Apparatus and method for separating a substrate from a carrier substrate

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 9 zum Trennen eines Substrats von einem mit dem Substrat durch eine Verbindungsschicht verbundenen Trägersubstrat.

Bei Substraten der Halbleiterindustrie handelt es sich häufig um gedünnte, zerbrechliche oder einer Vorspannung unterliegende, beispielsweise gewölbte scheibenförmige, runde oder rechteckige Körper mit sehr geringer Dicke von meist kleiner 300 μm.

In Abhängigkeit von den verwendeten Trägermaterialien und der verwendeten Verbindungsschicht zwischen Träger und Wafer sind verschiedene Verfahren zur Auflösung oder Zerstörung der Verbindungsschicht bekannt, wie beispielsweise die Verwendung von UV-Licht, Laserstrahlen, Temperatureinwirkung oder Lösungsmittel.

Das Abtrennen stellt sich zunehmend als einer der kritischsten Prozessschritte dar, da die dünnen Substrate mit Substratdicken von wenigen μm beim Ablösen/Abziehen leicht brechen oder durch die für den Vorgang des Ablösens notwendigen Kräfte Schaden erleiden.

Darüber hinaus haben die dünnen Substrate kaum bis keine Formstabilität und rollen sich typischerweise ohne Stützmaterial ein. Während der Handhabung der rückgedünnten Wafer ist mithin eine Fixierung und Unterstützung der Wafer praktisch unumgänglich.

Bei bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen erfolgt das Abtrennen des Substrats vom Trägersubstrat entweder durch Abheben oder durch Abrollen mit dem Nachteil, dass meist erhebliche Kräfte auf das empfindliche Substrat einwirken.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, um ein Subtrat auf möglichst einfache Art und Weise und nach Möglichkeit zerstörungsfrei von einem Träger zu lösen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Vorrichtung beziehungsweise ein Verfahren zum Trennen eines Substrats von einem mit dem Substrat durch eine Verbindungsschicht verbundenen Trägersubstrat anzugeben, bei welchen die Trennung des Substrats durch Parallelverschiebung von Substrat und Trägersubstrat gegeneinander erfolgt. Von Vorteil ist es dabei, wenn während des überwiegenden Trennvorgangs quasi ausschließlich Kräfte parallel zu einer Substrataufnahmefläche einer das Substrat aufnehmenden Substrataufnahme wirken. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Abtrennung des Trägersubstrats vom Substrat erfolgt, während das Trägersubstrat von einer Trägersubstrataufnahme zur Aufnahme des Trägersubstrats beabstandet ist beziehungsweise von dieser abgehoben ist. In diesem Fall wirkt in Querrichtung zur Parallelverschiebung des Trägersubstrats zum Substrat idealerweise nur noch die Schwerkraft auf das Trägersubstrat. Insbesondere wirken keine Druckkräfte vom Trägersubstrat in Richtung des Substrats.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird ein Verkanten des Substrats mit dem Trägersubstrat praktisch ausgeschlossen, insbesondere wenn die Abtrennung durch Krafteinwirkung auf den Umfang des Trägersubstrats erfolgt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass Mittel zur Verringerung einer durch die Verbindungsschicht bewirkten Verbindungskraft vorgesehen sind. Als Verbindungsschicht kann ein Kleber vorgesehen sein, der als Thermoplast oder Wachs in einer Dicke von 0,01 μm bis 500 μm zwischen dem Substrat und dem Trägersubstrat vorgesehen sein kann. Der Kleber wird durch Erhitzen oder UV-Bestrahlung oder ein anderes bekanntes Verfahren zumindest teilweise verflüssigt, um die durch den Kleber der Trennung von Substrat und Trägersubstrat entgegenwirkende Haftkraft auf ein Minimum zu reduzieren. Die Verringerung der Verbindungskraft erfolgt mit Vorteil vor der Trennung des Substrats vom Trägersubstrat.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Trennungsmittel einen, insbesondere durch einen Linearantrieb antreibbaren, Führungsschlitten zur Parallelverschiebung des Substrats gegenüber dem Trägersubstrat. Die Parallelverschiebung als Relativbewegung kann durch Bewegung des Substrats bei fixiertem Trägersubstrat oder durch Bewegung des Trägersubstrats bei fixiertem Substrat oder durch Bewegung des Trägersubstrats und des Substrats erfolgen. Besonderes vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der das Substrat an der Substrataufnahmefläche der Substrataufnahme fixiert bleibt und gegenüber dem seitlich fixierten Trägersubstrat parallel verschoben wird. Auf diese Weise kann das Substrat nämlich während des Trennvorgangs durch die Substrataufnahmefläche vor einem Zerbrechen geschützt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trennungsmittel Anhebemittel zur Anhebung des mit dem Trägersubstrat verbundenen Substrats umfassen, insbesondere durch Anhebung des Führungsschlittens. Durch Anhebung des aus dem Trägersubstrat, der Verbindungsschicht und dem Substrat bestehenden Substrat-Trägersubstrat-Verbundes kann das Trennen des Substrats vom Trägersubstrat bei schwebendem Trägersubstrat erfolgen, so dass abgesehen von der auf das Trägersubstrat selbst wirkenden Schwerkraft keine sonstigen, quer zur Parallelverschiebung wirkenden Kräfte auf das Trägersubstrat einwirken.

Indem die Trägersubstrataufnahme Trägersubstratfixiermittel zur Fixierung des Trägersubstrats auf der Aufnahmefläche umfasst und/oder die Substrataufnahme Substratfixiermittel zur Fixierung des Substrats auf der Substrataufnahmefläche umfasst, sind sowohl das Substrat als auch das Trägersubstrat auf einfachste Art und Weise direkt mit der Trägersubstrataufnahme beziehungsweise Substrataufnahme fixierbar. Mit Vorteil erfolgt die Fixierung durch Anlegen eines Unterdrucks beziehungsweise Vakuums an einem Teil der Kontaktfläche des Substrats beziehungsweise Trägersubstrats mit der Substrataufnahme beziehungsweise der Trägersubstrataufnahme.

Soweit die Trennungsmittel, insbesondere ausschließlich, entgegen der Parallelverschiebung wirkende Haltemittel, insbesondere an der Trägersubstrataufnahme oder der Substrataufnahme angebrachte, Anschläge umfassen, ist auf einfachste Art und Weise eine der Parallelverschiebung zum Trennen des Substrats vom Trägersubstrat entgegenwirkende Kraft an dem Trägersubstrat oder dem Substrat anlegbar. Die Kraft wirkt auf diese Weise ausschließlich auf die Seite beziehungsweise den Umfang des Substrats oder Trägersubstrats ein, so dass keine Querkräfte durch die Haltemittel erzeugt werden.

Gemäß einem besonderen Erfindungsaspekt ist vorgesehen, dass dem Linearantrieb eine Antriebsregelung zugeordnet ist, mit der die Geschwindigkeit der Parallelverschiebung durch den Führungsschlitten 8 regelbar ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, zur Regelung der Geschwindigkeit die Ablösekraft mit Kraftmessmitteln zu messen, da die Ablösekraft unter anderem von der Kontaktfläche zwischen Substrat und Trägersubstrat abhängt, die sich während des Ablösevorgangs ändert. Zur Kraftmessung können als Kraftmessmittel Kraftmesszellen vorgesehen sein oder eine Messung der Stromaufnahme des Linearantriebs erfolgen. Weniger aufwendig ist eine nach bestimmten Vorgaben steigende Geschwindigkeit vom Beginn des Ablösens bis zum Ende des Ablösevorgangs ohne Einfluss von Kraftmessmitteln.

Mit Vorteil erfolgt die Ablösung bei konstanter Ablösekraft. Die Geschwindigkeit der Parallelverschiebung ist demnach indirekt proportional zur wirksamen Kontaktfläche zwischen Substrat und Trägersubstrat.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Trennen eines Substrats von einem mit dem Substrat durch eine Verbindungsschicht verbundenen Trägersubstrat weist in seiner allgemeinsten Form folgende Schritte auf:

• – Aufnahme eines aus dem Trägersubstrat, der Verbindungsschicht und dem Substrat bestehenden Substrat-Trägersubstrat-Verbundes zwischen einer Substrataufnahmefläche einer Substrataufnahme und einer parallel zur Substrataufnahmefläche anordenbaren Aufnahmefläche einer Trägersubstrataufnahme,
• – Trennung des Substrats von dem Trägersubstrat durch Parallelverschiebung des Substrats gegenüber dem Trägersubstrat in einem verbundenen Zustand von Substrat und Trägersubstrat.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine durch die Verbindungsschicht bewirkte Verbindungskraft nach der Aufnahme und vor der Trennung verringert. Dadurch wird die für die Trennung erforderliche Kraft kleiner und es werden Beschädigungen am Substrat beziehungsweise Trägersubstrat vermieden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Trennung durch einen, insbesondere durch einen Linearantrieb antreibbaren, Führungsschlitten zur Parallelverschiebung des Substrats gegenüber dem Trägersubstrat. An einem Führungsschlitten kann eine besonders exakte Parallelverschiebung verwirklicht werden.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor der Trennung eine Anhebung des Substrat-Trägersubstrat-Verbundes erfolgt, nachdem gegebenenfalls eine Fixierung des Trägersubstrats an der Trägersubstrataufnahme aufgehoben worden ist. Das Trägersubstrat kann dann frei schwebend von dem Substrat getrennt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trennung des Substrats von dem Trägersubstrat zumindest überwiegend ausschließlich durch Parallelverschiebung erfolgt. Zu Beginn des durch Parallelverschiebung ablaufenden Trennvorganges ist die Kontaktfläche zwischen dem Substrat und dem Trägersubstrat am größten, so dass zu Beginn des Trennvorganges die für die Trennung erforderliche Trennkraft am größten ist und diese nimmt bis zur vollständigen Trennung des Substrats vom Trägersubstrat kontinuierlich ab. Insofern kann nach zumindest überwiegender Trennung des Substrats von dem Trägersubstrat auch eine zusätzliche Kraftkomponente quer zur Parallelverschiebung eingebracht werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:

1: eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem ersten Verfahrensschritt,

2: eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem zweiten Verfahrensschritt,

3: eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem dritten Verfahrensschritt und

4: eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem vierten Verfahrensschritt,

In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Die in den 1 bis 4 dargestellte Vorrichtung besteht aus einer stabilen und möglichst vibrationsarmen Grundplatte 9. Oberhalb der Grundplatte 9 sind die übrigen Bauteile der Vorrichtung angeordnet und insbesondere mit der Grundplatte 9 mechanisch verbunden, was in der schematischen Darstellung nicht gezeigt ist.

Auf der Grundplatte 9 liegt eine Trägersubstrataufnahme 5 auf, die als Chuck ausgebildet ist und mit ihrer von der Grundplatte 9 abgewandten Seite als Aufnahmefläche 5a zur Aufnahme eines Trägersubstrats 2 dient.

Das Trägersubstrat 2 ist durch Trägersubstratfixiermittel 7, die in der Ausführungsform als Vakuumrillen ausgebildet sind, an der Aufnahmefläche 5a und damit an der Trägersubstrataufnahme 5 fixierbar.

Die Fixierung kann durch entsprechende Steuerungsmittel gesteuert werden.

Seitlich neben der für die Aufnahme des Trägersubstrats 2 vorgesehenen Aufnahmefläche 5a sind Haltemittel 10 an der Trägersubstrataufnahme 5 vorgesehen, die steckbar ausgebildet sein können. Damit ist ein Austausch der Haltemittel 10 für verschieden dicke Trägersubstrate 2 möglich und die Haltemittel sind an die Größe des Trägersubstrats 2 anpassbar. Durch Vorsehen mehrerer Steckpositionen am Umfang des Trägersubstrats 2 sind auch verschiedene Formen und Größen des Trägersubstrats realisierbar.

Gegenüberliegend zu der Grundplatte 9 beziehungsweise zu der Trägeraufnahme 5 ist ein Führungsschlitten 8 mit nicht dargestelltem Linearantrieb parallel zu der Aufnahmefläche 5a angeordnet. An dem Führungsschlitten 8 ist eine Substrataufnahme 4 mit einer Substrataufnahmefläche 4a zur Aufnahme eines Substrats 1 parallelverschieblich zur Aufnahmefläche 5a angebracht.

Das Substrat 1 ist durch Substratfixiermittel 6, hier Vakuumrillen, in bekannter Weise an der Substrataufnahme 4 im Beriech der Substrataufnahmefläche 4a fixierbar.

Die Fixierung durch die Substratfixiermittel 6 beziehungsweise die Trägersubstratfixiermittel 7 kann alternativ durch elektrostatische Fixierung oder durch mechanische Klemmung erfolgen.

Durch einen orthogonal zum Führungsschlitten 8 angeordneten Z-Führungsschlitten 12 mit Linearantrieb ist der Führungsschlitten 8 und damit die Substrataufnahme 4 orthogonal zur Aufnahmefläche 5a beziehungsweise zur Substrataufnahmefläche 4a bewegbar. Der Z-Führungsschlitten 12 dient als Anhebemittel zur Anhebung des mit dem Trägersubstrat 2 verbundenen Substrats 1.

Das Substrat 1 ist mit dem Trägersubstrat 2 durch eine Verbindungsschicht 3, beispielsweise einem thermoplastischen Kleber, verbunden. Die Anordnung des Substrats 1 und des Trägersubstrats 2 und damit der Substrataufnahme 4 und der Trägersubstrataufnahme 5 kann auch umgekehrt, das heißt um 180° gedreht sein.

In dem in 1 dargestellten Verfahrensschritt ist die Aufnahme des aus dem Substrat 1, der Verbindungsschicht 3 und dem Trägersubstrat 2 bestehenden Substrat-Trägersubstrat-Verbundes durch die Substrataufnahme 4 und die Trägersubstrataufnahme 5 dargestellt. Von besonderer Bedeutung ist dabei eine absolut parallele Ausrichtung der Substrataufnahme 4 beziehungsweise der Substrataufnahmefläche 4a gegenüber der Trägersubstrataufnahme 5 beziehungsweise der Aufnahmefläche 5a.

Anschließend wird der Substrat-Trägersubstrat-Verbund gemäß 2 durch den Führungsschlitten 12 geringfügig angehoben, und zwar exakt orthogonal zu der Aufnahmefläche 5a, damit bei der sich anschließenden Parallelverschiebung gemäß 3 und 4 zwischen der Aufnahmefläche 5a und dem Trägersubstrat 2 kein Kontakt besteht. Das Trägersubstrat 2 wird mit Vorteil um eine Anhebehöhe A von weniger als der Trägersubstrathöhe T angehoben.

Im Anschluss an das Anheben gemäß 2 beziehungsweise während des Anhebens gemäß 2 wird die durch die Verbindungsschicht 3 bewirkte Verbindungskraft zwischen Substrat 1 und Trägersubstrat 2 durch Mittel zur Verringerung der Verbindungskraft verringert, beispielsweise durch Temperatureintrag.

In dem Verfahrensschritt gemäß 3 findet eine Parallelverschiebung des Substrats 1 entlang des Führungsschlittens 8 statt, die durch den Linearmotor (nicht dargestellt) bewirkt wird. Bis das Trägersubstrat 2 an dem als Pins ausgebildeten Haltemitteln 10 anschlägt, findet noch keine Relativbewegung zwischen dem Substrat 1 und dem Trägersubstrat 2 statt. Sobald das Trägersubstrat 2 an dem Pin beziehungsweise den Pins anschlägt, beginnt das Trennen des Substrats 1 von dem Trägersubstrat 2 durch Parallelverschiebung des Substrats 1 gegenüber dem Trägersubstrat 2. Bei der Parallelverschiebung wirken – abgesehen von der auf das Trägersubstrat 2 wirkenden Schwerkraft durch das Gewicht des Trägersubstrats 2 keine Querkräfte, so dass eine Beschädigung des empfindlichen Substrats 1, das darüber hinaus noch durch die Substrataufnahme 4 geschützt ist, quasi ausgeschlossen ist.

In 4 ist der Trennvorgang abschlossen, wobei der Trennvorgang nicht ausschließlich aus einer Parallelverschiebung bestehen muss, sondern nur überwiegend, da die durch die Verbindungsschicht 3 bewirkte Haftkraft zwischen dem Substrat 1 und dem Trägersubstrat 2 während des Trennvorgangs ständig abnimmt und gegen Ende des Trennvorgangs zusätzlich zu der Parallelverschiebung eine Verschiebung in orthogonaler Richtung vorgenommen werden kann. Soweit das Trägersubstrat 2 aber nach dem Trennvorgang in der Position gemäß 4 abgelegt sein soll, ist es vorteilhaft, den Trennvorgang vollständig durch Parallelverschiebung zu bewirken. Alternativ kann das Trägersubstrat 2 gegen Ende des Trennvorganges durch die als Vakuumrillen ausgestalteten Fixiermittel 7 von dem Substrat 1 abgezogen werden.

1

Substrat

2

Trägersubstrat

3

Verbindungsschicht

4

Substrataufnahme

4a

Substrataufnahmefläche

5

Trägersubstrataufnahme

5a

Aufnahmefläche

6

Substratfixiermittel

7

Trägersubstratfixiermittel

8

Führungsschlitten

9

Grundplatte

10

Haltemittel

12

Z-Führungsschlitten