DE4223215A1

DE4223215A1 - Processing silicon@ wafer having deformable micro mechanical structure - comprising adhering foil to lower side of wafer and removing foil after processing

Info

Publication number: DE4223215A1
Application number: DE19924223215
Authority: DE
Inventors: Nils Dipl Ing Kummer; Klaus Breitschwerdt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: DE4223215C2

Abstract

Processing of a Si-wafer having a deformable micromechanical structure is claimed, in which the wafer is held by a vacuum holder. The novelty is that a foil (2) is adhered to the lowerside of the wafer (1). The foil is removed after processing. ADVANTAGE - Wafers having sensitive microstructures can be processed easily.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bearbeitung von Siliziumwafern nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist allgemein bekannt, Siliziumwafer bei der Bearbeitung durch Ansaugen auf einer Vakuumhalterung zu fixieren. Dieses Verfahren ist jedoch bei Siliziumwafern mit mikromechanischen Strukturen nicht anwendbar, da die empfindlichen mikromechanischen Strukturen durch die dabei auf sie wirkenden Kräfte zerstört werden können.The invention is based on a method for processing Silicon wafers according to the genus of the main claim. It is general known, silicon wafer when processing by suction on a Fix vacuum holder. However, this procedure is with Silicon wafers with micromechanical structures cannot be used because the sensitive micromechanical structures due to the forces acting on them can be destroyed.

Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß Siliziumwafer mit empfindlichen mikromechanischen Strukturen bearbeitet werden können, ohne daß da mit eine Gefährdung der mikromechanischen Strukturen verbunden ist. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß das erfindungsgemäße Ver fahren besonders einfach ist und sich daher mit beliebigen anderen Bearbeitungsschritten für Siliziumwafer kombinieren läßt.The inventive method with the features of the main claim has the advantage that silicon wafers with sensitive micromechanical structures can be processed without there is associated with a risk to the micromechanical structures. Another advantage is that the Ver driving is particularly easy and therefore with any other Can combine processing steps for silicon wafers.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders einfach erfolgt das Entfernen der Folie durch Eintauchen in Lösungsmittel, die entweder den Klebstoff, die Folie oder beide Materialien auflösen. Besonders rückstandsfrei lassen sich Kleber, die im wesentlichen ein Acrylat harz enthalten, auflösen. Geeignete Folien bestehen im wesentlichen aus einem Polyvinylchlorid oder einem Styrolpolymerisat. Das er findungsgemäße Verfahren kann mit gängigen Lösungsmitteln, die in vielen Bearbeitungsschritten zur Reinigung und Bearbeitung von Siliziumwafern verwendet werden, durchgeführt werden. Geeignet sind organische Lösungsmittel, beispielsweise Aceton, oder verdünnte Laugen. Besonders vorteilhaft läßt sich das Verfahren beim Zersägen und bei der Fotolithographie anwenden, da bei diesen Arten der Be arbeitung von Siliziumwafern die Bruchgefahr von mikromechanischen Strukturen besonders groß ist.The measures listed in the subclaims provide for partial further training and improvements of the main claim specified procedure possible. This is particularly easy Remove the film by immersing it in either solvent dissolve the adhesive, the film or both materials. Especially residue-free can be glue, which is essentially an acrylate contain resin, dissolve. Suitable films essentially exist made of a polyvinyl chloride or a styrene polymer. That he The process according to the invention can be carried out using common solvents which are used in many processing steps for cleaning and processing Silicon wafers are used to be performed. Are suitable organic solvents, for example acetone, or diluted Alkalis. The process of sawing can be particularly advantageous and use in photolithography, because with these types of loading processing of silicon wafers the risk of breakage of micromechanical Structures is particularly large.

drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 die Anordnung von Wafer, Folie und Vakuumhalterung, Fig. 2 die Belackung und Fig. 3 die Belichtung eines Silizium wafers, Fig. 4 das Zersägen eines Siliziumwafers und Fig. 5 das Ablösen der Folie.Embodiments of the invention are shown in the drawings and Darge explained in more detail in the following description. In the drawings Fig. 1 shows the arrangement of wafer sheet, and a vacuum holder, Fig. 2, the lacquering and Fig. 3, the exposure of a silicon wafer, Fig. 4, the sawing of a silicon wafer, and Fig. 5, the peeling of the film.

Description of the embodiments

In der Fig. 1 ist in auseinandergezogener Darstellung ein Silizium wafer 1, eine Folie 2 und eine Vakuumhalterung 3 gezeigt. Die Folie 2 ist durch einen Klebstoff mit der Unterseite des Siliziumwafers 1 verklebt. Die Haftung der Folie 2 am Siliziumwafer 1 wird durch Auf heizen auf 90°C verbessert. Der Verbund von Siliziumwafer 1 und Folie 2 wird durch Anlegen eines Vakuums auf der Vakuumhalterung 3 fixiert. Durch die Vakuumkanäle 20 wird ein Unterdruck zwischen der Folie 2 und der Vakuumhalterung 3 erzeugt. Durch die dabei ent stehenden Kräfte wird der Verbund von Siliziumwafer 1 und Folie 2 fest auf der Vakuumhalterung 3 fixiert. Durch die Verbreiterung der Vakuumkanäle 20 auf deren Oberseite wird die Fläche mit der die Folie 2 gegen die Vakuumhalterung 3 gesaugt wird, vergrößert. Als Beispiele für mikro mechanische Strukturen sind auf dem Siliziumwafer 1 eine Biegezunge 4 und eine Membran 5 gezeigt. Wenn der Siliziumwafer 1 direkt auf die Vakuumhalterung 3 gelegt würde, so würde beispielsweise die Membran 5 durch den dabei entstehenden Unterdruck verformt. Ebenso würde die Biegezunge 4 durch die zu den Vakuumkanälen 20 hin strömende Luft verformt werden. Bei entsprechender Auslegung der mikromechanischen Strukturen 4, 5 kann die Auslenkung so groß werden, daß es zum Bruch der mikromechanischen Strukturen 4, 5 kommt. Durch die Folie 2 wird dies verhindert. Im Fall der Biege zunge 4 entsteht keine Strömung, die die Biegezunge 4 verformen kann. Im Fall der geschlossenen Membran 5 entsteht im Hohlraum, der von Membran 5 und Folie 2 gebildet wird, nur ein geringer Unter druck, der aus einer eventuellen Verformung der Folie 2 resultiert.In Fig. 1 in an exploded view, a silicon wafer 1, a film 2, and a vacuum holder 3 is shown. The film 2 is glued to the underside of the silicon wafer 1 by an adhesive. The adhesion of the film 2 to the silicon wafer 1 is improved by heating to 90 ° C. The combination of silicon wafer 1 and film 2 is fixed on the vacuum holder 3 by applying a vacuum. A vacuum is generated between the film 2 and the vacuum holder 3 through the vacuum channels 20 . Due to the resulting forces, the bond between the silicon wafer 1 and the film 2 is firmly fixed on the vacuum holder 3 . The widening of the vacuum channels 20 on their upper side increases the area with which the film 2 is sucked against the vacuum holder 3 . A bending tongue 4 and a membrane 5 are shown on the silicon wafer 1 as examples of micro-mechanical structures. If the silicon wafer 1 were placed directly on the vacuum holder 3 , the membrane 5 would be deformed, for example, by the resulting negative pressure. Likewise, the bending tongue 4 would be deformed by the air flowing towards the vacuum channels 20 . With an appropriate design of the micromechanical structures 4 , 5 , the deflection can become so large that the micromechanical structures 4 , 5 break. This is prevented by the film 2 . In the case of the flex tongue 4 , there is no flow that can deform the flex tongue 4 . In the case of the closed membrane 5 arises in the cavity, which is formed by membrane 5 and film 2 , only a slight negative pressure, which results from any deformation of the film 2 .

In der Fig. 2 ist dargestellt, wie ein Siliziumwafer 1 mit einer dünnen Fotolackschicht versehen wird. Der Siliziumwafer 1 weist mikromechanische Strukturen auf, die hier der Einfachheit halber nicht dargestellt sind. Auf die Unterseite des Siliziumwafers 1 ist eine Folie 2 aufgeklebt, die wiederum durch den an den Vakuumkanälen 20 angreifenden Unterdruck fest auf der Vakuumhalterung 3 fixiert wird. Wie durch den Pfeil angedeutet, kann die Vakuumhalterung 3 rotiert werden, wobei die Rotationsachse in etwa durch die Mitte des Siliziumwafers 1 läuft. Auf der Oberseite des Siliziumwafers 1 ist ein großer Tropfen 30 eines flüssigen Fotolacks aufgebracht. Durch die Rotation der Vakuumhalterung 3 greifen an diesem Tropfen 30 Zentrifugalkräfte an, so daß der Lack bis auf eine dünne verbleibende Schicht radial nach außen geschleudert wird. Durch Ab dampfen von Lösungsmitteln aus dieser dünnen Schicht entsteht eine dünne Schicht eines Kunststoffes, die nach einer eventuellen Tempe raturnachbehandlung, durch Belichtung durch eine Maske hindurch strukturiert werden kann. Typische Drehzahlen für die Rotation der Vakuumhalterung 3 liegen in der Größenordnung von 3000 bis 6000 U/min. Siliziumwafer können beim Aufschleudern von Fotolackschichten auch durch mechanische Halterungen fixiert werden, wobei bei diesem Verfahren jedoch die Gefahr besteht, daß durch die mechanischen Halterungen das Abschleudern des Fotolacks vom Siliziumwafer be hindert wird.In FIG. 2 is illustrated as a silicon wafer is provided with a thin photoresist layer 1. The silicon wafer 1 has micromechanical structures, which are not shown here for the sake of simplicity. A film 2 is glued to the underside of the silicon wafer 1 , which in turn is firmly fixed on the vacuum holder 3 by the negative pressure acting on the vacuum channels 20 . As indicated by the arrow, the vacuum holder 3 can be rotated, the axis of rotation running approximately through the center of the silicon wafer 1 . A large drop 30 of a liquid photoresist is applied to the top of the silicon wafer 1 . Due to the rotation of the vacuum holder 3 , 30 centrifugal forces act on this drop, so that the paint is thrown radially outwards except for a thin remaining layer. By evaporating solvents from this thin layer, a thin layer of plastic is formed, which can be structured after exposure to a possible temperature treatment, by exposure through a mask. Typical speeds for the rotation of the vacuum holder 3 are in the order of 3000 to 6000 rpm. Silicon wafers can also be fixed by mechanical mounts during the spin coating of photoresist layers, but there is a risk in this method that the spinning of the photoresist from the silicon wafer is prevented by the mechanical mounts.

In der Fig. 3 ist ein Siliziumwafer 1 mit einer auf der Unterseite aufgeklebten Folie 2 auf einer Vakuumhalterung 3 fixiert. Durch die Vakuumkanäle 20 greift ein Vakuum auf der Unterseite der Folie 2 an. Der Siliziumwafer 1 weist wieder mikromechanische Strukturen auf, die hier der Einfachheit halber nicht dargestellt sind. Auf der Oberseite des Siliziumwafers 1 ist eine dünne Fotolackschicht g auf gebracht. Diese wird, wie durch die Pfeile angedeutet, durch eine Fotomaske 6 belichtet. Die Fotomaske 6 kann dabei direkt auf die Oberfläche des Siliziumwafers 1 aufgesetzt werden, d. h. es besteht in diesem Fall kein Spalt zwischen der Maske 6 und dem Siliziumwafer 1. Durch diesen engen Kontakt zwischen der Maske 6 und dem Silizium wafer 1 werden Beugungserscheinungen in der Fotolackschicht 9 be sonders gering gehalten und so eine besonders hohe Auflösung der belichteten Strukturen erreicht. Durch das Aufsetzen der Maske 6 unmittelbar auf den Siliziumwafer 1 wird jedoch die Luft zwischen dem Siliziumwafer 1 und der Maske 6 teilweise verdrängt, so daß es zu einem teilweisen Anhaften des Siliziumwafers 1 an der Maske 6 kommt. Um die Maske 6 und den Siliziumwafer 1 wieder zu trennen, müssen daher vorsichtig Kräfte zwischen diesen beiden erzeugt werden. Dies geht besonders einfach, wenn der Siliziumwafer 1 fest auf einer Halterung fixiert ist. Die Belichtung mit einem direkten Kontakt zwischen der Maske 6 und dem Wafer 1 wird daher nur möglich, wenn der Wafer 1 zuverlässig gehalten werden kann. Die Fotomaske 6 kann bei der Belichtung auch einen gewissen Abstand, in der Größen ordnung von 50 bis 100 Mikrometern, zum Wafer aufweisen. Auch wenn bei dieser Art der Belichtung die Anforderungen an die Halterung des Wafers nicht so groß sind, wird die Belichtung, insbesondere die dabei notwendige Justierung der Fotomaske 6 gegenüber dem Wafer 1, durch das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich vereinfacht.In FIG. 3, a silicon wafer 1 is fixed with a glued on the bottom foil 2 on a vacuum holder 3. A vacuum acts on the underside of the film 2 through the vacuum channels 20 . The silicon wafer 1 again has micromechanical structures, which are not shown here for the sake of simplicity. On the top of the silicon wafer 1 , a thin photoresist layer g is brought on. As indicated by the arrows, this is exposed through a photo mask 6 . The photomask 6 can be placed directly on the surface of the silicon wafer 1 , ie in this case there is no gap between the mask 6 and the silicon wafer 1 . Due to this close contact between the mask 6 and the silicon wafer 1 , diffraction phenomena in the photoresist layer 9 are kept particularly low and a particularly high resolution of the exposed structures is achieved. By placing the mask 6 directly on the silicon wafer 1 , however, the air between the silicon wafer 1 and the mask 6 is partially displaced, so that the silicon wafer 1 partially adheres to the mask 6 . In order to separate the mask 6 and the silicon wafer 1 again, forces must therefore be generated carefully between these two. This is particularly easy if the silicon wafer 1 is firmly fixed on a holder. Exposure with a direct contact between the mask 6 and the wafer 1 is therefore only possible if the wafer 1 can be held reliably. The photomask 6 can also have a certain distance, in the order of 50 to 100 micrometers, from the wafer during exposure. Even if the requirements for holding the wafer are not so great with this type of exposure, the exposure, in particular the necessary adjustment of the photomask 6 relative to the wafer 1 , is considerably simplified by the method according to the invention.

In der Fig. 4 ist ein Siliziumwafer 1 gezeigt, auf dessen Unter seite eine Folie 2 aufgeklebt ist, die dann auf einem Vakuumhalter 3 durch Absaugen der Luft durch die Vakuumkanäle 20 fixiert wird. Auch dieser Siliziumwafer 1 weist mikromechanische Strukturen auf, die hier zur Vereinfachung nicht dargestellt sind. Der Siliziumwafer 1 wird durch Zersägen mit einer Wafersäge 7, die auf einer Welle 8 rotiert, zersägt. Die Schnittiefe des Sägeblatts 7 ist dabei so ein gerichtet, daß zwar der Wafer 1 vollständig zerschnitten wird, je doch die Folie 2 nur teilweise angeritzt wird. Nach dem Sägen sind so die einzelnen Teile des Siliziumwafers 1 noch durch die Folie 2 miteinander verbunden. Erst nach dem Ablösen der Folie 2 zerfällt der Siliziumwafer 1 in einzelne Teile. Beim Ablösen der Folie 2 wird gleichzeitig eine Reinigung der einzelnen Teile erreicht.In FIG. 4, a silicon wafer 1 is shown which is glued onto the bottom side of a foil 2, which is then fixed to a vacuum chuck 3 by suction of air through the vacuum channels 20. This silicon wafer 1 also has micromechanical structures, which are not shown here for the sake of simplicity. The silicon wafer 1 is sawn by sawing with a wafer saw 7 which rotates on a shaft 8 . The depth of cut of the saw blade 7 is so directed that although the wafer 1 is completely cut, the foil 2 is only partially scratched. After sawing, the individual parts of the silicon wafer 1 are still connected to one another by the film 2 . Only after the film 2 has been removed does the silicon wafer 1 disintegrate into individual parts. When the film 2 is removed, the individual parts are cleaned at the same time.

In der Fig. 5 wird das Ablösen der Folie 2 vom Siliziumwafer 1 ge zeigt. Dazu wird der Siliziumwafer 1 in ein Gefäß 10 mit einem Lösungsmittel 11 getaucht. Das Lösungsmittel 11 ist hier so ausge legt, daß es den Klebstoff, mit dem die Folie 2 und der Silizium wafer 1 miteinander verklebt sind, auflöst. Auf der Oberfläche des Siliziumwafers 1 sind hier Fotolackstrukturen 9 ge zeigt. Diese sind in ihrem Größenverhältnis relativ zur Dicke des Siliziumwafers 1 stark übertrieben.In FIG. 5, the peeling of the film 2 is shows ge from the silicon wafer 1. For this purpose, the silicon wafer 1 is immersed in a vessel 10 with a solvent 11 . The solvent 11 is here laid out so that it dissolves the adhesive with which the film 2 and the silicon wafer 1 are glued together. Photoresist structures 9 are shown here on the surface of the silicon wafer 1 . Their size ratio relative to the thickness of the silicon wafer 1 is greatly exaggerated.

Das Lösungsmittel 11 besteht hier aus einer verdünnten Lauge, bei spielsweise Natriumlage oder Kaliumlauge. Solche Laugen werden bei der Bearbeitung von Siliziumwafern verwendet, um belichteten Foto lack zu entwickeln. Es ist daher möglich, durch Eintauchen eines Siliziumwafers 1 in einem Schritt die Fotolackstrukturen zu ent wickeln und die Folie 2 von der Unterseite des Siliziumwafers 1 ab zulösen. Eine Folie, die für dieses Verfahren geeignet ist, besteht beispielsweise aus Polyvinylchlorid und ist mit einem Acrylatkleber versehen.The solvent 11 here consists of a dilute alkali, for example sodium layer or potassium hydroxide. Such lyes are used in the processing of silicon wafers to develop exposed photo lacquer. It is therefore possible to develop the photoresist structures by immersing a silicon wafer 1 in one step and to detach the film 2 from the underside of the silicon wafer 1 . A film that is suitable for this process consists, for example, of polyvinyl chloride and is provided with an acrylate adhesive.

Bei der parallelen Bearbeitung einer Vielzahl von Siliziumwafern 1 ist es jedoch problematisch, daß die abgelöste Folien 2 im Lösungs mittelbad herumschwimmen und sich so wiederum um einen Wafer wickeln können. Bei der parallelen Prozessierung einer Vielzahl von Wafern ist es daher vorteilhaft, ein Material für die Folie zu verwenden, daß sich in einem geeigneten Lösungsmittel auflöst. Eine solche Kombination kann beispielsweise aus einer Folie aus Polystyrol und Aceton als Lösungsmittel bestehen.When processing a large number of silicon wafers 1 in parallel, however, it is problematic that the detached foils 2 float around in the solvent bath and can thus in turn wrap around a wafer. When processing a large number of wafers in parallel, it is therefore advantageous to use a material for the film which dissolves in a suitable solvent. Such a combination can consist, for example, of a film made of polystyrene and acetone as the solvent.

Ein wichtiger Verarbeitungsschritt bei der Herstellung von mikro mechanischen Strukturen ist das Verbinden von mehreren Silizium wafern oder Siliziumwafern mit Glasplatten durch sog. anodisches Bonden oder Siliziumdirektbonden. Beim anodischen Bonden wird ein Siliziumwafer in unmittelbarem mechanischem Kontakt mit einer Glas platte einer Temperaturbehandlung unterzogen. Beim Siliziumdirekt bonden werden nach einer eventuellen chemischen Vorbehandlung mehrere Siliziumwafer in unmittelbarem mechanischem Kontakt einer Temperaturbehandlung unterzogen. Bei beiden Bondprozessen kommt es zu einer festen Verbindung zwischen dem Siliziumwafer und den Glasplatten bzw. zwischen den Siliziumwafern. Das Verbinden von mehreren Siliziumwafern oder Siliziumwafern mit Glasplatten durch solche Bondprozesse wird durch Verunreinigungen der Siliziumoberfläche gestört, so daß die mechanische Qualität der Bondung unzureichend ist oder es zu überhaupt keiner Verbindung kommt. Es hat sich gezeigt, daß durch mehrfaches Nachspülen der Siliziumwafer 1 nach dem Ablösen der Folien 2 in Wasser eine aus reichende Sauberkeit der Siliziumoberfläche erreicht werden konnte, so daß keine Beeinträchtigung nachfolgender Bondprozesse beobachtet wurde.An important processing step in the production of micro-mechanical structures is the connection of several silicon wafers or silicon wafers with glass plates by so-called anodic bonding or silicon direct bonding. With anodic bonding, a silicon wafer is subjected to a temperature treatment in direct mechanical contact with a glass plate. With direct silicon bonding, after a chemical pretreatment, several silicon wafers are subjected to a temperature treatment in direct mechanical contact. In both bonding processes there is a firm connection between the silicon wafer and the glass plates or between the silicon wafers. The connection of several silicon wafers or silicon wafers to glass plates by such bonding processes is disturbed by contamination of the silicon surface, so that the mechanical quality of the bond is inadequate or there is no connection at all. It has been shown that by rinsing the silicon wafer 1 several times after detaching the foils 2 in water, a sufficient cleanliness of the silicon surface could be achieved, so that no impairment of subsequent bonding processes was observed.

Besonders vorteilhaft an dem Ablösen der Folie in einem Lösungs mittel ist, daß keinerlei mechanische Kräfte zwischen der Folie 2 und dem Siliziumwafer 1 wirken.It is particularly advantageous to detach the film in a solvent that no mechanical forces act between the film 2 and the silicon wafer 1 .

Claims

1. A method for processing a silicon wafer which has deformable micromechanical structures, the silicon wafer being held by a vacuum holder, characterized in that a film ( 2 ) is glued to the underside of the silicon wafer ( 1 ), on which the vacuum acts, and that the film ( 2 ) is removed again after processing.

2. The method according to claim 1, characterized in that the film ( 2 ) by immersing the silicon wafer ( 1 ) in a solvent ( 11 ) which dissolves the adhesive is removed.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the film ( 2 ) by immersing the wafer ( 1 ) in a solvent ( 11 ) which dissolves the film ( 2 ) is removed.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized ge indicates that the adhesive contains essentially an acrylic resin.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the film ( 2 ) essentially contains polyvinyl chloride or a styrene polymer.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an organic solvent, in particular acetone, is used as the solvent ( 11 ).

7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that an alkali is used as the solvent ( 11 ).

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that during the processing of the silicon wafer ( 1 ) is sawn.

9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a photoresist ( 9 ) is applied during processing, that this photoresist ( 9 ) is exposed through a mask ( 6 ) and the photoresist ( 9 ) is developed .

10. The method according to claim 9, characterized in that when loading the mask ( 6 ) is pressed against the wafer ( 1 ).

11. The method according to claim 9, characterized in that when loading the mask ( 6 ) is a short distance from the wafer ( 1 ).

12. The method according to any one of claims 9 to 7, characterized in that the photoresist ( 9 ) is applied by centrifuging an applied droplet of photoresist ( 30 ).