DE4006070A1 - Verfahren und einrichtung zum zerteilen einer scheibe aus halbleitermaterial - Google Patents
Verfahren und einrichtung zum zerteilen einer scheibe aus halbleitermaterialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Zerteilen einer Scheibe aus Halbleitermaterial, insbesondere
Silizium, welche bevorzugt Anwendung finden bei der Teilung von
Wafern üblicher Größe, die eine Vielzahl von Einzelchips tragten,
welche ihrerseits dünne Membranbereiche oder andere mikromechanisch
hergestellte Teilbereiche enthalten.
Das Zerlegen von Halbleiterscheiben, besonders bei der Massenfertigung
von integrierten elektronischen Bauelementen (wie auch von
Sensoren), die aus einem Rohling aus einkristallinem Material,
wie Silizium, oder Germanium oder dergleichen geschnitten sind,
ist als solches bekannt. Zu den bisher zu diesem Zwecke durchgeführten
Verfahren gehören: Zerlegen mit einer Diamantsäge, mit
Ultraschall, mittels Sandstrahlen, durch naßchemisches Ätzen, mit
Laser und durch Anreißen mit anschließendem Brechen. Das diesen
bekannten Verfahren gemeinsame Problem besteht, abgesehen von den
für die jeweilige Ausrüstung erforderlichen Kosten, darin, daß
infolge der Beschädigungen entlang der Kanten der herzustellenden
Bauteile nur geringe Ausbeuten möglich sind. Es sind eine Reihe
von Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, die darauf abzielen,
möglichst gute Bruchkanten bei größtmöglicher Ausbeute zu erzielen.
So beschreibt die der Erfindung am nächsten kommende DE-AS
20 07 099 ein Verfahren zum Zerteilen einer Scheibe aus Siliziumhalbleiterwerkstoff,
bei dem die geritzte Scheibe, welche auf der
ungeritzten Seite mit einer Haftfolie versehen ist, mit der geritzten
Seite auf ein durchgängiges Pufferstück - aus einem nachgiebigen
Material bestehend - aufgelegt und anschließend die
Scheibe durch Überrollen gebrochen wird. In DE-OS 30 06 314 wird
eine Brecheinrichtung beschrieben, bei der entlang der gewünschten
Bruchlinien vorgeritzte Substrate derart gebrochen werden,
daß die Sollbruchlinien auf weichen Auflagen zu liegen kommen und
der Bruch durch Beaufschlagung mit Unterdruck eingeleitet wird.
Diese beiden Lösungen, als auch die übrigen bekannten, sind jedoch
nicht in der Lage, zur Zerteilung von Scheiben eingesetzt zu
werden, die Einzelchips enthalten, welche dünne Membranbereiche
oder andere mikromechanisch hergestellte Teilbereiche enthalten,
da diese zu hohen Ausschußraten, infolge Zerstörung dieser Bereiche
führen. Zwar ist es möglich, die einzelnen Bauelemente von
Hand abzubrechen, dies widerspricht jedoch dem Erfordernis nach
größtmöglicher Reinheit bei dem Herstellungsprozeß, außerdem
können Komponenten auf dem Bauelement beschädigt werden. Weiterhin
ist es wünschenswert, beim Brechvorgang einen hohen Automatisierungsgrad
zu erreichen.
Es ist das Ziel der Erfindung, ein automatisierbares Verfahren
sowie eine Vorrichtung anzugeben, die das Zerteilen von Scheiben
aus Halbleitermaterial in eine Vielzahl von Einzelchips mit hoher
Gutausbeute gestattet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung anzugeben, die das Zerteilen von Scheiben aus Halbleitermaterial
in eine Vielzahl von Einzelchips ermöglichen, die
ihrerseits dünne Membranen oder mikromechanisch hergestellte
Teilbereiche aufweisen, ohne diese zu beschädigen. Erfindungsgemäß
wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen dargelegten Mittel
gelöst.
Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens
und der Vorrichtung bestehen in folgendem:
Es wird ein extrem ausschußarmes Vereinzeln der zu zerteilenden Halbleiterscheiben gewährleistet, insbesondere, wenn die Einzelchips Membranen oder andere mikromechanisch hergestellte Teilbereiche aufweisen. Der durch den Vereinzelungsvorgang verursachte Ausschluß liegt hier bei 0,5%. Ebenso werden Kontaminationen z. B. von auf den Chipoberflächen befindlichen Bondpads wirkungsvoll verhindert. Von besonderem Vorteil sind die mit Einsatz der Erfindung erzielbaren sauberen Bruchkanten der Einzelchips, insbesondere an den Chipecken, was für eine automatisierte Chipentnahme von der im folgenden zu dehnenden Folie bedeutsam ist. Der erfindungsgemäße Vorschlag beinhaltet ferner die Realsierung einer automatisierbaren Wafervereinzelung, wodurch eine einfache Bedienung nebst einem bedienerunabhängigen Bruchergebnis gewährleistet wird. Durch die Möglichkeit einer Rechnersteuerung des gesamten Vereinzelungsvorgangs wird eine hohe Flexibilität hinsichtlich der verwendeten Chip- oder Substratmaße erreicht. Weiterhin ist bei Einsatz der Erfindung die Verwendung üblicher Folienrahmen gegeben, die sich bsps. bei der Verwendung von Walzen zum Einleiten des Bruchvorganges verbieten würden.
Es wird ein extrem ausschußarmes Vereinzeln der zu zerteilenden Halbleiterscheiben gewährleistet, insbesondere, wenn die Einzelchips Membranen oder andere mikromechanisch hergestellte Teilbereiche aufweisen. Der durch den Vereinzelungsvorgang verursachte Ausschluß liegt hier bei 0,5%. Ebenso werden Kontaminationen z. B. von auf den Chipoberflächen befindlichen Bondpads wirkungsvoll verhindert. Von besonderem Vorteil sind die mit Einsatz der Erfindung erzielbaren sauberen Bruchkanten der Einzelchips, insbesondere an den Chipecken, was für eine automatisierte Chipentnahme von der im folgenden zu dehnenden Folie bedeutsam ist. Der erfindungsgemäße Vorschlag beinhaltet ferner die Realsierung einer automatisierbaren Wafervereinzelung, wodurch eine einfache Bedienung nebst einem bedienerunabhängigen Bruchergebnis gewährleistet wird. Durch die Möglichkeit einer Rechnersteuerung des gesamten Vereinzelungsvorgangs wird eine hohe Flexibilität hinsichtlich der verwendeten Chip- oder Substratmaße erreicht. Weiterhin ist bei Einsatz der Erfindung die Verwendung üblicher Folienrahmen gegeben, die sich bsps. bei der Verwendung von Walzen zum Einleiten des Bruchvorganges verbieten würden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand erläuternder Ausführungsbeispiele
illustriert werden. Dabei zeigen beiliegende Figuren
Fig. 1 Einen Teilbereich einer zu zerteilenden Siliziumhalbleiterscheibe
im Schnitt vor Einsetzen des Brechvorganges
mit einer gemäß der Erfindung gestalteten Pufferschicht,
Fig. 2 einen Teilbereich einer zu zerteilenden Siliziumhalbleiterscheibe
im Schnitt vor Einsetzen des Brechvorganges
mit einer Pufferschicht die entsprechend der Erfindung
aus einer elastischen Platte und einer mit Ausnehmungen
versehenen Belegung gebildet ist,
Fig. 3 einen Teilbereich einer zu zerteilenden Siliziumhalbleiterscheibe
im Schnitt nach erfolgtem Bruch,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Brechvorrichtung.
Entsprechend der Erfindung wird eine Siliziumhalbleiterscheibe
(im folgenden Wafer genannt) 2 auf eine selbstklebende Folie 4,
die in einem nicht näher dargestellten Rahmen gespannt ist,
blasenfrei aufgebracht. Diese Vorgehensweise bietet die Voraussetzung
für eine schonende Handhabung beim Ritzen und den nachfolgenden
Verarbeitungsschritten. In einem 2. Schritt, dem Ritzvorgang,
wird eine Diamantspitze geradlinig und unter leichtem
Druck an vorgebenden Außenkonturen des Einzelchips entlanggeführt,
wodurch eine V-förmige Spur von einigen m Tiefe erzeugt
wird. Die durch die Ritzgräben 5 erzeugten Defektzonen sind die
maßgebenden Linien für das nachfolgende Brechen. Im 3. Schritt
wird das so vorbereitete Wafer 2 auf eine gemäß der Erfindung
gestaltete elastische Pufferschicht, die entsprechend Fig. 1
durch eine einheitliche, mit Ausnehmungen versehene Platte 3 oder
entsprechend Fig. 2 durch eine elastische Platte 7, die mit einer
mit Ausnehmungen versehene Belegung 6 gebildet wird, aufgelegt,
wobei nicht näher dargestellte Zentrierstifte für die richtige,
definierte Position des Wafers 2 zur Pufferschicht sorgen, die
dadurch gegeben ist, daß die massiven Berandungen jedes Einzelchips
zu einem gemäß der Ansprüche definierten Anteil durch die
speziell strukturierte Pufferschicht, bzw. eine auf der Pufferschicht
angeordnete Belegung unterstützt wird.
Die Elastizität der Pufferschicht 3, bzw. der Platte 7, soll nach
Shore dabei zwischen 20 und 95, vorzugsweise zwischen 60 und 70
gewählt werden. Die Dicke sollte nicht mehr als 3 mm und nicht
weniger als 0,5 mm betragen, wobei der gesonderten Belegung eine
Dicke zwischen 50 und 200 µm gegeben ist. Diese gesonderte
Belegung kann gemäß der Erfindung eine andere Elastizität, als
die der Platte 7 aufweisen und z. B. aus Metall gefertigt sein.
Bei der Vereinzelung des Wafers in Chipgrößen von z. B. 3 mm×3
mm kann die Öffnungsbreite der Ausnehmungen der Pufferschicht 3
zur Erzielung der durch die Erfindung angestrebten vorteilhaften
Wirkungen mit Erfolg zwischen 1,3 und 2,9 mm betragen, wodurch
sich bei Tiefen der Ausnehmungen zwischen 0,5 bis 2 mm ein einzuhaltendes
Verhältnis der Öffnungsbreite der Ausnehmungen zu deren
Tiefe zwischen 5,8 und 0,65 ergibt. Wesentlich ist, daß das Verhältnis
zwischen der Gesamteinzelchipfläche und dem nicht abgestützten
Einzelchipbereich zwischen 5,3 und 1,07 beträgt.
Im nachfolgenden Schritt wird über eine Schneidkante 1 über die
gesamte gegenüber der jeweiligen Anritzlinie liegenden Linie aufgesetzt
und mit einer Kraft in der Größenanordnung von 20 bis 100 N
(bei 475 µm dicken Siliziumscheiben mit einer Kraft von ca. 70
bis 90 N) beaufschlagt, wobei vorteilhafte Bruchergebnisse erzielbar
sind, wenn die Schneidkante (in Bildtiefe gesehen) leicht
keilförmig, mit Keilwinkeln unterhalb 1° aufsetzt. Die elastische
Pufferschicht 3 bringt den Wafer (entsprechend Fig. 3) auf der
gesamten Fläche eine Kraft entgegen, wodurch das Wafer entlang
der geritzten Linie bricht. Die Schneidkante wird danach um das
Maß des Ritzabstandes durch Linearverschiebung mittels eines entsprechenden
Antriebes 9 des Wafertisches 8 verschoben und eben
beschriebener Vorgang entsprechend oft wiederholt. Danach wird
das Wafer 2 durch Drehung des Wafertisches 8 in diesem Beispiel
um 90° gedreht und die Bruchzyklen solange fortgeführt bis alle
Chips in vereinzelter Form vorliegen. Der Ausschußanteil durch
Zerstörung der im Beispiel angegebenen Membranbereiche 10 infolge
des Vereinzelungsvorganges liegt hierbei unter 0,5%. Selbstverständlich
sind mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung auch beliebige
andere Bruchformen in Abhängigkeit der kristallografischen
Orientierung des Wafers herstellbar, wie bspw. Parallelogramme
oder sechseckige Chipformen. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße
Einrichtung nicht auf die in Fig. 3 dargestellte beschränkt.
Wesentlich ist die Verifizierung der angestrebten Vorgehensweise:
Auf eine gemäß der Erfindung gestaltete Pufferschicht
wird das angeritzte Wafer, das mit einer dehnbaren Folie
in einem üblichen Folienrahmen gehaltert ist aufgelegt, dieser
Verbund auf einem in der Ebene drehbaren Wafertisch angeordnet
und durch relative Linearverschiebung des Wafers zu einer
Schneidkante durch deren entsprechendes Aufsetzen mit einer
Kraftbeaufschlagung der Bruch entlang jeder einzelnen Ritzlinie
herbeigeführt wird. Eine derartige Einrichtung kann problemlos
mittels entsprechender Steuerungsmittel automatisch arbeitend mit
den bereits angegebenen vorteilhaften Wirkungen ausgeführt werden.
Dabei kann entsprechend der Erfindung derart verfahren werden,
daß die Pufferschicht bis zur weiteren Verarbeitung der Einzelchips
auf der gebrochenen Scheibe belassen wird und dieser Verbund
bspw. beidseitig mit einer Folienumhüllung versehen wird.
Claims (14)
1. Verfahren zum Zerteilen einer Scheibe aus Halbleitermaterial,
insbesondere Silizium, auf der sich mehrere strukturierte
Einzelbauelemente befinden, zwischen denen mittels
eines Anreißwerkzeuges quer und/oder längs bruchbegünstigende
Ritzgräben mit einigen µm Tiefe eingebracht werden, wobei
die Scheibe während des gesamten Prozesses abseitig der
Funktionsschichten der Einzelbauelemente und der Ritzgräben
mit einer wieder lösbaren dehnbaren Folie versehen ist und
vor dem Brechvorgang die Seite der Funktionsschichten mit
einer elastischen Pufferschicht versehen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elastische Pufferschicht (3) derart gestaltet ist,
daß sie einzig auf den ihr zugewandten, mit den Ritzgräben
im wesentlichen komplementär ausgebildeten Pufferschichtstrukturen,
auf der Scheibe aufliegt und anschließend ein
Brechvorgang der Ritzgräben (5) nacheinander vermittels
einer Schneidkante (1), die auf die Scheibe von der den
Ritzgräben gegenüberliegenden Seite aufgesetzt wird, wobei
die Schneidkante mit einer definierten Kraft beaufschlagt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schneidkante (1) bei 475 µm dicken Siliziumscheiben
mit einer Kraft 20 bis 100 N, vorzugsweise 70 bis 90 N
beaufschlagt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elastizität der Pufferschicht (3 bzw. 7) nach Shore
zwischen 20 und 95, vorzugsweise zwischen 60 und 70 gewählt
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pufferschicht (3 bzw. 7) bis zur weiteren Verarbeitung
der Einzelchips auf der gebrochenen Scheibe belassen
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schneidkante (1) leicht keilförmig mit einem Winkel
<1° auf die Scheibe aufgesetzt wird.
6. Einrichtung zum Zerteilen von Scheiben aus Halbleitermaterial,
insbesondere Silizium, auf der sich mehrere strukturierte
Einzelbauelemente befinden, zwischen denen mittels eines
Anreißwerkzeuges quer und/oder längs bruchbegünstigende
Ritzgräben mit einigen µm Tiefe eingebracht werden, wobei
die Scheibe während des gesamten Prozesses abseitig der
Funktionsschichten der Einzelbauelemente und der Ritzgräben
mit einer wieder lösbaren dehnbaren Folie versehen ist und
vor dem Brechvorgang die Seite der Funktionsschichten mit
einer elastischen Pufferschicht versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elastische Pufferschicht (3 bzw. 6 und 7) derart gestaltet
ist, daß sie einzig auf einer Seite, die den Ritzgräben
zugewandt ist, mit Ausnehmungen versehen ist, wobei
die auf der Scheibe zu liegend kommenden Bereiche die Gesamteinzelchipfläche
in deren Berandungsbereich derart abstützen,
daß das Verhältnis zwischen der Gesamteinzelchipfläche
und dem nicht abgestützten Einzelchipbereich zwischen
5, 3 und 1,07 beträgt, dieser Verband auf einem Wafertisch
(8) angeordnet ist und zwischen diesem und einer mit einer
definiert einstellbaren Kraft beaufschlagbaren Schneidkante
(1), die senkrecht zur Scheibenoberfläche gegenüber der
Seite, auf der sich die jeweiligen Ritzgräben (5) befinden,
aufsetzbar ist, Mittel zur relativen Linearverschiebung
zwischen Wafertisch (8) und Schneidkante (1) vorgesehen sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pufferschicht (3) als einheitliche mit Ausnehmungen
versehene Platte ausgebildet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 6 und 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis der Öffnungsbreite der Ausnehmungen der
Pufferschicht (3) zu deren Tiefe von 5,8 bis 0,65 festgelegt
ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pufferschicht durch eine elastische Platte (7), auf
der eine gesonderte mit Ausnehmungen versehene Belegung (6)
angebracht ist, gebildet ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 6 und 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gesonderte Belegung (6) eine Dicke von 50 bis 200 µm
aufweist.
11. Einrichtung nach Anspruch 6, 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gesonderte Belegung (6) eine andere Elastizität als
die der Pufferschicht aufweist.
12. Einrichtung nach Anspruch 6, 8, 10 und 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gesonderte Belegung (6) aus Metall gefertigt ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 6, 9, 10 und 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gesonderte Belegung (6) aus einem Kunststoff gefertigt
ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 6, 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gesonderte Belegung (6) aus einem Kunststoff gefertigt
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19904006070 DE4006070A1 (de) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | Verfahren und einrichtung zum zerteilen einer scheibe aus halbleitermaterial |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4006070A1 true DE4006070A1 (de) | 1991-09-12 |
DE4006070C2 DE4006070C2 (de) | 1992-03-19 |
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ID=6401018
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Country Status (1)
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DE (1) | DE4006070A1 (de) |
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- 1990-02-27 DE DE19904006070 patent/DE4006070A1/de active Granted
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