesetzte Menge dieser Zusatzsubstan/. zu lOOGewichtsteilen addiere« sollen — und 75 bis 250 Gewichtsteilen Lösungsmittel erhalten. Bisweilen ist es di.v-ei zweckmäßig. Harz und Zusatzsubstanz separat zu löse η und anschließend die beiden Lösungen zusammenzugeben. Um den Lösungsvorgang, der üblicherweise bei Raumtemperatur, also bei etwa 20°C, stattfindet, zu beschleunigen, wird -orgeschlagen, das Gemisch der einzelnen Komponenten einige Stunden in eine Schüttelmaschine zu geben. Die solcher Art hergestellten Kittlösungen sind in der Regel über Tage haltbar, so daß sie nicht für
jo jeden Polierprozeß neu hergestellt werden müssen.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird vorzugsveise bei Raumtemperatur, also bei etwa 20°C, die Kittlösung auf die für die Aufnahme der zu polierenden Halbleiterscheiben vorgesehene Trägerpiatte aufgetragen, beispielsweise aufgespachielt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Auftragen der Kittlösung dabei in der Weise, daß die Kittlösung aus einem kalibrierten Gefäß auf die Mitte der sich um ihre vertikale Achse drehenden Trägerplatte aufgegossen wird. Die Menge richtet sich dabei nach der Größe der Trägerp'atte und soll so bemessen werden, daß sich auf der Trägerplatte nach dem Abdampfen des Lösungsmittels eine etwa 15 bis 30 um dicke Kitlschicht ausbildet. Das Abdampfen des Lösungsmittels erfolgt dann dadurch, daß die Trägerplatte auf eine Aufkitt'.smperatur von 50 bis 160"C, vorzugsweise 90 bis 1100C, aufgeheizt wird, wodurch das verwendete Lösungsmittel innerhalb weniger Minuten bis auf eine Restinenge. die unterhalb etwa 5 Gewichts-% liegen soll, verdampft.
Auf die bei Aufkittemperatur zähflüssige Kittschicht werden nachfolgend die Halbleiterscheiben so aufgelegt, daß keine Lufteinschlüsse zwischen Scheibe und Kittschicht auftreten. Dies laßt sich besonders einfach erreichen, wenn als Haltevorrichtung für die Halbleiterscheiben eine Saugpinzette mit kartenförmig ausge· bildetcr Ansaugfläche verwendet wird. Mit einer derartigen Saugpinzette wird die Halbleiterscheibe beim Aufnehmen geringfügig durchgebogen, so daß der Mittelpunkt der Scheibe b ,im Auflegen zuerst mit der Kitt-
bo schicht in Konii-kt kommt. Beim Abschalten des Unterdruekcs in der Haltevorrichtung klappt die Halbleiterscheibe wieder in den gestreckten Zustand zurück, wobei die Luft /wischen Halbleiterscheibe und Kittschicht radial vom Zentrum her herausgedrückt und die Schei-
b5 benunterseile gleichmäßig vom Kitt benetzt wird.
In der Fig. ist eine derartige Haltevorrichtung schematisch dargestellt:
Die Haltefläehe 1 des Sau^pinzettenkopfes 2 wird
zweckmäßig kartenförmig ausgebildet, mit einem Krümmungsradius von etwa JO bis 200 Hnlteflächendurchmessern. wobei die Scheitelhöhe dieses gekrümmten Teils 1. der von mehreren, vorzugsweise 2 bis 5, Ansaugringnuten 3 von etwa 0.5 bis 2.5 mm Breite und etwa 0,2 bis 1,5 mm Tiefe umlaufen wird,/-. B. 0,1 mm bei einem Halteflächendurchmesser von 50 mm beträgt. |e· de dieser Ansaugringnuten 3 ist an mehreren, vorteilhaft 3 bis 9, Stellen aufgebohrt, wobei der Abstand der Bohrlöcher 4 innerhalb einer Ringnut 3 möglichst gleich sein soll. Die Bohrlöcher 4 sind über das Innere des beispielsweise aus Polytetrafluoräthylcn, PVC oder Polyäthylen bestehenden Saugpin/ettenkopfes 2 und d;is mit ihm durch einen Dichtungsring 5 aus beispielsweise Gummi verbundene Haltcrohr 6 und einen vakuumfcstcn Gummischlauch 7 mit einer Vakuumpumpe verbunden. Bei laufender Pumpe lassen sich leicht durch einfaches Ansaugen Halbleiterscheiben aufnehmen, wobei diese auch einen Durchmesser haben können, der größer ist als der Durchmesser der Haltefläche I. Während des Ansaugens ist es dabei lediglich erforderlich, die Belüftungsöffnung 8 beispielsweise mit dem Daumen zu verschließen. Wird die Belüftungsöffnung 8 wieder frei gemacht, so bricht der Unterdruck zusammen und die Halbleiterscheibe löst sich vom Saugpin/.eticnkopf 2.
Nach dem Auflegen werden die Halbleiterscheiben z. B. mil dem Stempel einer Presse, dessen Unerseitc bevorzugt mit einer federnden Masse gepolstert isi. bei einer Temperatur, die gleich der Aufkittemperatur ist oder maximal 30°C darunter liegt, angepreßt. Für das Anpressen, das etwa bei einem Druck von vorzugsweise 49,0 bis 147,1 kPa erfolgt, genügen wenige, vorzugsweise 0,5 bis 5 Minuten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden durch das Pressen möglicherweise in den Halbleiterscheiben bewirkte Verspannungen durch einen kurzen, vorzugsweise 1 bis 5 minütigen Temperschritt bei einer Temperatur, die gleich der Aufkittemperatur ist oder maximal 30°C darüber liegt, ausgeheilt.
Bevor die Trägerplatte mit den solcher Art aufgekitteten Halbleiterscheiben in eine Poliermaschine eingebaut wird, wird sie abgekühlt, wobei sich der Kitt langsam erhärtet. Wird die Entfernung der Kittreste zwischen den Halbleiterscheiben gewünscht, so kann dies in üblicher Weise, etwa in einem Lösungsmitteldampfbad, erfolgen.
Nach diesem Verfahren aufgekittete Halbleiterscheiben zeigen nach dem Polieren nach einem der bekannten Verfahren zum schleicrfreicn Polieren von Halbleiterscheiben (beispielsweise gemäß US-Patentschrift 38 74 129) eine spiegelblanke und bei Anwendung des bevorzugten Temperschrittes absolut wellenfreie Oberfläche.
Beispiel 1:
25 μηι starke Kittschichi mit einer Viskosität von 80 Pa.s /uriickblicb. Nach 2 Minuten wurden 27 Halbleiterscheiben aus Silicium mit einem Durchmesser von jeweils 7.5 cm und einer Stärke von etwa 500 \xm mit einer -, Saugpin/.ette, wie sie in der Fig. dargestellt ist. auf die Kitschicht bei einer Aufkittemperatur von 1000C aufgelegt. Durch die kalottenförmig ausgebildete Ansaugflächc der Saugpinzelte wurden die angesaugten Halbleiterscheiben konvex verformt, so daß beim Auflegen auf
in die Kittschicht keine Lufieinschlüsse zwischen den Halbleiterscheiben und der Kittschicht auftraten.
Anschließend wurden die Halbleiterscheiben bei einer Temperatur der Trägerplatte von etwa 95°C mechanisch mit einem Druck von etwa 98.1 kPa angepreßt.
r. Die beim Auflegen und Anpressen der Halbleiterscheiben in diesen entstandenen Verspannungen wurden durch ein anschließendes Tempern von etwa 4 Minuten bei cinerTcinperalurderTrägerplatte von 1000C beseitigt. Das Tempern führte dabei bereits zu einer weitgehenden Aushärtung des Kittes.
Nachfolgend wurde die Trägerplatte durch einfaches I lerunternehmen von der 1 lcizplatte abgekühlt, im Triehloiäihylendampfbad von Kittresten zwischen den einzelnen Halbleiterscheiben befreit und der Poliermaschi-
2ry nc zugeführt.
Nach dem Polieren bei einer Poliertemperatur von etwa 50"C wurden die Halbleiterscheiben bei etwa 25"C nruels einer Spachtel von der Trägerplatte abgesprengt. Die Halbleiterschrauben wiesen eine tadellose
jo wellenfreie Oberfläche auf.
Beispiel 2:
Es wurde genau wie in Beispiel 1 verfahren mit der j5 Ausnahme, daß eine Kittlösung, bestehend aus 93 GewichtsKeilen eines Glycerinharzesters des dehydrierten Kolophoniums mit einem Schmelzintervall nach Kofier von 60 bis 700C und einer Schmeizviskosität von 190 Pa.s, gemessen bei 90° C, 7 Gewichtsteilen Benzil mit einem Schmelzpunkt von 95°C und 150 Gewichtsteilen Trichlorethylen mit einem Siedepunkt von 87°C, verwendet wurde. Die Schmelzviskosität des Kittes nach dem Abdampfen des Lösungsmittels betrug bei 100° C 35 Pa.s.
Die bei 300C polierten Halbleiterscheiben wiesen auch in diesem Beispiel eine tadellose wellenfreie Oberfläche auf.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Von einer Kittlösung, bestehend aus 85 Gewichtsteilen eines Maleinatharzes mit einem Schmelzintervall, das auf der Kofier-Heizbank zu 95 bis 105'C ermittelt wurde, und einer Schmelzviskosität von 200 Pa.s. ge- eo messen bei 125°C, 15 Gewichtsteilen .t-Naphthol mit einem Schmelzpunkt von 94°C und lSOGewichtstcilen Trichlorethylen mit einem Siedepunkt von 87"C. wurden bei Zimmertemperatur von etwa 25° C 40 ml auf eine Trägerplatte aus Aluminium mit einem Durchmesser von 60 cm aufgeschlcudert. Die Trägerplatte wurde anschließend auf etwa 100° C erhitzt, wobei das Lösungsmittel verdampfte und eine zähflüssige. 20 bis

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Aufkitten von Halbleiterscheiben auf eine Trägerplatte für das Polieren von HaIbleiterscheibeiu bei dem auf die Trägerplatte eine Schicht einer Kittsubstanz aufgetragen wird, die Halbleiterscheiben auf die auf Aufkittemperatur gebrachte Kittschicht aufgelegt und an die erhitzte Kittschicht angepreßt werden und danach die Trägerplatte mit den so aufgebrachten Halbleiterscheiben abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Trägerplatte eine Kittlösung, bestehend aus 60 bis 95 Gewichtsteilen eines Harzes mit einem Schmelzintervall nach Kofier, das innerhalb eines Temperaturbereiches von 50 bis 180° C, aber höchstens 20cC über der gewählten Aufkittemperatur liegt, sowie einer Schmelzviskosität, die bei 200C über der oberen Grenze des Schmelzintervalls 100 bis 6OCPa^ beträgt, 5 bis 40 Gewichtsteilen einer Zusai2Sübstar.z — wobei sich die eingesetzte Menge Harz und die eingesetzte Menge dieser Zusatzsubstanz zu 100 Gewichtsteilen addieren sollen — die gegenüber dem verwendeten Harz bei der gewählten Aufkittemperatur Weichmachereigenschaften aufweist, mit dem verwendeten Harz zumindest weitgehend mischbar ist und deren Schmelzpunkt 0 bis 25° C unterhalb der gewählten Aufkittemperatur liegt, sowie 75 bis 250 Gewichtsleilen eines das Harz und die Zusatzsubstanz gut lösenden Lösungsmittels, dessen Siedepunkt unterhalb der gewählten Aufkittemperatur liegt, aufgetragen wird, und daß durch nachfolgendes Aufheizen der Trägerplatte auf eine Aufkittemperatur von 50 bis 1600C das Lösungsmittel weitgehend verdampft wird und nachfolgend die Halbleiterscheiben mit Hilfe einer Haltevorrichtung so auf die Kittschicht aufgelegt werden, daß keine Lufteinschlüsse zwischen den Halbleiterscheiben und der Kittschicht auftreten, und daß die Halbleiterscheiben bei einer Temperatur, die gleich der gewählten Aufkittcmperatur ist oder maximal 300C darunter liegt, angepreßt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufkittemperatur zwischen 90 und 110°C gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Harz als Kittbestandteil verwendet wird, das einen Schmelzbereich nach Kofler von 70 bis 13O0C aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mechanische Verspannungen in den Halbleiterscheiben durch ein dem Anpressen nachfolgendes kurzes Tempern der Halbleiterscheiben bei einer Temperatur, die gleich der gewählten Aufkittemperatur ist oder maximal 30°C darüber liegt, ausgeheilt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Haltevorrichtung für die Halbleiterscheiben eine Saugpin/.ctte mit kalottenförmig ausgebildeter Ansaugfliiehe verwendet wird.
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