DE4024576A1 - Vorrichtung zum einseitigen aetzen einer halbleiterscheibe - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum einseitigen Ätzen von Halbleiterscheiben (Siliciumwafern), welche nach Art einer Ätzdose aufgebaut ist.

Eine solche ist bekannt aus der Zeitschrift Vacuum Science Technology, Ausgabe Juli/August 1985, Seiten 1015 ff., G. Kaminsky, "Mikromachining of silicon mechanical structures". Darin wird eine Ätzhalterung für Siliciumwafer in Form einer Teflon­ platte beschrieben, an deren Rand in einer Nut ein O-Ring angeordnet ist, auf dem der zu ätzende Wafer gelagert wird. Der Wafer wird durch einen Ring aus Teflon, welcher mittels Nylonschrauben mit der Grundplatte verbunden wird, auf der Teflonplatte befestigt. Durch den Teflon-Ring gelangt Ätzlösung an die Oberfläche des Wafers. Der O-Ring verhindert, daß Ätzlösung an die Rückseite gelangt. Die Ätzlösung kann allerdings den Rand des Wafers bis zur Kontaktzone zwischen Wafer und O-Ring beidseitig benetzen. Die mechanische Sta­ bilität ist deshalb im Randbereich des Wafers vermindert, außerdem werden Bearbeitungsmöglichkeiten des Wafers nach dem Ätzprozeß ein­ geschränkt. Während des Ätzvorgangs steigt infolge der hohen Ätztem­ peraturen der Druck der unter dem Wafer befindlichen Luft an. Da­ durch erhöht sich, besonders am Randbereich des Wafers, wo er auf dem O-Ring aufliegt, die Bruchgefahr. Eine Vorrichtung zum Druckaus­ gleich für den unter dem Wafer entstehenden Luftraum ist nicht vor­ gesehen. Auch die Möglichkeit einer elektrischen Kontaktierung des Wafers, um einen elektrochemischen Ätzstop durchführen zu können, ist nicht vorgesehen.

Das Grundmaterial Teflon weist ferner eine für die vorgesehene Anwendung bei hohen Ätztemperaturen zu geringe Formstabilität auf. In Lösungen verändert Teflon durch Quellen sein Volumen und damit seine Form. Eine Ätzhalterung aus Teflon kann deshalb nicht mehrfach benutzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für das einseitige Ätzen von Siliciumwafern anzugeben, die den zu ätzenden Wafer mechanisch gering beansprucht, einen vollständigen Schutz der Waferkanten gewährleistet und einen elektrochemischen Ätzstop gestattet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Hierbei wird eine Halterung nach Art einer Ätzdose mit offenem Oberteil benutzt, die mit zwei O-Ringen versehen ist, zwischen welche der Wafer eingespannt wird und welche so ange­ ordnet sind, daß die Ätzlösung nur den innerhalb des deckelseitigen O-Rings befindlichen Innenbereich der zu ätzenden Waferseite errei­ chen kann. Der unter der Waferrückseite entstehende Hohlraum ist über eine Bohrung, der sich ein Rohr oder ein Schlauch anschließt, mit der Außenumgebung verbunden. Die Entstehung eines Überdruckes unter dem Wafer ist dadurch ausgeschlossen. Durch die Bohrung wird gleichzeitig die Zuleitung geführt für die zum elektrochemischen Ätzstop erforderliche elektrische Kontaktierung des Wafers.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß die Waferkante absolut sicher gegen Kontakt mit der Ätzlösung geschützt ist. Die den Wafer haltenden O-Ringe sind genau übereinander angeordnet, so daß beide Waferseiten mit symmetrischen Haltekräften beaufschlagt werden. Der Wafer ist dadurch, daß seine Befestigung nur über O-Ringe erfolgt, elastisch gelagert. Er wird gegen die Ätzlösung geschützt von der Rückseite her elektrisch kontaktiert. Durch die Verbindung mit der Außenumgebung entsteht auch bei hohen Tempera­ turen der Ätzlösung im Hohlraum unter der Waferrückseite kein Überdruck. Die Vorrichtung gestattet damit eine maximale Bruchsi­ cherheit. Die gute Formstabilität der vorgeschlagenen Materialien gestattet eine Mehrfachverwendung der Ätzdose. Die elektrische Kon­ taktierung des Wafers erfolgt vorteilhaft durch Federkontakte.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

Bei Herstellung der Ätzdose aus einem Polyvinyliden Fluo­ rid-(PVDF)-Kunststoff werden zweckmäßig in Deckel und Bodenteil je­ weils Nuten vorgesehen, welche die O-Ringe fixieren. Das Volumen der Nuten wird, da die O-Ringe durch den Kontakt mit der Ätzlösung quel­ len, so bemessen, daß der Druck auf den Wafer konstant bleibt. Im Kontaktbereich zwischen Deckel und Bodenteil ist zweckmäßig ein dritter O-Ring vorgesehen, um zusätzliche Sicherheit zu erhalten, daß keine Ätzlösung in den Kantenbereich eindringen kann. Vorteil­ haft wird für die elektrische Kontaktierung der Waferrückseite ein Federstift verwendet.

In einer anderen vorteilhaften Ausführung wird die Ätzdose von einer im Handel erhältlichen Polypropylen-(PP)-Transportbox abgeleitet. Eine auf diese Art gefertigte Ätzdose ist milchig durchsichtig und gestattet, etwaige Undichtheiten der Ätzdose sofort von außen zu er­ kennen. Eine solche aus PP bestehende Ätzdose ist ferner außeror­ dentlich preisgünstig. In den Kontaktbereich zwischen Deckel und Bo­ denteil wird als zusätzliche Dichtung zweckmäßig Siliconpaste einge­ bracht. Ein Federteil im Grundkörper erlaubt eine zuverlässige elek­ trische Kontaktierung der Waferrückseite sowie ein schnelles Einset­ zen und Entnehmen des Wafers.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnun­ gen und der anschließenden Beschreibung näher erläutert werden.

Zeichnung

Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt einer aus PVDF gefertigten Ätzdose,

Fig. 2a und 2b Schnitte einer PP-Ätzdose.

Beschreibung

Das in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel besteht aus den Hauptteilen Grundkörper 3 und Deckel 2. Beide Teile sind aus dem Kunststoff PVDF gefertigt. Das Material ist auch bei hohen Tempe­ raturen formstabil und erlaubt eine Mehrfachverwendung der Ätzdose. Die gesamte, aus Deckel 2 und Grundkörper 3 gebildete Ätzdose hat vorzugsweise eine runde Form, jedoch sind auch andere Formen mög­ lich. Deckel 2 und Grundkörper 3 sind in ihrer Form so gestaltet, daß sie aufeinander passen. Dazu ist der Rand des Deckels 2 gegen­ über dem Innenbereich 12 stufenförmig abgesenkt, während der Rand des Grundkörpers 3 stufenförmig erhöht ist. Die Stufungen sind so gestaltet, daß bei geschlossener Ätzdose mit darin befindlichem Wa­ fer die Randbereiche des Deckels 2 und des Grundkörpers 3 bündig aufeinanderliegen, wobei die O-Ringe 7, 8, zwischen welchen der Wafer 1 eingespannt ist, um etwa 20% ihrer Schnurdicke gequetscht sind. Die Durchmesser der Vertiefung am Innenbereich 13 bzw. der Überhö­ hung am Innenbereich 12 sind etwas größer als der Durchmesser des Wafers 1, für den die Ätzdose ausgelegt ist. Der Grundkörper 3 be­ sitzt vorzugsweise zwei konzentrische Nuten 18 und 19, von denen eine in den stufenförmig überhöhten Randbereich, die andere am Rand des Innenbereichs 13 eingearbeitet ist. In den Nuten 18, 19 befindet sich jeweils ein O-Ring 8, 9. Die innerhalb des inneren O-Ringes 8 liegende Grundkörperoberfläche 14 ist über eine Bohrung 4, deren Durchmesser zweckmäßig 0,1-5 mm beträgt, mit der Grundkörperaußen­ seite verbunden. Am Ausgang der Bohrung 4 auf der Grundkörperaußen­ seite schließt sich unmittelbar ein Röhrchen 6 oder ein Schlauch an, welche die Bohrung 4 fortsetzt. Durch die Bohrung 4 erfolgt zum ei­ nen der Druckausgleich zwischen der Umgebung und dem durch Wafer 1, O-Ring 8 und Grundkörperoberfläche 14 umschlossenen Raum. Zum ande­ ren wird durch die Bohrung 4 der für die elektrische Kontaktierung des Wafers 1 erforderliche Draht 10 nach außen geführt. Die Boh­ rung 4 verläuft zweckmäßig rechtwinklig von der Innenfläche zur schmalen seitlichen Außenfläche des Grundkörpers. Durch die recht­ winklige Führung kann die Ätzdose bequem vertikal in die Ätzlösung eingeführt werden. Die Bohrung 4 ist zu diesem Zweck an ihrem Aus­ gang in Form eines sich anschließenden geraden Röhrchens 6 oder Schlauches fortgesetzt, welches aus der Ätzlösung herausragt. Andere Führungen der Bohrung 4 sind selbstverständlich gleichwertig. Auf der inneren Grundkörper-Oberfläche 14 ist am Ende des durch die Boh­ rung 4 geführten Drahtes 10 ein Federkontakt 11 angebracht, der eine sichere elektrische Kontaktierung des Wafers 1 gewährleistet.

Der Ätzdosendeckel 2 weist im gegenüber dem Rand überhöhten Innenbe­ reich 12 eine Nut 17 auf, die so ausgebildet ist, daß sie bei ge­ schlossener Ätzdose genau über der Innennut 18 des Grundkörpers liegt. In der Nut ist ein weiterer O-Ring 7 angeordnet.

Der äußere O-Ring 9 im Grundkörper 3 und der im Deckel 2 plazierte O-Ring 7 sind während des Ätzprozesses jeweils von einer Seite her der Ätzlösung ausgesetzt, wodurch sie geringfügig quellen. Dies kann zu einem erhöhten Druck auf den zwischen den O-Ringen 7 und 8 eingespannten Wafer führen. Die Form der die O-Ringe 7 bis 9 fixie­ renden Nuten 17 bis 19 ist deshalb zweckmäßig so gestaltet, daß eine Volumenvergrößerung der O-Ringe 7 bis 9 infolge Quellens von den Nu­ ten 17 bis 19 aufgenommen und der Druck auf den Wafer 1 dadurch je­ derzeit etwa konstant bleibt.

Deckel 2 und Grundkörper 3 der Ätzdose werden durch Schrauben, wel­ che durch dafür an den Rändern von Deckel und Grundkörper angeordne­ te Bohrungen 15 gesteckt werden, zusammengehalten. Alternativ kann die Verbindung von Deckel und Grundkörper auch durch Schnellspann­ verschlüsse erfolgen. In diesem Fall müssen an der Deckeloberseite und der Grundkörperunterseite Maßnahmen zur Fixierung der Schnell­ spannklammern getroffen werden. Der Druck, mit dem die Ätzdosenteile zusammengepreßt werden, ist so zu wählen, daß die gestuften Ränder von Deckel 2 und Grundkörper 3 fest aufeinander liegen, wobei die von außen sichtbaren O-Ringe 7 und 9 nahezu vollständig in die Nu­ ten 17 bzw. 19 gepreßt werden.

Zur Anwendung der Ätzdose wird der Wafer 1 in den Grundkörper 3 auf den darin angeordneten inneren O-Ring 8 gelegt. Die zu schützende Seite weist zur Grundkörperoberfläche 14. Anschließend wird der Deckel 2 aufgelegt und durch Festziehen der Schrauben mit dem Grund­ körper 3 verbunden. Die verschlossene Ätzdose kann in beliebiger Weise der Ätzlösung ausgesetzt werden. Insbesondere können Dauer und Temperatur des Ätzprozesses frei gewählt werden, da durch die Druck­ ausgleichsbohrung 4 gewährleistet ist, daß in dem unter dem Wafer 1 gegebenen Hohlraum kein Überdruck, und somit keine Bruchgefahr ent­ stehen kann.

Ein zweites Ausführungsbeispiel zeigen die Fig. 2a und 2b. Mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmende Teile sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen.

Das in Fig. 2a gezeigte Ausführungsbeispiel besteht aus den Haupt­ teilen Deckel 22 und Grundkörper 23 sowie zwei Preßringen 44. Der Grundkörper 23 ist das Unterteil einer handelsüblichen Wafertrans­ portbox, wie sie beispielsweise bei der Fa. FLUOROWARE erhältlich ist. Die Ätzdose besteht aus Polypropylen (PP), einem Material das auch bei hohen Ätztemperaturen eine gute Formstabilität aufweist und sehr preiswert ist. In der leicht konischen Bodenwanne des Grundkör­ pers 23 befinden sich ein zentrisch lose eingelegter O-Ring 28, des­ sen Durchmesser etwa 4/5 des Ätzdosendurchmessers beträgt, sowie ein innerhalb des O-Ringes 28 angeordnetes kreuzförmiges Federteil 41, wie es ebenfalls im Handel erhältlich ist. Eine der vier federnden Zungen 42 des Federteils 41 ist mit einem elektrisch leitenden Blech 43 einer Dicke von ungefähr 0,05 mm ummantelt. Das Federteil 41 sta­ bilisiert einerseits bei geschlossener Ätzdose den zu ätzenden Wafer 1 im Mittelbereich, andererseits dient die blechummantelte Zunge 42 zur elektrischen Kontaktierung der Waferrückseite. Es kann fest mit dem Grundkörper 3 verbunden oder lose eingelegt sein. In letzterem Fall ist zweckmäßig eine Lagerung für das Federteil 41, zum Beispiel in Form eines Ringes vorgesehen. An das Metallblech 43 ist ein Draht 10 aus Platin angelötet, welcher durch eine in der Bodenwanne des Grundkörpers 23 plazierte Bohrung 4 aus dem Grundkörper herausge­ führt ist. An die Bohrung 4 schließt sich an der Bodenwannen-Außen­ seite dichtschlüssig ein aus der Ätzlösung herausragendes Röhrchen 6, bzw. ein Schlauch o. dgl. an, in dem der Kontaktierdraht 10 aus der Ätzlösung herausgeführt wird. Der Deckel 22 leitet sich aus dem standardmäßig zum Grundkörper 23 gehörenden Oberteil der Transport­ box ab. In die Oberseite ist eine kreisförmige Öffnung 25 gedreht, durch welche die Ätzlösung hindurchtreten kann. Ihr Durchmesser be­ trägt zweckmäßig 60 bis 70% des gesamten Ätzdosendurchmessers, bei einer für Vier-Zoll-Wafer vorgesehenen Ätzdose beispielsweise 70-80 mm.

Zur Anwendung der Ätzdose wird der Wafer 1 mit der zu ätzenden Seite nach oben in den Grundkörper 23 auf den darin angeordneten O-Ring 28 gelegt. Durch das von der Unterseite leicht gegen die Waferrückseite drückende Federteil 41, welches beispielsweise ein Federkreuz ist, erfolgt die elektrische Kontaktierung des Wafers 1. Auf die nach oben weisende Waferseite wird ein zweiter O-Ring 27 gelegt, der kon­ zentrisch ausgerichtet wird. Der zweite O-Ring 27 hat denselben Durchmesser wie der im Grundkörper 23 angeordnete. Die Querschnitte beider O-Ringe 27, 28 sind so dimensioniert, daß der zwischen den O-Ringen 27, 28 eingespannte Wafer 1 bei geschlossener Ätzdose fest und rutschsicher gelagert wird. Ein leichtes Quellen der O-Ringe 27, 28 ändert den Anpreßdruck auf den Wafer 1 nicht. Anschließend wird der Deckel 22 auf den Grundkörper 23 aufgesetzt, wobei zur Verbesse­ rung der Dichtigkeit auf die Dichtfläche 37 zwischen Deckel 22 und Grundkörper 23 pastöses Silicon aufgebracht wird. Eine andere Mög­ lichkeit, eine gute Dichtung zu erzielen, besteht darin, die Dicht­ flächen 37 zwischen Grundkörper 23 und Deckel 22 konisch zu gestal­ ten, so daß sie durch Zusammenpressen schlüssig aufeinanderliegen.

Der äußere Zusammenhalt zwischen Deckel 22 und Grundkörper 23 der Ätzdose erfolgt, wie in Fig. 2b dargestellt, durch Schnellspannver­ schlüsse 45 in Form von Klammerverschlüssen. Sie sind zweckmäßig mit einem der Preß-Ringe 44 fest verbunden und werden am anderen durch geeignete Vorrichtungen fixiert.

Alternativ wird die aus Deckel 22 und Grundkörper 23 bestehende Ätz­ dose durch zwei Preß-Ringe 44 aus einem säurebeständigen Material, wie z. B. hartem Kunststoff, zusammengehalten, indem sie zwischen die Ringe 44 eingespannt wird. Die Preß-Ringe 44 ihrerseits werden mittels Schrauben gegeneinander gepreßt. Die Preß-Ringe sind in die­ sem Fall mit Bohrungen versehen, durch welche die Schrauben gesteckt werden.

Claims (19)

1. Vorrichtung zum einseitigen Ätzen einer Halbleiterscheibe (Wa­ fer), nach Art einer Ätzdose, gekennzeichnet durch einen wannenför­ migen Grundkörper (3, 23) mit einem elektrischen Federkontakt (11) und einer durch den Grundkörper (3, 23) verlaufenden Bohrung (4), durch welche ein mit dem Federkontakt (11, 43) verbundener Draht (10) aus der Ätzdose herausgeführt wird, durch einen dichtschlüssig auf den Grundkörper (3) passenden Deckel (2, 22), der oberseitig eine Öffnung (5, 25) zum Durchtritt der Ätzflüssigkeit aufweist, sowie durch mindestens zwei O-Ringe (7 und 8, 27 und 28), von denen einer zentrisch im Grundkörper (3, 23), der andere zentrisch im Deckel (2, 22) angeordnet ist, zwischen denen der zu ätzende Wa­ fer (1) eingespannt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens zwei O-Ringe (7, 8, 27, 28) gleiche Durchmesser haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Ausgang der Bohrung (4) ein Röhrchen (6), ein Schlauch oder dgl. an­ schließt, welches die Bohrung fortsetzt und aus der Ätzlösung her­ ausführt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrchen (6) bzw. der Schlauch aus Polypropylen (PP) oder Polyviny­ lidenfluorid (PVDF)-Kunststoff hergestellt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Deckel (2) und Grundkörper (3) aus PVDF-Kunststoff hergestellt sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Innenbereich (12) der Deckelunterseite stufen­ förmig überhöht, der Innenbereich (13) der Grundkörperoberseite stu­ fenförmig vertieft ausgebildet sind, und die Stufungen gleichen Durchmesser besitzen.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Deckel (2) und Grundkörper (3) Nuten (17) bzw. (18) aufweisen, in denen die O-Ringe (7) bzw. (8) vorspringend angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Grundkörper (3) auf dem gegenüber dem Innenbe­ reich (13) überhöhten Rand eine weitere Nut (19) aufweist, in der ein weiterer O-Ring (9) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Deckel (2) im gegenüber dem Innenbereich (12) vertieften Rand eine weitere Nut aufweist, in der ein weiterer O-Ring (7) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei geschlossener Ätzdose die Randbereiche des Deckels (2) und des Grundkörpers (3) unter Ausübung eines definier­ ten Anpreßdrucks auf die zwischen Deckel (2) und Grundkörper (3) be­ findlichen O-Ringe (7, 8, 9) bündig aufeinanderliegen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fe­ derkontakt (11) als aus der Bohrung (4) herausragender Federstift ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nuten (17) bis (19) so gestaltet sind, daß sie das sich infolge Quellens und/oder Pressung veränderte Volumen der O-Ringe (7) bis (9) aufnehmen können und die über die O-Ringe (7) bis (9) übertragenen Druckkräfte etwa konstant bleiben.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Deckel (22) und Grundkörper (33) der Ätzdose aus PP hergestellt sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der O-Ring (8) lose im Grundkörper (3) liegt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der deckelseitige O-Ring (27) lose zwischen Deckel (2) und Wafer­ oberseite liegt.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Grundkörper (23) ein Federkreuz (41) angeordnet ist, welches den Wafer (1) abstützt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens eine der Zungen (42) des Federkreuzes (41) aus elektrisch leitfähigem Material besteht oder mit einem elektrisch leitfähigen Material ummantelt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (10) zur elektrischen Kontaktierung des Wafers (1) mit der Zunge (42) des Federkreuzes (41) verbunden ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (10) und/oder die leitfähige Ummantelung (43) der Zunge (42) des Federkreuzes (41) aus Platin sind.