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Hintergrund der Erfindung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung beziehen sich auf eine Wafer-Kassettenvorrichtung
zur Aufnahme einer Mehrzahl von in die Wafer-Kassettenvorrichtung
einlegbaren Waferstapeln.
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Weitere
Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf ein
Verfahren zum gemeinsamen Bearbeiten einer Mehrzahl von Waferstapeln.
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Weitere
Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf einen
Kontaktschieber zur gemeinsamen Kontaktierung einer Mehrzahl von
in eine Wafer-Kassette eingelegten Waferstapeln.
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Weitere
Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf eine
Wafer-Kassettenvorrichtung zur elektrischen Kontaktierung einer
Mehrzahl von einlegbaren Waferstapeln.
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Weitere
Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf eine
Wafer-Kassette mit elektrischen Kontaktflächen für
die beladenen Wafersubstrate.
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Einige
mikroelektronische Produkte erfordern das Aufbringen einer Rückseiten-Metallisierung an
einem Schaltungswafer. Beispiele dafür sind Bausteine in
der Leistungselektronik und Solarzellen, bei denen ein Stromfluss
zwischen Vorder- und Rückseite der Bauelemente und somit
senkrecht durch das Halbleiter-Substrat des Schaltungswafers hindurch erfolgt.
Um die dabei auftretenden Leitungsverluste aufgrund des ohmschen
Widerstandes des Halbleitersubstrats möglichst gering zu
halten, werden solche Schaltungswafer noch vor dem Aufbringen der Rückseiten-Metallisierung
von der Rückseite her abgedünnt. Zieldicken sind
heute typischerweise 100–200 μm. Noch kleinere
Dicken wären wünschenswert, da die Leitungsverluste
dann noch weiter reduziert würden. Das Handhaben von noch
dünneren Wafern ist allerdings mit einem sehr hohen Bruchrisiko
verbunden. Eine Möglichkeit, dieses Bruchrisiko zu vermeiden,
ist die Verwendung von Trägesubstraten, auf denen der dünne
Schaltungswafer reversibel fixiert werden kann. Mit Hilfe solcher Trägertechniken
ist das Abdünnen der Wafer auf Dicken von 10–100 μm
und ein anschließendes Aufbringen einer Metallschicht oder
eines Schichtsystems an der Rückseite des dünnen
Wafers weitgehend problemlos möglich. Allerdings müssen
die Metallschichten oft noch bei hohen Temperaturen legiert werden,
wobei hier Temperaturen bis zu 450°C üblich sind.
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Bei
solchen Legierungsprozessen stehen die zu bearbeitenden Wafer oftmals
in einer üblichen Wafer-Kassette aus Quarz, Siliziumcarbid
oder Siliziumnitrid. In solchen Kassetten, die zur Prozessierung von
dünnen Wafern bei Temperaturen bis zu 1100°C eingesetzt
werden, stehen 25 bis 100 Wafer hintereinander angeordnet, wobei
diese (Wafer-)”Horden” auch als „Boot” bezeichnet
werden. Sie werden auch zur Prozessierung von dünnen Wafern
bei Temperaturen bis zu 1100 Grad Celsius eingesetzt.
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Ein
bekannter Lösungsvorschlag für eine Trägertechnik
für dünne Wafer, die für Prozessschritte
bei sehr hohen Temperaturen noch einsatzfähig ist, sind
sogenannte mobile elektrostatische Träger. Für
Details diesbezüglich wird auf die
EP 1 217 655 A1 verwiesen.
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Bei
dieser Trägertechnik wird ein Halbleitersubstrat mittels
elektrostatischer Haltekräfte fixiert, die von elektrisch
aufgeladenen Elektrodenflächen generiert werden. Nach dem
Auflegen eines dünnen Wafers auf einen elektrostatischen
Träger entsteht ein Waferstapel aus dünnem Wafer
und Trägerwafer. Insgesamt kann der Träger so
konfiguriert werden, dass der Waferstapel insgesamt die Abmessungen eines üblichen
Halbleiterwafers normaler Dicke, also von etwa 500–900 μm,
aufweist. Die Handhabung eines solchen Waferstapels erfordert somit
keine Änderungen gegenüber den bekannten Handhabungstechniken
für Standard-Halbleitersubstrate.
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Ein
generelles Problem ist jedoch, dass bei der elektrostatischen Trägertechnik
bei sehr hohen Temperaturen Leckströme auftreten können,
die zu einem Entladen der Elektroden des mobilen elektrostatischen
Trägers führen können.
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In
den Druckschriften
US
6,239,963 B1 und
JP
2000 100 924 A zum Beispiel sind Wafer-Kassetten offenbart,
die eine elektrisch leitfähige Beschichtung aufweisen,
um eine mögliche elektrische Aufladung der Wafer zu vermeiden.
Hierbei ist jeweils nur ein Kontakt zum Wafer vorgesehen, der gewissermaßen
zur „Erdung” der Wafer dient.
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In
den Druckschriften
US 4,999,507 und
US 4,412,133 werden auch
elektrostatische Wafer-Kassetten beschrieben. Diese stellen jedoch
Haltevorrichtungen dar, in die jeweils nur ein einzelner Wafer eingelegt
werden kann.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Konzept zur
Bearbeitung von Waferstapeln zu schaffen, das eine effiziente und
zuverlässige Handhabung von Waferstapeln ermöglicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und Verfahren
nach den Ansprüchen 7 und 13 gelöst.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung schaffen eine Wafer-Kassettenvorrichtung zur Aufnahme einer
Mehrzahl von in die Wafer-Kassettenvorrichtung einlegbaren Waferstapeln
mit einem mechanischen Trägerbauteil, das ausgelegt ist,
um eine Mehrzahl von Waferstapeln beabstandet voneinander zu halten,
einem ersten elektrischen Kontaktbereich und einem zweiten elektrischen
Kontaktbereich. Dabei sind der erste elektrische Kontaktbereich
und der zweite elektrische Kontaktbereich elektrisch voneinander
getrennt angeordnet. Ferner sind der erste elektrische Kontaktbereich
und der zweite elektrische Kontaktbereich ausgelegt, um einen in die
Wafer-Kassettenvorrichtung einlegbaren Waferstapel in eingelegtem
Zustand elektrisch leitfähig zu kontaktieren.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung ermöglichen vorteilhaft, einen
Waferstapel elektrisch leitfähig zu kontaktieren, und zwar
während eines Multi-Wafer Prozesses. Dadurch können beispielsweise
die bei einer Prozessierung in der Wafer-Kassettenvorrichtung eingelegten
Waferstapel (die beispielsweise aus einem dicken Trägersubstrat und
einem dünnen zu bearbeitenden Wafer bestehen) auch während
der Prozessierung (beispielsweise in Form eines Ofenprozesses) mit
Spannung versorgt werden, was ein Nachladen ihrer Elektroden ermöglicht,
so dass die elektrostatischen Haltekräfte auch bei hohen
Temperaturen aktiviert bzw. erhalten werden können bzw.
der Ladungszustand der mobilen elektrostatischen Träger
auch während der Temperaturbehandlung regelmäßig
aufgefrischt werden kann.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung kann
durch den ersten elektrischen Kontaktbereich die Rückseite
eines Waferstapels mit einem ersten Potential verbunden werden.
Ferner kann die Vorderseite des Waferstapels durch den zweiten elektrischen
Kontaktbereich mit einem zweiten Potential verbunden werden. Somit
kann ein Waferstapel mit einem unipolaren Träger während
einer Multi-Wafer-Prozessierung aufgeladen werden bzw. es kann dessen
Ladung aufgefrischt werden. Zudem können gleichzeitig meh rere
Waferstapel unter Verwendung einer Mehrzahl von ersten Kontaktbereichen
und einer Mehrzahl von zweiten Kontaktbereichen kontaktiert werden.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann
durch den ersten elektrischen Kontaktbereich und den zweiten elektrischen
Kontaktbereich die Rückseite eines Waferstapels mit einem
ersten Potential und einem zweiten Potential verbunden werden. Alternativ
dazu kann die Vorderseite eines Waferstapels durch den ersten elektrischen
Kontaktbereich und den zweiten elektrischen Kontaktbereich mit einem
ersten Potential und einem zweiten Potential verbunden werden. Somit
kann ein Waferstapel mit einem bipolaren Träger während
einer Multi-Wafer-Prozessierung aufgeladen werden bzw. es kann dessen
Ladung aufgefrischt werden. Zudem können auch bei diesem
Ausführungsbeispiel gleichzeitig mehrere Waferstapel unter
Verwendung einer Mehrzahl von ersten Kontaktbereichen und einer
Mehrzahl von zweiten Kontaktbereichen kontaktiert werden.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung können
durch einen Beladestab mit zwei elektrisch voneinander getrennt
angeordneten Leitern (oder sonstigen leitfähigen Strukturen)
der erste elektrische Kontaktbereich und der zweite elektrische
Kontaktbereich der Wafer-Kassettenvorrichtung über die
Leiter mit einer Spannungsquelle verbunden werden, um dadurch eine
elektrische Kontaktierung der Waferstapel auch bei Hochtemperaturprozessen
realisieren zu können. Insbesondere ist es somit möglich,
die in die Wafer-Kasettenvorrichtung eingelegten Waferstapel beim
Einschieben in einen Prozessierungsapparat (zum Beispiel einen Ofen) über
den zum Einschieben ohnehin benötigen Beladestab mit Ladung
zu versorgen, wodurch sich eine Handhabung deutlich vereinfacht.
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Bei
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
können durch einen Kontaktschieber, der in Längsrichtung
in die Wafer-Kassettenvorrichtung eingeschoben werden kann, die
Waferstapel jeweils mit dem ersten elektrischen Kontaktbereich und
dem zweiten elektrischen Kontaktbereich- verbunden werden, um dadurch
eine elektrische Kontaktierung der Waferstapel auch in Verbindung
mit herkömmlichen Wafer-Kassetten zu realisieren.
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Bei
bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung können
die elektrisch leitfähigen Kontaktbereiche der Wafer-Kassettenvorrichtung
Kontaktfedern aus Silizium sein. Besondere Vorteile ergeben sich
dabei aus der hohen Temperaturbeständigkeit des Silizium.
Außerdem kann durch die Verwendung von Kontaktfedern aus
Silizium eine Kontamination der zu prozessierenden Wafer vermieden
werden. Im übrigen eignet sich Silizium besonders gut als
Kontaktmaterial, da Silizium erste bei hohen Temperaturen eine gute
Leitfähigkeit entwickelt, was in manchen Fällen
vorteilhaft ist.
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Weitere
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung
schaffen einen Kontaktschieber zur gleichzeitigen Kontaktierung
einer Mehrzahl von in eine Wafer-Kassette eingelegten Waferstapeln,
mit einem mechanischen Schieber, einer Mehrzahl von ersten Kontaktbereichen
und einer Mehrzahl von zweiten Kontaktbereichen. Die ersten Kontaktbereiche
und die zweiten Kontaktbereiche sind elektrisch voneinander getrennt
an dem mechanischen Schieber angeordnet. Der Kontaktschieber ist
ausgelegt, um eine Mehrzahl von parallel zueinander in eine Waferkassette
eingelegten Waferstapeln jeweils durch zumindest einen ersten Kontaktbereich
der Mehrzahl von ersten Kontaktbereichen und einen zweiten Kontaktbereich
der Mehrzahl von zweiten Kontaktbereichen zu kontaktieren. Ein derartiger
Kontaktschieber ermöglicht eine effiziente Ladungsauffrischung
bei Waferstapeln während einer Prozessierung, wobei herkömmliche
Waferkassetten eingesetzt werden können.
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Weitere
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung
schaffen Verfahren zum gemeinsamen Bearbeiten einer Mehrzahl von
Waferstapeln.
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Figurenkurzbeschreibung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden
Figuren, in denen gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen
Bezugszeichen bezeichnet sind, näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Wafer-Kassettenvorrichtung;
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2 eine
perspektivische Ansicht der in 1 gezeigte
Wafer-Kassettenvorrichtung mit einem Beladestab;
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3 eine
Vorderansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Wafer-Kasettenvorrichtung in
bi-polarer Konfiguration;
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4 eine
Vorderansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Wafer-Kassettenvorrichtung in
unipolarer Konfiguration;
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5 eine
perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Wafer-Kassettenvorrichtung
mit einem Kontaktschieber;
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6a eine
Draufsicht eines Waferstapels mit einer elektrisch leitfähigen
Kontaktierung des Waferstapels in unipolarer Konfiguration;
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6b eine
Draufsicht eines Waferstapels mit einer elektrisch leitfähigen
Kontaktierung des Waferstapels in bi-polarer Konfiguration;
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7 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum gemeinsamen Bearbeiten einer
Mehrzahl von Waferstapeln, gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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8 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum gemeinsamen Bearbeiten einer
Mehrzahl von Waferstapeln, gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1. Ausführungsbeispiele gemäß den 1 und 2
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Wafer-Kasettenvorrichtung 100,
gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
zusammen mit darin eingelegten Waferstapeln 102.
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Die
Wafer-Kassettenvorrichtung 100 weist ein mechanisches Trägerbauteil 104 auf,
das eine Mehrzahl von Waferstapeln 102, beispielsweise
zumindest fünf Waferstapel 102, beabstandet voneinander
näherungsweise in einer Reihe parallel zueinander hält.
Das mechanische Trägerbauteil 104 weist beispielsweise
Standard-Dimensionen auf und eignet sich somit zur Aufnahme üblicher
Wafer (beispielsweise mit einem Durchmesser von 125 mm, 150 mm,
200 mm, 300 mm oder 450 mm) und zur Verwendung in herkömmlichen
Prozessierungsgeräten (z. B. Ofen). Das mechanische Trägerbauteil 104 kann
beispielsweise aus Quarz, Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid hergestellt
werden, um ein gemeinsames Bearbeiten der Waferstapel 102 während
eines Hochtemperaturprozesses zu ermöglichen.
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Das
mechanische Trägerbauteil 104 weist beispielsweise
eine Längs-Verbindungsstruktur 105 (beispielsweise
eine Grundplatte oder einen oder mehrer Längs-Träger)
und an der Längs-Verbindungsstruktur 105 angebrachte
Haltevorrichtungen 106 (beispielsweise in Form von Querrippen
oder anderweitigen Stützbauteilen) auf, wobei die Haltevorrichtungen 106 entlang
der Längs-Verbindungsstruktur angeordnet sind, um die Waferstapel 102 nahezu parallel
zueinander und beabstandet voneinander zu halten. Das mechanische
Trä gerbauteil 104 kann beispielsweise ausgelegt
sein, um bis zu 25 oder 50 Waferstapel 102 halten zu können.
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Die
Wafer-Kassettenvorrichtung umfasst weiterhin einen ersten Kontaktbereich 110 und
einen zweiten Kontaktbereich 120 auf, die elektrisch voneinander
getrennt angeordnet sind. Der erste Kontaktbereich 110 und
der zweite Kontaktbereich 120 sind angeordnet, um einen
in die Wafer-Kasettenvorrichtung eingelegten Waferstapel 102 in
eingelegtem Zustand elektrisch leitfähig zu kontaktieren.
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Die
Kontaktbereiche 110, 120 sind beispielsweise auf
der Oberfläche der Haltevorrichtungen 106 angeordnet,
wie in 1 gezeigt, wobei beispielsweise elektrische Zuführungen
in den Haltevorrichtungen oder an der Oberfläche der Haltevorrichtungen
vorgesehen sein können.
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Alternativ
dazu können die Haltevorrichtungen insgesamt aus leitfähigem
Material bestehen. So dass ein Teil der Oberfläche einer
jeweiligen Haltevorrichtung, der in Kontakt mit den Waferstapeln
tritt, als Kontaktbereich angesehen werden.
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Weiterhin
alternativ können die Kontaktbereiche aber auch zusätzlich
zu den Haltevorrichtungen vorhanden sein, und beispielsweise den
Waferstapel kontaktieren, ohne selbst eine mechanisch haltende Funktion
zu haben.
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Die
Kontaktbereiche können alternativ im übrigen auch
an der Längs-Verbindungsstruktur angeordnet sein.
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Die
Wafer-Kassettenvorrichtung 100 kann im Übrigen
eine erste elektrisch leitfähige Zuführung 112 aufweisen,
die eine Mehrzahl von ersten Kontaktbereichen 110, die
mehrere benachbarte Waferstapel kontaktieren, elektrisch leitend
verbindet. Ferner kann die Wafer-Kasettenvorrichtung 100 eine zweite
elektrisch leitfähige Zuführung 122 aufweisen, die
eine Mehrzahl von zweiten Kontaktbereichen elektrisch leitend verbindet.
Die Zuführungen 112, 122 können
an dem mechanischen Trägerbauteil 104 elektrisch
voneinander getrennt angeordnet sein, beispielsweise durch isolierende
Stege voneinander getrennt.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht der in 1 gezeigte
Wafer-Kassettenvorrichtung, zusammen mit einem Beladestab.
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Bei
dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst
die Wafer-Kassettenvorrichtung einen Beladestab 200, der
zwei elektrisch voneinander getrennt angeordnete Leiter 210 und 220 aufweist,
wobei die Leiter 210 und 220 mit einer Spannungsquelle 230 verbunden
werden können. Der Beladestab 200 ist vorgesehen,
um den ersten elektrischen Kontaktbereich 110 und den zweiten
elektrischen Kontaktbereich 120 der Wafer-Kassettenvorrichtung
bzw. die mit den Kontaktbereichen 110, 120 verbundenen
Zuführungen 112, 122 mit den zwei elektrisch
voneinander getrennt angeordneten Leitern 210 und 220 des Beladestabs
zu verbinden. Die interne oder externe Spannungsquelle 230,
die über die Leiter 210, 220 des Beladestabs 200 und
die Zuführungen 112, 122 mit dem ersten
elektrischen Kontaktbereich 110 und dem zweiten elektrischen
Kontaktbereich 120 der Wafer-Kassettenvorrichtung verbunden
werden kann, um an diese Kontaktbereiche eine Potentialdifferenz
anzulegen, kann beispielsweise eine Spannung im Bereich von 50–1.000
V liefern. Die Spannung kann dabei auch nur zeitweise (z. B. im
Minuten-Rhythmus, wobei die Dauer der einzelnen Spannungsimpulse
einige Sekunden beträgt), angelegt werden.
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2. Weitere Ausführungsbeispiele
einer Wafer-Kassettenvorrichtung gemäß den 3, 4 und 5
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Im
Hinblick auf die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele
wird davon ausgegangen, dass zunächst ein dünner
Wafer auf einen mobilen, elektrostatischen Träger (z. B.
vergleichsweise dickerer Trägerwafer) gelegt wird und dieser
(beispielsweise der Trägerwafer und/oder der dünne
Wafer) mit einer Spannungsquelle aufgeladen wird. Dadurch wird eine
elektrostatische Haltekraft generiert. Die Spannungsquelle wird
dann entfernt, und der Waferstapel (Träger und fixierter
dünner Wafer) wird in die Kassette bzw. die hierin beschriebene
Kassettenvorrichtung gestellt.
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Somit
kann es beispielsweise zu einer mehr oder weniger langsamen Entladung
kommen, wodurch es zu einer Verringerung der Haltekraft zwischen
dem Trägerwafer und dem dünnen Wafer kommt. Die
Geschwindigkeit der Entladung steigt typischerweise mit höheren
Temperaturen. Der Entladung kann beispielsweise durch ein Nachladen
des Trägers und/oder des dünnen Wafers entgegengewirkt
werden.
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Es
genügt allerdings üblicherweise, wenn das Nachladen
des Trägers erst nach einem gewissen Zeitverzug (Beladen
in ein Ofenrohr) oder auch erst später bei Temperaturen über
200–300 Grad Celsius erfolgt.
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Für
das Verständnis der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele
ist es von Bedeutung, dass elektrostatische Träger beispielsweise
in bi-polarer oder unipolarer Konfiguration eingesetzt werden können.
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Im
ersten Fall sind auf dem Träger zwei getrennte Elektrodenbereiche
ausgeführt, an die eine Spannung (bzw. Potentialdifferenz
bzw. Spannungsdifferenz) angelegt wird; d. h. nur der Trägerwafer
ist in Kontakt mit dem Potential (bzw. mit den zwei Potentialzuführungen
bzw. Kontaktbereichen). Für die vorliegende Erfindung bedeutet
das, dass beide Kontakte (bzw. Kontaktbereiche) der Kassette (bzw.
Kassettenvorrichtung) mit den beiden Kontakten des Trägerwafers
verbunden werden sollten.
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Im
Fall einer unipolaren Anordnung (siehe auch
DE 102 35 814 B3 oder
JP 591 321 39 A )
wird nur ein Kontakt (bzw. Kontaktbereich) an den Trägerwafer
gelegt, und der zweite Kontakt (bzw. Kontaktbereich) wird an den
aufgelegten dünnen Schaltungswafer gelegt. Für
die Wafer-Kassette (bzw. Wafer-Kassettenvorrichtung) heißt
dies, dass die Kontakte (bzw. Kontaktbereiche) von zwei gegenüberliegenden
Seiten an den Waferstapel kontaktiert werden müssen.
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Das
Basis-Prinzip, nämlich zwei getrennte Kontakte für
jeden Waferstapel in der Horde, bleibt für beide Varianten
gleich; nur die geometrische Ausführung unterscheidet sich.
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3 zeigt
eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Wafer-Kasettenvorrichtung ”in bi-polarer Konfiguration”.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 handelt
es sich um eine Kassette zur Beladung eines bi-polaren elektrostatischen
Trägers mit Rückseitenkontakten oder Kontakten
an der Seitenkante des Trägersubstrats.
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Im
Hinblick auf die 3 sei darauf hingewiesen, dass
Elemente der erfindungsgemäßen Wafer-Kassette
mit durchgezogenen Linien gezeichnet sind, während die
gestrichelten Linien Elemente eines Wafer-Subtrats zeigen, das in
der Horde steht. Die Wafer-Kassette 300 gemäß der 3 umfasst einen
ersten leitfähigen Bereich 310 (beispielsweise ”minus”),
der in der 3 schraffiert dargestellt ist, sowie
einen zweiten leitfähigen Bereich 320 (beispielsweise ”plus”),
der in der 3 gepunktet dargestellt ist.
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Der
erste leitfähige Bereich 310 umfasst beispielsweise
leitfähige Strukturen 310a, 310b, die
mit einer beispielsweise längs (senkrecht zu der Zeichenebene)
verlaufenden erste Potentialzuführung 310c verbunden
sind, und die so angeordnet sind, dass Kontaktbereiche 310d, 310e an
Wafer-seitigen Enden der leitfähigen Strukturen 310a, 310b ein
in die Wafer-Kassette 300 eingelegtes Trägersubstrat 330 mit
einem elektrostatisch fixierten dünnen Wafer (also einen
Waferstapel) elektrisch leitfähig kontaktieren. Zu diesem
Zweck sind die Kontaktbereiche 310d, 310e so angeordnet,
dass diese Kontaktstellen 330a, 330b auf dem eingelegten
Trägersubstrat 330 (beispielsweise auf der Rückseite
des Waferstapels 330) elektrisch leitfähig kontaktieren.
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In ähnlicher
Weise umfasst der zweite leitfähige Bereich 320 beispielsweise
leitfähige Strukturen 320a, 320b, die
mit einer längs (senkrecht zu der Zeichenebene) verlaufenden
zweiten Potentialzuführung 320c verbunden sind,
und die so angeordnet sind, dass Kontaktbereiche 320d, 320e an
Wafer-seitigen Enden der leitfähigen Strukturen 320a, 320b ein in
die Wafer-Kassette 300 eingelegtes Trägersubstrat 330 mit
einem elektrostatisch fixierten dünnen Wafer (also einen
Waferstapel) elektrisch leitfähig kontaktieren. Zu diesem
Zweck sind die Kontaktbereiche 320d, 330e so angeordnet,
dass diese Kontaktstellen 330c, 330d auf dem eingelegten
Trägersubstrat 330 (beispielsweise auf der Rückseite
des Waferstapels 330) elektrisch leitfähig kontaktieren.
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Der
erste leitfähige Bereich 310 und der zweite leitfähige
Bereich 320 sind im übrigen beispielsweise über
einen Isolator 340 miteinander verbunden.
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Allgemein
ist festzuhalten, dass die Kontaktbereiche 310d, 310e, 320d, 320d der
beiden leitfähigen Bereiche 310, 320 angeordnet
sind, um die gleiche Seite des Waferstapels (bzw. die gleiche Hauptoberfläche
des Waferstapels, bzw. zumindest den gleichen Wafer des Waferstapels)
elektrisch leitfähig zu kontaktieren.
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Ferner
ist festzuhalten, dass die leitfähigen Bereiche 310, 320 ganz
oder teilweise als Waferhalterung dienen können, also beispielsweise
neben der elektrischen Kontaktierung des eingelegten Wafers auch
eine mechanische Stützfunktion bzw. Halterungsfunktion
im Hinblick auf den eingelegten Wafer 330 erfüllen
können.
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Die
leitfähigen Bereiche 310, 320 können
alternativ aber auch ganz oder teilweise in eine mechanische Trägerstruktur
der Waferkassette eingebettet sein, die in der 3 nicht
gezeigt ist, wobei freilich sichergestellt bleibt, dass die Kontaktbereiche 310d, 310e, 320d, 320e den
eingelegten Waferstapel noch elektrisch leitfähig kontaktieren
können.
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Zusammenfassend
ist im Übrigen festzuhalten, dass die 3 nur
eine Vorderansicht einer Waferhalterung bzw. nur eine Vorderansicht
(bzw. eine Schnittansicht) einer kompletten Waferkassette zeigt. Die
komplette (Wafer-)Kassette ergibt sich, wenn eine Mehrzahl (bzw.
viele) solcher Waferhalterungen (bis zu 25 oder 50) hintereinander
(beispielsweise hintereinander in einer Richtung senkrecht zu der Zeichenebene)
ausgeführt werden. In diesem Fall sind beispielsweise in
der Richtung senkrecht zu der Zeichenebene (auch als Längsachse
der Waferkassette bezeichnet) hintereinander (beispielsweise in regelmäßiger Folge)
eine Mehrzahl der Strukturen 310a, 310b (bzw. 320a, 320b)
angeordnet, wobei die einzelnen, hintereinander (beispielsweise
parallel) angeordneten Strukturen 310a, 310b durch
die gemeinsame, senkrecht zu der Zeichenebene verlaufenden erste
Potentialzuführung 310c (bzw. die zweite Potentialzuführung 320c)
verbunden sind. Somit kann die Waferkassette eine Mehrzahl von Wafern hintereinander
(in Richtung senkrecht zu der Zeichenebene) aufnehmen.
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Eine
solche Kassette kann über einen Beladestab in ein Ofenrohr
eingeschoben werden. Passenderweise wird der Beladestab ebenfalls
zwei elektrisch voneinander getrennte Bereiche aufweisen, die letztlich
zur Kontaktierung der beiden leitfähigen Bereiche der Kassette
zur Verfügung stehen.
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Außerdem
braucht man beispielsweise noch eine externe Spannungsquelle, die
ein Potenzial (bzw. eine Spannung) an die Beladestäbe und
somit an die Wafer-Kassette anlegt. Die Spannung wird beispielsweise
in einem Bereich von 50 bis 1000 V sein. Die Spannung kann auch
nur zeitweise (zum Beispiel im Minuten-Rhythmus, Dauer der einzelnen Spannungsimpulse
einige Sekunden) angelegt werden. Die Polarität ist hier
als plus/minus dargestellt; genauso kann man aber auch ”plus” gegen ”Erde” oder ”minus” gegen ”Erde” anlegen.
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4 zeigt
eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Wafer-Kasettenvorrichtung ”in uni-polarer Konfiguration”.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 handelt
es sich um eine Kassette 400 zur Beladung eines unipolaren elektrostatischen
Trägers.
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In
diesem Fall wird ein Kontakt an die Rückseite des Trägers
(beispielsweise des Trägerwafers des Waferstapels) geführt
und ein zweiter Kontakt auf die Oberfläche bzw. Rückseite
des aufgelegten dünnen Halbleitersubstrats.
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Im
Vergleich zu dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 4 nur
die Kontaktstege (beispielsweise die Kontaktbereiche 320d, 320e)
eines der leitfähigen Bereiche (zum Beispiel des zweiten leitfähigen
Bereichs 320) von der Rückseite her an den eingestellten
Waferstapel herangeführt. In anderen Worten, im Vergleich
zu 3 müsste man nur die Kontaktstege eines
der leitfähigen Bereiche von der Rückseite her
an den eingestellten Waferstapel heranführen.
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Bei
der Kassette 400 entsprechen somit die Bauteile 310, 310a, 310b, 310c, 310d, 310e, 340 unverändert
den gleich nummerierten Bauteilen der Kassette 300. Die
Bauteile 420, 420a, 420b, 420c, 420d, 420e entsprechen
im Wesentlichen den Bauteilen 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e,
wobei allerdings die Bauteile 420a, 420b (im Unterschied
zu den Bauteilen 320a, 320b) so angeordnet sind,
dass die Kontaktbereiche 420d, 420e den Waferstapel 330 auf
der entgegengesetzten Hauptoberfläche kontaktieren wie
die Kontaktbereiche 310d, 310e.
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Folglich
kontaktieren beispielsweise die Kontaktbereiche 310d, 310e die
Kontaktstellen 330a, 330b auf der Vorderseite
(erste Hauptoberfläche) des Waferstapels 330 (also
beispielsweise den Träger-Wafer) elektrisch leitfähig,
während die Kontaktbereiche 420d, 420e die
Kontaktstellen 430c, 430d auf der Rückseite
(zweite, entgegengesetzte Hauptoberfläche) des Waferstapels 330 (also
beispielsweise den dünnen, zu prozessierenden Wafer) elektrisch leitfähig
kontaktieren.
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Allgemein
kann man somit sagen, dass die ein oder mehreren ersten Kontaktbereiche 310d, 310e angeordnet
sind, um einen anderen Wafer des gleichen Waferstapels elektrisch
leitfähig zu kontaktieren als die Kontaktbereiche 420d, 420e.
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5 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Wafer-Kassettenvorrichtung
mit einem Kontaktschieber.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung schafft somit
einen Kontaktschieber zur Kontaktierung der Kontakte des Trägerwafers
bzw. des aufgelegten (dünnen) Wafers. Eine weitere Variante
der Erfindung ergibt sich, wenn die Kontaktfinger für jeden
beladenen Waferstapel nicht an oder in der Wafer-Kassette selbst
ausgeführt sind, sondern ein zusätzliches, bewegliches ”Boot” (zum
Beispiel aus Quarzglas) von einer Seite (zum Beispiel von unten) an
die Waferstapel herangeführt wird. In diesem Fall müssen
die zwei getrennten Kontaktbereiche auf dem beweglichen Schieber
hergestellt werden. Zum Beispiel können zwei, vorteilhafter
Weise leicht federnde, Kontakt-Finger an den unteren Rand jedes Waferstapels
leicht angedrückt werden. Solch federnde Kontakt-Finger
können beispielsweise gut aus dünnen Silizium-Plättchen
hergestellt werden, alternativ auch aus federnden Metall-Plättchen.
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Vorteil
wäre hier außerdem, dass bereits vorhandene Wafer-Kassetten
für Ofen-Prozesse weiter genutzt werden können.
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Die
zusätzliche Funktionalität des Aufladens von elektrostatischen
Trägern in der Kassette wird beispielsweise über
ein kleines Zubehör realisiert.
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Bei
dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weist
die Wafer-Kasettenvorrichtung 500 einen ähnlichen
mechanischen Aufbau auf wie die Wafer-Kasettenvorrichtung 100.
Allerdings sind an dem mechanischen Trägerbauteil 104 selbst
(umfassend die Strukturen 105 und 106), das die
Waferstapel mechanisch trägt, keine Kontaktflächen
vorhanden, um die Waferstapel leitfähig zu kontaktieren.
Vielmehr umfasst die Wafer-Kassettenvorrichtung einen weiteren Kontaktschieber 510,
der einen beweglichen mechanischen Schieber 520, zum Beispiel
aus Quarzglas, sowie zwei elektrisch voneinander getrennte Kontaktbereiche 530 und 540 aufweist.
Der Kontaktschieber 500 ist vorgesehen, um die Waferstapel 102 durch
die zwei elektrisch voneinander getrennten Kontaktbereiche 530 und 540 zu
kontaktieren.
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Die
elektrische Kontaktierung kann dabei sowohl in bi-polarer Konfiguration
(vergleiche 6(b)) als auch in unipolarer
Konfiguration (vergleiche 6(a)) ausgeführt
sein. Die zwei elektrisch voneinander getrennten Kontaktbereiche
bzw. Sätze von Kontaktbereichen 530 und 540,
die auf dem beweglichen Schieber 530 angeordnet sind, können
von einer Seite (oder z. B. von unten) an die Waferstapel 102 herangeführt
werden.
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Vorteilhafterweise
können z. B. zwei leicht federnde Kontaktfinger, die Teil
der Kontaktbereiche 530, 540 sind, oder die die
Kontaktbereiche 530, 540 bilden, an den Rand jedes
Waferstapels 102 leicht angedrückt werden. Solch
federnde Kontaktfinger könnten z. B. gut aus dünnen
Silizium-Blättchen oder alternativ auch aus federnden Metallblättchen
hergestellt werden.
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Im
Folgenden wird kurz die unipolare und die bipolare Konfiguration
der Kontaktbereiche im Bezug auf den Waferstapel erläutert.
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Das
in 6 gezeigte stark vereinfachte Ausführungsbeispiel 600 weist
einen Waferstapel 102 auf, dessen Rückseite 102a aus
einem Trägersubstrat und dessen Vorderseite 102b aus
einem dünnen Wafer besteht, wobei sich zwischen der Rückseite 102a und
der Vorderseite 102b des Waferstapels 102 eine
dielektrische Schicht 620 befindet. Ferner umfasst die
Anordnung 600 eine erste Kontaktfeder 610 und
eine zweite Kontaktfeder 612 aus Silizium.
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6(a) zeigt schematisch die Kontaktierung
des Waferstapels 102 durch die Kontaktfedern 610 und 612 in
unipolarer Konfiguration gemäß 4,
und 6(b) zeigt schematisch die Kontaktierung
des Waferstapels 102 durch die Kontaktfedern 610 und 612 in
bipolarer Konfiguration gemäß 3.
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In
der unipolaren Konfiguration gemäß 6(a) wird die Rückseite 630 des
Trägers 102a durch die erste Kontaktfeder 610 und
die Oberfläche 640 (bzw. Rückseite) des
aufgelegten dünnen Halbleitersubstrats 102b durch
die zweite Kontaktfeder 612 kontaktiert. Durch Anlegen
einer Potentialdifferenz an die Kontaktfedern 610 und 612 kann
dabei eine elektrostatische Haltekraft zwischen dem Träger 102a und
dem dünnen Wafer 102b erzeugt werden.
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In
der bi-polaren Konfiguration gemäß 6(b) wird die Rückseite 630 des
Trägers 102a durch die erste Kontaktfeder 610 und
die zweite Kontaktfeder 612 kontaktiert. Optional können
auch die Seitenkanten 650 des Trägers 102a durch
die erste Kontaktfeder 610 und die zweite Kontaktfeder 612 kontaktiert
werden. Durch Anlegen einer Potentialdifferenz an die Kontaktfedern 610 und 612 kann
dabei wiederum die elektrostatische Haltekraft zwischen dem Träger 102a und
dem dünnen Wafer 102b erzeugt werden.
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Zur Materialauswahl
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Im
Folgenden wir kurz eine vorteilhafte Auswahl von Materialien für
die Kontaktbereiche eingegangen. Die hier angegebenen Materialien
sind allerdings nur als Beispiele anzusehen, da eine Verwendung
anderer Materialien ebenso möglich ist.
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Bei
Ausführungsbeispielen der Erfindung können die
elektrisch leitenden Bereiche, insbesondere die Kontaktbereiche 110, 120 der
Wafer-Kassettenvorrichtung 100, aus polykristallinem Silizium,
das eventuell mit Dotierstoffen versehen ist, oder aus Siliziumcarbid
(SiC) hergestellt sein. Für die elektrisch leitenden Bereiche,
und insbesondere für die Kontaktbereiche 110, 120,
kann auch ein Material verwendet werden, das erst bei hoher Temperatur
leitfähig wird, wie es z. B. bei einem Halbleiter wie Silizium der
Fall ist.
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Weiterhin
besteht die Möglichkeit, für die leitfähigen
Teile, insbesondere die elektrischen Kontaktbereiche 110 und 120,
Titannitrid (TiN) und Metall-Silizium-Verbindungen, wie beispielsweise
Tantal-Silizid, Wolfram-Silizid oder Titan-Silizid, zu verwenden.
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Weitere
Möglichkeiten sind Quarz-Stäbe, die mit einer
dünnen Schicht aus den genannten leitfähigen Materialien
belegt sind. In anderen Worten, die elektrischen Kontaktbereiche 110 und 120 können auf
Quarz-Stäben angeordnet sein, die mit einer dünnen
Schicht aus den oben genannten leitfähigen Materialien
belegt sind.
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Grundsätzlich
können für die leitfähigen Teile oder
Beschichtungen (beispielsweise für die elektrischen Kontaktbereiche 110, 120)
auch metallische Materialien genutzt werden. In diesem Fall sollten
es Metalle sein, die nicht schnell oxidieren, oder aber die Horden
werden unter inerter Atmösphäre (z. B. Stickstoff-Spülung)
in den Öfen eingesetzt.
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Vorteilhaft
wären dabei außerdem Metalle, die für
CMOS-Schaltungen grundsätzlich kompatibel sind. Eine gute
Möglichkeit bietet hier beispielsweise Wolfram.
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Bei
Ausführungsbeispielen der Erfindung können die
Kontakte an den Hordenschlitzen der Kassette (beispielsweise der
erste elektrische Kontaktbereich 110 und der zweite elektrische
Kontaktbereich 120) als biegsame Kontaktfedern 600 und 610 ausgeführt
sein; beispielsweise aus dünnen Silizium-Federn, Wolfram-Drähten
oder auch Wolfram-Drähte, die mit einem weiteren Material
beschichtet sind (beispielsweise Silizide oder SiC). In anderen
Worten, die Kontakte an den Hordenschlitzen können biegsame
Kontaktfedern aufweisen, die dünne Silizium-Federn umfassen,
oder die Wolfram-Drähte oder beschichtete Wolfram-Drähte
umfassen. Vorteilhaft ist es dabei immer, Materialien an den Oberflächen
zu verwenden, die keine Kontaminiationsgefahr für die (zu
bearbeitende) CMOS-Wafer bedeuten.
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Für
die isolierenden Stege und Stützen der Kassette kann Quarz
verwendet werden. Alternativ wären auch keramische Isolatoren
wie z. B. Aluminiumoxid oder Siliziumnitrid verwendbar.
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Verfahren gemäß den 7 und 8
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7 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens 700 zum gemeinsamen
Bearbeiten einer Mehrzahl von Waferstapeln 102, gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 700 zum
gemeinsamen Bearbeiten weist beispielsweise die folgenden Schritte
auf:
- 1. Zur Vorbereitung (optional) werden
zunächst die dünnen Wafer auf die mobilen elektrostatischen
Träger gelegt und jene mit einer Spannungsquelle aufgeladen.
Dadurch wird die elektrostatische Haltekraft generiert.
- 2. Nach Entfernen der Spannungsquelle findet ein Einlegen 710 der
Waferstapel 102 (d. h. jeweils Träger 102a mit
fixiertem dünnen Wafer 102b) in eine Wafer-Kassettenvorrichtung,
die ein mechanisches Trägerbauteil 100, einen
ersten elektrischen Kontaktbereich 110 und einen zweiten elektrischen
Kontaktbereich 120 aufweist, statt.
- 3. Die Wafer-Kassettenvorrichtung kann nun (optional) zur Vorbereitung
für das gemeinsame Bearbeiten 720 beispielsweise
in einen Hochtemperatur-Ofen eingeschoben werden. Zum Einschieben
der Wafer-Kassettenvorrichtung in das Ofenrohr kann der Beladestab 200 verwendet
werden.
- 4. Die eingelegten Waferstapel 102 können
nun gemeinsam bearbeitet werden, beispielsweise auf eine Temperatur
von mehr als 300°C erwärmt werden.
- 5. Nach dem Einschieben der Wafer-Kassettenvorrichtung in das
Ofenrohr und während des gemeinsamen Erwärmens
der eingelegten Waferstapel 102 kann mit Hilfe des Beladestabs 200, der
mit der Spannungsquelle 230 verbunden werden kann, periodisch
eine Spannung an die elektrischen Kontaktbereiche 330a, 330b und 330c, 330d bzw. 430c, 430d der
eingelegten Waferstapel 102 angelegt werden.
- 6. Das Anlegen der Spannung an die elektrischen Kontaktbereiche 330a, 330b und 330c, 330d bzw. 430c, 430d kann
dabei zeitlich erfolgen, sobald die Temperatur auf einen vorgegebenen
Mindesttemperaturwert (z. B: 200–300°C) angestiegen ist.
Durch das Anlegen der Spannung kann die elektrostatische Haltekraft
zwischen den Trägern 102a und den dünnen
Wafern 102b aufgebaut oder erhalten werden.
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8 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens 800 zum gemeinsamen
Bearbeiten der Waferstapel 102, gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 800 zum
gemeinsamen Bearbeiten 820 weist die folgenden Schritte
auf:
- 1. Zunächst werden die zuvor
aufgeladenen Waferstapel 102 in eine Wafer-Kassettenvorrichtung eingelegt
(Schritt 810), die ein mechanisches Trägerbauteil 100 aufweist.
- 2. Anschließend kann der Kontaktschieber 510 herangefahren
werden (Schritt 820), um die Waferstapel 102 zu
kontaktieren, so dass die Waferstapel 102 jeweils mit den
zwei getrennten elektrischen Kontaktbereichen 530 und 540 des
Kontaktschiebers 510 in elektrisch leitfähigem
Kontakt stehen.
- 3. Das gemeinsame Bearbeiten (720) der Waferstapel 102 erfolgt
daraufhin wie in dem oben beschriebenen Verfahren 700.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung schaffen somit einen Lösungsansatz, um eine
Mehrzahl von mobilen elektrostatischen Trägern auch während Hochtemperaturprozessen
mit Spannung versorgen zu können, um eine sichere elektrostatische
Fixierung von aufgelegten dünnen Wafern zu gewährleisten.
Der Vorteil bei der Verwendung eines erfindungs gemäßen
Kontaktschiebers besteht darin, dass bereits vorhandene Wafer-Kassetten
für Ofen-Prozesse weiter genutzt werden könnten.
Die zusätzliche Funktionalität des Aufladens der
elektrostatischen Träger in der Kassette könnte
hierbei über ein kleineres Zubehör realisiert
werden.
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Im
Folgenden wird noch kurz auf weitere Anwendungsbeispiele eingegangen.
So sind neben der eingangs beschriebenen Anwendung des Legierens von
Metallschichten an sehr dünnen Halbleiter-Wafern auch Ausheilprozesse
nach vorangegangener Ionen-Implantation ein sehr interessantes Anwendungsgebiet
für die neue Wafer-Kassette. Solche Ausheilprozesse, auch
als „Annealing” bezeichnet, finden bei Temperaturen
von 700–900°C statt. Bei Einsatz von elektrostatischen
Trägern und der erfindungsgemäßen Möglichkeit
des Nachladens während des Hochtemperaturschrittes sind
solche Anwendungen vorstellbar.
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Ganz
allgemein schafft die Erfindung eine Trägertechnik für
dünne Wafer, die für Prozessschritte bei sehr
hohen Temperaturen noch einsatzfähig ist. In anderen Worten,
die Erfindung schafft eine technische Lösung, wie mobile
elektrostatische Träger auch bei sehr hohen Temperaturen
eine sichere elektrostatische Fixierung gewährleisten.
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Vorgeschlagen
wird insbesondere eine Wafer-Kassette (oder ”Boot”)
für Hochtemperatur(Ofen-)Prozesse, wobei die Kassette so
mit elektrisch leitfähigen Kontakten ausgestattet wird,
dass ein in der Kassette stehender elektrostatischer Träger
auch während eines Ofenprozesses mit Spannung versorgt
werden kann, um ein Nachladen der Elektroden zu ermöglichen.
Somit können elektrostatische Haltekräfte auch
bei hohen Temperaturen aktiviert werden, bzw. der Ladungszustand
der mobilen elektrostatischen Träger auch während
der Temperaturbehandlung regelmäßig aufgefrischt
werden.
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Die
Erfindung schafft also eine Wafer-Kassette, die mobile elektrostatische
Träger mit Spannung versorgen kann, und die vorzugsweise
(aber nicht zwingend) für Hochtemperatur-Prozesse geeignet
ist. In anderen Worten, die Erfindung schafft eine Haltevorrichtung
für eine ganze Waferhorde, mit mindestens zwei elektrisch
voneinander isolierten Kontaktstellen für jeden Wafer.
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Allgemein
gesprochen schafft die Erfindung auch eine Wafer-Kassette zur Beladung
und Halterung von mindestens zwei Waferstapeln, wobei die Kassette
mindestens zwei elektrisch voneinander getrennte leitfhäge
Kontaktbereiche aufweist, und mindestens einer der beladenen Waferstapel
in der Kassette in einem elektrisch leitfähigen Kontakt
zu den beiden getrennten Kontaktflächen steht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1217655
A1 [0008]
- - US 6239963 B1 [0011]
- - JP 2000100924 A [0011]
- - US 4999507 [0012]
- - US 4412133 [0012]
- - DE 10235814 B3 [0050]
- - JP 59132139 A [0050]