DE10031139C2 - Verfahren und Stoffmischung zur Montage und Demontage von Halbleiterscheiben - Google Patents

Verfahren und Stoffmischung zur Montage und Demontage von Halbleiterscheiben

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage und Demontage von Halbleiterscheiben und eine Kolophoniumharz enthaltende Stoffmischung, wobei durch diese Stoffmischung zwischen der Halbleiterscheibe und einer Trägerplatte eine temperaturabhän­ gig klebende bzw. versprödende Verbindung geschaffen wird, die nach Bearbeitung der Halbleiterscheibe wieder gelöst werden kann.
Es ist bereits bekannt, Halbleiterscheiben auf Trägerplatten zu fixieren, um sie bearbeiten zu können. So wird beispielsweise zur Politur der Vorderseite einer Halbleiterscheibe die Halb­ leiterscheibe mit der Rückseite auf einer Trägerplatte fixiert. Die Verbindung zwischen der Halbleiterscheibe und der Träger­ platte wird mittels einer dünnen Schicht eines temperaturabhän­ gig klebenden bzw. versprödenden Klebstoffes geschaffen. An den Klebstoff sind außerordentliche Anforderungen zu stellen, damit die Politur erfolgreich ist. Die Trägerplatte muß gleichmäßig mit dem Klebstoff beschichtet werden können. Die Klebewirkung des Klebstoffes muß auf einen engen Temperaturbereich begrenzt sein. Der Klebstoff muß unter den Bedingungen der Politur fest sein und bleiben, so daß die Halbleiterscheibe auf der Träger­ platte fixiert bleibt. Die Verwendung des Klebstoffes darf sich insbesondere nicht nachteilig auf die Form der polierten Halb­ leiterscheibe auswirken. Die Oberfläche der polierten Halblei­ terscheibe muß möglichst eben sein. Nach der Politur sollte der Klebstoff ohne besonderen Aufwand von der Trägerplatte und der Halbleiterscheibe wieder entfernt werden können. Schließlich sollte der Klebstoff auch keine Stoffe, insbesondere Metallspu­ ren, abgeben, die die Halbleiterscheibe verunreinigen. Kolopho­ niumharze und deren Derivate sind dafür bekannt, eine temperaturabhängige Klebewirkung zu besitzen. Hierzu sei beispielswei­ se auf DE 197 56 614 A1 verwiesen.
An sich ist es beispielsweise aus der DE 195 19 499 A1 bekannt, Klebstoffe in ihren optischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften durch Zugabe von mineralischen oder organischen Füllstoffen zu gestalten, wobei diese Klebstoffe auch Kolophonium enthalten können, und durch die hohe Biegefestigkeit vorteilhaft beim Einbau von Modulen in Chipkarten sind.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Montage und De­ montage von Halbleiterscheiben, wobei durch eine Stoffmischung auf der Basis von Kolophoniumharz zwischen der Halbleiterschei­ be und einer Trägerplatte eine temperaturabhängig klebende und versprödende Verbindung geschaffen wird und die versprödete Verbindung nach erfolgter Bearbeitung, insbesondere Polieren, der Halbleiterscheibe wieder gelöst wird, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stoffmischung mindestens einen Füllstoff enthält und die versprödete Verbindung mit Wasser gelöst wird.
Der Lösevorgang im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet nicht, daß sich die versprödete Verbindung vollständig in Was­ ser lösen muß, was hinsichtlich des eingesetzten Füllstoffes nicht möglich ist. Vorzugsweise lösen sich bis auf den einge­ setzten Füllstoff alle Komponenten der erfindungsgemäßen Stoff­ mischung.
Gegenstand der Erfindung ist des weiteren eine Stoffmischung, herstellbar unter Verwendung von
  • A) chemisch modifiziertem und verestertem Kolophoniumharz,
  • B) Amin der Formel NR3, welches das Kolophoniumharz (A) ganz oder teilweise verseift, wobei R gleich oder verschieden sein kann und die Bedeutung von Wasserstoffatom oder gege­ benenfalls substituiertem Kohlenwasserstoffrest hat, mit der Maßgabe, daß mindestens einer der Reste R der Rest ei­ nes aliphatischen Alkohols ist, und der Siedepunkt des Amins bei einem Druck von 1000 hPa größer als 150°C ist,
  • C) Füllstoff und Wasser.
Als in der erfindungsgemäßen Stoffmischung eingesetztes che­ misch modifiziertes und verestertes Kolophoniumharz (A) können beliebige, kommerziell erhältliche Kolophoniumharze eingesetzt werden. Das Kolophoniumharz wird vorzugsweise durch Vakuumdes­ tillation aus Roh-Tallöl ("crude tall oil") gewonnen. Besonders bevorzugt ist eine doppelt vakuumdestillierte Fraktion des Roh- Tallöls mit enger Molekulargewichtsverteilung für die erfin­ dungsgemäße Stoffmischung zu verwenden. Das auf diese Weise ge­ wonnene Kolophoniumharz ("tall oil rosin") wird chemisch modi­ fiziert und verestert. Bevorzugt ist, daß das Kolophoniumharz durch Reaktion mit einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid und Fumarsäure, chemisch modifiziert wird. Anschließend wird das modifizierte Harz mit einem Alkohol verestert, der vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Glycerin und Pentaerythrit umfaßt. Das in der erfindungsgemäßen Stoffmischung eingesetzte chemisch modifizierte und veresterte Kolophoniumharz (A) hat eine Säure­ zahl von bevorzugt 50 bis 250, besonders bevorzugt 90 bis 150 [mg KOH/g Harz], einen Erweichungspunkt von bevorzugt 60 bis 180°C, besonders bevorzugt 90 bis 140°C, und ein Molekularge­ wicht Mw (Gewichtsmittel) von bevorzugt 1200 bis 4000.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Harz (A) um solches, welches unter dem Handelsna­ men M-1XX von Arizona Chemical, USA, kommerziell erhältlich ist, wobei XX eine laufende Produktnummer ist.
Bevorzugt handelt es sich bei den in der erfindungsgemäßen Stoffmischung eingesetzten Ammen (B) um Triethanolamin, Tri­ isopropanolamin, Diisopropanolamin und Diethanolamin, wobei Triethanolamin besonders bevorzugt ist.
Bevorzugt wird das Amin (B) in Wasser gelöst eingesetzt.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Stoffmischung wird das Kolophoniumharz (A) in Gegenwart des in Wasser gelösten Amins (B) ganz oder teilweise, bevorzugt ganz, verseift; die Harzseife geht dabei in der wässrigen Phase bevorzugt vollstän­ dig und partikelfrei in Lösung.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Stoffmischung wird Amin (B) bevorzugt in solchen Mengen, die zur vollständigen Versei­ fung des Kolophoniumharzes (A) notwendig sind, eingesetzt. Da­ bei handelt es sich im allgemeinen um Aminmengen von vorzugs­ weise 1 bis 4 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt 2 bis 3 Ge­ wichtsteilen, jeweils bezogen auf das Gewicht des Harzes (A).
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Stoffmischung einge­ setzte Menge an Wasser ist abhängig von der gewünschten Visko­ sität, die je nach Kittschichtdicke unterschiedlich eingestellt wird.
Beispiele für die erfindungsgemäß eingesetzten Füllstoffe (C) sind Ruße, Pigmente, TiO2, Fe2O3, CeO2, Rutil, Anatas, SiO2-Sol, hochdisperse Kieselsäure, organische Polymere wie Polyethylen, Polypropylen, Polyamid oder Polyurethan, insbesondere in Pul­ verform, thixotrope Polymere, derivatisierte Kohlenhydrate, Cellulose und Celluloseether. Welche Art von Füllstoff zur Her­ stellung der erfindungsgemäßen Stoffmischung eingesetzt wird, hängt unter anderem von dem gewünschten Grad an Hydrophilie bzw. von der mechanischen Härte der Klebeschicht ab.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Füllstoffe (C) haben eine spe­ zifische Oberfläche (gemessen nach BET) von bevorzugt 10 bis 500 m2/g, besonders bevorzugt 50 bis 200 m2/g.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Füllstoffe (C) haben eine Teilchengröße von bevorzugt 5 bis 1000 nm, besonders bevorzugt 10 bis 500 nm.
Bevorzugt handelt es sich bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Füllstoff (C) um anorganische Füllstoffe, besonders bevorzugt um SiO2 und Ruß, insbesondere um SiO2 als SiO2-Sol oder hoch­ disperse Kieselsäure, wobei das SiO2-Sol einen pH-Wert im Be­ reich von bevorzugt 7,4 bis 10,9 aufweist.
In den erfindungsgemäßen Stoffmischungen können Füllstoffe (C) in weiten Konzentrationsbereichen zugesetzt und somit die Kitt­ eigenschaften nahezu beliebig eingestellt werden. Durch den Zu­ satz an Füllstoffen wird das Stoffgemisch in den gewünschten Viskositätsbereich gebracht, die mechanische Härte der versprö­ deten Verbindung angepaßt (Faktor 1 bis 3, gemessen nach DIN 53519-2 als Mikro-Shore-Härte) sowie der Grad der linearen thermischen Ausdehnung etwa um Faktor 2 bis 10 (in K-1) redu­ ziert.
Die erfindungsgemäße Stoffmischung enthält Füllstoff (C) in Mengen von bevorzugt 0,001 bis 0,5 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt 0,005 bis 0,2 Gewichtsteilen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Umsetzungsproduktes aus Komponente (A) und (B).
Bevorzugt handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Stoffmi­ schungen um solche mit der folgenden Zusammensetzung:
10 bis 50 Gew.-% chemisch modifiziertes und verestertes Kolo­ phoniumharz vollständig verseift mit Amin (B),
0,1 bis 10 Gew.-% anorganischen Füllstoff (C),
0 bis 2 Gew.-% Hilfsstoffe, wie Tenside, alkoholische Lösever­ mittler sowie Farbstoffe, und
Wasser in einer die Summe der Mengenangaben zu 100 Gew.-% er­ gänzenden Menge.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll der Begriff "voll­ ständig verseift" selbstverständlich auch - bedingt durch che­ mische Gleichgewichte - die Anwesenheit von geringen Mengen freiem Kolophoniumharz (A) sowie von geringen Mengen freiem Amin (B) miteinschließen.
Falls bei der erfindungsgemäßen Stoffmischung Tenside, insbe­ sondere zur Anpassung an den gewünschten Haftzonenbereich, ein­ gesetzt werden, was nicht bevorzugt ist, handelt es sich vor­ zugsweise um nicht-ionische Tenside, insbesondere um Nonylphe­ nolpolyether, die als Weichmacher wirken können.
Falls bei der erfindungsgemäßen Stoffmischung alkoholische Lö­ severmittler, insbesondere zur Beschleunigung des Lösevorgangs, eingesetzt werden, was nicht bevorzugt ist, handelt es sich vorzugsweise um Isopropanol.
Falls bei der erfindungsgemäßen Stoffmischung Farbstoffe, ins­ besondere zur visuellen Kontrolle der Schichtdicke, eingesetzt werden, handelt es sich vorzugsweise um Kristallviolett, Fluo­ reszenzfarbstoffe, wie Rhodamin B und Eosin, und intensiv fär­ bende wasserlösliche Lebensmittelfarbstoffe, wie Malachitgrün.
Besonders bevorzugt besteht die erfindungsgemäße Stoffmischung aus
15 bis 40 Gew.-% chemisch modifiziertem und verestertem Kolo­ phoniumharz vollständig verseift mit Amin (B),
0,1 bis 10 Gew.-% anorganischem Füllstoff (C),
0 bis 2 Gew.-% Hilfsstoffe, wie Tenside, alkoholische Lösever­ mittler sowie Farbstoffe, und
Wasser in einer die Summe der Mengenangaben zu 100 Gew.-% er­ gänzenden Menge.
Die erfindungsgemäßen Stoffmischungen können für alle Zwecke eingesetzt werden, für die auch bisher Zusammensetzungen auf der Basis von Kolophoniumharzen eingesetzt wurden. Insbesondere eignen sie sich zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren zur Montage und Demontage von Halbleiterscheiben.
Die Viskosität der erfindungsgemäßen Stoffmischung ist darauf abgestimmt, Trägerplatten und/oder Halbleiterscheiben nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der Stoffmischung gleichmäßig beschichten zu können, wobei die Beschichtung bevorzugt durch Aufschleudern erfolgt. Vorzugsweise haben die erfindungsgemäßen Stoffmischungen eine Viskosität von 1 bis 50 mm2/s, besonders bevorzugt von 1 bis 30 mm2/s, jeweils bei 25°C. Die erfin­ dungsgemäßen Stoffmischungen können jedoch auch hochviskos bis pastös sein.
Nach der Beschichtung trocknet die erfindungsgemäße Stoffmi­ schung zu einer temperaturabhängig klebenden und physikalisch versprödenden Masse, wobei die Schichtdicken im Bereich von vorzugsweise 0,5 bis 10 µm liegen. Die Klebewirkung der Masse entfaltet sich nur innerhalb eines schmalen Temperaturbereiches (Haftzone, "sticking zone") von vorzugsweise 40 bis 80°C. Die Klebewirkung läßt wie bei einem Schmelzkleber nach, wenn die Masse über eine obere Temperatur der Haftzone erhitzt wird. Ebenfalls läßt die Klebewirkung unterhalb der Haftzone nach. Zur erfindungsgemäßen Herstellung einer versprödenden Verbin­ dung zwischen einer Halbleiterscheibe und der Trägerplatte wird die Trägerplatte auf eine Temperatur von vorzugsweise 60 bis 120°C erhitzt, eine oder mehrere Halbleiterscheiben auf die Trägerplatte gelegt und zusammengepreßt. Beim Abkühlen der Trägerplatte auf eine Temperatur etwas unterhalb der Haftzone här­ tet die Masse aus und schafft damit eine feste Verbindung zwi­ schen der Halbleiterscheibe und der Trägerplatte. Die so herge­ stellte Verbindung bleibt auch unter den während einer Politur üblicherweise herrschenden Temperaturbedingungen von bevorzugt 30 bis 50°C fest. Nach der Politur der Halbleiterscheibe wird die Verbindung zwischen der Halbleiterscheibe und der Träger­ platte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wieder gelöst. Dies geschieht bevorzugt dadurch, daß ein geeignetes Werkzeug, ähn­ lich einer Spachtel, einem Spatel oder einer Messerklinge, in die Klebefuge einfährt und die Halbleiterscheibe mittels der Keilwirkung absprengt. Wasser, insbesondere in Verbindung mit Megaschall (600 bis 1500 kHz), ist in der Lage, die Reste der Stoffmischung rückstandslos von der Halbleiterscheibe und der Trägerplatte abzulösen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere da­ durch aus, daß beim Erhitzen der erfindungsgemäßen Stoffmi­ schung keine brennbaren organischen Lösemittel oder gesund­ heitsschädlichen Gase frei werden, und gegen solche Substanzen gerichtete, aufwendige Sicherheitsvorkehrungen unterbleiben können.
Die erfindungsgemäße Stoffmischung kann zudem durch Erhitzen auf vergleichsweise niedrige Temperaturen in einen klebenden Zustand versetzt werden und ist auch in versprödetem Zustand mit Wasser vollständig zu lösen. Darüber hinaus hinterläßt das Verfahren keine Welligkeit im Submikrometer-Bereich ("wavi­ ness") auf der Oberfläche der polierten Halbleiterscheibe.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat des weiteren den Vorteil, daß trotz eines niedrigen Haftzonenbereichs der Kitt bei den gewählten Poliertemperaturen so wenig elastisch ist, daß die Scheiben nicht verschwimmen, und daß beim Abkitten die dazu be­ nötigte Kraft wesentlich herabgesetzt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß auch Schei­ ben mit großen Durchmessern, und damit verbunden großen Flä­ chen, fixiert werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die tempe­ raturabhängige Schrumpfung des Kitts - Hauptfaktor bei der Ver­ formung der Halbleiterscheibe beim Aufkitten - erheblich redu­ ziert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß keine De­ formationen im Randbereich der fixierten Platten auftreten.
In den nachfolgenden Beispielen beziehen sich alle Angaben von Teilen und Prozentsätzen, soweit nicht anders angegeben, auf das Gewicht. Sofern nicht anders angegeben, werden die folgen­ den Beispiele bei einem Druck der umgebenden Atmosphäre, also bei etwa 1000 hPa, und bei Raumtemperatur, also etwa 20°C bzw. einer Temperatur, die sich beim Zusammengeben der Reaktanden bei Raumtemperatur ohne zusätzliche Heizung oder Kühlung ein­ stellt, durchgeführt. Alle in den Beispielen angeführten Visko­ sitätsangaben sollen sich auf eine Temperatur von 25°C bezie­ hen.
Beispiel 1
Zu 35,74 kg eines Kolphoniumharzes (käuflich erhältlich unter dem Handelsnamen M-108 von Arizona Chemical, USA) wurden unter Rühren nacheinander 139,26 kg deionisiertes Wasser, 14,74 kg Triethanolamin (80 Gew.-%ig in Wasser), 4,52 kg Nonylphenolpo­ lyether, 19,64 kg reines Isopropanol und 0,1 kg Kristallviolett gegeben. Nach dem Auflösen der Feststoffe wurde der Ansatz durch einen 1 µm Beutelfilter filtriert. Die Viskosität der Lö­ sung betrug 22 mm2/s (Stammlösung).
Zu 9,7 kg der so erhaltenen Stammlösung wurden 0,3 kg 30%iges Kieselsol mit einer mittleren Korngröße von 200 nm (pH-Wert: 9,2; käuflich erhältlich unter der Bezeichnung Levasil® bei Bayer AG) gegeben und die Korngrößenverteilung der Mischung ge­ messen (AccuSizer Model 770). Erst nach einer Standzeit von 24 Stunden war ein leichter Anstieg bei den Partikeln < 10 µm festzustellen, obwohl bereits nach ca. 3 Stunden eine gewisse Gelierung des Systems bemerkt wurde.
Die so frisch erhaltene Mischung wurde nun unter rotatorischer Drehung der Trägerplatte aus oxidischer Keramik aufgebracht, bei 45°C getrocknet, wobei eine Schichtdicke von 3 µm erhalten wurde.
Die Haftzone der getrockneten Stoffmischung lag in einem Tempe­ raturbereich von 50 bis 56°C. Nach weiterem Heizen auf 70°C (d. h. oberhalb der Haftzonentemperatur) wurden Wafer aufge­ presst und poliert. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur und Tren­ nen der Wafer vom versprödeten Kitt wurden dessen Reste in dei­ onisiertem Wasser unter Mitwirkung von Megaschall (700 kHz) bei 40°C rückstandsfrei entfernt.
Beispiel 2
Zu 9,8 kg der in Beispiel 1 beschriebenen Stammlösung wurden 0,1 kg Russ mit einer Korngröße von nominal 0,5 µm (käuflich erhältlich unter dem Handelsnamen Printex XE2 Perlen bei der Degussa AG, Hanau) - angeteigt mit 0,1 kg Wasser - gegeben.
Unter ständigem, leichten Rühren zur Vermeidung einer langsam auftretenden Phasentrennung wurde die so erhaltene Mischung, wie in Beispiel 1 beschrieben, auf die Trägerplatte appliziert und der Wafer montiert. Durch die erhöhte Härte des Kitts wurde der Wafer im Randbereich besser unterstützt und somit weniger verformt. Dies resultierte in einer um 0,1 µm geringeren Dickenstreuung des Wafers nach der Politur.

Claims (6)

1. Verfahren zur Montage und Demontage von Halbleiterscheiben, wobei durch eine Stoffmischung auf der Basis von Kolophonium­ harz zwischen der Halbleiterscheibe und einer Trägerplatte eine temperaturabhängig klebende und versprödende Verbindung ge­ schaffen wird und die versprödete Verbindung nach erfolgter Be­ arbeitung der Halbleiterscheibe wieder gelöst wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stoffmischung mindestens einen Füllstoff enthält und die versprödete Verbindung mit Wasser gelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Füllstoff um anorganische oder organische Füll­ stoffe mit einer Teilchengröße von 5 bis 1000 nm handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Füllstoff um einen anorganischen Füllstoff handelt.
4. Stoffmischung herstellbar unter Verwendung von
  • A) chemisch modifiziertem und verestertem Kolophoniumharz,
  • B) Amin der Formel NR3, welches das Kolophoniumharz (A) ganz oder teilweise verseift, wobei R gleich oder verschieden sein kann und die Bedeutung von Wasserstoffatom oder gege­ benenfalls substituiertem Kohlenwasserstoffrest hat, mit der Maßgabe, daß mindestens einer der Reste R der Rest ei­ nes aliphatischen Alkohols ist, und der Siedepunkt des Amins bei einem Druck von 1000 hPa größer als 150°C ist,
  • C) Füllstoff und Wasser.
5. Stoffmischung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie sich aus
10 bis 50 Gew.-% chemisch modifiziertem und verestertem Kolophoniumharz vollständig verseift mit Amin (B),
0,1 bis 10 Gew.-% anorganischen Füllstoff (C),
0 bis 2 Gew.-% Hilfsstoffe, wie Tenside, alkoholische Lösever­ mittler sowie Farbstoffe, und
Wasser in einer die Summe der Mengenangaben zu 100 Gew.-% er­ gänzenden Menge
zusammensetzt.
6. Stoffmischung gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß sie aus
15 bis 40 Gew.-% chemisch modifiziertem und verestertem Kolo­ phoniumharz vollständig verseift mit Amin (B),
0,1 bis 10 Gew.-% anorganischem Füllstoff (C),
0 bis 2 Gew.-% Hilfsstoffe, wie Tenside, alkoholische Lösever­ mittler sowie Farbstoffe, und
Wasser in einer die Summe der Mengenangaben zu 100 Gew.-% er­ gänzenden Menge
besteht.
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