DE4223215C2

DE4223215C2 - Verfahren zur Bearbeitung von Siliziumwafern

Info

Publication number: DE4223215C2
Application number: DE19924223215
Authority: DE
Inventors: Nils Dipl Ing Kummer; Klaus Breitschwerdt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: DE4223215A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bearbeitung von Siliziumwafern nach der Gattung des Hauptanspruchs wie beispielsweise aus der EP 252 739 A2 bekannt.

Es ist allgemein bekannt, Siliziumwafer bei der Bearbeitung durch Ansaugen auf einer Vakuumhalterung zu fixieren. Dieses Verfahren ist jedoch bei Siliziumwafern mit mikromechanischen Strukturen nicht anwendbar, da diese durch die dabei auf sie wirkenden Kräfte zerstört werden können.

In der EP 252 739 A2 wird ein Verfahren zur Bearbeitung eines Siliziumwafers offenbart. Dazu wird auf die Oberseite des Siliziumwafers, die bereits bearbeitet ist und Strukturen aufweist, eine Folie aufgeklebt, die nach der mechanischen Bearbeitung (Schleifen) der Rückseite des Wafers mit einem Lösungsmittel wieder entfernt wird.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß Siliziumwafer mit empfindlichen mikromechanischen Strukturen bearbeitet werden können, ohne daß damit eine Gefährdung der mikromechanischen Strukturen verbunden ist. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren besonders einfach ist und sich daher mit beliebigen anderen Bearbeitungsschritten für Siliziumwafer kombinieren läßt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders einfach erfolgt das Entfernen der Folie durch Eintauchen in Lösungsmittel, die entweder den Klebstoff, die Folie oder beide Materialien auflösen. Besonders rückstandsfrei lassen sich Kleber, die im wesentlichen ein Acrylat harz enthalten, auflösen. Geeignete Folien bestehen im wesentlichen aus einem Polyvinylchlorid oder einem Styrolpolymerisat. Das er findungsgemäße Verfahren kann mit gängigen Lösungsmitteln, die in vielen Bearbeitungsschritten zur Reinigung und Bearbeitung von Siliziumwafern verwendet werden, durchgeführt werden. Geeignet sind organische Lösungsmittel, beispielsweise Aceton, oder verdünnte Laugen. Besonders vorteilhaft läßt sich das Verfahren beim Zersägen und bei der Fotolithographie anwenden, da bei diesen Arten der Be arbeitung von Siliziumwafern die Bruchgefahr von mikromechanischen Strukturen besonders groß ist.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die Anordnung von Wafer, Folie und Vakuumhalterung,

Fig. 2 die Belackung und

Fig. 3 die Belichtung eines Silizium wafers,

Fig. 4 das Zersägen eines Siliziumwafers und

Fig. 5 das Ablösen der Folie.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Fig. 1 ist in auseinandergezogener Darstellung ein Silizium wafer 1, eine Folie 2 und eine Vakuumhalterung 3 gezeigt. Die Folie 2 ist durch einen Klebstoff mit der Unterseite des Siliziumwafers 1 verklebt. Die Haftung der Folie 2 am Siliziumwafer 1 wird durch Auf heizen auf 90°C verbessert. Der Verbund von Siliziumwafer 1 und Folie 2 wird durch Anlegen eines Vakuums auf der Vakuumhalterung 3 fixiert. Durch die Vakuumkanäle 20 wird ein Unterdruck zwischen der Folie 2 und der Vakuumhalterung 3 erzeugt. Durch die dabei ent stehenden Kräfte wird der Verbund von Siliziumwafer 1 und Folie 2 fest auf der Vakuumhalterung 3 fixiert. Durch die Verbreiterung der Vakuumkanäle 20 auf deren Oberseite wird die Fläche mit der die Folie 2 gegen die Vakuumhalterung 3 gesaugt wird, vergrößert. Als Beispiele für mikro mechanische Strukturen sind auf dem Siliziumwafer 1 eine Biegezunge 4 und eine Membran 5 gezeigt. Wenn der Siliziumwafer 1 direkt auf die Vakuumhalterung 3 gelegt würde, so würde beispielsweise die Membran 5 durch den dabei entstehenden Unterdruck verformt. Ebenso würde die Biegezunge 4 durch die zu den Vakuumkanälen 20 hin strömende Luft verformt werden. Bei entsprechender Auslegung der mikromechanischen Strukturen 4, 5 kann die Auslenkung so groß werden, daß es zum Bruch der mikromechanischen Strukturen 4, 5 kommt. Durch die Folie 2 wird dies verhindert. Im Fall der Biege zunge 4 entsteht keine Strömung, die die Biegezunge 4 verformen kann. Im Fall der geschlossenen Membran 5 entsteht im Hohlraum, der von Membran 5 und Folie 2 gebildet wird, nur ein geringer Unter druck, der aus einer eventuellen Verformung der Folie 2 resultiert.

In der Fig. 2 ist dargestellt, wie ein Siliziumwafer 1 mit einer dünnen Fotolackschicht versehen wird. Der Siliziumwafer 1 weist mikromechanische Strukturen auf, die hier der Einfachheit halber nicht dargestellt sind. Auf die Unterseite des Siliziumwafers 1 ist eine Folie 2 aufgeklebt, die wiederum durch den an den Vakuumkanälen 20 angreifenden Unterdruck fest auf der Vakuumhalterung 3 fixiert wird. Wie durch den Pfeil angedeutet, kann die Vakuumhalterung 3 rotiert werden, wobei die Rotationsachse in etwa durch die Mitte des Siliziumwafers 1 läuft. Auf der Oberseite des Siliziumwafers 1 ist ein großer Tropfen 30 eines flüssigen Fotolacks aufgebracht. Durch die Rotation der Vakuumhalterung 3 greifen an diesem Tropfen 30 Zentrifugalkräfte an, so daß der Lack bis auf eine dünne verbleibende Schicht radial nach außen geschleudert wird. Durch Ab dampfen von Lösungsmitteln aus dieser dünnen Schicht entsteht eine dünne Schicht eines Kunststoffes, die nach einer eventuellen Tempe raturnachbehandlung, durch Belichtung durch eine Maske hindurch strukturiert werden kann. Typische Drehzahlen für die Rotation der Vakuumhalterung 3 liegen in der Größenordnung von 3000 bis 6000 U/min. Siliziumwafer können beim Aufschleudern von Fotolackschichten auch durch mechanische Halterungen fixiert werden, wobei bei diesem Verfahren jedoch die Gefahr besteht, daß durch die mechanischen Halterungen das Abschleudern des Fotolacks vom Siliziumwafer be hindert wird.

In der Fig. 3 ist ein Siliziumwafer 1 mit einer auf der Unterseite aufgeklebten Folie 2 auf einer Vakuumhalterung 3 fixiert. Durch die Vakuumkanäle 20 greift ein Vakuum auf der Unterseite der Folie 2 an. Der Siliziumwafer 1 weist wieder mikromechanische Strukturen auf, die hier der Einfachheit halber nicht dargestellt sind. Auf der Oberseite des Siliziumwafers 1 ist eine dünne Fotolackschicht 9 auf gebracht. Diese wird, wie durch die Pfeile angedeutet, durch eine Fotomaske 6 belichtet. Die Fotomaske 6 kann dabei direkt auf die Oberfläche des Siliziumwafers 1 aufgesetzt werden, d. h. es besteht in diesem Fall kein Spalt zwischen der Maske 6 und dem Siliziumwafer 1. Durch diesen engen Kontakt zwischen der Maske 6 und dem Silizium wafer 1 werden Beugungserscheingungen in der Fotolackschicht 9 be sonders gering gehalten und so eine besonders hohe Auflösung der belichteten Strukturen erreicht. Durch das Aufsetzen der Maske 6 unmittelbar auf den Siliziumwafer 1 wird jedoch die Luft zwischen dem Siliziumwafer 1 und der Maske 6 teilweise verdrängt, so daß es zu einem teilweisen Anhaften des Siliziumwafers 1 an der Maske 6 kommt. Um die Maske 6 und den Siliziumwafer 1 wieder zu trennen, müssen daher vorsichtig Kräfte zwischen diesen beiden erzeugt werden. Dies geht besonders einfach, wenn der Siliziumwafer 1 fest auf einer Halterung fixiert ist. Die Belichtung mit einem direkten Kontakt zwischen der Maske 6 und dem Wafer 1 wird daher nur möglich, wenn der Wafer 1 zuverlässig gehalten werden kann. Die Fotomaske 6 kann bei der Belichtung auch einen gewissen Abstand, in der Größen ordnung von 50 bis 100 Mikrometern, zum Wafer aufweisen. Auch wenn bei dieser Art der Belichtung die Anforderungen an die Halterung des Wafers nicht so groß sind, wird die Belichtung, insbesondere die dabei notwendige Justierung der Fotomaske 6 gegenüber dem Wafer 1, durch das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich vereinfacht.

In der Fig. 4 ist ein Siliziumwafer 1 gezeigt, auf dessen Unter seite eine Folie 2 aufgeklebt ist, die dann auf einem Vakuumhalter 3 durch Absaugen der Luft durch die Vakuumkanäle 20 fixiert wird. Auch dieser Siliziumwafer 1 weist mikromechanische Strukturen auf, die hier zur Vereinfachung nicht dargestellt sind. Der Siliziumwafer 1 wird durch Zersagen mit einer Wafersäge 7, die auf einer Welle 8 rotiert, zersägt. Die Schnittiefe des Sägeblatts 7 ist dabei so ein gerichtet, daß zwar der Wafer 1 vollständig zerschnitten wird, je doch die Folie 2 nur teilweise angeritzt wird. Nach dem Sägen sind so die einzelnen Teile des Siliziumwafers 1 noch durch die Folie 2 miteinander verbunden. Erst nach dem Ablösen der Folie 2 zerfällt der Siliziumwafer 1 in einzelne Teile. Beim Ablösen der Folie 2 wird gleichzeitig eine Reinigung der einzelnen Teile erreicht.

In der Fig. 5 wird das Ablösen der Folie 2 vom Siliziumwafer 1 ge zeigt. Dazu wird der Siliziumwafer 1 in ein Gefäß 10 mit einem Lösungsmittel 11 getaucht. Das Lösungsmittel 11 ist hier so ausge legt, daß es den Klebstoff, mit dem die Folie 2 und der Silizium wafer 1 miteinander verklebt sind, auflöst. Auf der Oberfläche des Siliziumwafers 1 sind hier Fotolackstrukturen 9 ge zeigt. Diese sind in ihrem Größenverhältnis relativ zur Dicke des Siliziumwafers 1 stark übertrieben.

Das Losungsmittel 11 besteht hier aus einer verdünnten Lauge, bei spielsweise Natriumlauge oder Kaliumlauge. Solche Laugen werden bei der Bearbeitung von Siliziumwafern verwendet, um belichteten Foto lack zu entwickeln. Es ist daher möglich, durch Eintauchen eines Siliziumwafers 1 in einem Schritt die Fotolackstrukturen zu ent wickeln und die Folie 2 von der Unterseite des Siliziumwafers 1 ab zulösen. Eine Folie, die für dieses Verfahren geeignet ist, besteht beispielsweise aus Polyvinylchlorid und ist mit einem Acrylatkleber versehen.

Bei der parallelen Bearbeitung einer Vielzahl von Siliziumwafern 1 ist es jedoch problematisch, daß die abgelösten Folien 2 im Lösungs mittelbad herumschwimmen und sich so wiederum um einen Wafer wickeln können. Bei der parallelen Prozessierung einer Vielzahl von Wafern ist es daher vorteilhaft, ein Material für die Folie zu verwenden, das sich in einem geeigneten Lösungsmittel auflöst. Eine solche Kombination kann beispielsweise aus einer Folie aus Polystyrol und Aceton als Lösungsmittel bestehen.

Ein wichtiger Verarbeitungsschritt bei der Herstellung von mikro mechanischen Strukturen ist das Verbinden von mehreren Silizium wafern oder Siliziumwafern mit Glasplatten durch sog. anodisches Bonden oder Siliziumdirektbonden. Beim anodischen Bonden wird ein Siliziumwafer in unmittelbarem mechanischem Kontakt mit einer Glas platte einer Temperaturbehandlung unterzogen. Beim Siliziumdirekt bonden werden nach einer eventuellen chemischen Vorbehandlung mehrere Siliziumwafer in unmittelbarem mechanischem Kontakt einer Temperaturbehandlung unterzogen. Bei beiden Bondprozessen kommt es zu einer festen Verbindung zwischen dem Siliziumwafer und den Glasplatten bzw. zwischen den Siliziumwafern. Das Verbinden von mehreren Siliziumwafern oder Siliziumwafern mit Glasplatten durch solche Bondprozesse wird durch Verunreinigungen der Siliziumoberfläche gestört, so daß die mechanische Qualität der Bondung unzureichend ist oder es zu überhaupt keiner Verbindung kommt. Es hat sich gezeigt, daß durch mehrfaches Nachspülen der Siliziumwafer 1 nach dem Ablösen der Folien 2 in Wasser eine aus reichende Sauberkeit der Siliziumoberfläche erreicht werden konnte, so daß keine Beeinträchtigung nachfolgender Bondprozesse beobachtet wurde.

Besonders vorteilhaft an dem Ablösen der Folie in einem Lösungs mittel ist, daß keinerlei mechanische Kräfte zwischen der Folie 2 und dem Siliziumwafer 1 wirken.

Claims

1. Verfahren zur Bearbeitung eines Siliziumwafers, wobei auf den Siliziumwafer einseitig eine Folie (2) geklebt wird, die nach der Bearbeitung wieder entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumwafer (1) verformbare mikromechanische Strukturen aufweist und die Folie (2) auf die Unterseite des Siliziumwafers (1) geklebt wird, an der ein Vakuum zum Halten des Siliziumwafers (1) während eines Bearbeitungsschrittes angreift.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (2) durch Eintauchen des Siliziumwafers (1) in ein Lösungsmittel (11), welches den Klebstoff auflöst, entfernt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Folie (2) durch Eintauchen des Wafers (1) in ein Lösungsmittel (11), welches die Folie (2) auflöst, entfernt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kleber im wesentlichen ein Acrylatharz enthält.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Folie (2) im wesentlichen Polyvinylchlorid oder ein Styrolpolymerisat enthält.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß als Lösungsmittel (11) ein organisches Lösungs mittel, insbesondere Aceton, verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß als Lösungsmittel (11) eine Lauge verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß bei der Bearbeitung der Siliziumwafer (1) zersägt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß bei der Bearbeitung ein Fotolack (g) aufgebracht wird, daß dieser Fotolack (9) durch eine Maske (6) hindurch belichtet wird und der Fotolack (9) entwickelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Be lichten die Maske (6) gegen den Wafer (1) gedrückt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Be lichten die Maske (6) einen geringen Abstand zum Wafer (1) aufweist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß der Fotolack (9) durch Abschleudern eines aufge brachten Fotolacktropfens (30) aufgebracht wird.