WO2006094870A1 - Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von wafern auf montageträgern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von wafern auf montageträgern Download PDF

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WO2006094870A1
WO2006094870A1 PCT/EP2006/050783 EP2006050783W WO2006094870A1 WO 2006094870 A1 WO2006094870 A1 WO 2006094870A1 EP 2006050783 W EP2006050783 W EP 2006050783W WO 2006094870 A1 WO2006094870 A1 WO 2006094870A1
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wafer
liquid film
edge zone
processing
liquid
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PCT/EP2006/050783
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Werner Kröninger
Manfred Schneegans
Original Assignee
Infineon Technologies Ag
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68757—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a coating or a hardness or a material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/06—Work supports, e.g. adjustable steadies
    • B24B41/068—Table-like supports for panels, sheets or the like

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for processing wafers on mounting supports, in particular for fixing and releasing wafers on mounting supports, so-called chucks, according to the preambles of claims 1 and 13.
  • the substrates are ground on the back side.
  • This is known from practice, a method in which the front sides of the wafer are laminated with a protective film.
  • the wafer is fixed with the laminated front side on the vacuum grinding table (vacuum chuck) and thinned with the addition of cooling water by means of diamond-equipped grinding wheels.
  • the protective film should also compensate and level process-related height differences in the circuits on the wafer. Strong topographies in the semiconductor circuit or strong substrate thinning cause local thickness unevenness of the substrates (dimples) during the process
  • metal bumps with a height of up to 150 ⁇ m are additionally applied to the front side, which are used for direct contacting on circuit boards. These high bumps can no longer be smoothly covered with conventional protective films.
  • the backside thinning under 300 ⁇ m substrate thickness is problematic without damage.
  • Topographies on the wafer with a height of up to 50 ⁇ m can be compensated for by means of thicker adhesive layers on the protective films. be.
  • possible adhesive residues and thus increased contamination endanger the reliability of block assemblies.
  • Leveling through additional paint layers on the wafer surface and especially their removal / disposal make the process considerably more expensive.
  • special films are under development; the price of such films will be twice as high compared to previous standard material.
  • the protective film is glued to the wafer top and cut flush by a rotating heated knife on the wafer edge.
  • the puller is followed by fixing the wafer on a vacuum chuck, adhering a special peel-off adhesive tape, and peeling the protective film from the wafer while supplying ionized air (against electrostatic charging while the film is peeled off).
  • the patent literature also discloses various methods and devices that address the problems of fixing wafers to mounting substrates. There are also partially addressed the difficulties of fixing wafers on mounting supports when the wafers are to be thinned.
  • EP 1 148 554 A1 An example of such a reference is EP 1 148 554 A1.
  • a method for highly accurate and fast thinning of a semiconductor substrate is described, which is independent of the tolerance of a mounting substrate and an adhesive joint, with which the substrate is attached to the mounting bracket, can be executed.
  • a first doped layer with p-type dopant is formed in the substrate.
  • the substrate is first abraded from its back and etched back wet-chemically.
  • the first doped layer serves as etch stop.
  • the reference cited in this document to the prior art is "Seraiconductor Wafer Bonding: Science and Technology, QY Tong, Wiley-Interscience Publication”.
  • the thinning process of the semiconductor substrate is one of the most technologically demanding and expensive process steps.
  • the first wafer serves as a carrier
  • the second wafer is thinned by the following method and arranged on the first wafer.
  • the second wafer on its front side, which is the side with the electric circuits, is provided with an adhesive layer and connected to a mounting substrate.
  • the second wafer is then thinned from its back, using usually up to three methods sequentially.
  • a grinding process is usually used, followed by a chemical etching process and a chemical mechanical polishing (CMP).
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the aim of this method is to obtain a residual thickness of the semiconductor substrate in the range of 10 microns, taking into account the following process steps particularly on the planarity and the exact compliance with the target thickness value must be placed.
  • the three thinning methods mentioned each have different disadvantages, so that the best result is achieved by a combination of the known methods.
  • the grinding is the fastest method and is therefore used as a first step to ablate most of the semiconductor layer.
  • the substrate surface undergoes damage by the grinding, which are removed in a subsequent chemical etching step.
  • the chemical etching step has however, has the disadvantage that the etched surface is not planar, but has a waviness in the range of +/- 3%, which has the layer thickness removed by the etching step.
  • a chemical mechanical polishing CMP is performed, whereby the waviness of the surface is polished out.
  • the CMP step is slow and expensive and is therefore used only for aftertreatment of the surface.
  • the grinding removal is adjusted by the adjustment of the system plane parallel to the mounting bracket to which the second substrate wafer is attached. It should be noted that a not plane-parallel to the mounting bracket mounted wafer is ground off obliquely. Since the substrate wafer is fastened, for example with adhesive, to the mounting carrier, an adhesive joint is located between the substrate and the mounting carrier.
  • the adhesive joint has a different layer thickness, as is formed, for example, in the case of a wedge shape, then the substrate is not aligned plane-parallel to the mounting carrier. During the subsequent grinding process, the substrate wafer is therefore not abraded plane-parallel to its surface on which the electrical circuits are arranged.
  • This problem can be solved, for example, by making the glue joint very thin.
  • this has the disadvantage that no filled adhesive can be used, which would be advantageous in the subsequent detachment of the substrate from the mounting substrate, since z. B. solvent can easily dissolve the adhesive from thick adhesive joints.
  • the adjustment accuracy of the mounting carrier in relation to the grinding plate is a factor in the accuracy of the grinding process.
  • the grinding process can not be dispensed with since etching processes are too inaccurate and CMP too slow.
  • a method is known in which a buried oxide layer is used as an etch stop. Wafers having such a buried oxide layer are known as so-called SOI wafers (silicon on insulator). These wafers are much more expensive than standard wafers and require a modified process management in the manufacture of circuits in the silicon substrate over conventional silicon wafers. This requires an adaptation of the process technology.
  • SOI wafers A particular disadvantage of SOI wafers is that they have high internal mechanical stresses. If SOI wafers are thinned down to a few 10 ⁇ m and below, this leads to peeling off of the silicon layer from the mounting substrate and to rolling up of the silicon layer.
  • the cited document describes a device which has a turntable which has a planar surface and which is made of a stable material, so that it is made sufficiently rigid.
  • the turntable By means of a driven rotary shaft, the turntable is rotated in a predeterminable direction.
  • a polishing pad and / or a polishing agent On the surface of the turntable there is a polishing pad and / or a polishing agent, above the turntable there is a holding head for the substrate to be polished, for example a semiconductor wafer, hereinafter referred to as wafer.
  • the substrate holding head may also be rotatable. With the aid of the substrate holding head, the substrate to be polished is pressed against the polishing pad and polished due to the relative rotational movements under the action of the abrasive.
  • the polishing process takes place under a certain contact pressure and it can happen that the substrate to be polished separates from the substrate holding head and moves uncontrolled over the turntable. This can lead to damage to the direction.
  • the substrate becomes un
  • the invention has for its object to provide a method for processing wafers on mounting supports, in particular for fixing and loosening of wafers and an apparatus for performing the method, wherein the wafer is extremely spared and wherein the device for fixing and dissolving the wafer easy to set up and the process is reliable and easy to carry out.
  • a method for processing wafers on mounting supports, in particular for fixing and releasing wafers, on whose front sides electrical circuits are arranged and whose rear sides are subjected to processing steps by the following method steps, is particularly advantageous: provision of a mounting support;
  • the liquid nitrogen can be supplied to the mounting bracket via the wafer.
  • liquid nitrogen serves as coolant and lubricant in the backside processing of the wafer.
  • the liquid nitrogen can also be supplied to the mounting bracket through channels.
  • the fluid-tight area of the liquid film within the solidified edge zone protects the electrical circuit-equipped front side of the wafer from mechanical pressure peaks and vibrations during the backside processing of the wafer.
  • the solidification of the edge zone of the liquid film prevents the penetration of foreign matter and prevents the contamination of the wafer and the mounting bracket.
  • the cooling of the back side of the wafer keeps the oxidation on the surface thereof low during the machining process. It is particularly advantageous if at least one of the processing steps is the thin-grinding of the wafer, in particular if it is the thin-grinding of the backside of the wafer.
  • a device for fixing wafers to mounting supports, in particular wafers, whose back sides are subjected to processing steps is particularly suitable if there is a liquid film on the mounting support in which the front side of the wafer can be embedded, if further a tempering device for temperature control of the liquid film is present, wherein by means of the tempering of the state of matter of the liquid film is partially changed such that an annular edge zone of the liquid film can be brought to solidification and the wafer is fixed to the solidified edge zone.
  • the mounting carrier consists of a vacuum table which has a ceramic element for receiving the wafer, and a liquid film is present between the ceramic element and the wafer.
  • a device is also advantageous if channels are present in the edge zone of the ceramic element, and if media flows in the channels, with the aid of which the state of aggregation of the liquid film can be changed, whereby the edge zone of the ceramic element can be cooled or heated by the flowing media.
  • liquid nitrogen is suitable in a particularly advantageous manner, whereby the liquid film can be solidified in its edge zone.
  • the device is to operate when the liquid film consists of an aqueous solution, in particular consists of water, it is advantageous if a water film is retained within the solidified edge zone.
  • a device is also distinguished when at least the ceramic element is adapted to the material of the wafer with regard to its thermal expansion behavior.
  • the disk deflection is reduced by reduced Si oxide growth.
  • the method according to the invention and the device for carrying out the method can be used for all products such as memory, logic, power wafers with backside thinning, in particular also for the so-called bumped wafers.
  • Figure 1 is a greatly simplified section through a
  • FIG. 2 shows a plan view of the mounting bracket according to FIG. 1
  • a mounting support 1 as shown in FIG. 1, consists essentially of a vacuum table 2 on whose surface facing the wafer 3 to be fixed a porous ceramic element 4 is located.
  • channels 5 which serve for heating or cooling of the ceramic element 4.
  • a liquid film 6 consisting of an aqueous solution, on which the wafer 3 is placed with its front side and to a certain extent floats.
  • the front side of the wafer 3 is the surface side on which the electrical circuits are located. Due to the process-related application of the circuits, the front side of the wafer 3 has relatively high height differences. As already described at the beginning, additional metal connections, so-called bumps, of up to 150 ⁇ m in height, which serve for direct contacting on printed circuit boards, are applied especially on newer semiconductor chip mounting forms, for example for flip chip mounting on the front side of the wafer.
  • the fixation does not take place, as in the prior art by vacuum suction of the wafer 3 via the ceramic element 4, but by selective cooling of the ceramic element 4 by means of liquid nitrogen, which flows through the channels 5.
  • the keratin core 4 covered by the liquid film 6 is cooled sufficiently in its edge zone 7 that an edge icing 8 of the liquid film 6 occurs which fixes the wafer 3 at its edge.
  • an aqueous solution or water as liquid film 6, which creates considerable cost advantages.
  • a water film 6 is obtained in the inner region of the edge icing 8, which surrounds the topographies of the building blocks and even the bumps, which absorbs mechanical pressure peaks and vibrations during the grinding of the back side of the wafer 3 and possibly attenuates them, and the front side of the wafer 3 free from the influence of any coercive forces.
  • the grinding forces occurring from above during backside grinding of the wafer 3 are absorbed by the hydrostatic pressure in the water film 6 and the wafer 3 is relieved.
  • the wafer 3 can be adapted to a slightly conical shape of the chuck if, as in some cases, its center is 40 ⁇ m higher than its edge region 7.

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern auf Montageträgern Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern (3) auf Montageträgern (1) bei dem der zu bearbeitende Wafer (3) durch Vereisung eines Flüssigkeitsfilras (6), welcher sich zwischen der Vorderseite des Wafers (3) und dem Montageträger (1) befindet, auf diesem fixiert wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern auf Montageträgern
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern auf Montageträgern, insbesondere zum Fixieren und Lösen von Wafern auf Montageträgern, so genannten Chucks, gemäß der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 13.
Zum Dünnen der Wafer vor bestimmten Prozessschritten, wie beispielsweise Sägen oder dem Bestücken mit Bausteinen, werden die Substrate rückseitig geschliffen. Dazu ist aus der Praxis eine Methode bekannt, bei der die Vorderseiten der Wafer mit einer Schutzfolie laminiert werden. Der Wafer wird mit der laminierten Vorderseite auf dem Vakuum-Schleiftisch (Vakuum-Chuck) fixiert und unter Zugabe von Kühlwasser mittels Diamant bestückter Schleifscheiben gedünnt.
Die Schutzfolie soll auch prozessbedingte Höhenunterschiede in den Schaltkreisen auf dem Wafer ausgleichen und einebnen. Starke Topographien in der Halbleiter-Schaltung oder starke Substrat-Dünnungen verursachen lokale Dicken- Ungleichmäßigkeiten der Substrate (Dimples) während des
Schleifens. Dadurch entstandene mechanische Spannungen im Substrat können zu Rissen und Chip-Bruch führen. Besonders bei neueren Flip Chip Montageformen werden auf der Vorderseite zusätzlich Metallanschlüsse (Bumps) mit bis zu 150 μm Höhe aufgebracht, die zur direkten Kontaktierung auf Platinen dienen. Diese hohen Bumps können mit konventionellen Schutzfolien nicht mehr glatt abgedeckt werden. Die Rückseitendünnung unter 300 μm Substrat-Dicke ist ohne Schädigungen problematisch.
Topographien auf dem Wafer mit bis zu 50 μm Höhe können mittels dickerer Kleberschichten auf den Schutzfolien ausgegli- chen werden. Mögliche Kleberreste und damit erhöhte Kontamination gefährden dabei aber die Zuverlässigkeit von Baustein- Montagen. Einebnung durch zusätzliche Lackschichten auf der Waferoberfläche und besonders deren Entfernung/Entsorgung verteuern den Prozess erheblich. Für noch höhere Kontakt- Bumps sind spezielle Folien in der Entwicklung; der Preis solcher Folien wird doppelt so hoch gegenüber bisherigem Standard-Material sein.
Für die Prozesse „Schutzfolie laminieren" und „Schutzfolie entfernen" sind eigene Geräte notwendig. Im Laminiergerät wird die Schutzfolie auf die Waferoberseite aufgeklebt und durch ein umlaufendes geheiztes Messer bündig am Waferrand abgeschnitten. Nach dem Rückseiten-Dünnschleifen folgt im Ab- ziehgerät die Fixierung des Wafers auf einem Vakuum-Chuck, das Aufkleben eines speziellen Abzieh-Klebebandes und das Abziehen der Schutzfolie vom Wafer unter Zuführung ionisierter Luft (gegen elektrostatische Aufladung während des Abziehens der Folie) . Diese Verfahrensschritte sind aufwändig.
Bisher musste das Dünn-Schleifen der Wafer vor dem Aufbringen der Kontakt-Bumps erfolgen, was mit erhöhter Bruchgefahr der gedünnten Wafer in den nachfolgenden Metallisierungs- und Ätzprozessen verbunden war.
Aus der Patentliteratur sind außerdem verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die sich mit den Problemen bei der Fixierung von Wafern auf Montageträgern befassen. Dort werden auch teilweise die Schwierigkeiten der Fixierung von Wafern auf Montageträgern angesprochen, wenn die Wafer gedünnt werden sollen.
Ein Beispiel für eine solche Literaturstelle ist die EP 1 148 554 Al. Dort ist ein Verfahren zum hochgenauen und schnellen Dünnen von einem Halbleitersubstrat beschrieben, das unabhängig von der Toleranz eines Montageträgers und einer Klebefuge, mit der das Substrat an dem Montageträger befestigt wird, ausgeführt werden kann. Dazu wird in dem Substrat eine erste dotierte Schicht mit p-Dotierstoff gebildet. Anschließend wird das Substrat zunächst von seiner Rückseite abgeschliffen und nasschemisch weiter zurückgeätzt. Dabei dient die erste dotierte Schicht als Ätzstopp. In dieser Druckschrift wird zum Stand der Technik beispielsweise folgende Literaturstelle zitiert: "Seraiconductor Wafer Bonding: Science and Technology, Q. Y. Tong, Wiley-Interscience Publication" . Dort wird auf den Seiten 1 bis 13 beschrieben, dass bei einem derartigen Verfahren der Dünnungsprozess des Halbleitersubstrats einer der technologisch anspruchsvollsten und teuersten Prozessschritte ist. Für die dreidimensionale Integration werden üblicherweise zunächst zwei fertig prozessierte Wafer bereitgestellt. Der erste Wafer dient dabei als Träger, der zweite Wafer wird mit dem folgenden Verfahren gedünnt und auf dem ersten Wafer angeordnet. Zur Dünnung wird zunächst der zweite Wafer auf seiner Vorderseite, bei der es sich um die Seite mit den elektrischen Schaltkreisen handelt, mit einer Klebeschicht versehen und mit einem Montageträger verbunden. Der zweite Wafer wird dann von seiner Rückseite her gedünnt, wobei, üblicherweise bis zu drei Verfahren sequentiell zur Anwendung kommen. Als erstes wird meist ein Schleifverfahren verwendet, an das sich ein chemisches Ätzverfahren und ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) anschließt. Ziel dieses Verfahrens ist eine Restdicke des Halbleiter Substrats im Bereich von 10 μm zu erhalten, wobei unter Berücksichtigung der folgenden Prozessschritte besonders auf die Planarität und die exakte Einhaltung der Zieldicke Wert gelegt werden muss. Die drei genannten Dünnungsverfahren beinhalten aufgrund ih- rer unterschiedlichen Arbeitsweisen jeweils unterschiedliche Nachteile, so dass das beste Ergebnis durch eine Kombination der bekannten Verfahren erreicht wird. Das Schleifen ist das schnellste Verfahren und wird deshalb als erster Schritt eingesetzt, um den größten Teil der Halbleiterschicht abzutra- gen. Allerdings erfährt die Substratoberfläche Schädigungen durch das Schleifen, die in einem anschließenden chemischen Ätzschritt abgetragen werden. Der chemische Ätzschritt hat allerdings den Nachteil, dass die geätzte Oberfläche nicht planar ist, sondern eine Welligkeit im Bereich von +/-3%, der durch den Ätzschritt abgetragenen Schichtdicke aufweist. Aus diesem Grund wird in einem dritten Schritt ein chemisch- mechanisches Polieren CMP durchgeführt, wodurch die Welligkeit der Oberfläche auspoliert wird. Der CMP-Schritt ist langsam und teuer und wird deshalb nur zur Nachbehandlung der Oberfläche eingesetzt. Als Verfahren mit dem größten Abtrag wird das mechanische Schleifen eingesetzt. Der Schleifabtrag stellt sich durch die Justierung der Anlage planparallel zu dem Montageträger ein, an dem der zweite Substratwafer befestigt ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass ein nicht planparallel zum Montageträger befestigter Wafer schräg abgeschliffen wird. Da der Substratwafer beispielsweise mit Kleb- stoff an dem Montageträger befestigt wird, befindet sich zwischen dem Substrat und dem Montageträger eine Klebefuge. Weist die Klebefuge eine unterschiedliche Schichtdicke auf, wie sie z.B. bei einer Keilform ausgebildet ist, so ist das Substrat nicht planparallel zu dem Montageträger ausgerich- tet. Beim anschließenden Schleifprozess wird der Substratwafer daher nicht planparallel zu seiner Oberfläche abgeschliffen, auf der die elektrischen Schaltkreise angeordnet sind. Dieses Problem kann beispielsweise dadurch gelöst werden, dass die Klebefuge sehr dünn ausgebildet wird. Dies hat je- doch den Nachteil, dass keine gefüllten Kleber verwendet werden können, die beim späteren Ablösen des Substrats von dem Montageträger vorteilhaft wären, da z. B. Lösungsmittel den Kleber aus dicken Klebefugen leichter herauslösen kann. Ebenfalls geht die Justiergenauigkeit des Montageträgers gegen- über der Schleifplatte in die Genauigkeit des Schleifprozesses ein. Andererseits kann auf den Schleifprozess nicht verzichtet werden, da Ätzprozesse zu ungenau und CMP zu langsam ist. Es ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem eine vergrabene Oxidschicht als Ätzstopp verwendet wird. Wafer, die eine solche vergrabene Oxidschicht aufweisen, sind als so genannte SOI-Wafer (Silicon on insulator) bekannt. Diese Wafer sind wesentlich teurer als Standardwafer und erfordern eine veränderte Prozessführung bei der Herstellung von Schaltkreisen in dem Siliziumsubstrat gegenüber herkömmlichen Siliziumwafern. Dies macht eine Anpassung der Prozesstechnologie erforderlich. Besonders nachteilig bei SOI-Wafern ist, dass sie große innere mechanische Spannungen aufweisen. Werden SOI-Wafer auf wenige 10 μm und darunter gedünnt, so führt dies zum Abschälen der Siliziumschicht von dem Montageträger und zum Aufrollen der Siliziumschicht.
Auch anders arbeitende Vorrichtungen sind bekannt. Beispielsweise ist in der EP 0 737 546 Bl zum Stand der Technik eine Vorrichtung angegeben, welche zum chemisch-mechanischen Polieren von Halbleitersubstraten dient. Wie bereits erwähnt wird Chemisch-Mechanisches Polieren in der Fachsprache auch als chemical mechanical polishing-CMP bezeichnet, weshalb im weiteren Verlauf auch die Abkürzung CMP verwendet werden wird.
In der genannten Druckschrift wird eine Vorrichtung beschrie- ben, welche über einen Drehtisch verfügt, der eine plane O- berfläche aufweist und der aus stabilem Werkstoff besteht, so dass er hinreichend starr ausgeführt ist. Mittels einer angetriebenen Drehwelle wird der Drehtisch in einer vorbestimmbaren Richtung gedreht. Auf der Oberfläche des Drehtischs be- findet sich eine Polierscheibe und/oder ein Poliermittel, 0- ber dem Drehtisch befindet sich ein Haltekopf für das zu polierende Substrat, beispielsweise ein Halbleiter-Wafer, im folgenden kurz als Wafer bezeichnet. Der Substrat-Haltekopf kann ebenfalls drehbar ausgebildet sein. Mit Hilfe des Sub- strat-Haltekopfs wird das zu polierende Substrat gegen die Polierscheibe gedrückt und aufgrund der relativen Drehbewegungen unter Einwirkung des Schleifmittels poliert. Der Poliervorgang findet unter einem gewissen Anpressdruck statt und es kann passieren, dass sich das zu polierende Substrat von dem Substrat-Haltekopf löst und sich unkontrolliert über den Drehtisch bewegt. Dabei kann es zu Schäden an der Vor- richtung kommen. Das Substrat wird bei diesem Vorgang auf jeden Fall unbrauchbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bearbeiten von Wafern auf Montageträgern , insbesondere zum Fixieren und Lösen von Wafern und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wobei der Wafer extrem geschont wird und wobei die Vorrichtung für die Fixierung und Lösung des Wafers einfach aufgebaut und das Verfahren zuver- lässig sowie einfach durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weißt die Merkmale des Anspruchs 13 auf.
Vorteilhafte Ausgestaltungen entnimmt man jeweils den abhängigen Ansprüchen.
Besonders vorteilhaft gestaltet sich ein Verfahren zum Bear- beiten von Wafern auf Montageträgern, insbesondere zum Fixieren und Lösen von Wafern, auf deren Vorderseiten elektrische Schaltkreise angeordnet sind und deren Rückseiten Bearbeitungsschritten unterzogen werden durch folgende Verfahrensschritte: Bereitstellen eines Montageträgers;
Benetzen der dem zu bearbeitenden Wafer zugewandten 0- berfläche des Montageträgers mit einem Flüssigkeitsfilm; Auflegen des zu bearbeitenden Wafers mit seiner Vorderseite auf den Flüssigkeitsfilm; Abkühlen des Flüssigkeitsfilms bis zum Erstarren von zumindest bzw. nur seiner Randzone oder der gesamten Kontakt-Oberfläche und dadurch Fixieren des Wafers am Montageträger;
Bearbeiten der Rückseite des Wafers; Erwärmen der erstarrten Partien bzw. Zonen des Flüssigkeitsfilms bis zu deren Verflüssigung; Entfernen des bearbeiteten Wafers vom Montageträger. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Abkühlen des Flüssigkeitsfilms durch flüssigen Stickstoff erfolgt und wenn der flüssige Stickstoff dem Montageträger zugeführt wird.
Dabei kann der flüssige Stickstoff dem Montageträger über den Wafer zugeführt werden.
Es ist auch vorteilhaft, wenn der flüssige Stickstoff bei der Rückseitenbearbeitung des Wafers als Kühl- und Schmiermittel dient.
Der flüssige Stickstoff kann dem Montageträger aber auch durch Kanäle zugeführt werden.
Ferner ist es von Vorteil, dass durch den flüssig gehaltenen Bereich des Flüssigkeitsfilms innerhalb der erstarrten Randzone die mit elektrischen Schaltkreisen versehene Vorderseite des Wafers vor mechanischen Druckspitzen und Vibrationen bei der Rückseitenbearbeitung des Wafers geschützt wird.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass durch die Erstarrung der Randzone des Flüssigkeitsfilms das Eindringen von Fremdstoffen verhindert wird und die Kontamination des Wafers und des Montageträgers verhindert wird.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass durch den flüssig gehaltenen Bereich des Flüssigkeitsfilms innerhalb der erstarrten Randzone kleine Partikel, welche sich gegebenenfalls auf dem Montageträger oder auf dem Wafer befinden, die empfindliche, mit elektrischen Schaltkreisen versehene Vorderseite des Wafers nicht beschädigen, da sie in Flüssigkeit eingebettet sind.
Ferner ist es vorteilhaft, dass durch die Kühlung der Rückseite des Wafers die Oxidation auf dessen Oberfläche während des Bearbeitungsprozesses gering gehalten wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest einer der Bearbeitungsschritte das Dünnschleifen des Wafers ist, insbesondere, wenn es das Dünnschleifen der Rückseite des Wafers ist.
Zur Durchführung des Verfahrens mit den vorbeschriebenen Vorteilen eignet sich besonders eine Vorrichtung zum Fixieren von Wafern auf Montageträgern, insbesondere von Wafern, deren Rückseiten Bearbeitungsschritten unterzogen werden, wenn sich auf dem Montageträger ein Flüssigkeitsfilm befindet, in welchen die Vorderseite des Wafers einbettbar ist, wenn ferner eine Temperiervorrichtung zur Temperierung des Flüssigkeitsfilms vorhanden ist, wobei mittels der Temperiervorrichtung der Aggregatzustand des Flüssigkeitsfilms partiell derart veränderbar ist, dass eine ringförmige Randzone des Flüssigkeitsfilms zur Erstarrung bringbar ist und der Wafer an der erstarrten Randzone fixierbar ist.
Ferner ist eine Vorrichtung von Vorteil, bei welcher der Mon- tageträger aus einem Vakuumtisch besteht, der ein Keramikelement zur Aufnahme des Wafers aufweist, und zwischen dem Keramikelement und dem Wafer ein Flüssigkeitsfilm vorhanden ist.
Günstig ist auch eine Vorrichtung wenn in der Randzone des Keramikelements Kanäle vorhanden sind, und wenn in den Kanälen Medien strömen, mit deren Hilfe der Aggregatzustand des Flüssigkeitsfilms veränderbar ist, wobei durch die strömenden Medien die Randzone des Keramikelements gekühlt oder geheizt werden kann.
Als Medium zur Kühlung der Randzone ist flüssiger Stickstoff in besonders vorteilhafter Weise geeignet, wodurch der Flüssigkeitsfilm in seiner Randzone zum Erstarren gebracht werden kann.
Besondere Vorteile bringt eine Vorrichtung, wenn zur Heizung der Randzone als Medium heißes Wasser verwendet wird, durch dass die Randzone des Flüssigkeitsfilms wieder auftaut, wobei sich besonders anbietet, das heiße Wasser aus dem Kühlkreislauf der Prozessabwärme abzuleiten.
Vorteilhaft ist die Vorrichtung zu betreiben, wenn der Flüssigkeitsfilm aus einer wassrigen Lösung besteht, insbesondere aus Wasser besteht, wobei es günstig ist, wenn innerhalb der erstarrten Randzone ein Wasserfilm erhalten bleibt.
Vorteilhaft zeichnet sich auch eine Vorrichtung aus, wenn zumindest das Keramikelement hinsichtlich seines thermischen Ausdehnungsverhaltens an den Werkstoff des Wafers angepasst ist.
Vorteilhaft ist auch die Kosteneinsparung bei Materialien und Geräte-Investitionen, da Schutz- und Abziehfolien entfallen und keine Investitionen für Laminier- und Äbziehgeräte erforderlich sind.
Darüber hinaus werden Leistungen von Operatoren eingespart, und es fallen auch Einsparung bei der Bereitstellung von Reinraumflächen an, da die Bearbeitung in Reinraumklassen durchgeführt werden kann, die geringeren Anforderungen unterliegen, bspw. mehr als 10 Partikel mit einem Durchmesser grö- ßer als 0,1 Mikrometer pro 28 Liter (1 ft3) Luft.
Ferner sind bei gleichem Durchsatz in der Schleifmaschine geringere Durchlaufzeit in der in der Vormontage realisierbar.
Außerdem verringert sich die Bruchgefahr durch verringertes Wafer-Handling .
Die Scheibendurchbiegung wird durch verringertes Si-Oxid- Wachstum geringer. Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind für alle Produkte wie Memory-, Logic-, Powerwafer mit Rückseitendünnung verwendbar, insbe- sondere auch für die so genannten bumped Wafer.
In der Zeichnung wird die Erfindung anhand eines Äusführungs- beispiels einer Vorrichtung zum Fixieren eines Wafers noch näher erläutert.
Es zeigt
Figur 1 einen stark vereinfachten Schnitt durch einen
Montageträger und
Figur 2 eine Draufsicht auf den Montageträger gemäß Fi- gur 1.
Ein Montageträger 1 besteht gemäß der Darstellung in Figur 1 im Wesentlichen aus einem Vakuum-Tisch 2 auf dessen dem zu fixierenden Wafer 3 zugewandten Oberfläche sich ein poröses Keramikelement 4 befindet. Im Keramikelement 4 verlaufen Kanäle 5 die zur Heizung respektive Kühlung des Keramikelements 4 dienen. Zwischen dem Keramikelement 4 und dem zu fixierenden Wafer 3 befindet sich ein Flüssigkeitsfilm 6, bestehend aus einer wässrigen Lösung, auf welchen der Wafer 3 mit sei- ner Vorderseite aufgelegt wird und gewissermaßen schwimmt.
Unter der Vorderseite des Wafers 3 ist diejenige Oberflächenseite zu verstehen, auf der sich die elektrischen Schaltkreise befinden. Durch die prozessbedingte Aufbringung der Schaltkreise weist die Vorderseite des Wafers 3 relativ star- ke Höhenunterschiede auf. Wie bereits eingangs beschrieben wurde, werden besonders bei neueren Montageformen für Halbleiter-Chips, beispielsweise für die Flip Chip Montage auf der Vorderseite der Wafer zusätzliche Metallanschlüsse, so genannte Bumps, mit bis zu 150 μm Höhe aufgebracht, welche der direkten Kontaktierung auf Platinen dienen. Durch den
Flüssigkeitsfilm 6 werden selbst diese verhältnismäßig extre- men Höhenunterschiede auf der Vorderseite des Wafers 3 ausgeglichen, da der Flüssigkeitsfilm 6 die Topographien gleichmäßig umschließt.
Die Fixierung erfolgt nun nicht, wie beim Stand der Technik durch Vakuumansaugen des Wafers 3 über das Keramikelement 4, sondern durch gezieltes Abkühlen des Keramikelements 4 mit Hilfe von flüssigem Stickstoff, der durch die Kanäle 5 strömt. Dabei wird das vom Flüssigkeitsfilm 6 bedeckte Kera- mikelernent 4 in seiner Randzone 7 soweit abgekühlt, dass eine Randvereisung 8 des Flüssigkeitsfilms 6 auftritt, welche den Wafer 3 an seinem Rand fixiert. Um die Vereisung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, als Flüssigkeitsfilm 6 eine wässri- ge Lösung oder Wasser zu verwenden, was erhebliche Kostenvor- teile schafft.
Durch die Randvereisung 8 bleibt im inneren Bereich der Randvereisung 8 ein Wasserfilm 6 erhalten, der die Topographien der Bausteine und sogar die Bumps umspült, der mechanische Druckspitzen, sowie Vibrationen beim Schleifen der Rückseite des Wafers 3 aufnimmt und gegebenenfalls dämpft, und die Vorderseite des Wafers 3 frei von Einwirkung durch irgendwelche Zwangskräften hält. Dabei werden durch den hydrostatischen Druck im Wasserfilm 6 die von oben beim Rückseitenschleifen des Wafers 3 auftretenden Schleifkräfte aufgenommen und der Wafer 3 entlastet.
Falls erforderlich kann aufgrund der Oberflächenspannung des Flüssigkeitsfilms 6 der Wafer 3 an eine leicht konische Form des Chucks angepasst werden, wenn bei diesem - wie in manchen Fällen - dessen Mitte um 40 μm höher liegt, als sein Randbereich 7.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Bearbeiten von Wafern auf Montageträgern, insbesondere zum Fixieren und Lösen von Wafern, auf deren Vorderseiten elektrische Schaltkreise angeordnet sind und deren Rückseiten Bearbeitungsschritten unterzogen werden, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bereitstellen eines Montageträgers (1) ;
Benetzen der dem zu bearbeitenden Wafer (3) zugewandten Oberfläche des Montageträgers (1) mit einem Flüssigkeitsfilm (6) ;
Auflegen des zu bearbeitenden Wafers (3) mit seiner Vorderseite auf den Flüssigkeitsfilm (6); Abkühlen des Flüssigkeitsfilms (6) bis zum Erstarren von zumindest seiner Randzone (8) und dadurch Fixieren des Wafers (3) am Montageträger (1) ; Bearbeiten der Rückseite des Wafers (3) ; Erwärmen der erstarrten Partien des Flüssigkeitsfilms (6) bis zu deren Verflüssigung; Entfernen des bearbeiteten Wafers (3) vom Montageträger (D -
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen des Flüssigkeitsfilms (6) durch flüssigen Stickstoff erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Stickstoff dem Montageträger (1) zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Stickstoff dem Montageträger (1) oberhalb des Wafers (3) zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Stickstoff bei der Rückseitenbearbeitung des Wafers (3) als Kühl- und Schmiermittel dient.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Stickstoff dem Montageträger (1) durch Kanäle (5) zugeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch den flüssig gehaltenen Bereich des Flüssigkeitsfilms (6) innerhalb der erstarrten Randzone (8) die mit e- lektrischen Schaltkreisen versehene Vorderseite des Wafers (3) vor mechanischen Druckspitzen und Vibrationen bei der Rückseitenbearbeitung des Wafers (3) geschützt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Erstarrung der Randzone (8) des Flüssigkeits- films (6) das Eindringen von Fremdstoffen verhindert wird und die Kontamination des Montageträgers (1) und der Vorderseite des Wafers (3) verhindert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch den flüssig gehaltenen Bereich des Flüssigkeitsfilms (6) innerhalb der erstarrten Randzone (8) kleine Partikel, welche sich gegebenenfalls auf dem Montageträger (1) o- der auf dem Wafer (3) befinden, die empfindliche, mit elektrischen Schaltkreisen versehene Vorderseite des Wafers (3) nicht beschädigen, da sie in Flüssigkeit eingebettet sind.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Kühlung der Rückseite des Wafers (3) die Oxi- dation auf dessen Oberfläche während des Bearbeitungsprozes- ses gering gehalten wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Bearbeitungsschritte das Dünnschleifen des Wafers (3) ist.
12. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Bearbeitungsschritte das Dünnschleifen der Rückseite des Wafers (3) ist.
13. Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern auf Montageträgern, insbesondere zum Fixieren und Lösen von Wafern, auf deren Vorderseiten elektrische Schaltkreise angeordnet sind und deren Rückseiten Bearbeitungsschritten unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Montageträger (1) eine Temperiervorrichtung (5) aufweist und dass mittels der Temperiervorrichtung (5) zumindest eine Randzone des Montageträgers (1) temperierbar ist.
14. Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Montageträger (1) aus einem Vakuumtisch (2) besteht, der ein Keramikelement (4) zur Aufnahme des Wafers (3) aufweist, und dass zumindest die Randzone des Keramikelements (4) temperierbar ist.
15. Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Montageträger (1) ein Flüssigkeitsfilm (6) aufbringbar ist.
16. Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass auf den Montageträger {1} ein Flüssigkeitsfilm (6) aufbringbar ist, in welchen die Vorderseite des Wafers (3) einbettbar ist, und dass mittels der Temperiervorrichtung (5) der Aggre- gatzustand des Flüssigkeitsfilms (6) partiell derart veränderbar ist, dass eine ringförmige Randzone (8) des Flüssigkeitsfilms (6) zur Erstarrung bringbar ist und der Wafer (3) an der erstarrten Randzone (8) fixierbar ist.
17. Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Randzone (7) des Keramikelement (4) Kanäle (5) vorhanden sind, und dass in den Kanälen (5) Medien strömen, mit deren Hilfe der Aggregatzustand des Flüssigkeitsfilms veränderbar ist.
18. Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die strömenden Medien die Randzone (7) des Keramikelements (4) gekühlt oder geheizt werden kann.
19. Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung der Randzone (7) des Keramikelements (4) als Medium flüssiger Stickstoff verwendet wird, der den Flüssigkeitsfilm (6) in seiner Randzone (8) zum Erstarren bringt.
20. Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Heizung der Randzone (7) des Keramikelements (4) als Medium heißes Wasser verwendet wird, durch dass die Randzone (8) des Flüssigkeitsfilms (6) wieder auftaut.
21. Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das heiße Wasser aus dem Kühlkreislauf der Prozessabwärme bei der Bearbeitung des Wafers {3} abgeleitet wird.
22. Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsfilm (6) aus einer wässrigen Lösung besteht.
23. Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsfilm (6) aus Wasser besteht.
24. Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der erstarrten Randzone (8) ein Flüssigkeitsfilm erhalten bleibt.
25. Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Montageträger (1) ein Flüssigkeitsfilm (6) aufbringbar ist, in welchen die Vorderseite des Wafers (3) einbettbar ist, und dass mittels der Temperiervorrichtung (5) der Aggregatzustand des Flüssigkeitsfilms (6) derart veränderbar ist, dass der Flüssigkeits- films (6) zur Erstarrung bringbar ist und der Wafer (3) an dem erstarrten Flüssigkeitsfilm (6) fixierbar ist.
26. Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Keramikelement (4) hinsichtlich seines thermischen Ausdehnungsverhaltens an den Werkstoff des Wafers (3) angepasst ist.
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