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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PRODUCING WAFERS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/023749
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing wafers from silicon blocks, wherein a silicon block is fixed on a substrate via an adhesive layer. The silicon block is divided into wafer slices and the wafer slices are separated from the substrate. Additionally, a thin, polymer-based separating layer lies between the surface of the silicon blocks and the adhesive layer.

Inventors:
WIEDMANN WERNER (DE)
Application Number:
PCT/EP2010/062453
Publication Date:
March 03, 2011
Filing Date:
August 26, 2010
Export Citation:
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Assignee:
SCHMID GMBH & CO GEB (DE)
WIEDMANN WERNER (DE)
International Classes:
C30B29/06; B28D5/00; C30B33/00
Domestic Patent References:
WO2009040109A12009-04-02
Foreign References:
JPH10182299A1998-07-07
US6288170B12001-09-11
US5976954A1999-11-02
JP2004200558A2004-07-15
EP0762483A11997-03-12
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
RUFF, WILHELM, BEIER, DAUSTER & PARTNER (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Wafern aus Siliziumblöcken, wobei ein Siliziumblock über eine Klebeschicht auf einem Träger fixiert wird, der Siliziumblock in Waferscheiben zerteilt wird und die Wa- ferscheiben von dem Träger abgelöst werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Oberfläche des Siliziumblocks und der Klebeschicht ein dünner, polymerbasierter Trennfilm angeordnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Trennfilm unter Verwendung eines filmbildenden Mittels enthaltend oder bestehend aus mindestens einem Polysilikon, mindestens einem Wachs und/oder mindestens einem polymeren, vorzugsweise kohlenstoffbasierten Polyalkohol, gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennfilm aus Polyvinylakohol gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des Trennfilms die Oberfläche des Siliziumblocks vor dem Fixieren des Siliziumblocks auf dem Träger mit einer Lösung oder Dispersion des filmbildenden Mittels, insbesondere des polymeren Polyalkohols, benetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lösung oder Dispersion enthaltenes Lösungsmittel oder Dispersionsmittel vor dem Fixieren des Siliziumblocks im Wesentlichen vollständig von der Oberfläche des Siliziumblocks entfernt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennfilm in einer Dicke im Bereich zwischen 1 nm und 500 nm, vorzugsweise zwischen 1 nm und 100 nm, insbesondere zwischen 5 nm und 20 nm, gebildet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Oberfläche des Trägers und der Klebeschicht ein dünner, haftvermittelnder Film, insbesondere auf Basis einer wässrigen Acrylharzdispersion, angeordnet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Klebeschicht ein Epoxidharz, vorzugsweise ein 2K-Epoxidharz, verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz in Wasser aufquillt, zumindest aber in Wasser aufquellbare Bestandteile aufweist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ablösung der Waferscheiben vom Träger die Klebeschicht erwärmt wird, insbesondere auf Temperaturen zwischen 25 0C und 95 0C, insbesondere zwischen 60 0C und 90 0C.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ablösung der Waferscheiben vom Träger die Waferscheiben samt dem Träger in ein Wasserbad oder in ein Bad mit einer wässrigen Lösung, insbesondere einer sauren wässrigen Lösung, überführt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der sauren wässrigen Lösung um eine Milchsäurelösung handelt.

Description:
Beschreibung Verfahren zur Herstellung von Wafern

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wafern aus Siliziumblöcken, wobei ein Siliziumblock über eine Klebeschicht auf einem Träger fixiert wird, der Siliziumblock in Waferscheiben zerteilt wird und die Waferscheiben von dem Träger abgelöst werden.

Als Wafer werden in der Halbleiter- und Photovoltaikindustrie dünne Scheiben bezeichnet, die das Substrat darstellen, auf dem elektronische Bauelemente, vor allem integrierte Schaltkreise, mikromechanische Bauelemente oder photoelektrische Beschichtungen durch verschiedene technische Verfahren hergestellt werden können. Solche Wafer bestehen in den meisten Fällen aus mono- oder polykristallinem Silizium, GaI- liumarsenid, Indiumphosphid oder Siliziumcarbid. Die Scheiben werden in unterschiedlichen Durchmessern und Dicken gefertigt, abhängig vom jeweiligen Halbleiterwerkstoff und dem vorgesehenen Verwendungszweck. Grundsätzlich strebt man die Herstellung möglichst dünner Waferscheiben an, hauptsächlich aus Gründen der Materialersparnis. So werden für die Photovoltaik bereits Wafer hergestellt, die eine Dicke von weniger als 100 μm aufweisen.

Zur Herstellung solch dünner Waferscheiben werden Blöcke, beispielsweise aus dem erwähnten mono- oder polykristallinem Silizium, in einzelne Scheiben zerteilt. Derartige Blöcke bezeichnet man in der Regel als ingots oder bricks. Die Zerteilung erfolgt dabei bevorzugt durch Zersägen, beispielsweise mittels eines Endlosdrahts. Zum Zersägen werden die Blöcke in der Regel auf einem Träger, beispielsweise auf einer Glasplatte, angeordnet, auf dem sie dann anschließend z.B. mit Mehrfachdrahtsägen gleichzeitig in viele einzelne Waferscheiben zerteilt wer- den können. Dabei ist es üblich, die Siliziumblöcke fest, insbesondere durch Verklebung, auf dem Träger zu fixieren, so dass nach dem Zersägen die einzelnen Wafer zumindest mit einer Kante an dem Träger hängen. Es ist entsprechend erforderlich, die Wafer anschließend vom Träger abzulösen.

Insbesondere bei sehr dünnen Wafern ist dies allerdings häufig mit großen Problemen verbunden. Üblicherweise verwendete Klebstoffe, wie z.B. Epoxidharze, haften nämlich sehr fest an der Waferkante und müssen deshalb häufig manuell entfernt werden. Wafer mit Dicken von nur wenigen 100 Mikrometern zerbrechen dabei sehr leicht.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Wafern, insbesondere von Siliziumwa- fern, bereitzustellen, bei dem die genannten Probleme nicht oder nur in vermindertem Maß auftreten.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 12 angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.

Wie bei den beschriebenen gattungsgemäßen Verfahren werden auch bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Wafern Siliziumblöcke mittels eines Klebers auf einem Träger fixiert. Der Kleber bildet dabei eine dünne Klebeschicht aus, über die die Siliziumblöcke fest auf dem Träger fixiert sind. Derart fixierte Blöcke werden anschließend in Waferscheiben zerteilt. Das Zerteilen kann, wie bereits erwähnt, beispielsweise mittels einer Mehrfachdrahtsäge erfolgen, so dass gleichzeitig eine Vielzahl von Waferscheiben erzeugt wird. Diese haften über die Klebeschicht an dem Träger und müssen anschließend von dem Träger abgelöst werden.

Insbesondere dieses Ablösen kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren sehr viel leichter vonstatten gehen. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich nämlich dadurch aus, dass zwischen der Oberfläche des Siliziumblocks und der Klebeschicht ein zusätzlicher dünner, polymerbasierter, vorzugsweise hydroxygruppenhaltiger Trennfilm angeordnet wird. Dieser Trennfilm findet sich nach dem Zerteilen entsprechend auch zwischen der Oberfläche bzw. Kante der Waferscheiben und der auf dem Träger befindlichen Klebeschicht.

Der Trennfilm schwächt die Adhäsion zwischen der Klebeschicht und der Oberfläche des Siliziumblocks, so dass die Wafer vom Träger abgetrennt werden können, ohne dass Kleber an der Kante des Wafers zurückbleibt und anschließend manuell abgetrennt werden muss. Gleichzeitig schwächt die Trennschicht die Adhäsion zwischen Klebeschicht und der Oberfläche des Siliziumblocks allerdings nicht etwa in einem Maß, so dass keine ausreichende Fixierung des Siliziumblocks und damit auch der Waferscheiben auf dem Träger mehr gegeben wäre. A priori war dieses Verhalten nicht vorhersehbar.

Bevorzugt ist der Trennfilm von der Oberfläche des Siliziumblocks ablösbar. In der Regel wird er also aus einem Material gebildet, das nicht kovalent an die Oberfläche der Siliziumblöcke anbindet. Besonders bevorzugt ist der Trennfilm, wenn er sich mittels Wasser oder einer wässri- gen Lösung oder einem sonstigen geeigneten Lösungsmittel, insbesondere mittels eines z.B. auf eine Temperatur zwischen 60 0 C und 90 0 C erwärmten insbesondere wässrigen Lösungsmittels, vorzugsweise einer sauren wässrigen Lösung, von der Oberfläche des Siliziumblocks zu- mindest teilweise, in bevorzugten Ausführungsformen auch vollständig, ablösen lässt.

Der Trennfilm ist besonders bevorzugt rein organischer, also kohlenstoffbasierter Natur. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann er aber zumindest teilweise auch auf einem Polysilikon basieren. Bevorzugt wird er unter Verwendung eines filmbildenden Mittels enthaltend mindestens ein Polysilikon, mindestens ein Wachs und/oder mindestens einen polymeren, vorzugsweise kohlenstoffbasierten Polyalkohol, gebildet. Bevorzugt enthält das filmbildende Mittel nur eine dieser Komponenten oder besteht aus ihr.

Besonders bevorzugt wird der Trennfilm aus oder zumindest unter Verwendung eines polymeren, vorzugsweise kohlenstoffbasierten Polyalko- hols hergestellt. Als besonders geeignet hat sich Polyvinylalkohol (PVA) erwiesen.

Bei Polyvinylalkohol handelt es sich bekanntlich um einen Kunststoff, der beispielsweise durch Verseifung von Polyvinylestem mit stöchio- metrischen Mengen Natronlauge oder durch polymeranaloge Umwandlung aus Polyvinylacetat herstellen lässt. Entsprechend kann erfindungsgemäß einsetzbarer Polyvinylalkohol neben Hydroxygruppen auch unverseifte Estergruppen oder Acetatgruppen enthalten, wobei der Hydrolisierungsgrad bevorzugt einsetzbarer Polyvinylalkohole oberhalb von 70 %, insbesondere bei nahezu 100 %, liegt.

Unter Polysilikonen, chemisch genauer Poly(organo)siloxanen, versteht man bekanntlich synthetische Polymere, bei denen Siliciumatome über Sauerstoffatome verknüpft sind. Besonders geeignet zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind niedrigviskose Silikonöle, die als Trennmittel bereits aus anderen Bereichen der Technik bekannt sind. Unter Wachsen versteht man bekanntlich insbesondere Stoffe, die in der Regel er bei 20 0 C knetbar, fest bis brüchig hart ist, eine grobe bis feinkristalline Struktur aufweisen, farblich durchscheinend bis opak, aber nicht glasartig sind, über 40 0 C ohne Zersetzung schmelzen, wenig oberhalb des Schmelzpunktes leicht flüssig sind und eine stark temperaturabhängige Konsistenz und Löslichkeit aufweisen. Besonders geeignet zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind synthetische, insbesondere auf Erdöl basierende Wachse wie z.B. Paraffinwachse.

Bevorzugt wird zur Ausbildung des Trennfilms die Oberfläche des Siliziumblocks, natürlich vor dem Fixieren des Siliziumblocks auf dem Träger, mit einer Lösung oder Dispersion des filmbildenden Mittels, insbesondere des polymeren Polyalkohols, benetzt. Die Oberfläche des Siliziumblocks wird bevorzugt zuvor entfettet. Besonders bevorzugt kommt zum Benetzen der Oberfläche eine wässrige und/oder organische Lösungsmittel wie Alkohole, Essigsäureethylester etc. enthaltende Lösung oder Dispersion des polymeren Polyalkohols, insbesondere des Polyvinylal- kohols, zum Einsatz. Das Benetzen selbst kann durch übliche Verfahren wie beispielsweise Tauchen, Bestreichen oder Besprühen erfolgen.

In der Lösung oder der Dispersion enthaltenes Lösungsmittel bzw. Dispersionsmittel wird vor dem Fixieren des Siliziumblocks auf dem Träger im Wesentlichen vollständig von der Oberfläche des Siliziumblocks entfernt. Dazu kann man im einfachsten Fall das Lösungs- bzw. Dispersionsmittel einfach verdampfen lassen, der Verdampfungsvorgang kann aber natürlich z.B. durch Belüftung und/oder Erwärmung auch gezielt beschleunigt werden.

Bevorzugt wird der Trennfilm in einer Dicke im Bereich zwischen 1 nm und 500 nm auf der Oberfläche des Siliziumträgers gebildet. Innerhalb dieses Bereiches ist eine Dicke zwischen 1 nm und 100 nm, insbesondere zwischen 5 nm und 20 nm, weiter bevorzugt.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwischen der Oberfläche des Trägers und der Klebeschicht ein dünner, haftvermittelnder Film angeordnet. Hierfür sind z.B. handelsübliche Haftvermittler auf Acrylatbasis besonders gut geeignet. Dadurch wird der oben erwähnte Effekt, dass die Wafer vom Träger abgetrennt werden können, ohne dass Kleber an der Kante des Wafers zurückbleibt, noch verstärkt. Geeignete Zusammensetzungen, mit denen sich die Haftung von insbesondere epoxidharzbasierten Klebeschichten auf einem Substrat wie einer Glasplatte verbessern lässt, sind dem Fachmann bekannt.

Als Kleber zur Herstellung der Klebeschicht wird erfindungsgemäß bevorzugt ein Epoxidharz, vorzugsweise ein Zweikomponenten-Epoxidharz, verwendet. Bei einem Epoxidharz handelt es sich bekanntlich um einen Polyether, der in der Regel entweder durch katalytische Polymerisation von Epoxiden oder durch Umsetzung von Epoxiden wie z.B. Epichlorhydrin mit mehrwertigen Alkoholen, insbesondere mit Diolen wie z.B. Bisphenol A, dargestellt wird. Das Verkleben von Siliziumblöcken auf Trägern wie Glasplatten mit Epoxidharzen ist dem Fachmann bekannt.

Der erfindungsgemäße Vorteil, das erleichterte Ablösen der Waferschei- ben vom Träger, im Wesentlichen ohne dass Klebereste an den Wafern hängen bleiben, konnte grundsätzlich mit allen handelsüblichen, dem Fachmann als zur Verklebung von Siliziumblöcken auf Trägern wie Glasscheiben geeignet bekannten Epoxidharzen erreicht werden. Als besonders geeignet haben sich Epoxidharze erwiesen, die in Wasser oder in anderen geeigneten chemischen Zubereitungen aufquellen, zumindest in Wasser aufquellbare Bestandteile aufweisen. Die Ablösung der Waferscheiben vom Träger erfolgt in bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, indem die Klebeschicht erwärmt wird, insbesondere auf Temperaturen zwischen 25 0 C und 95 0 C, wobei innerhalb dieses Bereiches Temperaturen zwischen 60 0 C und 90 0 C besonders bevorzugt sind.

Dieses Erwärmen kann bevorzugt auch mittels Wasser oder einer wäss- rigen Lösung erfolgen. Es ist entsprechend bevorzugt, dass zur Ablösung der Waferscheiben vom Träger die Waferscheiben samt dem Träger in Wasser oder in eine wässrige Lösung oder in eine Lösung einer chemischen Zubereitung, insbesondere in eine saure wässrige Lösung, überführt werden. Besonders bevorzugt kann es sich dabei bei der sauren Lösung um eine Milchsäurelösung und/oder eine netzmittelhaltige Lösung mit einem pH -Wert zwischen 1 und 13 handeln.

In einer solchen Lösung kann der Kleber, insbesondere der Epoxidkle- ber, aufquellen, wobei nach und nach die einzelnen Wafer vom Träger abfallen bzw. von diesem separiert werden können. In bevorzugten Ausführungsformen löst sich dabei nicht nur der Kleber vollständig vom Wafer, sondern gleich auch der Trennfilm, so dass eine sich anschließende aufwendige Reinigung der Wafer entfallen kann.

Die beschriebenen und weiteren Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus dem folgenden Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können einzelne Merkmale jeweils für sich oder zu mehreren in Kombination miteinander bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein. Die beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen dienen lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung und sind in keiner Weise einschränkend zu verstehen. Ausführungsbeispiel

Die Oberfläche eines Siliziumblocks wurde mit Hilfe von Ethanol (oder einem anderen geeigneten Mittel) entfettet. Anschließend wurde auf die Oberfläche des Siliziumblocks eine ca. 5%-ige Polyvinylalkohol-Lösung (beim Lösungsmittel handelte es sich um ein Essigsäureethylester- Ethanol-Gemisch) auf die Oberfläche des Siliziumblocks aufgesprüht. Nach anschließendem Belüften und Verdunsten des Lösungsmittels wurde auf der Oberfläche des Siliziumblocks eine ca. 20 nm dicke Trennschicht aus Polyvinylalkohol erhalten.

Ein Expoxidharzkleber (Besonders geeignet sind z.B. die unter der Handelsbezeichnung VALTRON von der Firma Bucher AG mit Sitz in Spreit- zenbach, Schweiz vertriebenen Epoxidharzkleber, insbesondere die Epoxidharzkleber VALTRON AD 1339-A und VALTRON AD 1810-A) wurde mit einem geeigneten Härter (besonders geeignet sind die Härter VALTRON AD 3939-B, VALTRON AD 3905-B und VALTRON AD 1810- B, ebenfalls von der Bucher AG vertriebene Produkte) versetzt. Die Klebermischung wurde anschließend als ca. 300 bis 500 μm dicke Schicht auf eine Glasplatte als Träger aufgetragen. Die Oberfläche der Glasplatte war zuvor entfettet und mit einem Haftvermittler auf Acrylatbasis behandelt worden, der die Klebeeigenschaften des Epoxidharzklebers auf der Glasplatte verbessert.

Der mit einer Trennschicht versehenen Siliziumblock wurde mit der mit der Trennschicht versehenen Seite voran auf die mit der noch fließfähigen Kleberschicht versehenen Glasplatte aufgebracht. Anschließend ließ man den Kleber gemäß den Herstellerangaben aushärten.

Danach wurde der Siliziumblock in einer üblichen Zerkleinerungsanlage in eine Vielzahl von einzelnen Waferscheiben zersägt. Der Träger mit den darauf aufgeklebten einzelnen Waferscheiben wurde anschließend in ein Milchsäurebad überführt (200 g Milchsäure auf einen Liter Wasser), das auf eine Temperatur von 85°C erwärmt war. Nach ca. 20 bis 45 Minuten, abhängig von der Betriebsweise des Bades, waren nahezu alle Wafer vom Träger abgelöst. Die Klebeschicht war dabei vollständig am Träger verblieben, das Ablösen der Waferkanten vom Träger erfolgte rückstandsfrei.