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Dokumentenidentifikation DE102005053410B4 24.01.2008
Titel Verfahren zur Vereinzelung von scheibenförmigen Substraten unter Nutzung von Adhäsionskräften
Anmelder Coenen, Wolfgang, Dipl.-Ing., 28879 Grasberg, DE
DE-Anmeldedatum 09.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005053410
Offenlegungstag 24.05.2007
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.01.2008
Addition 102006021647.4
IPC-Hauptklasse B26F 3/00(2006.01)A, F, I, 20051109, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 21/304(2006.01)A, L, I, 20051109, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Für die Halbleiter-, die MST-(Mikrostrukturtechnologie) und die Photovoltaik Industrie werden zum Herstellen ihrer Produkte scheibenförmige Substrate (zum Beispiel so genannte 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 &mgr;m) 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 &mgr;m–320 &mgr;m. 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 &mgr;m. 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 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 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.

Es ist aus der Schrift DE 103 597 32 A1 bekannt, dass ein Substratträger mit einer Kunststoffauflage mittels Adhäsion flächige Körper haltert. Die Adhäsionskräfte bilden sich zwischen den Oberflächen des flächigen Körpers und der Kunststoffauflage aus. Nachteilig ist, dass dies gemäß der angegebenen Schrift offensichtlich nur mit trockenen, flächigen Körpern durchzuführen ist.

Die geringen Stärken von weniger als 130 &mgr;m 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, dass Vereinzelungsprozesse weitgehend automatisiert werden.

Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Vereinzelung von scheibenförmigen Substraten unter Nutzung von Adhäsionskräften bereitzustellen, wobei die scheibenförmigen Substrate zwischen Verarbeitungspositionen unter Aufwendung geringster mechanischer Belastung bei weitestgehender Vermeidung der Bruchgefahr transportiert werden. Weiterhin soll dieses Verfahren einen hohen Automatisierungsgrad bieten.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

Es wird der Effekt ausgenutzt, dass zwischen sehr glatten Flächen intermolekulare Kräfte (Adhäsionskräfte: van-der-Waal'sche Bindungen; Wasserstoff-Brückenbindungen) im Grenzschichtbereich wirken.

Dazu ist es notwendig, dass sich zwischen den beiden Oberflächen ein Flüssigkeitsfilm befindet. Auf diesem Flüssigkeitsfilm lassen sich die beiden Oberflächen aufeinander verschieben und bleiben dennoch aneinander haften.

Dazu muss jedoch der dazu geeignete Werkstoff mit der dafür notwendigen Oberflächenbeschaffenheit für das Trägerelement des Vereinzelungssystems für scheibenförmige Substrate ausgesucht werden.

Versuche ergaben, dass die besten Ergebnisse für diesen Zweck mit Kunststoffen, die eine feinstrukturierte Oberfläche besitzen, erzielt wurden.

In den Zeichnungen ist das Verfahren schematisch dargestellt und wird an Hand der nachfolgenden Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

1: Die geschnittenen scheibenförmigen Substrate (2) mit der dazwischen haftenden Flüssigkeit (3)

2: erster Schritt zur Vereinzelung der scheibenförmigen Substrate (2): Aufsetzen des Trägerelementes (1)) auf das scheibenförmige Substrat (2) und Abschieben des scheibenförmigen Substrates (2) vom Waferstapel

3: zweiter Schritt zur Vereinzelung der scheibenförmigen Substrate (2): Abstreifen des scheibenförmige Substrates (2) an der Rückhaltevorrichtung (4))

4: letzter Schritt: 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)

Die 1 zeigt scheibenförmige Substrate (2), die in einem bereits geschnittenen und gereinigten Block oder Zylinder aneinander haften, 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. (2)

Durch die bereits erwähnten intermolekularen Kräfte im Grenzschichtbereich, die selbstverständlich auch zwischen den einzelnen scheibenförmigen Substraten (2) wirksam sind, weil auch hier zwischen den einzelnen scheibenförmigen Substraten ein Flüssigkeitsfilm ist, werden in der Regel durch die ebenfalls hier wirkenden Adhäsionskräfte weitere scheibenförmigen Substrate (2) mitgezogen, die zurückgehalten werden müssen. (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 Substrate (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.

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 das scheibenförmigen Substrat (2) vereinzelt abgezogen werden kann.

Die Rückhaltevorrichtung (4) zeigt also eine genügend hohe Adhäsionskraft, um den (die) mitgezogenen scheibenförmigen Substrate (2) zurückzuhalten, d.h. dass die Adhäsionskraft, die von der Rückhaltevorrichtung (4) auf den zweiten und die folgenden scheibenförmigen Substrate (2) wirkt, größer ist als die Adhäsionskraft, die den ersten und die folgenden scheibenförmigen Substrate (2) aneinander haften lässt.

Nachdem das erste scheibenförmige Substrat (2) am Trägerelement (1) haften geblieben ist, wird dieser am Trägerelement (1) haftend dorthin transportiert, wo er abgelegt werden soll.

Diese Stelle (z.B. Aufnahmegestell oder Montagerahmen (6)) liegt vollständig in einer Flüssigkeit (3), die sich in einem Becken (5) befindet. (4) Sobald sich das am Trägerelement (1) haftende scheibenförmige Substrat (2) ebenfalls vollständig in dieser Flüssigkeit (3) befindet, löst es sich völlig selbständig vom Trägerelement (1), weil die Adhäsionskräfte ihre Wirkung verlieren, da der Flüssigkeitsfilm (3) zwischen dem scheibenförmigen Substrat (2) und dem Trägerelement (1) durch die einsetzende Kapillarwirkung dicker wird.

Dadurch werden die Adhäsionskräfte aufgehoben und ein weiteres Haften verhindert. So kann das scheibenförmige Substrat (2) in der dafür vorgesehenen Aufnahmevorrichtung (6) äußerst genau platziert werden.

Auf die gleiche Art werden auch die übrigen scheibenförmigen Substrate (2) getrennt.

Wesentlich bei diesem Verfahren zur Vereinzelung von scheibenförmigen Substraten nach der Adhäsionsmethode ist, dass bei diesem Verfahren nur äußerst geringe mechanische Belastungen auf das scheibenförmigen Substrat (2) einwirken und es nicht mit Kräften belastet wird, die derart auf es wirken können, dass es beschädigt wird, denn durch die Reduzierung der mechanischen Belastungen mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens ist die Bruchgefahr für das scheibenförmige Substrat (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, weil es vorkommen kann, dass einzelne bereits geschnittene scheibenförmige Substrate durch das Sägen selbst 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 Wafers (2) vom Stapel der scheibenförmigen Substrate auf weniger als 2 sec (Dies gilt für scheibenförmige Substrate (2) mit einer Größe von 140 mm × 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 pro geschnittenem Block bzw. Zylinder erzielt und die Wirtschaftlichkeit wesentlich verbessert.

1
Trägerelement mit feinstrukturierter Oberfläche
2
scheibenförmiges Substrat (Wafer)
3
Flüssigkeit
4
Rückhaltevorrichtung
5
Becken mit Flüssigkeit
6
Ablagevorrichtung


Anspruch[de]
Verfahren zur Vereinzelung von scheibenförmigen Substraten (2), zum Beispiel Wafern, unter Ausnutzung der Gesetze der Adhäsion zwischen einem Trägerelement und einem scheibenförmigen Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass in einem

– ersten Schritt die in einer Emulsion (3), Flüssigkeit (3) oder einer Gasphase (3) gestapelten scheibenförmigen Substrate (2), einzeln durch Abziehen entnommen und in einem

– zweiten Schritt das an dem Trägerelement (1) haftende scheibenförmige Substrat (2) zu unterschiedlichen Orten bewegt wird, und in einem

– dritten Schritt das Trägerelement (1) mit dem daran haftenden scheibenförmigen Substrat (2) in ein geeignetes Medium z.B. eine Flüssigkeit (3) getaucht wird, wobei sich das scheibenförmige Substrat (2) vom Trägerelement (1) durch die einsetzende Kapillarwirkung trennt und dadurch an einem festgelegten Ort in dem Medium in dem sich eine Aufnahmevorrichtung (6) befindet, kontrolliert abgelegt wird, wobei Adhäsionskräfte durch Wechselwirkung von Kräften zwischen feinstrukturierten Oberflächen (1, 2) unter Einfluss eines Flüssigkeitsfilms (3) zwischen diesen Oberflächen (1, 2) wirken und das Abziehen unter Ausnutzung der höheren Adhäsionskraft zwischen der Oberfläche des scheibenförmigen Substrates (2) und des Trägerelementes (1) gegenüber der geringeren Adhäsionskraft zwischen den scheibenförmigen Substraten (2) untereinander erfolgt.
Verfahren zur Vereinzelung von scheibenförmigen Substraten (2) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abziehen des scheibenförmigen Substrates über eine Rückhaltevorrichtung (4) erfolgt. Verfahren zur Vereinzelung von scheibenförmigen Substraten (2) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (1) eine feinstrukturierte Oberfläche aufweist. Verfahren zur Vereinzelung von scheibenförmigen Substraten (2) gemäß Anspruch 1, 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) eine oder mehrere flexible Abstreifkanten aufweist, so dass eine sichere Trennung der scheibenförmigen Substrate (2) gewährleistet ist. Verfahren zur Vereinzelung von scheibenförmigen Substraten (2) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu trennende scheibenförmige Substrat (2) und das Trägerelement (1) mit feinstrukturierter Oberfläche aufeinander platziert werden. Verfahren zur Vereinzelung von scheibenförmigen Substraten (2) gemäß Anspruch 1–2 dadurch gekennzeichnet, dass die dem ersten scheibenförmigen Substrat (2) folgenden scheibenförmigen Substrate (2) durch die Rückhaltevorrichtung (4) zurückgehalten werden.






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