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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Adapter für Wafer,
welche auf einem als Chuck bezeichneten Montageträger bearbeitet
werden sollen. Eine derartige Bearbeitung kann beispielsweise das
Dünnen
des Wafers sein.
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In
der
EP 1 148 554 A1 ist
ein Verfahren zum hochgenauen und schnellen Dünnen von einem Halbleitersubstrat
beschrieben, das unabhängig
von der Toleranz eines Montageträgers
und einer Klebefuge, mit der des 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: "Semiconductor 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) an schließt. 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 ihrer 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 abzutragen. 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 planparaliel zum Montageträger befestigter Wafer schräg abgeschliffen
wird. Da der Substratwafer beispielsweise mit Klebstoff 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 ausgerichtet. 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.
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Dies
hat jedoch 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 gegenüber 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.
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Die
vorbeschriebenen Methoden sind nicht optimal und geben auch keine
Hinweise darauf, wie beispielsweise Wafer mit unterschiedlichen
Durchmessern mit möglichst
geringem apparativen Aufwand bearbeitet werden können.
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Bei
der Prozessbearbeitung von Wafern, deren Durchmesser geringer ist,
als der übliche
Durchmesser soll die Bereitstellung von weiteren Montageträgern möglichst
vermieden werden, damit die Kosten möglichst gering gehalten werden
können.
In der Praxis hat es sich durchgesetzt, beispielsweise bei der Prozessierung
von 3''-Wafern auch übliche 6''-Wafer Bearbeitungsanlagen zu verwenden.
Die im Durchmesser kleineren Wafer wurden dazu mittels eines doppelseitigen
Klebebands auf dem im Durchmesser größeren Montageträger fixiert.
Dabei hat sich herausgestellt, dass derartige doppelseitige Klebebänder gegenüber einigen
bei der Prozessierung verwendeten Lösungsmitteln nicht beständig waren. Darüber hinaus
blieben beim Trennen des Prozeßwafers
von dem Montageträger
Kleberrückstände zurück, die
nur mit hohem chemischen Aufwand zu entfernen waren.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Handling von Wafern mit
unterschiedlichen Durchmessern zu vereinfachen und zu verbessern, so
dass bei gegebenem Prozessequipment Wafer mit den unterschiedlichsten
Durchmessern bearbeitet werden können,
ohne dass sich während
der Prozessschritte und/oder nach den Prozessschritten Rückstände von
Klebern oder dergleichen lösen
oder entfernt werden müssen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Eine
besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Aufnahme von zu prozessierenden
Wafern unterschiedlichen Durchmessers, mit einem Montageträger, auf
dessen Montagefläche
Wafer zur Prozessbehandlung montierbar sind, zeichnet sich dadurch aus,
dass die Vorrichtung einen Zwischenträger aufweist, welcher zwischen
der Montagefläche
des Montageträgers
und dem zu prozessierenden Wafer angeordnet ist, wobei der Zwischenträger nach
Art eines Wafers derart ausgebildet ist, dass er einen Adapterwafer
bildet, welcher konzentrisch angeordnete Halteelemente zum lagerichtigen
Positionieren des zu prozessierenden Wafers aufweist.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn der Adapterwafer über wenigstens eine Absaugöffnung verfügt, die
mit einer Unterdruckquelle derart verbunden ist, dass bei Aktivierung
der Unterdruckquelle der zu prozessierende Wafer unter Zwischenschaltung
des Adapterwafers an der Montagefläche des Montageträgers angesaugt
wird.
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Weiterhin
ist eine Vorrichtung vorteilhaft, wenn in der dem zu prozessierenden
Wafer zugewandten Oberfläche
des Adapterwafers konzentrisch angeordnete Ringnuten eingearbeitet
sind, welche über
Verbindungsnuten mit der Absaugöffnung
in Verbindung stehen und wenn die Absaugöffnung im Zentrum des Adapterwafers
angeordnet ist und einen Durchmesser von ca. 2 mm aufweist.
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Zur
universellen Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorteilhaft,
wenn die konzentrisch angeordneten Ringnuten in den Durchmessern
von 14,5; 29,5; 44,5 und 66,5 mm in der Oberfläche des Adapterwafers eingearbeitet sind,
und wenn die Verbindungsnuten in einem Winkel von 90° zueinander
angeordnet sind, wenn ihr Schnittpunkt im Zentrum des Adapterwafers
liegt, und wenn sie die Ringnuten schneiden, wobei die konzentrischen
Ringnuten und die Verbindungsnuten vorteilhafter Weise eine Tiefe
von 0,25 mm aufweisen.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist auch dann besonders vorteilhaft, wenn die Halteelemente zur
lagerichtigen Positionierung des zu prozessierenden Wafers von wenigstens
drei zueinander räumlich versetzten
Halteklötzchen
gebildet werden, deren radiale Position von dem Durchmesser des
zu prozessierenden Wafers bestimmt ist, und wenn wenigstens eines
der Halteklötzchen
als Spange für
eine Abflachung am zu prozessierenden Wafer ausgebildet ist, wobei
die Spange über
eine dem Zentrum des Adapterwafers zugewandte Kante verfügt, welche
mit der als Flat bezeichneten Abflachung des zu prozessierenden
Wafers korrespondiert. Dabei ist es günstig, wenn die Spange als
federndes Element ausgebildet ist, welches den zu prozessierenden
Wafer im Zusammenwirken mit den weiteren Halteklötzchen unter Spannung auf dem
Adapterwafer hält.
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Vorteilhaft
ist es ferner, wenn zwei der weiteren Halteklötzchen unter einem Winkel von
ca. 120° räumlich zueinander
ver setzt auf dem Adapterwafer angeordnet sind, oder wenn drei der
weiteren Halteklötzchen
unter einem Winkel von ca. 90° räumlich zueinander
versetzt auf dem Adapterwafer angeordnet sind, und wenn die Halteklötzchen an
ihren dem Zentrum des Adapterwafers zugewandten Flächen Hinterschneidungen
aufweisen, wobei sich die Halteklötzchen auf dem Adapterwafer
in radialen Positionen befinden sollten, die dem Durchmesser eines 3''-Wafers entsprechen.
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Vorteilhaft
ist es außerdem,
wenn die Halteklötzchen
die Oberfläche
des Adapterwafers um ca. 0,8 mm überragen
und eine Kantenlänge
von ca. 2 mm aufweisen und wenn der Adapterwafer in seinen Abmessungen
einem 6''-Wafer entspricht,
d.h., dass der Durchmesser des Adapterwafers 150 mm und seine Dicke
am äußeren Umfang
1 mm beträgt,
wobei sich die Dicke des Waferadapters zu seinem Außenbereich
hin verringert.
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Mit
Hilfe von Ausführungsbeispielen
soll die Erfindung anhand der Zeichnungen noch näher erläutert werden.
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Es
zeigt
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Adapterwafers;
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2 eine
Draufsicht auf einen Adapterwafer;
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3 eine
Seitenansicht eines Adapterwafers;
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4 einen
Schnitt durch einen Adapterwafers entlang der Schnittlinie IV/IV;
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5 eine
Einzelheit gemäß Ausschnitt
V der Schnittdarstellung gemäß 4;
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6 eine
Einzelheit gemäß Ausschnitt
VI der Schnittdarstellung gemäß 4 und
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7 eine
schematische Seitenansicht.
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In 1 ist
ein Zwischenträger
in Form eines so genannten Adapterwafers 1 gezeigt. Auf
dem Adapterwafer 1 befindet sich ein zu prozessierender Wafer 2 mit
geringerem Durchmesser, typischerweise hat der zu prozessierende
Wafer 2 einen Durch messer von 3''.
Auf dem Adapterwafer 1 befinden sich Halteelemente in Form
von Halteklötzchen 3, 4, 5 und
eine so genannte Spange 6, mit deren Hilfe der zu prozessierende
Wafer 2 auf dem Adapterwafer 1 gehalten wird.
Da der Wafer 2 durchscheinend dargestellt ist, sind andeutungsweise
konzentrische Nuten und Verbindungskanäle zu erkennen, auf die in den
folgenden Zeichnungen noch näher
eingegangen wird.
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In 2 ist
ein Adapterwafer 1 in Draufsicht dargestellt. Er besteht
wie herkömmliche
Trägerkörper aus
einem teflonartigen Werkstoff, der in der Fachwelt mit dem Kürzel PEEK
bezeichnet wird. Sein für
diese Anwendung typischer Durchmesser beträgt etwa 150 mm, womit er in
seiner Größe einem
6''-Wafer entspricht.
Andere Größen sind
jedoch möglich. Dieser
Adapterwafer 1 kann auf Montageträgern herkömmlicher Bauart – auch Chuck
genannt – ohne weiteres
gehandhabt werden. In seinen Abmessungen und in seiner geometrischen
Bauform entspricht er einem Wafer mit 6'' Durchmesser,
wodurch er auf dem Chuck, aber auch von anderen im Fertigungsprozess
von Wafern eingesetzten Maschinen genauso, wie ein ganz normaler
Wafer gehandhabt werden kann. Er weist ebenso, wie ein original
Wafer einen so genannten Flat 1F auf, mittels dem er auf allen Stationen
der Prozessierung ausgerichtet werden kann, wie ein normaler Wafer.
Ein Handling in Transporthorden und dergleichen ist durch die normierte Größe des Adapterwafers 1 ebenso
möglich.
Auf seiner dem zu prozessierenden Wafer 2 zugewandten Oberfläche 8 trägt der Adapterwafer 1 eine
Vielzahl von konzentrischen Ringnuten 9, 10, 11, 12,
die über einen
Teil der Oberfläche 8 so
verteilt sind, dass sie von dem zu prozessierenden Wafer 2 bedeckt
werden, wenn dieser auf dem Adapterwafer 1 platziert wird.
Die Ringnuten 9, 10, 11, 12 sind
in der Oberfläche 8 des
Adapterwafers 1 etwa 0,25 mm tief eingegraben und weisen
eine Breite von ca. 0,5 mm auf. Die Ringnuten 9, 10, 11, 12 sind
bevorzugt in Durchmessern von 14,5; 29,5; 44,4 und 66,5 mm ausgeführt und
werden von Verbindungsnuten 13 und 14 gekreuzt.
Die Verbindungsnuten 13 und 14 sind etwa genauso
dimensioniert wie die Ringnuten 9, 10, 11, 12 und
zusammen mit diesen stellen sie ein Netz von Absaugkanälen 15 dar,
welches mit einer Absaugöffnung 16 in
Wirkverbindung steht und die im Zentrum des Adapterwafers 1 angeordnet
ist. Die Absaugöffnung 16 wird
durch eine Bohrung von beispielsweise 2 mm Durchmesser realisiert
und steht ihrerseits mit einer hier nicht gezeigten Unterdruckquelle
in Wirkverbindung, welche Anlagenseitig zur Verfügung steht und auf die daher
ohne weitere Erläuterungen Bezug
genommen werden kann.
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Das
Netz von Absaugkanälen 15,
bestehend aus den Ringnuten 9, 10, 11, 12 und
den Verbindungsnuten 13 und 14 dient dazu, gegebenenfalls Prozessmedien,
die während
der Prozessierung des zu prozessierendes Wafers 2 zwischen
den Adapterwafer 1 und den zu prozessierenden Wafer 2 gelangen,
besser abführen
zu können.
Dieses Abführen geschieht
im Rahmen des Absaugvorgangs, mittels dem der Adapterwafer 1 zusammen
mit dem zu prozessierenden Wafers 2 über die Absaugöffnung 16 am
Chuck fixiert wird. Obwohl der zu prozessierende Wafer 2 einen
kleineren Durchmesser hat, als der Adapterwafer 1, kann
er mit dessen Hilfe genauso gehandhabt werden, wie ein Standardwafer
von beispielsweise 6'' Durchmesser.
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Der
zu prozessierende Wafer 2, wird mittels der Halteelemente
in Form von Halteklötzchen 3, 4 und 5 auf
dem Adapterwafer 1 montiert und durch die federnd ausgeführte Spange 6 an
Kontaktflächen
der Halteklötzchen
gedrückt.
Die Spange 6 ist mit einer Kontaktfläche 17 versehen, welche
eine Kantenlänge von
ca. 30 mm aufweist, und die zur Ausrichtung des zu prozessierenden
Wafers 2 dient. Der zu prozessierende Wafer 2 verfügt standardmäßig über einen Flat 18,
mittels dem er durch die Kontaktfläche 17 der Spange 6 flatorientiert
positioniert ist. Die Spange 6 mit ihrer Kontaktfläche 17 ist
zum Flat 7 des Adapterwafers 1 so orientiert,
das sich für
den auf dem Adapterwafer 1 montierten, zu prozessierenden
Wafer 2 immer die gleiche Flatorientierung zum Chuck ergibt, wie
für den
Adapterwafer 1. Dadurch ist gewährleistet, dass der zu pro zessierende
Wafer 2 in gleicher Weise gehandhabt werden kann, wie jeder
normale Wafer.
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In 3 ist
eine Seitenansicht des Adapterwafers 1 dargestellt. Es
ist ersichtlich, dass die Dicke des Adapterwafers 1 außerhalb
des Fixierbereichs für
den zu prozessierenden Wafer 2 zu seinem Umfang hin geringfügig abnimmt.
So weist ein standardmäßiger Adapterwafer 1 in
seinem Zentrum im Bereich des zu fixierenden Wafers 2 eine
Dicke von ca. 1,6 mm auf, während
seine Dicke in Umfangsnähe nur
noch ca. 1 mm beträgt.
Diese Verjüngung
in Richtung seines Umfangs erleichtert das Abschleudern von Prozessmedien.
In dieser Ansicht sind auch die Halteklötzchen 3, 4, 5 sowie
die Spange 6 zu erkennen, zwischen denen der zu prozessierende
Wafer 2 aufgenommen werden kann. In dieser Ansicht ist
allerdings dieser Wafer 2 nicht dargestellt.
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4 zeigt
eine Schnittdarstellung des Adapterwafers 1, in welcher
sowohl die Halteklötzchen 3 und 4 sowie
die geschnittene Spange 6 ersichtlich sind. Ebenfalls geschnitten
stellt sich die Verbindungsnut 13 dar. Die Absaugbohrung 16 liegt
zeichnerisch in der Flucht des Halteklötzchens 4.
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In
der 5 ist eine vergrößerte Einzelheit V aus 4 dargestellt.
Der Abschnitt des Adapterwafers 1 zeigt das Halteklötzchen 3 und
bei dieser vergrößerten Darstellung
ist auch eine Kontaktfläche 19 des
Halteklötzchens 3 zu
erkennen. Diese unter einem Winkel von ca. 45° zur Auflagefläche des
Adapterwafers 1 verlaufende Kontaktfläche 19 sorgt dafür, dass
beim Einlegen des zu prozessierenden Wafer 2 dieser gegen
die Auflagefläche
des Adapterwafers 1 gedrückt wird. Durch die Anzahl
von zwei bzw. drei am Umfang des zu prozessierenden Wafers 2 angreifenden
Halteklötzchen 3 bis 5 wird
der zu prozessierende Wafer 2 gleichzeitig zentriert und
liegt plan auf der Auflagefläche
des Adapterwafers 1 an.
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Die 6 zeigt
schließlich
eine vergrößerte Darstellung
einer Einzelheit VI in der die Absaugbohrung 16 und zeichnerisch
dahinter das Halteklötzchen 4 dargestellt
ist. Die Verbindungsnut 13 ist ebenfalls geschnitten und
vergrößert dargestellt.
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In 7 ist
stark schematisiert eine Seitenansicht des Adapterwafers 1 mit
dem zu prozessierenden Wafer 2 dargestellt, welche sich
gemeinsam auf einem Chuck 20 befinden, auf dem sie durch
Unterdruck fixiert sind. Durch die symbolisch stark übertrieben
gezeichneten Halteklötzchen 3 und 5 mit
ihren Kontaktflächen 19 wird
deutlich, dass der zu prozessierende Wafer 2 gleichzeitig
zentriert und plan gegen die Oberfläche des Adapterwafers 1 gedrückt wird.
Der erforderliche Unterdruck wird von einer nicht dargestellten
Unterdruckquelle außerhalb
des Chucks 20 erzeugt und über die Absaugbohrung 16 sorgt
der Unterdruck dafür,
den zu prozessierenden Wafer 2 gemeinsam mit dem Adapterwafer 1 am Chuck 20 zu
fixieren.
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Besonders
vorteilhaft ist es, dass der zu prozessierende Wafer 2 durch
die Befestigung am Adapterwafer 1 mittels der Halteklötzchen 3, 4, 5 und
der Spange 6 auch ohne Unterdruck miteinander verbunden
sind, so dass auch getrennt vom Chuck eine Handling-Einheit – bestehend
aus Adapterwafer 1 und Prozesswafer 2 – geschaffen
ist, die bei allen anfallenden Prozessschritten gemeinsam wie ein
einziger standardisierter Wafer gehandhabt werden kann.
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Die
in der Beschreibung aufgeführten
Maße und
Beschaffenheitsangaben sollen ausdrücklich zum besseren Verständnis dienen,
auch eine andere Werkstoffauswahl und/oder – deren Kombinationen sowie
abweichende Abmessungen sind realisierbar.
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- 1
- Adapterwafer
- 2
- Prozeßwafer (zu
prozessierender Wafer)
- 3
- Halteklötzchen
- 4
- Halteklötzchen
- 5
- Halteklötzchen
- 6
- Spange
- 7
- Flat
des Adapterwafers
- 8
- Oberfläche
- 9
- Ringnut
- 10
- Ringnut
- 11
- Ringnut
- 12
- Ringnut
- 13
- Verbindungsnut
- 14
- Verbindungsnut
- 15
- Absaugkanäle
- 16
- Absaugöffnung
- 17
- Kontaktfläche
- 18
- Flat
des Prozeßwafers
- 19
- Kontaktfläche