Verfahren zur Herstellung von Wafern aus lngots

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wafern durch Zerteilen eines auf einem Träger befestigten Materialblocks.

Als Wafer werden dünne Scheiben oder Trägerplatten bezeichnet, auf denen elektronische, fotoelektrische oder mikromechanische Vorrichtungen angeordnet werden. Solche Wafer bestehen meistens aus poly- oder einkristallinem Material, wie beispielsweise Silizium, Galliumarsenid, Indiumphosphid oder z. B. auch Saphir bzw. Korund in der LED-Technik. Darüber hinaus werden auch Wafer aus Glas oder Kunststoff, wie beispielsweise in Mikrolabortechniken verwendet. Zur Herstellung solcher Waferscheiben werden üblicherweise größere Blöcke aus einem Rohmaterial (ein- oder auch polykristallin oder auch a- morph) in einzelne Scheiben zerteilt, insbesonders zersägt. Derartige Materialblöcke werden auch als Ingots oder als Bricks bezeichnet. Die Zerteilung selbst erfolgt meist mit Drahtsägen. Bevorzugt sind Mehrfachdrahtsägen, welche einen Block gleichzeitig in viele Wafer zerteilen. Zum Zersägen werden üblicherweise die Ingots auf einer Trägerplatte angeordnet und dann in der Zerteilungs- oder Sägevorrichtung befestigt. Beim Zersägen des Ingotblocks müssen diese vollständig, d. h. über ihren gesamten Querschnitt hinweg durchtrennt werden, was zu einem Ansägen der üblicherweise metallenen Sägegut- bzw. Maschi- nenträgerplatte in der Sägevorrichtung führen würde, wodurch der Sägedraht reißen würde. Es ist daher üblich, zwischen dem Maschinen- bzw. Sägegutträger der Sägevorrichtung und dem zu zersägenden Ingot eine weitere Trägerplatte (Ingotträger) aus einem meist billigeren spröden Material anzuordnen, die nach Gebrauch verworfen werden kann. Ein hierfür übliches Material ist eine Glasplatte. Auf diese Weise kann beim Sägen der Wafer vollständig durch die Rohmaterialblöcke bis in diesen Ingotträger hineingesägt werden, ohne einen Drahthss zu bewirken. Auf diese Weise ist es möglich, die Wafer vollständig

aus dem Rohblock herauszusägen, ohne den Maschinenträger zu verletzen, wobei die gesägten Wafer weiterhin mit dem gläsernen Ingotträger über eine Kante fest verbunden bzw. fest verklebt bleiben. D. h. nach dem Zersägen hängen die Wafer an dem angesägten Ingotträger. Nach dem Ende des Sägevorgangs werden die Wafer üblicherweise mittels einem so genannten Entkittungs- verfahren von dem gläsernen Ingotträger abgelöst. Dabei wird die Klebverbindung, mit der die verbleibende Kante der Wafer an den Ingotträger gebunden ist, gelöst. Danach erfolgt eine Entkittung des gläsernen Ingot- bzw. Waferträ- gers von dem meist metallenen Träger der Sägevorrichtung. Dieser Sägegutträger, auch als Maschinenträger bezeichnet, muss nach dem Stand der Technik vor dem Wiedereinsatz stets aufwändig per Hand gereinigt werden, wobei die Glasplatte verworfen wird. üblicherweise werden der metallene Maschinenbzw. Sägegutträger und der gläserne Ingotträger unter anderen Bedingungen voneinander entkittet als die Wafer- vom Ingotträger.

Die Verklebung von Ingot bzw. den späteren Wafern mit dem gläsernen Ingotträger als auch die Verklebung von Ingotträger mit dem metallenen Trägerteil der Sägevorrichtung erfolgt üblicherweise mittels Klebstoffen bzw. Adhäsiven, die ein vollständig aushärtendes Epoxidharz, insbesonders ein mindestens zwei Komponenten enthaltendes Epoxidharz umfassen. Dabei hat es sich gezeigt, dass nach dem Entkitten häufig ein Teil des Klebstoffs an der Waferkante bzw. am metallenen Maschinenträger fest haftet, was dazu führt, dass sowohl, wie bereits beschrieben, der Sägegut- bzw. Maschinenträger aufwändig per Hand gereinigt werden muss als auch die Wafer zum Teil aufwändig händisch nachgereinigt werden müssen. Durch eine solche Nachreinigung der Wafer wird eine zusätzliche Bruchgefahr erzeugt, welche die Gesamtausbeute verringert. Es ist daher erstrebenswert, einen derartigen Effekt zu vermeiden. An den Wafern anhaftende Klebstoffreste verhindern eine automatische Waferseparierung (auch als Vereinzelung der Wafer bezeichnet), so dass dies in den bisherigen Verfahren nicht ohne weiteres möglich war.

Darüber hinaus werden auf Grund der durch steigende Nachfrage gestiegenen Materialengpässe immer dünnere Wafer hergestellt, um die Nachfrage an den

zuvor beschriebenen Bauelementen zu befriedigen. So werden z. B. für die Photovoltaik derzeit Wafer erzeugt, welche lediglich eine Dicke von bis hinab zu 200 μm aufweisen. Bereits jetzt werden für eine Massenproduktion jedoch schon Solarwafer mit einer Dicke von nur 150 μm geplant, wobei sogar extrem dünne Dünnschichtwafer von ca. 80 μm angestrebt werden. Derart dünne Wafer erfordern jedoch ein ganz besonders großes Haftvermögen des für die Verklebung von Ingoträger/Ingot verwendeten Klebstoffes. Eine erhöhte Anforderung an die Festigkeit der Verklebung von Ingotträger und Ingot rührt auch daher, dass die Seitenflächen der Ingots eine geringe Oberflächenrauhigkeit von Rz kleiner 5 μm, besser Rz kleiner 3 μm und besonders bevorzugt Rz kleiner 1 μm aufweisen müssen, um die Bruchgefahr der dünnen Wafer in den folgenden Prozessschritten nicht zu erhöhen. Die demzufolge nicht mehr sägerauen sondern glatten Oberflächen erschweren es dem Klebstoff eine gute Festigkeit der Verklebung herzustellen. Es besteht daher die Notwendigkeit, neue Klebstoffe einzusetzen, die eine höhere Klebefestigkeit aufweisen oder bei Weiterverwendung etablierter Klebstoff die Festigkeit der Verklebung durch andere Maßnahmen zu erhöhen. Es sind daher bereits vielfältige Versuche unternommen worden, diese Aufgabenstellungen zu lösen. So sind beispielsweise kommerziell Zweikomponenten-Epoxidharze erhältlich, die aus miteinander reagierenden Harzkomponenten und einem Härter bestehen, und die später wieder mit besonderen Entkittungsmitteln, z. B. aus alkalischen Lösungsmitteln, welche außerdem Detergenzien enthalten, wieder entfernt werden. Um die Haftung der Klebeverbindung zu erhöhen, wird in allen gängigen Verfahren zum Sägen von Waferscheiben die mit dem Ingot zu verklebende Oberfläche des Ingotträgers und auch die mit dem Maschinenträger zu verklebende Oberfläche des Ingotträgers aufgeraut. Darüber hinaus ist es üblich, zur Verbesserung des Klebeverhaltens die jeweils miteinander zu verbindenden Oberflächen zu entfetten und mit einem Haftvermittler zu beschichten. Dabei werden die Haftvermittler üblicherweise in verdünnter Form in einem verdampfbaren organischen Lösungsmittel, wie beispielsweise n-Propanol aufgetragen. Als derartige Haftvermittler werden beispielsweise bei Epoxidharzklebstoffen der Fa. DELO der Haftvermittler DELO-SACO® SIL E derselben Firma bzw. bei Araldit-Klebstof-

fen der Fa. Huntsman der Haftvermittler BETAWIPE TM VP 04604 der Fa. Dw Automotive AG verwendet.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Ausbildung derartiger in einem Lösungsmittel gelösten Haftvermittler nicht ohne weiteres zu einer gleichmäßigen, effizienten Oberflächenbeschichtung und damit zu einer nicht homogenen, ungleichmäßigen Verteilung des darauf aufgetragenen Klebstoffs führt. Des weiteren erfordert der Einsatz dieser Haftvermittler die Erfüllung von Sicherheitsanforderungen des Explosionsschutzes, die bei Entscheidung für den Einsatz eines Haftvermittlers einen großen Aufwand erfordern. Trotz dieses Aufwandes ist das Fließverhalten (Benetzungsverhalten) des danach aufgebrachten Klebstoffes unzureichend, wodurch die Klebwirkung insbesondere bei Verklebung von 6"-lngots sowie beim Sägen dieser Ingots in dünne Wafer mit glykolbasierten Slurries oft nicht ausreicht.

Darüber hinaus muss nach dem Stand der Technik auf die jeweils entfettete und ggf. mit Haftvermittler behandelte Oberfläche möglichst umgehend, d. h. innerhalb weniger Minuten der Klebstoff aufgetragen und mit dem zu verklebenden Gegenstück verbunden werden. Aus diesem Grund ist eine Herstellung von klebefertigen Ingots nicht ohne weiteres möglich und die Produktion muss zeitlich genau aufeinander abgestimmt sein.

Aus der DE 3403894 C1 ist ein Verfahren zur Beschichtung von metallischen Dentalprothesen bekannt, bei denen in einem Flammhydrolyse-Brenner eine oxidierbare Siliziumverbindung zusammen mit einem brennbaren Gas verbrannt wird, worauf sich auf einem damit beflammten Metall eine Schicht aus polyme- rem (SiO)χ-Netzwerk abscheidet. Eine derartige Schicht kann dann wie z. B. in der DE 4012086 A1 beschrieben ist, mit einem Silan als Haftvermittler für später aufzutragende Beschichtungen überzogen werden.

Darüber hinaus ist es aus der US-A 4364731 bekannt, mittels einer Magnetronsputter-Vorrichtung Siliziumoxid von hochreinem Quarzglas dem Vakuum auf eine Dentalprothese abzuscheiden.

Die Erfindung hat daher zum Ziel, ein Verfahren zur Herstellung von Silizium- wafern bereitzustellen, welches nicht nur die feste Verklebung von auch extrem dünnen Waferscheiben nach dem Sägen mit ihrer Trägerplatte sicherstellt, sondern diese Verklebung auch wieder leicht lösen lässt, wobei sichergestellt ist, dass das Klebstoffmaterial im wesentlichen, insbesonders vollständig, auf dem Ingot- bzw. Waferträger verbleibt.

Außerdem soll beim Entkitten von Ingotträger und Sägemaschinenträger vorzugsweise das gesamte Klebematerial ebenfalls am Ingotträger oder vorzugsweise an keiner der verklebten Oberflächen haften, so dass der Maschinenträger nicht aufwändig von daran haftenden Klebstoffresten gereinigt werden muss.

Darüber hinaus soll im gesamten Verfahren auf zusätzliche Verfahrensschritte wie z. B. aufwändiges Aufrauen von Trägeroberflächen insbesonders des In- gotträgers verzichtet werden.

Schließlich soll auch ein Verfahren bereitgestellt werden, welches die Herstellung von zu verklebenden Teilen auf Vorrat ermöglicht, so dass kurzzeitig vor dem Verkleben zumindest eine Produktion von klebefertigen Teilen auf Vorrat möglich ist.

Dieses Ziel wird durch das in den Ansprüchen definierte Verfahren erreicht.

Es wurde gefunden, dass sich durch die Ausbildung einer dünnen reaktiven Silikatschicht, die reich an Silanolgruppen ist, eine Aktivierung der zu verklebenden Oberfläche erreicht werden kann. Eine solche Schicht wird auch als polymeres (SiO) _x -Netzwerk bezeichnet. Prinzipiell ist eine solche Schicht auch durch Eintrag von Wasserstoff, z. B. als Oberflächenbehandlung bei der Herstellung des Glases, oder auch durch Behandlung mit einem Wasserstoffplasma möglich. Eine weitere Möglichkeit ist eine Sandstrahlbehandlung mit Silan.

Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise die Oberflächenenergie der zu verklebenden Oberfläche von weniger als ca. 35 mN/m auf 55 mN/m bzw. sogar noch weiter erhöht werden kann. Der zwischen Klebstoff und zu verklebender Oberfläche gebildete Kontaktwinkel α beträgt also annähernd 0°, d. h. beträgt maximal 2° bzw. maximal 3°, insbesonders maximal 5° und ist damit viel geringer, als er durch bloße Reinigung, Entfettung und Einsatz von flüssigen Haftvermittlern erreichbar ist.

Damit wird das Fließverhalten des Klebstoffes signifikant verbessert, wodurch eine homogene Verteilung und vollflächige Benetzung gewährleistet wird.

Die erfindungsgemäße Beschichtung der zu verklebenden Oberfläche mit einer reaktiven Silikatschicht kann sowohl mittels einer Plasmaabscheidung als auch einfachheitshalber mittels einer thermisch aktivierten Umsetzung (Flammenhydrolyse) einer Si-haltigen organischen oder anorganischen Verbindung in der Flamme eines brennbaren Gases erfolgen, was üblicherweise als Beflammen, exakter als Flammensilikatisierung, bezeichnet wird.

Als Si-haltige Verbindungen eignen sich anorganische Silane, siliziumorganische Verbindungen wie solche der Struktur

(R ¹ ) ₃ SiNHSi(R ¹ ) ₃ (1a)

,in der R ¹ bzw. R ² gleiche oder unterschiedliche Alkylgruppen sind. Weiterhin sind siliziumorganische Verbindungen der Formel

(R ¹ ) _n Si(OR ² ) _4- n (1 b)

geeignet, bei denen R ¹ und R ² gleiche oder unterschiedliche monovalente aliphatische Kohlenwasserstoffgruppen sind und n integer von 0 bis 3 ist.

Weiterhin geeignete siliziumorganische Verbindungen sind solche der Struktur

wobei R ³ Wasserstoff oder eine monovalente aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe ist, m integer von wenigstens 1 ist, insbesonders 1 oder 2 und p integer von 3 bis 5 ist.

Beispiele der monovalenten aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppen sind Methyl-, Propyl-, n-Butyl-, tertiäre Butyl-, zyklische Alkylgruppen AVinyl- und Al- lylgrupen.

Beispiele der durch die Formeln repräsentierten Verbindungen sind Si(OCH3)4, Si(OCH2CH3)4, CH3Si(OCH3)3, Hexamethyldisiloxan(HDMS), Hexamethyl- zyklotrisiloxan, Oktamethylzyklotetrasiloxan und Dekamethylzyklopentasiloxan. Es ist auch möglich, der Flamme weitere Additive zuzusetzen, die die Reaktivität der reaktiven Silikatschicht erhöhen.

Dabei wird die zu beschichtende bzw. zu beflammende Oberfläche in einem definierten Abstand an der Flamme vorbeigeführt, wobei sich die reaktive Silikatschicht auf der vorgewärmten zu beschichtende Oberfläche abscheidet. Die Oberfläche muss dabei keinesfalls auf die im Stand der Technik beschriebene Temperatur von größer 110 ⁰ C angewärmt werden. Es reicht eine Temperatur von max. 60 °C, insbesonders max. 50 °C, und vorzugsweise von 45 ⁰ C +/- 2 ⁰ C völlig aus. Diese Temperatur ist leicht durch einen Infrarotstrahler oder die

Flamme zu gewährleisten. Mit der Flamme ist das Anwärmen besonders einfach, da der Brenner die zu beflammende Oberfläche nur einmal zu überstreichen braucht, ohne dass der Flamme die Si-haltige Verbindung zugemischt wurde.

Der zu wählende Abstand von Brennervorderseite zu der beflammenden Oberfläche ist abhängig von der Betriebsart des Brenners. Die Brenngase können bereits im Inneren des Brenners gemischt werden, optional sogar mit der Si- haltigen Verbindung oder alle Komponenten können erst außerhalb des Brenners gemischt werden. In letzterem Fall ist der zu wählende Abstand natürlich größer als im ersteren. Vorzugsweise wird das Brennerdesign und die Betriebsart so gewählt, dass der Abstand mindestens 10 mm und kleiner 150 mm gewählt wird. Dieser Abstand ist minimal größer als die Länge des inneren Flammenkegels. Abstände im Bereich von 25 - 50 mm sind bevorzugt, wenn für die Anwendung Flächen der Größe ca. (400-800) mm x ca. 130 mm bzw. (400-800) mm x ca. 160 mm beschichtet werden sollen. Ein optimaler Abstand lässt sich mittels wenigen Versuchen leicht ermitteln und ist abhängig von der gewählten Flammkegellänge und der jeweiligen Konzentration der oxidierbaren Siliziumverbindung. Es sind aber auch Abstände noch möglich, wie sie beispielsweise in der DE 3403894 C beschrieben sind.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann ein Brenner mit runder Brennervorderseite verwendet werden, der von Hand über die zu beflammende Oberfläche geführt wird. Für die o. g. zu beflammenden Flächen bietet es sich jedoch an, einen schmalen Brenner der Breite von etwa der Breite der zu beflammenden Oberfläche zu verwenden. Dieser kann langsam und automatisch zum Anwärmen und Beflammen über die zu beflammende Oberfläche geführt werden. Dabei werden vorzugsweise Bewegungsgeschwindigkeiten von 100 bis 500 mm/s gewählt, wobei sich 150 bis 300mm/s bzw. 180 - 250 mm/s und speziell 200 +/- 10 mm/s bevorzugt sind.

Es hat sich weiterhin gezeigt, dass das Beflammen für zu verklebende Glasoberflächen Vorteile bringt. Insbesonders treten diese Vorteile dann auf, wenn

das Glas wie bei der Verklebung Ingotträger / Ingot bzw. Ingotträger / Maschinenträger der Fall, mit Epoxydharzen verklebt wird. Es wurde nämlich erfindungsgemäß eine verbesserte Haftung zwischen Klebstoff und Glasplatte gefunden. Dabei hat sich gezeigt, dass sich zwischen reaktiver Silikatschicht und Epoxydharz chemische Bindungen ausbilden, wodurch die Haftfestigkeit verbessert wird, insbesondere sich die Belastbarkeit auf Zug und Scherung verbessert.

Vorzugsweise beträgt die Dicke der dünnen (SiO)χ-Schicht mindestens 2 nm, insbesonders mindestens 3 bzw 4 nm, wobei mindestens 5 bzw. 6 nm bevorzugt sind. Die maximale Dicke beträgt vorzugsweise höchstens max. 20 nm bzw. 18 nm, wobei max. 15 nm bzw. 13 nm bevorzugt sind. Typische max. Dicken betragen 12 bzw. 10 nm.

Typische zum Beflammen geeignete Brenngase sind insbesonders Kohlenwasserstoffgase, wobei C1-C5-Gase, insbesonders C1-C4-Gase bevorzugt sind. Ein ganz besonders bevorzugtes Brenngas ist Propan. Der zur Verbrennung benötigte Brennsauerstoff kann als reines Gas oder Luft zugeführt werden. Darüber hinaus ist es möglich, durch die Wahl der Brennbedingungen, d. h. durch die gezielte Zufuhr von Sauerstoff bzw. von höherkettigen Kohlenwasserstoffen, die ggf. reaktive Funktionen aufweisen, eine Siliziumoxidschicht abzuscheiden, welche organische Reste kovalent enthält.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise zusätzlich zur Trägerseite, welche mit dem Rohmaterialblock bzw. dem Ingot verklebt wird, auch die davon abgewandte zweite Oberfläche mit einem polymeren (SiO)χ-Netzwerk beschichtet, also diejenige Seite, welche mit dem Maschinenträger der Trennbzw. Sägevorrichtung verbunden wird. Dadurch wird die Druckscherfestigkeit dieser Klebeverbindung erhöht und die Verwendbarkeit von Klebstoffen gesichert, die unter 100 ⁰ C, vorzugsweise unterhalb 95 ⁰ C entkitten. Weiterhin wird durch das Beflammen der mit dem Maschinenträger zu verklebenden Oberfläche des Ingotträgers gesichert, dass Klebstoffe für diese Klebeverbindung Verwendung finden können, die bei Temperaturen von unter 150 ⁰ C bzw. 130 ⁰ C

erweichen, unter Zuhilfenahme mechanischer Hilfsmittel (z. B. Spachtel) leicht gelöst werden können und die nach dem Lösen der Klebeverbindung vollständig an der Ingotträgerplatte verbleiben. Bei letzterem wird erreicht, dass bei einer Entkittung von Ingotträger und Maschinenträger der Klebstoff ebenfalls auf dem ohnehin nur einmal zu verwendenden und Ingotträger verbleibt.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens besteht auch darin, dass zwischen dem Beflammen und dem darauffolgenden Verkleben längere Zeit, d. h. ohne weiteres mehrere Tage, insbesonders bis zu 2 Tagen und prinzipiell bis zu 24 Stunden, vergehen darf. Nach dem Stand der Technik, wonach entweder nur entfettet oder entfettet und ein Haftvermittler aufgebracht wird, beträgt die maximal zulässige Zeit bis zum Verkleben 1 h. Auch dies zeigt die besonderen Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei einer im erfindungsgemäßen Verfahren besonders geeigneten Ausführungsform wird dem Epoxyharz Klebstoff, das ein mindestens 2-Komponenten- Harz ist, eine aminosubstituierte Kieselsäure, insbesonders der allgemeinen Formel H ₂ N-Ri-Si(OH) ₃ oder H ₂ N-R ₁ -Si(OR ₂ )S als Haftvermittler beigemischt, worin Ri eine Alkyl- oder Alkoxygruppe aus 1-20, vorzugsweise 1-10, insbesonders 1-5 C-Atomen ist und R ₂ ein organischer Rest ist, der eine Methyl-, äthyl-, Propyl- oder Isopropylgruppe sein kann. Besonders bevorzugt enthält Ri ein, zwei oder drei C-Atome. Wird ein derartiger Haftvermittler dem Epoxyharz oder einem entsprechenden Aminoharz zugesetzt, dann reagiert die jeweilige Aminogruppe mit der Epoxygruppe bereits im Klebstoff. Wird dann das entsprechende Harz auf die flammsilikatisierte Oberfläche aufgetragen, reagieren die Silan-Alkoxygruppen mit den SiOH-Gruppen an der flammsilikatisierten Oberfläche zu einer kovalenten Bindung, ausgebildet zwischen Klebstoff und Oberfläche, um. Dann kann die haftvermittelnde Wirkung durch einen durchgehenden chemischen Verbund, ausgehend vom SiO ₂ im Glas über die reaktive (-O- Si-) _X -OH-Schicht gewährleistet werden. Prinzipiell ist auch möglich, die aminosubstituierte Kieselsäure zuerst auf die silanolgruppenreiche Silikatschicht der Oberfläche aufzutragen und erst dann das haftvermittlerfreie Harz.

Im erfindungsgemäßen Verfahren sind handelsübliche Klebstoffe des Standes der Technik verwendbar, wobei Klebstoffe aus Epoxidharzen, insbesonders zwei Komponenten aufweisende Epoxidharze bevorzugt sind.

Bei Klebstoffen, die erfindungsgemäß verwendbar sind und unter 100 ⁰ C ent- kitten, vorzugsweise in heißem Wasser, wird sichergestellt, dass der Klebstoff an keiner der beiden ursprünglich verklebten Oberflächen haftet. In diesem Fall kann die Maschinenträgerplatte aus dem heißen Wasserbad sogar automatisiert, beispielsweise durch einen Roboterarm, entnommen werden.

Ein typischer verwendeter Ingotträger besteht vorzugsweise aus Glas, wobei jedoch auch andere typisch geeignete sprödharte Materialien verwendbar sind. Der Ingotträger wird nur einmalig verwendet. In geeigneten Fällen hat es sich jedoch auch als zweckmäßig erwiesen, gleichzeitig oder anstatt der dem Sägemaschinenträger zugewandten Seite des Ingotträgers auch die zu verklebende Seite des Maschinenträgers erfindungsgemäß zu beflammen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden jedoch sämtliche miteinander zu verbindenden Teile insbesonders vor dem Beflammen einer üblichen Entfettungsbehandlung unterworfen.

Der Vorteil, dass sowohl bei der Entkittung der Verklebung Ingotträger/Ingot als auch bei der Entkittung der Verklebung Ingotträger/Maschinenträger, Klebstoffreste stets am Ingotträger haften bleiben, ist mit allen untersuchten Klebstoffen erreicht worden, bei denen die Entkittung der Verklebung Ingotträger/Ingot unterhalb 70 °C und die Entkittung der Verklebung Ingotträger/Maschinenträger unterhalb von 150 ⁰ C, ggf. bereits unter 130 ⁰ C, erfolgt.

Das erfindungsgemäße Beflammen, vorzugsweise das Beflammen der In- gotträgerplatte, ist einsetzbar für ein Sägen mit allen bekannten Sägeslurries. Das heißt, es sind glykolbasierte Sägeslurries, ölbasierte Sägeslurries als auch wasserbasierte Sägeslurries verwendbar. Damit sind sogar Sägeslurries verwendbar, die während des Sägeprozesses den ausgehärteten Klebstoff zum Quellen bringen. Quellen bedeutet in diesem Fall, dass der ausgehärtete Kleb-

stoff einen Massenzuwachs durch Aufnahme der Trägerflüssigkeit erfährt. Dabei ist der Einsatz ölbasierter Sägeslurries generell unkritisch, da bei diesen der ausgehärteten Klebstoff keine Massenzunahme erfährt. Aber bei Verwendung von Sägeslurries auf Glykolbasis, welche für die Produktion verfügbare Klebstoffe typischerweise eine Massenaufnahme um 1-4 % während des Sägens erfahren, entfaltet die erfindungsgemäße Lösung ihr besonderes Anwendungspotential. Klebstoffe, welche besonders wünschenswerte Eigenschaften besitzen, aber wegen zu geringer Klebkraft (Druckscherfestigkeit) unter Einsatzbedingungen für glykolbasierte Sägeslurries nicht ohne weiteres eingesetzt werden können, sind bei Anwendung des Beflammens der Ingotträgerplatte aus Glas anwendbar, weil die Druckscherfestigkeit der Klebverbindung dadurch von Werten von unter 3,5 MPa auf werte von größer 3,5 MPa erhöht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform für die Verklebung von Ingotträgerplatte mit der Maschinenträgerplatte enthält das Epoxidharz ein Füllmaterial, das ggf. teilchenförmig ist, und zwar insbesonders ein Füllmaterial, welches in einer geeigneten Umgebung, insbesonders unter Temperatureinwirkung quillt. Derartige Klebstoffe sind z. B. von der Valtech Corporation/USA bzw. der Fa. DE- LO/Deutschland erhältlich, jedoch entweder noch nicht oder nur beschränkt nach dem Stand der Technik produktionstauglich verwendbar. Derartige Füllmaterialien sind insbesonders feinteilig und können sowohl organische als auch mineralische Füllmaterialien, wie beispielsweise Silikate oder Silikatgemische sein. Organische Materialien sind beispielsweise Cellulose bzw. dessen Derivate oder auch Polyvinylpyrolidon. In einer weiteren geeigneten erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält der Klebstoff als Füllstoff ein sich unter Blasenbildung zersetzendes Mittel, wobei die Blasenbildung je nach gewähltem Mittel thermisch und/oder durch ein geeignetes Reagens erfolgen kann. Derartige Mittel sind dem Fachmann z. B. als Alkylenamine bekannt oder lassen sich durch einfache Versuche ermitteln.

In einer bevorzugten Ausführungsform für die Verklebung von Ingot und In- gotträger hat es sich als zweckmäßig erwiesen, ein Klebematerial, insbesonders ein Epoxidmaterial zu verwenden, welches nicht thermisch sondern im

Sauren oder Alkalischen bei niederen Temperaturen, d. h. unterhalb 50 ⁰ C bzw. unterhalb 45 ⁰ C vorzugsweise in einem sauren oder alkalischen Medium entkittet. Dabei sind jedoch Mindesttemperaturen oberhalb der Raumtemperatur, insbesonders oberhalb von 30 ⁰ C, vorzugsweise oberhalb von 35 ⁰ C bevorzugt. Typische pH-Werte betragen im sauren kleiner 4, im alkalischen mindestens 9, vorzugsweise mindestens 10 und besonders mindestens 12.

Nach dem Zersägen des Ingots in Wafer werden entsprechend vorliegender Erfindung folgende Prozessschritte durchgeführt:

Als erstes werden die gebildeten Wafer üblicherweise mit einer dem Stand der Technik entsprechenden Waschlösung gewaschen um anhaftende Sägeslurrys zu entfernen. Derartige kommerziell erhältliche Waschlösungen enthalten Wasser, mindestens einen Reiniger und Tenside. Als zweites werden sie in einem sauren oder alkalischen warmen Tauchbad entkittet, wobei unterstützend noch Ultraschall in das Tauchbad eingekoppelt werden kann, um das chemische Lösen der Klebeverbindung mechanisch zu unterstützen. Es hat sich gezeigt, dass infolge des Beflammens des Ingotträgers sich die Klebeverbindung nicht bereits während des Sägeprozesses löst, sondern stets erst während des Ent- kittungsprozesses. Bei diesem Entkittungsprozess ist der erfindungsgemäß erreichte entscheidende neue Vorteil, dass sämtliche Klebstoffreste an der Glasplatte haften bleiben. Dies gelingt besonders gut, wenn der Ingoträger nicht wie nach dem Stand der Technik auf eine Rauhigkeit von Rz > 20 μm aufgeraut wurde, sondern völlig glatt belassen wurde. Lediglich ein Entfetten der Oberfläche ist erforderlich. Dadurch, dass sämtliche Klebstoffreste an der Glasplatte verbleiben, gelangen sie nicht in das bzw. die Reinigungsbäder. Diese nach Stand der Technik meist in Fadenform auftretenden Klebstoffreste treten bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise nicht auf und müssen daher nicht mühsam und manuell entfernt werden. Ein vollautomatisch ablaufender Reinigungs- prozess ohne Notwendigkeit manueller Eingriffe ist daher erfindungsgemäß möglich.

Zum Verkleben von Ingotträger und Maschinenträger werden vorzugsweise Klebstoffe eingesetzt, die infolge erhöhter Temperatur entkitten, aber bei den

niedrigeren Entkittungstemperaturen der Verklebung lngot / Ingotträger noch ihre völlige Klebewirkung behalten. Erfindungsgemäß werden für diesen Zweck Klebstoffe verwendet, welche vorzugsweise einen Erweichungspunkt oberhalb 60 ⁰ C, insbesonders oberhalb 70 ⁰ C aufweisen, wobei Klebstoffe mit einem Erweichungspunkt oberhalb 80 ⁰ C besonders bevorzugt sind. Zweckmäßig sind Klebstoffe, die sowohl bei den beim Sägen herrschenden Temperaturen als auch bei den während der Entkittung der Verklebung von Ingotträger und Ingot herrschende Temperaturen ausreichend fest sind und die vorzugsweise bei Temperaturen unterhalb 150 ⁰ C, insbesonders unterhalb 130 ⁰ C erweichen, wobei solche Klebstoffe mit einem Erweichungspunkt von kleiner 100 ⁰ C bevorzugt sind, ganz besonders bevorzugt sind Klebstoffe mit einem Erweichungspunkt von kleiner 97 ⁰ C.

Diese Klebstoffe entkitten auf eine Art, in der kleinste homogen verteilte Füllstoffpartikel unter Temperatureinwirkung quellen und die innerhalb der Klebstoffschicht herrschenden Bindungen aufbrechen. Nach diesem Mechanismus funktionieren vor allem Klebstoffe die zwischen 150 ⁰ C und 100 ⁰ C entkitten.

Besonders bevorzugte Füllmaterialien für eine andere Art der bei höherer Temperatur entkittenden Klebstoffe sind solche, die in heißem Wasser aufquellen und dadurch entkitten. Bei diesen Klebstoffen ist im Entkitungstemperaturbe- reich von 100 ⁰ C bis 80 ⁰ C eine Blasenbildung zu beobachten, die das Aufbrechend der Klebeverbindung begleitet. Eine Entkittung in heißem Wasser hat gegenüber der Entkittung in einem Ofen den Vorteil, dass die Maschinenträger- platte automatisiert, z. B. durch einen Roboterarm inkl. Greifer, aus dem heißen Wasserbad entnommen werden kann.

Im Falle einer Erweichung des Klebstoffes in einem Ofen und nachfolgendem Lösen der Klebeverbindung mittels mechanischen Hilfsmitteln (z. B. Spachtel) gelingt es durch das Beflammen der Oberfläche des Ingotträgers, dass der Klebstoff vollständig an der Ingotträgerplatte haften bleibt. Besonders gut gelingt dies, wenn die Oberfläche der Ingotträgerplatte aus vorzugsweise Glas nicht aufgeraut sondern glatt belassen, jedoch entfettet und erfindungsgemäß beflammt wurde. Nach der Entkittung von Ingotträger und Maschinenträger

haften am Maschinenträger keine Klebstoffreste mehr an. Vor dem Wiedereinsatz der Maschinenträgerplatte wird diese jedoch vorzugsweise gereinigt, um eine uneingeschränkte Wiederverwendung der Maschinenträgerplatte zu gewährleisten und eine reproduzierbar gute Oberflächenqualität vor dem erneuten Beflammen zu sichern. Erst durch das erfindungsgemäße Vorgehen muss diese Reinigung nicht mehr manuell mittels Spachtel u. dgl. und chemisch erfolgen sondern es reicht eine chemische Reinigung aus. Diese chemische Reinigung ist jedoch automatisiert in einer Reinigungsanlage (z. B. Miele Industriereinigungsanlage) möglich.

Maschinenträgerplatten bestehen typischerweise aus Aluminium oder aus Edelstahl.

Wird das erfindungsgemäße Beflammen bei Verwendung einer Maschinenträgerplatte aus Aluminium angewendet, entstehen an der Oberfläche Alumosili- kate, die einen sehr guten Haftübergang von Aluminium und Epoxydharzklebstoff bilden. Das nach dem Stand der Technik erforderliche mechanische Entfernen eine AI ₂ O ₃ -Schicht von der Oberfläche der Aluminiumplatte insbesonders vor der erneuten Verklebung kann durch das erfindungsgemäße Beflammen entfallen.

Wird eine Maschinenträgerplatte aus Edelstahl verwendet, wird zweckmäßigerweise ein hochlegierter Stahl verwendet, z. B. mit einem Si-Gehalt von 0,5 bis 3 % (z. B. eines Stahles mit der Standard-Nr. 1.2085, bzw. der DIN-Bezeich- nung X33CrS 16). So haben die Moleküle des polymeren (SiO)x-Netzwerkes die Möglichkeit, Brückenbindungen zum Si des hochlegierten Stahles auszubilden, womit die Klebeeigenschaften verbessert werden.

Fig. 1 zeigt einen typischen Aufbau der Verklebungen eines zu sägenden Verbundes aus dem Maschinen- bzw. Sägegutträger 1 , der mittels eines ersten Klebstoffes 2 an die obere Seite des Ingotträgers 3 gebunden ist, an die wiederum der Ingotträger 4 mittels einem zweiten Klebstoff 5 geklebt ist.

Fig. 2 zeigt die nach dem Stand der Technik erforderlichen Prozesschritte am Beispiel der Verwendung einer Maschinenträgerplatte aus Aluminium.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Wafersägeprozesses unter Anwendung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.

Die vorliegende Erfindung soll an den folgenden Beispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1 :

In einen glykolbasierten Sägeprozess gemäß dem Stand der Technik bringt das Glykol den zwischen Si-Ingot mit dem Ingotträger vorliegenden ausgehärteten Klebstoff zum Quellen. Die Ursache dafür ist das Vorliegen glykolähnlicher Verbindungen im ausgehärteten Epoxydharz, die durch Glykol gelockert werden.

Tabelle 1 zeigt die Veränderung der Druckscherfestigkeit einer Verklebung einer nach Stand der Technik aufgerauten Glasplattenoberfläche mit einer Siliziumoberfläche unter Verwendung des handelsüblichen Klebstoffes Araldit 2101 bzw. LMD 2684 in Abhängigkeit der Einlagerungszeit in Glykol bei 40 ⁰ C. Eine Einlagerung von 4 h bei 40 ⁰ C simuliert dabei die Einsatzbedingungen, denen die Verklebung im realen Prozess ausgesetzt sein würde.

Es wurde eine entfettete, jedoch nicht aufgeraute Glasplatte, mit einer Silan enthaltenden Propangasflamme kontinuierlich, d. h. die gesamte Oberfläche gleichmäßig beflammt. Bei einer derartigen Beflammung wurde die jeweilige Glasplatte mit einer Geschwindigkeit von 200 mm/s an dem spitzen Kegel der Flamme mit einem Abstand von 35 mm vorbeigeleitet. Anschließend wurden diese Glasplatten sowohl mit einem Siliziumblock als auch mit einem Edelstahl bzw. einer Aluminiumplatte verklebt und die jeweilige Druckscherfestigkeit nach der in der Delo-Prüfnorm 5 (DELO Industrie Klebstoffe, D-86899 Landsberg) beschriebenen Weise bestimmt. Dabei wurde diese erfindungsgemäße Verklebung mit Verklebung gemäß dem Stand der Technik verglichen, bei denen die

jeweilige zu verklebende Oberfläche aufgeraut und entfettet wurde. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Tabelle 1 enthält den Vergleich einer Verklebung einer rauhen Glasprobe nach Stand der Technik zu Verklebung einer erfindungsgemäß glatten und beflammten (flammensilikatisierten) Glasprobe mit einer Siliziumprobe.

Tabelle 1

Es zeigt sich, dass durch Wegfall des Aufrauens der Glasplatte und stattdessen Durchführung einer Beflammung eine Steigerung der Festigkeit der Verklebung erreicht wird.

Dieser Verbesserungseffekt ist nicht nur bei dem im Beispiel 1 verwendeten Klebstoff erreicht. Er tritt insbesonders bei den Klebstoffen besonders deutlich in Erscheinung die einen Haftvermittler enthalten. Dabei ist bereits ein Gehalt von 1 % völlig ausreichend.

Die erhöhte Druckscherfestigkeit ist vor allem auf die Festigkeit des Klebstoffes an der Glasplatte zurückzuführen. Deshalb ist zu beobachten, dass bei der Ent- kittung einer nach Experiment 2 durchgeführten Verklebung von Ingot und Glasplatte nach dem erfolgten Wafersägen alle Klebstoffreste an der Glasplatte hängen bleiben. Es gelangten kaum Reste des Klebstoffes in das Entkittungs- bad mit pH-Wert < 4.

Hervorzuheben ist, dass die gesteigerte Druckscherfestigkeit ausreicht, um In- gots mit geschliffener Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit von Rz kleiner 1 μm so fest mit dem Ingotträger zu verkleben, dass sich während des Sägens weder der Ingot noch einzelne Wafer ungewollt vom Ingotträger lösen und abfallen.

Beispiel 2:

Beispiel 2 betrifft die Verklebung von Ingotträgerplatte mit der Maschinenträger- platte. Tabelle 2 zeigt den Vergleich zwischen Stand der Technik und einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Lösung.

Die Beflammung der Glasplatte erfolgt wie in Beispiel 1 beschrieben.

Es wird die Verklebung einer glatten bzw. rauen Glasplatte unter Verwendung des handelsüblichen Klebstoffes Valtron 1230 mit einer Metallplatte aus Aluminium betrachtet, wobei der Klebstoff nach Herstellerangaben ausgehärtet wurde und die Belastung durch den Sägeprozess durch Einlagerung über 4 h in Glyol bei 40 ⁰ C simuliert wurden. Die Erweichung des füllstoffhaltigen Klebstoffes erfolgt dabei in einem Ofen bei 110 ⁰ C (30 min.) und durch manueller Entkittung unter Benutzung einer Spachtel.

Tabelle 2

Die Anwendung der entsprechend erfindungsgemäßem Experiment 4 gewählten Bedingungen im praktischen Produktionsprozess bewirkt, dass nach der Entkittung sämtlicher Klebstoff an der Glasplatte anhaftet.

Beispiel 3:

Beispiel 3 betrifft die Verklebung von Ingotträgerplatte mit der Maschinenträger- platte. Tabelle 3 zeigt, wie ein nach Stand der Technik verfügbarer, aber bei Verklebung nach dem Stand der Technik nicht in der Produktion einsetztbarer Klebstoff durch die Anwendung einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Vorgehens doch eingesetzt werden kann. Die Beflammung der Glasplatte erfolgt wie in Beispiel 1 beschrieben.

Der dargestellte Stand der Technik in Versuch 6 zeigt, dass die mit dem Klebstoff Valtron 4110 erreichte Druckscherfestigkeit der Verklebung einer Platte aus hochlegiertem Stahl mit DIN-Bezeichnung X33CrS16 mit der rauen Glasplatte unterhalb der geforderten 3,5 MPa bleibt und damit in der Produktion nur eingeschränkt verwendbar ist. Die Aushärtbedingungen des Klebstoffes wurden wie vom Hersteller empfohlen gewählt. Im Experiment 6 nach Stand der Technik wurde der vom Hersteller empfohlenen Haftvermittler angewendet. Die Belastung durch den Sägeprozess durch Einlagerung über 4 h in Glyol bei 40 ⁰ C wurde wiederum simuliert. Die Erweichung des füllstoffhaltigen Klebstoffes erfolgt dabei in einem Ofen bei 110 ⁰ C (30 min.). Die Benutzung einer Spachtel kann den Ablöseprozess unterstützen ist aber nicht zwingend erforderlich. Der Maschinenträger löst sich so leicht und sauber, dass ein automatisiertes Abnehmen der Maschinenträgerplatte möglich ist.

Tabelle 3

Die Anwendung der entsprechend erfindungsgemäßem Experiment 7 gewählten Bedingungen im praktischen Produktionsprozess bewirkt, dass nach der Entkittung sämtlicher Klebstoff an der Glasplatte anhaftet. Eine mechanische Entfernung von Klebstoff von der metallischen Maschinenträgerplatte ist nicht erforderlich.

Beispiel 4:

Beispiel 4 betrifft die Verklebung von Ingotträgerplatte mit der Maschinenträger- platte. Tabelle 4 zeigt den Vergleich zwischen dem mit nach Stand der Technik erhältlichen Klebstoff und einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Vorgehens.

Die Beflammung der Glasplatte bzw. zusätzlich der Maschinenträgerplatte in Experiment 7 erfolgt wie in Beispiel 1 beschrieben.

Beide Experimente 6 und 7 sind erfindungsgemäße Experimente. Sie zeigen, wie durch die Beflammung von Ingotträgeroberfläche aus Glas und Maschinen- trägeroberfläche aus hochlegiertem Stahl eine Steigerung der Druckscherfestigkeit erreicht werden kann.

Die Aushärtbedingungen wurden zuvor optimiert und dabei festgestellt, dass diese anders als vom Hersteller des Klebstoffes empfohlen gewählt werden müssen. Die Belastung durch den Sägeprozess durch Einlagerung über 4 h in Glykol bei 40 ⁰ C wurde wiederum simuliert. Die Erweichung des Klebstoffes erfolgte durch Einlagerung in 85 ⁰ C warmen Wasser über 20 min.

überraschenderweise zeigte sich, dass auch in Experiment 7 sich der Klebstoff von beiden Seiten der verklebten Flächen löste und nicht wie aus Experiment 4 und 7 zu erwarten wäre, an der Glasplatte haften blieb.

Tabelle 4

Die Anwendung der entsprechend erfindungsgemäßem Experiment 7 gewählten Bedingungen im praktischen Produktionsprozess ermöglicht es, die Entkit- tung zu automatisieren. Zum Beispiel gestattet das Nichtanhaften des Klebstoffes am Maschinenträger, diesen z. B. mittels eines Roboterarmes aus dem heißen Wasserbad zu heben. Vor dem Wiedereinsatz sollte er ebenfalls automatisch eine automatische Reinigung durchlaufen.

* * *