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DE19735041A1 - Verfahren zum Trennen von Mikrobauelementen integrierter Schaltkreise - Google Patents

Verfahren zum Trennen von Mikrobauelementen integrierter Schaltkreise

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DE19735041A1
DE19735041A1 DE19735041A DE19735041A DE19735041A1 DE 19735041 A1 DE19735041 A1 DE 19735041A1 DE 19735041 A DE19735041 A DE 19735041A DE 19735041 A DE19735041 A DE 19735041A DE 19735041 A1 DE19735041 A1 DE 19735041A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Mikrobau­ elementen integrierter Schaltkreise nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Verwendung von Mikrobauelementen ist auf dem Gebiet inte­ grierter Schaltkreise weit verbreitet. Die Bedeutung der Mikrobauelemen­ te beruht im Vergleich mit herkömmlichen Methoden zumindest teilweise auf der relativ geringen erforderlichen Fläche, die diese Bauteile in­ nerhalb einer elektronischen Bausteinanordnung einnehmen, verbunden mit einer hohen Funktionalität. Folglich bedeutet die Verwendung von Mikro­ bauelementen einen wesentlichen Fortschritt bei der Miniaturisierung elektronischer Bausteinanordnungen.
Während der Vielzahl erreichbarer Mikrobauelemente keine Gren­ zen gesetzt sind, ist eine gegenwärtig verbreitete Form von Mikrobauele­ menten der Übertrager. Bekannte Formen von gegenwärtig als Mikrobauele­ mente erhältlichen Übertragern sind z. B. Mikrophone und Drucksensoren. Bei diesen Bauteilen muß im allgemeinen eine drucksensitive Membran der Umgebung des Übertragers ausgesetzt werden. Da die drucksensitive Mem­ bran relativ zerbrechlich ist, wird sie üblicherweise so innerhalb des Übertragers angeordnet, daß sie gegen Beschädigungen z. B. durch Stöße geschützt wird. Um jedoch ein Ausgangssignal zu erzeugen, muß die Mem­ bran auch in Wechselwirkung mit Schallwellen und/oder Druckänderungen der Umgebung stehen. Diese Doppelfunktion des Schutzes der Membran bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Wechselwirkung der Membran mit der Umgebung wird typischerweise durch eine Brückenstruktur oder eine andere Schutzvorrichtung erfüllt. Die Brückenstruktur wird normalerweise von einer der Membran benachbarten Peripheriefläche getragen und erstreckt sich über die Breite der Membran, durch die sie begrenzt wird. Ein per­ forierter Bereich der Brückenstruktur gegenüber der Membran umgrenzt ei­ ne Anzahl von Öffnungen, die es erlauben, die Membran den umgebenden Schallwellen oder Druckänderungen auszusetzen, wobei das erwünschte Aus­ gangssignal erzeugt wird. Solche Öffnungen sind bei herkömmlichen Trenn­ techniken integrierter Schaltkreise problematisch.
Wie bei der Herstellung integrierter Schaltkreise üblich, kön­ nen Mikrobauelemente in einem Feld eines Siliciumsubstrats oder Wafers ausgebildet werden. Nach Bildung der Mikrobauelemente müssen diese von­ einander getrennt werden. Die Trennung der Bauelemente wird normalerwei­ se mittels bekannter diamantbeschichteter Sägeblätter durchgeführt. Der Sägeprozeß erzeugt im allgemeinen ein beträchtliches Maß an Staub und Rückständen. Früher wurden integrierte Schaltkreischips durch diese Rückstände nicht beschädigt, und die Rückstände wurden nach Beendigung des Sägeprozesses einfach abgewaschen. Beim Fortschritt der Mikrobauele­ mente führt dieses Trennverfahren jedoch zu einem Problem: Die durch ein oder mehrere Sägeblätter erzeugten Stäube und Rückstände neigen dazu, in den durch das Mikrobauelement definierten Öffnungen abgelagert zu werden oder diese zu verstopfen, so daß eine ordnungsgemäße Funktionsweise des Mikrobauelements verhindert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Trennen von Mikrobauelementen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei dem die Mikrobauelemente gegen Rückstände geschützt werden.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Bei einem solchen Verfahren werden die Mikrobauelemente mit einer Maskierungsschicht beschichtet, welche den zu schützenden Bereich während des Trennens bedeckt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbespiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise in Draufsicht ein Substrat mit einer Vielzahl darauf gebildeter Mikrobauelemente, die zu trennen ist.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht des Substrats aus Fig. mit Details des Verfahrens.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht der auf dem Substrat von Fig. 2 getrennten Mikrobauelemente, die abschließend gewaschen werden.
Gemäß Fig. sind auf einem Substrat 10 eine Vielzahl von Mi­ krobauelementen 12 ausgebildet, von denen jedes ein kondensorartiges Mi­ krophon darstellt. Statt der Mikrophone 12 kann eine breite Vielfalt von Mikrobauelementen verwendet werden, die während des gesamten Trennungs­ verfahrens einen schutzbedürftigen Bereich aufweisen.
Gemäß Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 1 ist das Substrat 10 auf einer Unterlage 13 befestigt, die dazu dient, eine Unterseite 14 des Substrats 10 abzudichten. Die Unterlage 13 kann aus geeigneten Materia­ lien wie z. B. Mylar gebildet werden. Jedes Mikrophon 12 enthält eine An­ ordnung von Bondinseln 16 mit jeweils einem auf der jeweiligen Bondinsel 16 gebildeten leitenden Bondhügel 17. Eine Anordnung elektrischer Lei­ terbahnen 18 verbindet die Bondinseln 16 mit anderen, aus Gründen der Vereinfachung nicht gezeigten internen Komponenten der Mikrophone 12. Ferner enthält jedes Mikrophon 12 eine Brückenstruktur 20, die eine dün­ ne Siliciummembran 22 überdeckt. Auf der Unterseite 14 des Substrats 10 wird eine mikrobearbeitete Öffnung 21 zum Bilden der jeweiligen Membran 22 verwendet. Beim Abdichten der Unterseite 14 dichtet die Unterlage 13 auch die Öffnung 21 ab. Die Membran 22 ist von Natur aus ziemlich zer­ brechlich und wird durch die Brückenstruktur 20 gegen Beschädigungen durch Stöße geschützt. Die Membran 22 ist jedoch auch für andere Arten von Beschädigungen anfällig. Beispielsweise kann auch eine Änderung der Umgebungsbedingungen wie etwa der Temperatur die Membran 22 beschädigen. Solche Beschädigungen sind z. B. Verformungen oder Verspannungen der Mem­ bran 22. Die Brückenstruktur 20 enthält einen peripheren Teil 24, der auf dem Substrat 10 in bekannter Weise (z. B. geklebt oder gelötet) befe­ stigt ist. Die Membran 22 umgrenzt zusammen mit der Brückenstruktur 20 eine Kavität 23. Ein Teil 25 der Brückenstruktur 20, welcher der Membran 22 direkt gegenüberliegt, umgrenzt ein Feld von Öffnungen 26. Im Betrieb ermöglichen es die Öffnungen 26, Schallwellen und/oder Druckänderungen aus der Umgebung des Mikrophons 12, auf die Membran 22 zu treffen und so ein entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen. Die Öffnungen 26 können verschiedene Formen und Größen haben, sind jedoch typischerweise ziem­ lich klein: Bei kreisförmigen Öffnungen liegt der Durchmesser z. B. in der Größenordnung von 10 µm. Folglich können die Öffnungen 26 leicht durch kleine Teilchen oder Rückstände verstopft werden. Ein Verstopfen sollte verhindert werden, da die Funktionalität des Mikrophons 12 in di­ rektem Verhältnis zur Zahl der verstopften Öffnungen 26 beeinträchtigt werden kann.
Das die Mikrophone 12 enthaltende Substrat 10 wird mit einer Maskierungsschicht 27 (vgl. insbesondere Fig. 2) von wasserlöslichem Maskierungsmaterial überzogen, so daß die Mikrophone 12 in der Maskie­ rungsschicht 27 eingebettet sind und die Öffnungen 26 gegen die Umgebung durch einen abdichtenden Teil 28 der Maskierungsschicht 27 abgedichtet werden. Ein zur Bildung der Maskierungsschicht 27 verwendbares Material ist bei Tech Spray, Amarillo, Texas, unter der Handelsnummer "WS-2210" erhältlich und umfaßt ein relativ transparentes, auf Acrylharz basieren­ des Beschichtungsmaterial, welches wasserlöslich ist und mit UV-Licht ausgehärtet wird. Die Transparenz der Maskierungsschicht 27 dient der leichteren Indizierung des Substrats 10 während der aufeinanderfolgenden Schritte des Trennungsprozesses, da die Mikrophone 12 durch die Maskie­ rungsschicht 27 hindurch sichtbar sind. In Abhängigkeit von der Viskosi­ tät des Materials und der Größe der Öffnungen 26 kann gemäß Fig. 2 ein Teil 29 des abdichtenden Teils 28 durch die Öffnungen 26 der Brücken­ strukturen 20 hindurchtreten. Der Teil 29 beschädigt jedoch in keiner Weise die Mikrophone 12 einschließlich der Membranen 22. Die Kavität 23 kann mit dem Maskierungsmaterial ohne Beschädigung der Mikrophone 12 vollständig gefüllt werden (nicht gezeigt). Die Maskierungsschicht 27 kann auch andere Bereiche des Substrats 10 durchdringen. Dieses Material wird jedoch in einem nachfolgenden Schritt leicht entfernt oder kann in einigen Fällen die Bereiche, auf denen es abgelagert wird, gegen Konta­ mination schützen. Wenn die Kavität 23 vollständig gefüllt worden ist, sollte sichergestellt werden, daß der gesamte Teil 29 nach dem Schneide­ prozeß entfernt wird.
Nach dem Aufbringen der Maskierungsschicht 27 wird diese in bekannter Weise mit UV-Licht bei einer tiefen Temperatur ausgehärtet. Die Membran 22 kann durch Verspannungen, welche durch hohe Temperaturen hervorgerufen werden, beschädigt werden. Daher wird das Material der Maskierungsschicht 27 vorzugsweise bei einer tiefen Temperatur mit UV-Licht ausgehärtet. Bei dem anschließenden Schneideprozeß wird ein typi­ scherweise diamantbeschichtetes Sägeblatt 30 verwendet, um an geeigneten Stellen zwischen den Mikrophonen 12 in das Substrat 10 zu schneiden. Hierzu ist eine beliebige Anzahl bekannter Sägen zum Schneiden von Wa­ fern geeignet. Aus Gründen der Vereinfachung ist nur ein Sägeblatt 30 gezeigt. Das Sägeblatt 30 erscheint in der Draufsicht von Fig. 1 als Kreis, da es in diesem Beispiel einen diamantbeschichteten Draht umfaßt.
Beim Schneiden werden das Substrat 10 und das Sägeblatt 20 re­ lativ zueinander bewegt, so daß das Substrat 10 das Sägeblatt 30 in die durch einen Pfeil 32 bezeichnete Richtung treibt, wobei das Sägeblatt 30 fortschreitend durch das Substrat 10 schneidet. Typischerweise wird das Substrat 10 bei ruhendem Sägeblatt 30 bewegt, es ist jedoch auch eine Bewegung des Sägeblatts 30 bei ruhendem Substrat 10 oder eine gleichzei­ tige Bewegung von Sägeblatt 30 und Substrat 10 möglich. Während dieser Bewegung stoßen Hochgeschwindigkeitsdüsen 34 Wasser 36 aus, welches in einen Bereich 38 direkt oberhalb des Sägeblatts 30 gelenkt wird, so daß die wasserlösliche Maskierungsschicht 27 im wesentlichen im Bereich 38 von der Oberfläche des Substrats 10 vor dem Schneiden des Substrats 10 abgewaschen wird. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Maskierungs­ schicht 27 das Sägeblatt 30 während des Schneidens nicht zusetzt oder darauf haften bleibt. Kleine Mengen von im Bereich 38 zurückbleibendem Material der Maskierungsschicht 27 beeinträchtigen nicht den Schneide­ prozeß hinsichtlich des Kühleffekts des Wassers 36. Zusätzlich zur Kühl­ funktion wirkt das Wasser 36 auch als Gleitmittel zwischen dem Säge­ blatt 30 und dem Substrat 10. Bei fortschreitendem Schneiden wird ein Schlitz 40 im Substrat 10 zwischen den Mikrobauelementen 12a und 12b in­ nerhalb eines Kanals 42 gebildet, in welchem die Maskierungsschicht 27 fortlaufend durch die Wirkung des Wassers 36 entfernt wurde. Die Menge an wasserlöslichem Material der Maskierungsschicht 27, die in anderen Bereichen als dem Kanal 46 entfernt wurde, ist insofern wesentlich, als Teile 28 der Maskierungsschicht 27, welche die Öffnungen 26 des jeweili­ gen Mikrophons 12 abdichten, nicht so weit entfernt werden sollten, daß die Abdichtung der Öffnungen 26 beeinträchtigt wird. Außerdem kann ein teilweises Entfernen des abdichtenden Teils 28 unvermeidbar sein, da diese Bereiche Wasser ausgesetzt werden können, welches nicht vom Kanal 42 aufgenommen wird. Das Schneiden des Substrats 10 wird solange fortge­ setzt, bis alle Mikrophone 12 voneinander getrennt sind.
Gemäß Fig. 3 werden alle Mikrophone 12 abschließend mit Wasser abgewaschen, wobei die eventuell übriggebliebenen Teile der Maskierungs­ schicht 27, welche den abdichtenden Teil 28 und den Teil 29 umfassen, entfernt werden. Hierbei können beispielsweise zusätzliche Wasserdüsen 44 verwendet werden, die Wasser 36 auf das Substrat 10 sprühen. Folglich werden die Öffnungen 26 wieder frei, und die Bereiche, in denen die Öff­ nungen 26 umgrenzt sind, werden ebenso wie die Öffnungen 26 selbst wäh­ rend des Trennprozesses gegen Rückstände geschützt. Das abschließende Abwaschen kann Einfach eine Erweiterung des abschließenden Abwaschens umfassen. Das abschließende Abwaschen kann auch in einer beliebigen Zahl von Schritten durchgeführt werden, vorausgesetzt, daß eine vollständige Auflösung der wasserlöslichen Maskierungsschicht 27 erreicht wird, so daß die Öffnungen 26 sowie andere kritische Bereiche Ges Substrats 10 vom Material der Maskierungsschicht 27 befreit werden, wobei auch warmes oder heißes Wasser verwendet werden kann. Das Material der Maskierungs­ schicht 27 kann alternativ auch nur auf die schutzbedürftigen Bereiche aufgebracht werden.
Als Material der Maskierungsschicht 27 kann auch wasserunlös­ liches Material verwendet werden. Solche (nicht bevorzugten) Materia­ lien können verwendet werden, falls die bei ihrer Entfernung verwende­ ten Lösungsmittel mit den bei der Bildung der Bauelemente auf dem Sub­ strat 10 verwendeten Materialien verträglich sind. Eine Material/Lö­ sungsmittel-Kombination kann z. B. auch gehärtete Saccharose-Fruktose-Schich­ ten und Wasser sein. Saccharose- oder Fruktoseschichten können durch Verteilung von gesättigten azeotropischen Mischungen aus Saccharo­ se, Wasser und geeigneten verdampfbaren Trägern, wie z. B. Isopropylalko­ hol auf einer Hochgeschwindigkeitsdrehbahn gebildet werden.
Vorteilhafte Begleiterscheinungen bei der Verwendung von was­ serlöslichen Materialien der Maskierungsschicht 27 bestehen darin, daß keine besondere Abfallbeseitigungsprozesse oder Vorrichtungen erforder­ lich sind, sowie in der allgemeinen Verträglichkeit mit anderen Pro­ zeßschritten zusätzlich zum abschließenden Abwaschen. Beispielsweise wird nach dem abschließenden Abwaschen normalerweise ein Trocknungs­ schritt durchgeführt. Da das Material der Maskierungsschicht 27 wasser­ löslich ist, kann der Trocknungsschritt mit geringer oder gar keiner Mo­ difikation bekannter Verfahren und Vorrichtungen durchgeführt werden, weil das Wasser beim Trocknen der getrennten Mikrobauelemente im allge­ meinen keinen problematischen Dämpfe abgibt. Im Gegensatz dazu erfordern einige Lösungsmittel wie z. B. Aceton, welches bei einer Maskierungs­ schicht aus auf PGMEA (Propyl-Glykol-Monomethyl-Äther-Acetat) basieren­ dem Abdecklack verwendet werden kann, eine strenge Kontrolle der Dampf­ emission während des Trocknungsschrittes.

Claims (13)

1. Verfahren zum Trennen von Mikrobauelementen integrierter Schaltkreise, die auf einem Substrat (10) in einer vorbestimmten Struk­ tur gebildet sind, wobei jedes Mikrobauelement (12) mindestens einen vor Trennrückständen zu schützenden Bereich aufweist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mikrobauelemente (12) mit einer Maskierungsschicht (27) so beschichtet werden, daß mindestens der zu schützende Bereich bedeckt ist, daß die Mikrobauelemente (12) anschließend so voneinander getrennt werden, daß das Material der Maskierungsschicht (27) den Bereich während des Trennens weiterhin bedeckt, und das die Mikrobauelemente (12) und die darauf befindliche Maskierungsschicht (27) einem geeigneten Mittel (36) ausgesetzt werden, welches die Maskierungschicht (27) ohne eine Be­ schädigung der Mikrobauelemente (12) im wesentlichen aus dem zu schüt­ zenden Bereich entfernt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierungsschicht (27) aus einem wasserlöslichen Material gebildet und als Mittel (36) Wasser verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierungsschicht (27) so tief gebildet wird, daß sie die Mi­ krobauelemente (12) im wesentlichen einbettet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Maskierungsschicht (27), nachdem sie aufgebracht wor­ den ist, vor dem Trennen der Mikrobauelemente (12) ausgehärtet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aushärten UV-Licht verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aushärten bei einer Temperatur durchgeführt wird, die eine Be­ schädigung der Mikrobauelemente (12) vermeidet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Maskierungsschicht (27) so transparent ist, daß die darunterliegenden Mikrobauelemente (12) nach dem Aufbringen der Maskie­ rungsschicht (27) sichtbar bleiben.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Trennen der Mikrobauelemente (12) das Substrat (10) mit einer Säge mit mindestens einem Sägeblatt (30) geschnitten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor und während des Schneidens des Substrats (10) das Sägeblatt (30) und ein Bereich (38) der Maskierungsschicht (27), der sich unmittelbar vor dem Sägeblatt (30) befindet, dem Mittel (36) ausgesetzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (36) das im Bereich (38) befindliche Material der Maskierungs­ schicht (27) im wesentlichen entfernt wird, bevor das Sägeblatt (30) durch den Bereich (38) hindurchtritt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (38) mindestens einer Hochgeschwindigkeitsdüse (34) aus­ gesetzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mikrobauelemente (12) jeweils mindestens eine Öff­ nung (26) in dem zu schützenden Bereich umgrenzen, die von der Maskie­ rungsschicht (27) während des Trennens der Mikrobauelemente (12) abge­ dichtet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierungsschicht (27) nach dem Trennen der Mikrobauelemente (12) durch das Mittel (36) ohne Beschädigung der Mikrobauelemente (12) aus den Öffnungen (26) entfernt wird.
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