EP1951490B1 - Vorrichtung und verfahren zur vereinzelung von scheibenförmigen substraten unter nutzung von adhäsionskräften - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur vereinzelung von scheibenförmigen substraten unter nutzung von adhäsionskräften Download PDF

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EP1951490B1
EP1951490B1 EP06819340A EP06819340A EP1951490B1 EP 1951490 B1 EP1951490 B1 EP 1951490B1 EP 06819340 A EP06819340 A EP 06819340A EP 06819340 A EP06819340 A EP 06819340A EP 1951490 B1 EP1951490 B1 EP 1951490B1
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EP
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disc
carrier element
shaped
substrate
substrates
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Wolfgang Coenen
Nils Hendrik Coenen
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Coenen Nils Hendrik
Coenen Wolfgang
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Coenen Nils Hendrik
Coenen Wolfgang
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0058—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material
    • B28D5/0082—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material for supporting, holding, feeding, conveying or discharging work
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T225/00—Severing by tearing or breaking
    • Y10T225/10—Methods
    • Y10T225/12—With preliminary weakening
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T225/00—Severing by tearing or breaking
    • Y10T225/30—Breaking or tearing apparatus
    • Y10T225/307—Combined with preliminary weakener or with nonbreaking cutter

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for separating disc-shaped substrates in the form of wafers.
  • suction devices are used for separating wafers.
  • disk-shaped substrates for example so-called wafers
  • semiconductor materials which are produced, inter alia, from polycrystalline and monocrystalline silicon, are required for the production of their products.
  • blocks or cylinders of these semiconductor materials are cut into disk-shaped substrates by means of wire saws. This is done by a cutting process during which this wire (thickness 200 ⁇ m) is pulled parallel through the block or cylinder in many windings by means of an abrasive placed in a slurry (called slurry).
  • slurry a slurry
  • wafer thicknesses 270 ⁇ m to 320 ⁇ m result.
  • the blocks cut into wafers are cleaned of the slurry in a cleaning step.
  • the method of the present invention has a support member having a surface formed to form an adhesive force between the surface and a disk-shaped substrate adjacent thereto for pushing out the disk-shaped substrate from a stack of disk-shaped substrates, a very thin substrate can also be damaged and still pull off safely.
  • the adhesion between the surface of the support element and the substrate over the entire surface so that there is no danger of Damage or impairment of the quality of the substrate is given by the singulation.
  • a force is generated by means of adhesion between the surface of the carrier element and a disc-shaped substrate adjacent thereto and then the disc-shaped substrate is removed from a stack of disc-shaped substrates by means of this adhesive force. It is characterized generates a homogeneous distribution of force on the substrate, on the one hand can be safely deduct the substrate and on the other hand damage is reliably avoided.
  • a retaining device is provided for retaining the unstripped disc-shaped substrates of the stack. Because adhesion forces can also act between the substrates, it must be ensured that only the uppermost substrate of the stack is pulled off from the latter by means of the carrier element and that the remaining substrates of the stack remain in this.
  • the carrier element for forming the surface on a layer of a plastic material for example, a layer of glass fiber reinforced polyethylene film is suitable. But it is also possible that the plastic material has a layer of polymethyl methacrylate (PMMA). With such plastics, good adhesion forces can be achieved.
  • the surface of the carrier element may be hydrophilic. In this case, a water film can be attached to the surface, with the good adhesion forces can be achieved. It is also advantageous if the surface of the carrier element is increased. For example, the surface of the carrier element may be roughened. Particularly good results can be achieved if the surface of the carrier element is finely structured. By means of such an enlarged surface in which then, for example, in a hydrophilic embodiment, water can be incorporated, good and uniform adhesion forces can be formed between the surface and the substrate, so that particularly good results can be achieved.
  • the restraint device has, for example, one or more flexible scraping edges. As a result, can be a reliable retention of the remaining substrates of the stack cause with a simple structure.
  • separating means are provided for separating the carrier element from the disk-shaped substrate adhering thereto.
  • These release agents allow a lifting of the adhesion forces for defined deposition of the substrate at a desired position.
  • the separating means has a channel for conducting a fluid between the carrier element and the substrate.
  • the release agent may also have a tank filled with a liquid. In this case, the substrate is immersed in the liquid, so that by capillary action, the water film between the substrate and support member is thicker until the substrate is released from the support member. This release can be supported by a sudden wiping movement in the liquid.
  • the receptacle may be a conveyor belt, a receiving rack or a mounting frame.
  • the isolated substrates can each be selectively stored and further processed.
  • the singulation can be reliably automated in a simple manner.
  • a sensor for detecting a defective substrate is provided. In this way, in the automated process, the substrates can be separated in a single operation and rejected defective substrates.
  • adhesion force is used synonymously for these forces in the present invention.
  • Fig. 2 a first step for separating the disk-shaped substrates (2): placing the carrier element (1) on the disk-shaped substrate (2) and pushing off the disk-shaped substrate (2) from the stack of disk-shaped substrates (2),
  • Fig. 3 a second step for separating the disk-shaped substrates (2): stripping the disk-shaped substrate (2) on the retaining device (4),
  • Fig. 4 a last step according to alternative 1: deposition of the disc-shaped substrate (2) in the receiving device (6), the disc-shaped substrate (2) is completely immersed in the liquid (3) and detached from the carrier element (1),
  • Fig. 5 a last step according to alternative 2: sub-rinsing with liquid (3) of the disc-shaped substrate (2) adhering to the carrier element with finely structured surface (1) and depositing in a suitable device, and
  • Fig. 6 a device for separating disc-shaped substrates.
  • the disk-shaped substrates (2) which adhere to each other in an already cut and cleaned block or cylinder, ( FIG. 1 ) should be separated from each other as wet disc-shaped substrates and stored individually.
  • the first disc-shaped substrate (2) which is wetted with the liquid (3), with the carrier element with finely textured surface (1) on which also the liquid (3) adheres, withdrawn from the stack of disc-shaped substrates.
  • a retaining device (4) is used on the side of the stack of disc-shaped substrates in the amount of the first disc-shaped substrate (2), the (or) the disc-shaped substrates (2), the (the) when removing the first disc-shaped substrate (2) is dragged (will), withholds.
  • the retaining device (4) consists of a material which has sufficiently high adhesion forces with respect to the disc-shaped substrates (2) to be separated and whose design ensures reliable separation of the disc-shaped substrates (2).
  • This restraint device can also be configured as a fixed scraping edge.
  • the restraint device (4) thus exhibits a sufficiently high adhesive force to retain the entrained disc-shaped substrate (s) (2), ie that the adhesion force exerted by the restraint device (4) on the second and the following disc-shaped substrates (2) acts, is greater than the adhesion force, the the first and the following disc-shaped substrates (2) adhere to each other.
  • a fixed scraping edge is used as the retaining device (4), the disk-shaped substrate (2) following the uppermost disk-shaped substrate (2) abuts against this edge and is retained.
  • the first disk-shaped substrate (2) After the first disk-shaped substrate (2) has adhered to the carrier element (1), it is adhesively transported to the carrier element (1) to where it is to be deposited.
  • the disk-shaped substrate (2) can be placed extremely accurately in the receiving device (6) provided for this purpose.
  • An additional advantage of this method in terms of the time required for the separation of the disc-shaped substrates (2).
  • the separation of the individual disc-shaped substrate (2) from the stack of disc-shaped substrates can be carried out in a relatively short time.
  • the time required amounts to setting of the support element (1) to detachment of the top disc-shaped substrate (2) from the stack of disc-shaped substrates to about 2 - 3 sec (This applies to disc-shaped substrates (2) with a size of 140 mm x 140 mm). This time may vary, since the size of the disc-shaped substrates (2) on the period of the separation has influence.
  • Fig. 6 shows a separating device with the features of the invention.
  • the carrier element 1 is arranged pivotably at the end of a robot arm 9.
  • a substrate 2 by means of building an adhesive force between the support member 1 and the substrate 2 stand out from a stack.
  • the stack of substrates 2 is arranged in the embodiment shown in a retaining device 4, which is located in a basin 10.
  • a liquid 3 is arranged in the basin 10.
  • the robot arm 9 pivots about its axis in such a way that the substrate 2 faces a sensor, in the example shown here an optical image recorder 11.
  • the optical image sensor 11 By means of the optical image sensor 11, the quality and in particular the presence of damage to the substrate 2 is checked.
  • the substrate is discarded by depositing it at a position not shown in the figure.
  • the substrate 2 is next stored in a tank 3 filled with liquid 3 on conveyor belts 13. This deposition takes place as already explained above.
  • the respective substrate 2 is moved to a position not shown in the figure for further processing. But it is also possible, the conveyor belts 13 adjacent to arrange a carrier with a plurality of individual shots for each substrate 2.
  • the robot arm 9 only makes a linear movement instead of a pivoting movement.
  • a suitable receptacle for example the conveyor belt 13 arranged in the basin 12, would be arranged in the direction of the robot arm 9 in front of or behind the stack of substrates 2.
  • the robot arm 9 picks up such a substrate only by peeling off a substrate 2 from the stack and then immediately deposits it on the conveyor belts 13.
  • the sensor 11 for checking the freedom from damage of the wafer 2 would then be arranged, for example, over the conveyor belts 13.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vereinzeln von scheibenförmigen Substraten in der Gestalt von Wafern.
  • Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind aus der JP-A 61-125767 und der DE 199 50 068 A1 bekannt. Hierbei werden zum Vereinzeln von Wafern Saugvorrichtungen eingesetzt.
  • Für die Halbleiter-, die MST- (Mikrostrukturtechnologie) und die Photovoltaik Industrie werden zum Herstellen ihrer Produkte scheibenförmige Substrate (zum Beispiel sogenannte Wafer) aus Halbleitermaterialien benötigt, die unter anderem aus polykristallinem und monokristallinem Silizium hergestellt werden.
  • Um diese scheibenförmigen Substrate zu erhalten, werden Blöcke oder Zylinder dieser Halbleitermaterialien mit Hilfe von Drahtsägen in scheibenförmige Substrate zerschnitten. Dies geschieht durch einen Schneideprozeß, währenddessen dieser Draht (Stärke 200 µm) mit Hilfe eines Schleifmittels, das sich in einer Aufschlämmung (genannt Slurry) befindet, in vielen Wicklungen parallel durch den Block oder den Zylinder gezogen wird. So ergeben sich derzeit Waferstärken von 270 µm - 320 µm. Nach diesem Schneiden werden die zu Wafer geschnittenen Blöcke bzw. Zylinder in einem Reinigungsschritt von der Aufschlämmung gereinigt. Da der Bedarf an hochreinem Silizium weltweit stark gestiegen ist, weil die Hersteller von Wafern für die Photovoltaik Industrie im Augenblick nicht in ausreichenden Mengen Wafer für Solaranlagen liefern können, ist es notwendig , daß die Waferstärken insbesondere für diesen Anwendungsbereich reduziert werden, um aus einem Block oder Zylinder eine höhere Anzahl von Wafern zu gewinnen. Angestrebt werden Waferstärken von weniger als 130 µm. Die Vereinzelung derartiger scheibenförmiger Substrate wird derzeit durch mechanische Greif- oder Schiebemechaniken realisiert, die auf die Ränder der Wafer einwirken und damit zu einem erhöhten Bruchanteil der Wafer führen. Ein derartiges Verfahren wird in der europäischen Patentschrift EP 0 802 028 A2 beschrieben. Dort werden die einzelnen Wafer abgeschnitten und mittels eines Transportbandes zur Aufnahmevorrichtung gebracht.
  • Eine weitere Methode Wafer zu vereinzeln, ist in der deutschen Patentschrift DE 199 00 671 A1 beschrieben. Bei diesem Verfahren werden die einzelnen Wafer durch Einblasen von Fluidströmen voneinander getrennt. Diese Art der Trennung dürfte nur für Wafer mit Standardstärken geeignet sein.
  • Die geringen Stärken von weniger als 130 µm machen die ohnehin schon sehr bruchempfindlichen Wafer noch anfälliger gegen mechanische Belastungen, so daß Wafervereinzelungsverfahren, die Druck-, Zug- oder Scherkräfte auf die Wafer ausüben, möglichst vermieden werden müssen. Dies verbietet auch eine Vereinzelung von Hand, da auch diese Handhabung zu großen Bruchverlusten bei Wafern führt und darüber hinaus zu einer stark verminderten Reproduzierbarkeit führt.
  • Deshalb ist es wegen der sehr komplizierten und empfindlichen Handhabung notwendig, Vereinzelungsprozesse weitgehend zu automatisieren.
  • Um die vorne beschriebene Problemstellung zu lösen, wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Vereinzelung von scheibenförmigen Substraten nach Anspruch 9 vorgeschlagen.
  • Weil das erfindungsgemäße Verfahren ein Trägerelement aufweist, das eine Oberfläche hat, die zum Ausbilden einer Adhäsionskraft zwischen der Oberfläche und einem an dieser angrenzenden scheibenförmigen Substrat zum Abschieben des scheibenförmigen Substrats von einem Stapel scheibenförmiger Substrate ausgebildet ist, läßt sich so auch ein sehr dünnes Substrat beschädigungsfrei und trotzdem sicher abziehen. Im Einzelnen wirkt die Adhäsionskraft zwischen der Oberfläche des Trägerelementes und dem Substrat vollflächig, so daß hier keine Gefahr der Beschädigung oder Beeinträchtigung der Qualität des Substrates durch das Vereinzeln gegeben ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels Adhäsion eine Kraft zwischen der Oberfläche des Trägerelementes und einem an diese angrenzenden scheibenförmigen Substrat erzeugt und sodann mittels dieser Adhäsionskraft das scheibenförmige Substrat von einem Stapel scheibenförmiger Substrate abgezogen. Es wird dadurch eine homogene Kraftverteilung an dem Substrat erzeugt, mit der sich einerseits sicher das Substrat abziehen läßt und andererseits eine Beschädigung zuverlässig vermieden wird.
  • Zudem ist eine Rückhaltevorrichtung zum Zurückhalten der nicht abgezogenen scheibenförmigen Substrate des Stapels vorgesehen. Weil auch zwischen den Substraten Adhäsionskräfte wirken können, ist dafür Sorge zu tragen, daß mittels des Trägerelementes nur das oberste Substrat des Stapels von diesem abgezogen wird und daß die übrigen Substrate des Stapels in diesem verbleiben.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist das Trägerelement zum Ausbilden der Oberfläche eine Schicht aus einem Kunststoffmaterial auf. Als derartiges Kunststoffmaterial eignet sich beispielsweise eine Schicht einer glasfaserverstärkten Polyethylenfolie. Es ist aber auch möglich, daß das Kunststoffmaterial eine Schicht aus Polymethylmetacrylat (PMMA) aufweist. Mit derartigen Kunststoffen lassen sich gute Adhäsionskräfte erzielen. Darüber hinaus kann die Oberfläche des Trägerelementes hydrophil sein. In diesem Fall läßt sich ein Wasserfilm an der Oberfläche anbringen, mit dem gute Adhäsionskräfte erzielbar sind. Es ist außerdem von Vorteil, wenn die Oberfläche des Trägerelementes vergrößert ist. Beispielsweise kann die Oberfläche des Trägerelementes aufgeraut sein. Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Oberfläche des Trägerelementes feinstrukturiert ist. Mittels einer derart vergrößerten Oberfläche in die dann beispielsweise in einer hydrophilen Ausgestaltung Wasser eingelagert sein kann, lassen sich gute und gleichmäßige Adhäsionskräfte zwischen der Oberfläche und dem Substrat ausbilden, so daß sich besonders gute Ergebnisse erzielen lassen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Rückhaltevorrichtung beispielsweise eine oder mehrere flexible Abstreifkanten auf. Hierdurch läßt sich mit einem einfachen Aufbau ein zuverlässiges Zurückhalten der verbleibenden Substrate des Stapels bewirken.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind Trennmittel zum Trennen des Trägerelementes von dem daran haftenden scheibenförmigen Substrat vorgesehen. Diese Trennmittel ermöglichen ein Aufheben der Adhäsionskräfte zum definierten Ablegen des Substrates an einer gewünschten Position. Es ist beispielsweise möglich, daß das Trennmittel einen Kanal zum Leiten eines Fluids zwischen Trägerelement und Substrat aufweist. Das Trennmittel kann aber auch ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Becken aufweisen. In diesem Fall wird das Substrat in die Flüssigkeit eingetaucht, so daß mittels Kapillarwirkung der Wasserfilm zwischen Substrat und Trägerelement dicker wird, bis das Substrat von dem Trägerelement löst. Unterstützt werden kann dieses Lösen durch eine ruckartige Abstreifbewegung in der Flüssigkeit.
  • Es ist außerdem von Vorteil, wenn eine Aufnahme für die vereinzelten Substrate vorgesehen ist. Die Aufnahme kann ein Förderband, ein Aufnahmegestell oder ein Montagerahmen sein. In diesem Fall können die vereinzelten Substrate jeweils gezielt abgelegt und weiterbearbeitet werden.
  • Wenn bei einer Weiterbildung der Erfindung ein Roboterarm zum Betätigen des Trägerelementes vorgesehen ist, läßt sich das Vereinzeln auf einfache Weise zuverlässig automatisieren.
  • Bei einer anderen Weiterbildung ist ein Sensor zum Erkennen eines schadhaften Substrates vorgesehen. Auf diese Weise können in dem automatisierten Prozess in einem Arbeitsgang die Substrate vereinzelt und schadhafte Substrate aussortiert werden.
  • Um die scheibenförmigen Substrate - unabhängig von Ihrer Dicke - zu vereinzeln, wurde von folgender Überlegung ausgegangen:
  • Es wird der Effekt ausgenutzt, daß zwischen sehr glatten Flächen intermolekulare Kräfte im Grenzschichtbereich eine Rolle spielen. Beispiel: Zwei hochpolierte völlig ebene Flächen (Metall-Metall oder Glas-Glas) können nur gegeneinander verschoben werden, aber nicht voneinander abgehoben werden. Dies ist unter Anderem bedingt durch die Adhäsionskräfte (van-der-Waal'sche Bindungen bzw.Wasserstoff-Brückenbindungen), die bei solchen Prozessen wirksam sind.
  • Der gleiche Effekt wird auch bei der Wechselwirkung von glatten Flächen, die ein scheibenförmiges Substrat, zum Beispiel ein Siliziumwafer, mit einer glatten Oberfläche mit anderen Werkstoffen hat, beobachtet.
  • Dazu kann es notwendig sein, daß sich zwischen den beiden Oberflächen ein Flüssigkeitsfilm befindet. Auf diesem Flüssigkeitsfilm lassen sich die beiden Oberflächen aufeinander verschieben und bleiben dennoch aneinander haften. Der Begriff Adhäsionskraft wird bei der vorliegenden Erfindung synonym für diese Kräfte verwendet.
  • Dazu muß jedoch der dazu geeignete Werkstoff mit der dafür notwendigen Obeiflächenbeschaffenheit für das Trägerelement des Vereinzelungssystems für Wafer ausgesucht werden. Ein gutes Ergebnis hat sich mit Kunststoffen erzielen lassen, die eine feinstrukturierte Oberfläche besitzen.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 Die geschnittenen scheibenförmigen Substrate (2) mit der dazwischen haftenden Flüssigkeit (3),
  • Fig. 2 einen ersten Schritt zur Vereinzelung der scheibenförmigen Substrate (2): Aufsetzen des Trägerelementes (1))auf das scheibenförmige Substrat (2) und Abschieben des scheibenförmigen Substrates (2) vom Stapel der scheibenförmigen Substrate (2),
  • Fig. 3 einen zweiten Schritt zur Vereinzelung der scheibenförmigen Substrate (2): Abstreifen des scheibenförmige Substrates (2) an der Rückhaltevorrichtung (4),
  • Fig. 4 einen letzten Schritt nach Alternative 1: Ablage des scheibenförmigen Substrates (2) in der Aufnahmevorrichtung (6), das scheibenförmige Substrat (2) ist vollständig in die Flüssigkeit (3) eingetaucht und abgelöst vom Trägelement (1),
  • Fig. 5 einen letzten Schritt nach Alternative 2: Unterspülen mit Flüssigkeit (3) des am Trägerelement mit feinstrukturierter Oberfläche (1) haftenden scheibenförmigen Substrates (2) und Ablegen in geeigneter Vorrichtung, und
  • Fig. 6 eine Vorrichtung zum Vereinzeln scheibenförmiger Substrate.
  • Die scheibenförmigen Substrate (2), die in einem bereits geschnittenen und gereinigten Block oder Zylinder aneinander haften, (Figur 1) sollen als feuchte scheibenförmige Substrate voneinander getrennt und einzeln abgelegt werden.
  • Dazu wird das erste scheibenförmige Substrat (2), das mit der Flüssigkeit (3) benetzt ist, mit dem Trägerelement mit feinstrukturierter Oberfläche (1), an der ebenfalls die Flüssigkeit (3) haftet, vom Stapel der scheibenförmigen Substrate abgezogen. (Figur 2)
  • Durch die bereits erwähnten intermolekularen Kräfte im Grenzschichtbereich, die selbstverständlich auch zwischen den einzelnen scheibenförmigen Substraten (2) wirksam sind, weil sich zwischen den einzelnen scheibenförmigen Substraten ebenfalls ein Flüssigkeitsfilm befindet, werden in der Regel durch die auch hier wirkenden Adhäsionskräfte weitere scheibenförmige Substrate (2) mitgezogen, die zurückgehalten werden müssen. (Figur 3)
  • Dazu wird an der Seite des Stapels der scheibenförmigen Substrate in Höhe des ersten scheibenförmigen Substrates (2) eine Rückhaltevorrichtung (4) benutzt, die den bzw. die scheibenförmigen Substrate (2), der (die) beim Abziehen des ersten scheibenförmigen Substrates (2) mitgezogen wird (werden), zurückhält.
  • Die Rückhaltevorrichtung (4) besteht aus einem Material, das über ausreichend hohe Adhäsionskräfte gegenüber den zu trennenden scheibenförmigen Substraten (2) verfügt und deren Gestaltung eine sichere Trennung der scheibenförmigen Substrate (2) gewährleistet. Diese Rückhaltevorrichtung kann auch als feststehende Abstreifkante ausgestaltet sein.
  • Durch die Auswahl der geeigneten Werkstoffe wird sichergestellt, daß die Adhäsionskräfte, die zwischen den einzelnen scheibenförmigen Substraten (2) wirksam sind, durch die größeren Adhäsionskräfte, die zwischen der Rückhaltevorrichtung (4) und den folgenden scheibenförmigen Substraten (2) wirken, überwunden werden. Diese Kräfte sind ihrerseits geringer als die Adhäsionskräfte, die zwischen dem ersten scheibenförmigen Substrat (2) und dem Trägerelement mit feinstrukturierter Oberfläche (1)wirksam sind, so daß jedes scheibenförmige Substrat (2) einzeln abgezogen werden kann.
  • Die Rückhaltevorrichtung (4) zeigt also eine genügend hohe Adhäsionskraft, um das (die) mitgezogene(n) scheibenförmige(n) Substrat(e) (2) zurückzuhalten, d.h. daß die Adhäsionskraft, die von der Rückhaltevorrichtung (4) auf das zweite und die folgenden scheibenförmigen Substrate (2) wirkt, größer ist als die Adhäsionskraft, die das erste und die folgenden scheibenförmigen Substrate (2) aneinander haften läßt. Wenn als Rückhaltevorrichtung (4) eine feststehende Abstreifkante benutzt wird, stößt das dem obersten scheibenförmigen Substrat (2) folgende scheibenförmige Substrat (2) gegen diese Kante und wird zurückgehalten.
  • Nachdem das erste scheibenförmigen Substrat (2) am Trägerelement (1) haften geblieben ist, wird dieses am Trägerelement (1) haftend dorthin transportiert, wo es abgelegt werden soll.
  • Diese Stelle (z.B. Aufnahmegestell oder Montagerahmen (6)) liegt vollständig in einer Flüssigkeit (3), die sich in einem Becken (5) befindet. (Figur 4)
  • Um die einzelnen scheibenförmigen Substrate(2) in einer Aufnahmevorrichtung abzulegen, ist es notwendig, die Adhäsionskräfte, die das scheibenförmige Substrat am Trägerelement mit feinstrukturierter Oberfläche (1) haften läßt, zu verringern. Damit das scheibenförmige Substrat sich vom Trägerelement mit fein strukturierter Oberfläche (1) löst, ist es notwendig, daß die Dicke des Flüssigkeitsfilm; (3) erhöht wird. Dies geschieht entweder dadurch, daß die Flüssigkeit durch eine Bohrung (7) im Trägerelement mit feinstrukturierter Oberfläche (1) zwischen die Oberfläche des scheibenförmigen Substrates(2) und die feinstrukturierte Oberfläche des Trägerelementes(1) eingespült wird oder durch das Eintauchen des Trägerelementes mit fein strukturierter Oberfläche(1) in die Flüssigkeit(3). In diesem Fall wir durch die einsetzende Kapillarwirkung die Dicke des Flüssigkeitsfilms(2) erhöht und damit die Adhäsionskräfte aufgehoben.
  • In beiden Fällen werden die Adhäsionskräfte aufgehoben und ein weiteres Haften verhindert. So kann das scheibenförmigen Substrat (2) in der dafür vorgesehenen Aufnahmevorrichtung (6) äußerst genau plaziert werden.
  • Auf die gleiche Art werden auch die übrigen scheibenförmigen Substrate (2) getrennt.
  • Wesentlich bei diesem Verfahren zur Vereinzelung von scheibenförmigen Substraten(2) nach der Adhäsionsmethode ist, daß bei diesem Verfahren nur äußerst geringe mechanische Belastungen auf die scheibenförmigen Substrate (2) einwirken und sie nicht mit Kräften belastet werden, die derart wirken können, daß sie beschädigt werden, denn durch die Reduzierung der mechanischen Belastungen mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens ist die Bruchgefahr für die scheibenförmige Substrate (2) weit herabgesetzt.
  • Darüber hinaus ist bei diesem Verfahren wichtig, daß es die Möglichkeit bietet, vollständige scheibenförmige Substrate (2) von beschädigten scheibenförmigen Substraten (2) zu trennen, indem sie am Trägerelement (1) haftend zu unterschiedlichen Orten gebracht werden können, nachdem durch Sensoren die Vollständigkeit bzw. Fehlerhaftigkeit des einzelnen scheibenförmigen Substrates (2) festgestellt wurde. Denn es kann durchaus vorkommen, daß einzelne bereits geschnittene scheibenförmige Substrate (2)durch den Sägeprozeß beschädigt und damit für das Endprodukt unbrauchbar werden.
  • Einen zusätzlichen Vorteil bietet dieses Verfahren hinsichtlich des Zeitaufwandes bei der Trennung der scheibenförmigen Substrate (2). Die Trennung des einzelnen scheibenförmigen Substrates (2) vom Stapel der scheibenförmigen Substrate läßt sich in relativ kurzer Zeit durchführen. Der Zeitaufwand beläuft sich vom Aufsetzen des Trägerelements (1) bis zum Ablösen des obersten scheibenförmigen Substrates (2) vom Stapel der scheibenförmigen Substrate auf ca. 2 - 3 sec (Dies gilt für scheibenförmigen Substrate (2) mit einer Größe von 140 mm x 140 mm). Diese Zeitangabe kann variieren, da die Größe der scheibenförmigen Substrate (2) auf den Zeitraum des Vereinzelns Einfluß hat.
  • Damit wird durch das Verfahren zur Vereinzelung von scheibenförmigen Substraten nach der Adhäsionsmethode eine erhöhte Ausbeute an vollständigen scheibenförmigen Substraten (2) pro geschnittenem Block bzw. Zylinder erzielt und die Wirtschaftlichkeit wesentlich verbessert.
  • Fig. 6 zeigt eine Vereinzelungsvorrichtung mit den Erfindungsmerkmalen. Gleiche Elemente tragen die gleichen Bezugsziffern wie in den vorhergehenden Figuren. Wie sich der Fig. entnehmen läßt, ist das Trägerelement 1 am Ende eines Roboterarmes 9 schwenkbar angeordnet. Mittels des Trägerelementes 1 läßt sich in der vorstehend bereits beschriebenen Weise ein Substrat 2 mittels Aufbau einer Adhäsionskraft zwischen dem Trägerelement 1 und dem Substrat 2 von einem Stapel abheben. Der Stapel Substrate 2 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in einer Rückhaltevorrichtung 4 angeordnet, die sich in einem Becken 10 befindet. In dem Becken 10 ist eine Flüssigkeit 3 angeordnet. Nach Abziehen eines Substrates 2 von dem Stapel mit dem Trägerelement 1 schwenkt der Roboterarm 9 derart um seine Achse, daß das Substrat 2 einem Sensor, im hier gezeigten Beispiel einem optischen Bildaufnehmer 11, zugewandt wird. Mittels des optischen Bildaufnehmers 11 wird die Qualität und insbesondere das Vorhandensein von Beschädigungen an dem Substrat 2 überprüft. Bei Feststellen einer Beschädigung wird das Substrat durch Ablegen an einer nicht in der Fig. dargestellten Position aussortiert. Wird von dem optischen Bildaufnehmer 11 eine gute Qualität und insbesondere das Fehlen einer Beschädigung festgestellt, so wird das Substrat 2 als nächstes in einem mit Flüssigkeit 3 gefüllten Becken 12 auf Förderbändern 13 abgelegt. Dieses Ablegen erfolgt wie vorstehend bereits erläutert. Nach dem Ablegen auf den Förderbändern 13 wird das jeweilige Substrat 2 zur Weiterverarbeitung an eine nicht in der Fig. dargestellte Position gefahren. Es ist aber auch möglich, den Förderbändern 13 benachbart einen Träger mit einer Vielzahl Einzelaufnahmen für jeweils ein Substrat 2 anzuordnen.
  • In der Praxis kann es zweckmäßig sein, wenn der Roboterarm 9 an Stelle einer Schwenkbewegung lediglich eine Linearbewegung macht. Hierbei wäre eine geeignete Aufnahme, wie beispielsweise das in dem Becken 12 angeordnete Förderband 13 in Richtung des Roboterarms 9 vor oder hinter dem Stapel Substrate 2 angeordnet. Der Roboterarm 9 nimmt in diesem Fall lediglich durch Abziehen eines Substrates 2 von dem Stapel ein solches Substrat auf und legt es sodann gleich auf den Förderbändern 13 ab. Der Sensor 11 zum Überprüfen der Beschädigungsfreiheit des Wafers 2 wäre dann beispielsweise über den Förderbändern 13 angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung läßt sich eine höhere Vereinzelungsgeschwindigkeit erzielen, da der Roboterarm 9 lediglich für das Vereinzeln zuständig ist und eine Überprüfung der Qualität der Wafer nachfolgend auf den Förderbändern 13 mit anschließender Aussortierung erfolgen kann, während der Roboterarm 9 bereits das nächste Substrat 2 vom Stapel zieht.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1.
    Trägerelement
    2.
    scheibenförmiges Substrat (Wafer)
    3.
    Flüssigkeit
    4.
    Rückhaltevorrichtung
    5.
    Becken mit Flüssigkeit
    6.
    Ablagevorrichtung
    7.
    Flüssigkeitsbohrung
    8.
    Vereinzelungsvorrichtung
    9.
    Roboterarm
    10.
    Becken
    11.
    Sensor
    12.
    Becken
    13.
    Förderband

Claims (16)

  1. Vorrichtung zum Vereinzeln von scheibenförmigen Substraten in der Gestalt von Wafern mit einem Trägerelement (1), das eine Oberfläche aufweist, die zum Ausbilden einer Adhäsionskraft zwischen der Oberfläche und einem an diese angrenzenden scheibenförmigen Substrat (2) zum Abschieben des scheibenförmigen Substrats (2) von einem Stapel scheibenförmiger Substrate (2) ausgebildet ist, und eine Rückhaltevorrichtung (4) zum Zurückhalten der nicht abgeschobenen scheibenförmigen Substrate (2) des Stapels aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (1) zum Ausbilden der Oberfläche eine Schicht aus einem Kunststoffmaterial, vorzugsweise eine Schicht einer glasfaserverstärkten Polyethylenfolie, insbesondere eine Schicht aus Polymethylmetacrylat (PMMA) aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Trägerelementes (1) hydrophil ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Trägerelementes (1) vergrößert, vorzugsweise aufgeraut, insbesondere feinstrukturiert ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückhaltevorrichtung (4) eine oder mehrere flexible Abstreifkanten aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Trennmittel (7) zum Trennen des Trägerelementes (1) von dem daran haftenden scheibenförmigen Substrat (2), wobei das Trennmittel vorzugsweise einen Kanal (7) zum Leiten eines Fluids zwischen Trägerelement (1) und Substrat (2), und/oder ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Becken (5) aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Aufnahme (6, 13) für die vereinzelten Substrate (2), wobei die Aufnahme vorzugsweise ein Förderband (13), ein Aufnahmegestell (6) oder ein Montagerahmen ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Roboterarm zum Betätigen des Trägerelementes (1) und/oder durch einen Sensor zum Erkennen eines schadhaften Substrates.
  9. Verfahren zum Vereinzeln von scheibenförmigen Substraten in der Gestalt von Wafern, bei dem mittels Adhäsionskraft eine Kraft zwischen der Oberfläche des Trägerelementes (1) und einem an diesen angrenzenden scheibenförmigen Substrat (2) erzeugt wird, und bei dem mittels dieser Adhäsionskraft das scheibenförmige Substrat (2) von einem Stapel scheibenförmiger Substrate (2) abgeschoben wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel scheibenförmiger Substrate (2) in einer Emulsion, einer Flüssigkeit oder einem Gas bereitgehalten wird, und/oder, daß die scheibenförmigen Substrate mittels der Adhäsionskraft einzeln von dem Stapel entnommen und kontrolliert abgelegt werden, wobei die Substrate (2) des Stapels beim Abziehen des Substrates (2) von dem Stapel vorzugsweise mittels einer Rückhaltevorrichtung (4) zurückgehalten werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugen der Adhäsionskraft mittels einer Feinstrukturierung der Oberfläche des Trägerelementes (1) verstärkt wird, und/oder, daß das Erzeugen der Adhäsionskraft mittels eines Flüssigkeitsfilms (3) zwischen der Oberfläche des Trägerelementes (1) und dem Substrat (2) unterstützt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Rückhaltevorrichtung (4) über ausreichend hohe Adhäsionskräfte gegenüber den zu trennenden scheibenförmigen Substraten (2) verfügt, und die Gestaltung der Rückhaltevorrichtung (4) dazu beiträgt, daß eine sichere Trennung der scheibenförmigen Substrate (2) gewährleistet ist, und/oder, daß das zu trennende scheibenförmige Substrat (2) und das Trägerelement (1) mit feinstrukturierter Oberfläche aufeinander plaziert werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das am Trägerelement (1) haftende scheibenförmige Substrat (2) durch Vorbeiziehen an der Rückhaltevorrichtung (4) von den unter Umständen noch darunter haftenden scheibenförmigen Substraten (2) getrennt wird, wobei vorzugsweise die dem ersten scheibenförmigen Substrat (2) folgenden scheibenförmigen Substrate (2) durch die Rückhaltevorrichtung (4) zurückgehalten werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die am Trägerelement mit feinstrukturierter Oberfläche (1) haftenden scheibenförmigen Substrate durch Aufhebung der Adhäsionskräfte vom Trägerelement mit feinstrukturierter Oberfläche (1) kontrolliert getrennt werden, indem die Dicke des Flüssigkeitsfilms zwischen der Oberfläche des scheibenförmigen Substrates und der feinstrukturierten Oberfläche des Trägerelementes (1) durch Einbringen (Unterspülen) von Flüssigkeit (3) zwischen die Oberfläche des scheibenförmigen Substrates (2) und die feinstrukturierte Oberfläche des Trägerelementes (1) oder durch Eintauchen des Trägerelementes (1) mitsamt dem scheibenförmigen Substrat (2) in die Flüssigkeit (3) durch die einsetzende Kapillarwirkung vergrößert wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmigen Substrate gezielt an einem festgelegten Ort z.B. einem Becken (5), das mit der Flüssigkeit (3) gefüllt ist und in der sich eine Aufnahmevorrichtung (6) befindet, abgelegt werden, und/oder, daß das am Trägerelement haftende Substrat (2) einem Sensor zugewandt positioniert wird, und daß das Substrat mittels des Sensors auf Schadhaftigkeit überprüft wird.
  16. Verfahren zur Vereinzelung von scheibenförmigen Substraten (2), zum Beispiel Wafern, nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalischen Gesetze der Adhäsion benutzt werden, um die in einer Emulsion (3), Flüssigkeit (3) oder einer Gasphase (3) gestapelten scheibenförmigen Substrate (2), einzeln entnehmen und diese scheibenförmige Substrate (2), kontrolliert ablegen zu können, indem mit Hilfe von Adhäsionskräften, die zwischen den Oberflächen der scheibenförmigen Substrate (2) und des Trägerelementes (1) wirken, eine Haftung zwischen dem scheibenförmigen Substrat (2) und der Oberfläche des Trägerelementes (1) erzeugt wird, mit deren Hilfe das scheibenförmige Substrat (2), vom folgenden Scheibenstapel (Waferstapel) abgeschoben wird.
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