WO2007147749A1 - Wafer-träger-anordnung, schichtverbund zur verwendung bei der herstellung einer solchen wafer-träger-anordnung sowie entsprechende verfahren und verwendungen - Google Patents

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Matthias Ott
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Definitions

  • the present invention relates to wafer carrier assemblies comprising a wafer, a carrier layer and a release layer disposed between the carrier layer and the wafer.
  • the separating layer is a plasma-polymer layer or comprises, in addition to one or more further layers, a plasma-polymer layer adjacent to the carrier layer; the plasma polymer layer adheres to the wafer, but adheres more firmly to the carrier layer than to the wafer.
  • the present invention is thus technically closely related to a method and a device for processing a wafer and a wafer with release layer and carrier layer, as described in WO 2004/051708.
  • the technical teaching of WO 2004/051708 is incorporated by reference into the present text.
  • the present invention additionally relates to a layer composite for use in the production of a wafer carrier arrangement according to the invention.
  • the present invention also relates to a method for producing a wafer carrier arrangement according to the invention and to methods for thinning a wafer and for backside metallizing a wafer.
  • the present invention also relates to the corresponding use of a special plasma polymer layer, as defined below, (i) as a release layer for attachment to a wafer or (ii) as part of a release layer for attachment to a wafer or (iii) as part of a release layer a layer composite for attachment to a wafer.
  • WO 2004/051708 discloses a wafer having a carrier layer and a separating layer arranged between the carrier layer and the wafer, wherein the separating layer is a plasma polymer layer which adheres to the wafer and adheres more firmly to the carrier layer than to the wafer.
  • Carrier layer and release layer is in the context of the present text as
  • Wafer-carrier arrangement called.
  • the primary object of the present invention to provide a wafer carrier arrangement in which the plasma polymer layer has a particularly high flexibility and elasticity (elastic extensibility) in comparison with the plasma polymer layers previously known or used, which consist of carbon, silicon, oxygen and hydrogen.
  • a “plasma polymer layer” is a layer which can be produced by means of plasma polymerization.
  • Plasma polymerization is a process in which gaseous precursors (often also called monomers), excited by a plasma, precipitate on a freely selectable substrate as a highly crosslinked layer.
  • the prerequisite for a plasma polymerization is the presence of chain-forming atoms such as carbon or silicon in the working gas.
  • the molecules of the gaseous substance are fragmented by the bombardment with electrons and / or high-energy ions. This produces highly excited radical or ionic molecular fragments which react with one another in the gas space and are deposited on the surface to be coated.
  • the electrical discharge of the plasma and its intense ion and electron bombardment continuously so that triggered in the deposited layer further reactions and a high degree of linkage of the deposited molecules can be achieved.
  • plasma polymer layer also encompasses layers which have been or were prepared by means of plasma-assisted CVD (PE-CVD).
  • PE-CVD plasma-assisted CVD
  • the substrate is additionally heated to carry out the reaction.
  • SiCV coatings can be produced from silane and oxygen.
  • atmospheric pressure plasma processes can also be used to produce plasma polymer layers to be used according to the invention, although low-pressure plasma polymerization processes are presently preferred.
  • liquid precursors liquids are referred to, for example, by the action of a Plasmas can be crosslinked (for example, by highly excited particles, electrons or UV radiation), without first evaporating.
  • the plasma polymer coatings according to DE 101 31 156 A1 are outstandingly suitable as easy-to-clean coatings. However, like the other plasma-polymer coatings known from the prior art, they have only a very low elasticity and flexibility. In the case of mechanical stress (in particular bending or elongation), therefore, undesired cracks in the plasma-polymer coating occur, which adversely affect the mechanical properties and in particular their service properties of the plasma-polymer coatings as a whole.
  • a wafer carrier arrangement according to appended claim 1.
  • PDMS trimethyl
  • a trimethylsiloxy-terminated polydimethylsiloxane (PDMS) with a kinematic viscosity of 350 mm 2 / s at 25 ° C and a density of 0.97 g / mL at 25 ° C is the product DMS-T23E Gelest.
  • the calibration of the measuring instrument was, as mentioned above, made such that the aliphatic portion of the C 1s peak is 285.00 eV. Due to charging effects, it will usually be necessary to shift the energy axis to this fixed value without further modification.
  • Plasma polymer layers (in particular as part of a wafer carrier arrangement according to the invention) with the values indicated for the binding energy levels are characterized by a particularly high proportion of silicon atoms, which are linked to exactly two oxygen atoms. At the same time, the proportion of silicon atoms which are linked to three or four oxygen atoms is particularly low.
  • the particularly high proportion of silicon atoms with two adjacent oxygen atoms (“secondary silicon”) in comparison to silicon atoms with three or four adjacent oxygen atoms (“tertiary” or "quaternary” silicon) means that the proportion of three-dimensional crosslinking in the plasma polymer layers in the Compared with conventional plasma polymer layers reduced, but nevertheless exists.
  • the proportion of unbranched chains (sections) is increased. Presumably, this is the cause of the increased elasticity and flexibility of the plasma polymer layers set in accordance with the invention.
  • a plasma polymer layer (e.g., as a layer of a wafer carrier assembly according to the present invention) having the binding energy levels set forth above regularly has the following properties:
  • Density 0.9 to 1.15 g / cm 3 .
  • the binding energy levels are given below in tabular form (see Table 1).
  • the binding energy levels (or displacements) given for the plasma-polymer layer to be used according to the invention are related to the molar ratios and the proportions of the elements present in the plasma-polymer layer. Regularly applies to the molar ratios in the present invention plasma polymer layer (eg as part of a wafer carrier arrangement according to the invention):
  • n (O) 1.02
  • n (C): n (Si) 2.35
  • the relationship between hydrogen and carbon refers to results of classical chemical elemental analysis.
  • the plasma-polymer layer based on 100 Atomic% for the sum of the elements silicon, oxygen and carbon, contains:
  • the plasma polymer layer based on 100 atomic% for the sum of the elements silicon, oxygen and carbon, contains:
  • the atomic% data refer to ESCA measurements at settings which are for a standard trimethylsiloxy-terminated polydimethylsiloxane (PDMS) having a kinematic viscosity of 350 mnrVs at 25 ° C and a density of 0.97 g / mL at 25 ° C for silicon is 22.9 at%, for oxygen is 23.4 at% and for carbon it is 53.75 at%; with regard to the tolerances cf. Table 1, below.
  • PDMS trimethylsiloxy-terminated polydimethylsiloxane
  • a plasma polymer layer which contains, based on 100 atomic% for the sum of the elements silicon, oxygen and carbon:
  • Silicon 22 to 28 atomic% oxygen 22 to 30 atomic% carbon 42 to 55 atomic% the following applies to the molar ratios in the plasma polymer layer:
  • the Si 2p peak in comparison with a trimethylsiloxy-terminated polydimethylsiloxane (PDMS) with a kinematic viscosity of 350 mm 2 / s at 25 ° C and a density of 0.97 g / mL at 25 ° C, the Si 2p peak has a binding energy value shifted by a maximum of 0.44 eV to higher or lower binding energies, and the O 1s peak has a binding energy value shifted by a maximum of 0.50 eV to higher or lower binding energies.
  • PDMS trimethylsiloxy-terminated polydimethylsiloxane
  • a very particularly preferred plasma-polymer layer contains, based on 100 Ato ⁇ m-% for the sum of the elements silicon, oxygen and carbon:
  • plasma polymer layers to be used according to the invention are resistant to hydrolysis, elastic and thus free from cracks to elongations of> 25% (in preferred embodiments> 50%).
  • the plasma polymer layers to be used according to the invention have non-stick properties and are thus outstandingly suitable as part of a release layer.
  • a possible embodiment is a wafer carrier arrangement according to the invention, wherein the separating layer or the plasma polymer layer is a gradient layer and / or comprises an adhesive zone adjoining the carrier layer and a dehesive zone adjacent to the wafer and optionally a transition zone, wherein the adhesive and the Denosivzone are composed of different material.
  • the Denosivzone the separation layer or plasma polymer layer adheres to the wafer worse than the adhesive zone of the separation layer or the plasma polymer layer on the support layer.
  • the deposition parameters for example via the gas composition, so that the plasma polymer layer comprises an adhesive and a dehesive zone.
  • the layer of the wafer eg a passivation layer
  • the adhesion properties of the adhesive and the Denosivzone against those of the release layer adjoin adjacent layers (carrier layer and supporting layer of the wafer) exactly.
  • a wafer carrier arrangement according to the invention is preferred in which the plasma polymer separation layer is not embodied as a gradient layer, so that the elastic properties of this layer can be fully developed.
  • a particularly high elasticity of the plasma polymer layer is required, in particular, when the plasma polymer layer is applied directly to a prepolymer (later elastic) layer of a carrier material (see below for corresponding preparation methods). In this case, adequate crosslinking with the carrier layer is achieved by the plasma-polymeric coating process.
  • the (prepolymeric) layer serving as a substrate belonging to the release layer) prior to application of the plasma polymer layer, e.g. Fine to clean and activate with a plasma. Care should be taken in this cleaning and activation that the (prepolymer) layer (preferably an elastomer or a precursor of an elastomer such as a rubber) itself does not crack and lose its extensibility.
  • the plasma-polymer layer on the wafer side comprises a formerly liquid precursor as an integral constituent.
  • a particularly good quality of the Denzosiveigenschaften the plasma polymer layer (as a release layer or component of a release layer) can be achieved, for example, that a wafer to be coated or another substrate to be coated wets thin before introduction into a vacuum chamber (the low-pressure plasma) with a liquid precursor will be made to the following requirements:
  • the liquid precursor should be a release-active substance (eg a silicone oil such as AK5 to AK50 from Wacker Chemie).
  • a release-active substance eg a silicone oil such as AK5 to AK50 from Wacker Chemie.
  • the person skilled in the art will preferably adapt the liquid precursor to the chemistry of the plasma polymer layer (as separating layer or component of a separating layer), and the precursor should preferably be applied so thinly (eg 1 to 100 nm) that the precursor is part of the plasma polymer by the subsequent plasma process Layer becomes. It is particularly preferred that the initially liquid precursor is completely integrated into the plasma polymer layer.
  • the liquid precursor is preferably applied to the wafer by dipping, spraying or spin-coating, a coating of the wafer backside (that is, the side of the wafer opposite the front side) should be avoided.
  • liquid precursor can also be part of the plasma polymer layer in another way, whereby instead of the wafer, which is to be part of the wafer carrier arrangement according to the invention, another substrate is used and the plasma polymer layer with integrated liquid precursor after production is separated from this substrate.
  • the liquid precursor is exposed, for example in the first step of a plasma polymerization, to the active constituents of the plasma (electrons, protons, ions, etc.).
  • the active constituents of the plasma electrospray, ion, a fluoride, etc.
  • crosslinking of the precursor molecules with one another usually takes place (preferably with polymer chains or with a three-dimensional polymer skeleton) as well as with the layer which is deposited from the gas phase.
  • the initially liquid precursor thus becomes an integral part of the plasma-polymer layer and can thus subsequently be removed again with it from the wafer (the substrate used).
  • the person skilled in the art will coordinate the type of liquid precursor and the coating thickness on the substrate (eg a wafer) and the subsequent steps of the plasma polymer deposition in such a way that extensive integration, preferably complete integration of the initially liquid precursor into the plasma polymer layer takes place. This can be checked after removal of the layer from the substrate, for example with contact angle measurement on the front side of the substrate. Also with ESCA (XPS) can be optionally detect Precursoogurchange on the front of the substrate.
  • ESCA XPS
  • liquid precursor may optionally reduce the overall coating time in the plasma.
  • the wafer of a wafer carrier arrangement consists essentially or completely of optionally doped silicon.
  • the wafer comprises on the front side an active layer with electronic components, wherein the separation layer is arranged on the front side.
  • the wafer comprises an active layer with electronic components, it also regularly comprises a passivation layer, which can consist of silicon nitride and / or silicon oxide or polyimide, for example.
  • the passivation layer (as part of the wafer) the separating layer described above is arranged in this case.
  • the front side of the wafer is defined by the position of the active layer with electronic components: the side on which the active layer of the wafer is arranged is referred to as the wafer front side.
  • separating layer adheres to the wafer and the carrier layer at temperatures up to at least 350 ° C., preferably up to at least 380 ° C., particularly preferably up to at least 400 ° C.
  • High temperature resistance is particularly important when planning steps associated with increased layer thermal stress (e.g., backside metallization) as the wafer is processed.
  • Separating layer (preferably together with the carrier layer) of the wafer mechanically peelable, mechanically ab2020lbar or otherwise (mechanically or in any other way) is detachable or detachable.
  • a wafer carrier arrangement according to the invention in which the separating layer can be completely removed from the wafer without residue. Since the carrier layer is also regularly removed from the wafer with the release layer, it is possible to carry out a multiplicity of further processing steps with a wafer carrier arrangement according to the invention (wafer with separation layer and carrier layer) (eg backside metallization, thinning, dicing into dies) Wafer is protected by the carrier layer (and optionally also by the release layer).
  • the carrier layer By a corresponding configuration of the carrier layer, it is also possible to adapt the wafer to a planned further processing. By detaching the release layer (and preferably at the same time the carrier layer) as residue-free as possible (particularly important in the areas in which the contacting of electronic components is to take place), the individual dies (microplates) can be fed to their destination after separation without disturbing separating and carrier layers become.
  • a wafer carrier arrangement according to the invention is preferred in which the separating layer and the wafer are mechanically detachable (for example by a peeling method).
  • a release layer which is or comprises a plasma polymer layer which is distinguished by a particularly high flexibility is contained in wafer carrier arrangements according to the invention, in the wafer carrier arrangements according to the invention the release layer is regularly particularly easily and completely mechanically removable from the wafer ,
  • the carrier layer or the layer of the carrier layer which adjoins the separating layer has an elasticity which is even greater than or at least equal to the elasticity of the separating layer.
  • the elasticity of the carrier layer or of the layer of the carrier layer is characterized by an elongation at break> 150% and a Shore A value ⁇ 50. Such an embodiment supports this mechanical release of release layer (with support layer thereon) and wafer once again.
  • the separating layer is preferably selected so that the heat conduction through the separating layer (typical layer thickness 50-300 nm) is greater than the heat conduction (at the same temperature difference) through the wafer, preferably even greater than the heat conduction through a thinned wafer (typical thickness, for example, 20 ⁇ m after thinning the wafer).
  • the release layer thus preferably does not cause any relevant additional thermal resistance.
  • the carrier layer can be composed of one, two or more layers. If the carrier layer comprises two or more supporting layers, it preferably comprises a first (supporting and / or contour-fitting) layer and a second (supporting) layer, wherein the first layer adjoins the separating layer and on its side facing away from the separating layer with the second (carrying) layer is connected.
  • the second (supporting) layer should have a lower elasticity and / or a greater thickness than the first (load-bearing and / or contour-fitting) layer.
  • the carrier layer comprises one or more layers of polymeric material or consists of one or more layers of polymeric material.
  • Layers is polyimide.
  • a commercially available, particularly suitable as a carrier material is polyimide Kapton ®; polyetheretherketones (PEEK), polyaramides, polyamide / imide (PAI),
  • PPS Polyphenylene sulfide
  • PEK polyether ketone ketone
  • PBI polybenzimidazole
  • PPS Polyphenylene sulfide
  • fluoropolymers such as
  • FKM Hexafluoropropylene vinylidene fluoride copolymer
  • PFA tetrafluoroethylene perfluoro (alkyloxy vinyl ether) copolymer
  • the separating layer of a wafer carrier arrangement according to the invention can also be composed of one, two or more layers, although a plasma-polymer layer adjacent to the carrier layer is always present according to the invention.
  • the separating layer comprises (a) a plasma-polymeric first layer and (b) at least in sections (eg island-like) a second layer arranged between the plasma polymer layer and the wafer.
  • An island-like second layer can lower the required release forces (adhesive force and peel force). After use of the carrier, residues of this layer may have to be removed again from the wafer surface (die).
  • the second layer of the separating layer which is arranged between the plasma-polymer layer and the wafer, can in particular consist of silicone oils or waxes or similarly separating substances. Since the second layer is regularly processed in a vacuum press (see the comments on method designs below) and an island-shaped covering is preferably present after the pressing process, the person skilled in the art will strive for an average layer thickness coverage (before the pressing) of less than 10 nm. However, this value can also be exceeded, in particular for highly viscous substances.
  • wafer carrier As can also be seen from the explanations below for the method according to the invention, wafer carrier
  • Rear side metallization - can be done in individual elements by back thinning and / or removal of the release and support layer.
  • undercuts on the wafer surface are a hindrance to the separation process and are therefore preferably avoided; However, certain undercuts are tolerable depending on the elasticity of the layer composite of carrier layer and release layer.
  • the plasma polymer layer of a wafer carrier assembly according to the invention i. the plasma polymer layer constituting the separation layer or which is contained in the separation layer adjacent to one or more further layers has a thickness in the range of 1 to 2000 nm.
  • the present invention also relates to a layer composite for use in the production of a wafer carrier arrangement according to the invention, comprising a carrier layer, a separating layer to be arranged between the carrier layer and a wafer, and optionally a protective film which is arranged on the side of the separating layer facing away from the carrier layer and removable without residue from this removable or otherwise removable, wherein the separating layer is a plasma polymer layer or next to one or more further layers adjacent to the carrier layer plasma polymer layer, and wherein the plasma polymer layer is a layer consisting of carbon, silicon, oxygen and hydrogen and optionally conventional impurities, wherein in the ESCA spectrum of the plasma polymer layer, when calibrated to the aliphatic portion of the C 1 s peak at 285.00 eV, in comparison with a trimethylsiloxy-terminated polydimethylsiloxane (P DMS) with a kinematic viscosity of 350 mm 2 / s at 25 ° C and a density of 0.97 g /
  • the separating layer and the carrier layer are preferably designed as it is is described above in connection with the wafer carrier arrangements according to the invention.
  • An inventive composite layer can be made in manufacturing facilities, which are spatially far apart from the manufacturing facilities of the wafer.
  • a layer composite according to the invention can be designed so that the release layer and the carrier layer of the layer composite enable pressing and temperature-assisted adherence of the release layer to the wafer surface; see. See also the comments on the method according to the invention below.
  • the inventively provided plasma polymer layer of a wafer carrier arrangement according to the invention or of a layer composite according to the invention is produced by deposition (plasma-based or plasma-assisted) on a substrate. Since the plasma polymer layer is provided according to the invention in a wafer carrier arrangement or in a layer composite for use in the production of such a wafer carrier arrangement, the deposition is preferably carried out on a prepared carrier layer, which then serves as a substrate; the resulting product is then an inventive composite layer. Alternatively, however, the plasma polymer layer can also be deposited on the wafer, which then results in the production process options already described in WO 2004/051708.
  • a vacuum reactor is used, which is evacuated with the aid of vacuum pumps at least to the extent that at a selected amount of working gas, the desired working pressure can be maintained, especially when the plasma is ignited.
  • the skilled person will also make sure that the gas atmosphere as little as possible of residual water (Moisture, the water partial pressure must be low) is disturbed, which adheres to the reactor walls or on these coatings located (inner leak). Furthermore, it will ensure that the total external leak rate of the chamber used is less than 1% of the amount of oxygen to be supplied to the process.
  • a stable, low leak rate can be detected and found, for example, by means of a leak tester or a mass spectrometer. Inner leaks can be minimized by sufficiently long evacuation times (at least a few hours) or by heating the chamber and also detected by means of a mass spectrometer.
  • the rigorous approach described here which is time consuming and costly, is not necessary or suitable for the production of ordinary easy-to-clean coatings because it accepts or even desires the incorporation of larger amounts of oxygen within a certain range.
  • Suitable substrate surfaces may be directly, i. are pretreated without pretreatment, however, pretreatment steps or precoating steps e.g. for purification, activation or plasma polymerization possible.
  • wafer surfaces cf. the procedure of WO 2004/051708
  • prepared carrier layers can be used as suitable substrate surfaces;
  • a layer composite according to the invention which in addition to a carrier layer comprises a separating layer to be arranged between the carrier layer and a wafer, which in turn comprises the deposited plasma polymer layer and optionally further layers , If appropriate, a protective film can then be provided on the side of the separating layer facing away from the carrier layer, cf.
  • organosilicon monomers such as hexamethyldisiloxane (HMDSO), Octamethyltrisiloxane, tetramethylsilane (TMS) or vinyltrimethylsilane (VTMS) used.
  • HMDSO is particularly preferred since it already has the first Si - O - Si unit, is already saturated with methyl groups and has a comparatively high vapor pressure.
  • this monomer is processed together with oxygen.
  • Oxygen as an additional working gas not only allows the addition of the desired oxygen content, but also allows a plasma-chemical "combustion" of the broken-off organic fragments HMDSO.
  • the plasma can be ignited with the help of a wide variety of frequencies, but preferably a so-called structure-preserving plasma is chosen. This means that the supplied
  • Monomer for example, HMDSO, not completely fragmented in the plasma, but so mild plasma process parameters are chosen so that, for example, only one methyl group is split off per monomer molecule. This can result in a methyl-rich Si-O network. Such a material can be severely damaged or disturbed by high ion bombardment, so that RF frequencies (13.56 MHz) are preferred and the substrate is preferably not attached to the electrode.
  • RF frequencies 13.56 MHz
  • a working range is preferably selected, is operated in the monomer excess. There is thus more working gas available than can be processed with the supplied plasma power.
  • the person skilled in the art recognizes this for example because an increase in the power supplied leads to a significant increase in the deposition rate.
  • To adjust the gas ratio for example from HMDSO to oxygen, the following examples are to be considered as an aid; A working instruction can not be created for this purpose, since in plasma polymerization, the settings of the process parameters always depend, inter alia, very strongly on the plasma system used. However, the skilled artisan will always spend a significant excess Select HMDSO.
  • the power is to be adjusted taking into account the respective total gas quantity.
  • the coating time is set so that the desired layer thickness of the plasma polymer layer (as part of a wafer carrier arrangement according to the invention or a layer composite according to the invention) is achieved.
  • carrier layers can be coated homogeneously in such systems very easily, in particular carrier layers which have the shape of a polymeric film.
  • such systems also allow the simultaneous coating of a variety of carriers or the coating of suitable web products.
  • Wafer is applied directly to the electrode and the self-bias (possibly modified with the help of an external DC voltage source) is exploited. This can the deposition rate and thus the processing speed can be increased significantly.
  • the technical requirements for such a system can be described, for example, as follows:
  • Electrode - The "wafer chuck” is carried out as an electrode.
  • the electrode itself has almost the same diameter as the wafer.
  • the wafer chuck should have a minimum diameter of 380 mm.
  • Edge area is made of an insulator.
  • the top of the "wafer chuck” forms as possible with the wafer as possible to be able to guide the working gas well. 6. further requirements -
  • the distance from the wafer surface to the gas inlet arranged above it is min. 300 mm. Pumping is done below the wafer or as homogeneously as possible above or below the wafer carrier.
  • the preparation of the plasma polymer layer can optionally be carried out by means of low-pressure or atmospheric-pressure plasma polymerization. If atmospheric pressure plasmas are used, the influence of foreign gases, such as air or humidity, should be eliminated as completely as possible.
  • a layer composite according to the invention which can be used particularly advantageously for thinning wafers, comprises a plasma polymer layer which has one of the abovementioned compositions and is therefore particularly elastic.
  • a layer composite according to the invention comprises a carrier layer, preferably comprising a supporting and / or adjacent to the separating layer contours-fitting layer based on a high temperature stable, curable (preferably crosslinkable) substance, in particular silicone polymers, fluoropolymers or polyimide (such as Kapton ® ) or polyimide precondensates.
  • This layer can be applied, for example, as a preparation, in particular a solution, of the abovementioned substances.
  • the use of such a layer composite according to the invention in the production of a wafer carrier arrangement according to the invention is to be seen in particular in that the actual product, the wafer to be thinned, is not subject to a plasma polymer process.
  • This process step can be performed spatially and temporally independently of the wafers by the use of a layer composite according to the invention, whereby a quality control can be carried out before merging with the (valuable) wafers.
  • the outsourcing of this process step to the manufacturer of the composite layer is possible and advantageous.
  • the layer composite as a whole serves in the production steps, which concern the thinning of the wafer as a temporary carrier.
  • the following sequence of processes is suitable for the mass production of such temporary carriers (each of which is a layer composite according to the invention) that can be delivered to the production facility as semifinished products in which wafers are to be thinned (and optionally back-side metallized).
  • this substrate material has nothing to do with the wafer to be thinned, but merely serves as a substrate for the production of a plasma polymer layer,
  • a thin, smooth (water) soluble layer of e.g. from a sugar solution of 0.4 g / ml_ refined sugar in water (alternatively, for example, a silicone oil can also be used, which is later removed by means of conventional solvents),
  • the activated surface of the plasma polymer layer with a polyimide solution or a preparation of polyimide precondensates or another high temperature stable, curable (preferably crosslinkable) substance, e.g. Silicone rubbers;
  • curable or crosslinkable substance is solvent-free and heat-crosslinking
  • a prepolymer e.g., silicone rubber, alternatively, for example, incompletely cured polyimide.
  • the resulting layer composite (comprising on the substrate a plasma polymer layer (also called nanofoil) + prepolymer + film) firstly manageable and secondly (especially when heated) can still adapt to a surface contour in a later processing step.
  • a plasma polymer layer also called nanofoil
  • the prepolymer preferably already bonds to the activated plasma polymer layer (nanofoil).
  • the use of an expandable (elastic), plasma polymer layer provided in accordance with the invention of the type specified above is of crucial importance, since without the said extensibility the plasma polymer layer would break and a defined low adhesion (on a wafer of a wafer carrier arrangement according to the invention) would be changed by invading pre-polymer undefined.
  • the plasma polymer layers used according to the invention are regularly uniform in their structure and their dehesive properties.
  • a thin layer of silicone oils, silicone elastomers, silicone waxes or other substances having a separating action can, for example, be provided between the cover film and the plasma polymer layer.
  • the substances are preferably selected so that they can easily be replaced by a wafer carrier (of the layer composite according to the invention) after use
  • the cover film is first removed from the plasma-polymer layer. Then the process flow is as follows:
  • the prepolymer (see above) is pressed with the plasma polymer layer (nanofoil). This process is supported by increased temperature. Then the temperature is increased so much that the curing process of the prepolymer begins. In this case, the prepolymer finally bonds with the preferably activated film and the plasma polymer layer (nanofoil) - the layer composite as a temporary carrier finds its final embodiment in this process stage.
  • the structures of the wafer to be thinned are filled by the elastic plasma polymer layer and the adjoining first contour-matching layer of the carrier layer, the plasma polymer layer is stretched within its elasticity limits and adapts to the surface structure of the wafer to be thinned. There are no air bubbles, as in one
  • the plasma polymer layer (nanofoil) provides the necessary dehesive surface properties compared to the wafer to be thinned.
  • the plasma polymer layer (nanofoil) has a certain tack, so that the intimate connection with the wafer surface and the mechanical bonding via the wafer structure is given sufficient adhesion,
  • Layer / nanofoil can be exposed to temperatures of up to 400 ° C in the short term
  • Providing a very smooth, reusable substrate material e.g., bare Si wafer
  • a final cured film for example, polyimide (such as Kapton ®)
  • substrate substrate film
  • a polyimide solution or a preparation of polyimide precondensates or another high temperature stable, curable (preferably crosslinkable) substance e.g. Silicone polymers (silicone rubbers or other polysiloxanes or siloxane-containing copolymers)
  • step 3 production of a prepolymer, so that the current handling and shipping of the goods is guaranteed, but later - when contacting with the wafer to be thinned - required deformation behavior (contour adjustment) is still guaranteed.
  • the prepolymer corresponds to the prepolymer from the procedures described above. 5.
  • a prepolymer is formed which, as a layer belonging to the carrier layer, ensures adequate adhesion of the plasma polymer layer (of the nanofoil) to the substrate film (which constitutes a further supporting layer of the carrier layer) and permits contour matching. 6. If necessary, cover the plasma polymer layer (nanofoil) with a cover for storage and shipping.
  • the advantage of the last-described procedure for producing a layer composite is, in particular, that the layer composite produced no longer depends on a substrate (in the previously described Process designs, for example, always a blank Si wafer used) must be solved.
  • the layer composites prepared in the manner described above can be used relatively easily. So a transport to the user can take place. After peeling off the optionally present covering film, the user (as described above) uses the layer composite produced as a temporary carrier for thinning wafers.
  • the dehydrated surface properties of the plasma polymer layer allow the removal of the temporary support from the wafer after use.
  • the deformability of the inventively provided plasma polymer layer (nanofoil) and the "prepolymer” layer allows contour-accurate filling of trenches and structures on the wafer to be thinned by means of a vacuum-assisted pressing and curing process. After such a process, the easily deformable and expandable plasma polymer layer (nanofoil) will build up a low adhesion to the substrate via physical interactions. In addition, a mechanical clamping of the temporary carrier (the layer composite according to the invention) take place.
  • Invention also provides a method for producing a wafer wafer according to the invention.
  • Carrier assembly comprising the steps of: a) providing a z. B) providing the wafer with a release layer so that it adheres to the wafer, and before or after step b) c) bonding a carrier layer to the release layer, wherein wafers,
  • step c) is preferably carried out before step b), ie, preferably a carrier layer is first connected to the separating layer.
  • the wafer is preferably provided with a layer composite according to the invention which comprises a carrier layer and a separating layer, the separating layer coming into contact with the wafer.
  • a layer composite according to the invention which comprises a carrier layer and a separating layer, the separating layer coming into contact with the wafer.
  • step c) is performed before step b).
  • a method according to the invention is particularly preferred, in particular when the layer composite is produced starting from a substrate film which itself later becomes a constituent of the layer composite (see above the process sequence marked as "reversed").
  • a layer composite according to the invention is preferably produced by a process comprising the following steps:
  • Providing a supporting layer e.g. a fully cured
  • activating the supporting layer preferably coating the supporting layer with a curable and / or crosslinkable substance, preferably a high temperature stable, curable substance, for example silicone polymers (silicone rubber or other polysiloxanes or siloxane-containing copolymers) or a polyimide solution, or a preparation of polyimide precondensates.
  • a curable and / or crosslinkable substance preferably a high temperature stable, curable substance, for example silicone polymers (silicone rubber or other polysiloxanes or siloxane-containing copolymers) or a polyimide solution, or a preparation of polyimide precondensates.
  • the curable or crosslinkable substance can be partially cured or partially crosslinked before the plasma polymer layer is applied, or alternatively, the curable or crosslinkable Substance are first provided with the plasma polymer layer before the said substance is partially cured or partially crosslinked). It should be noted that the partially cured or partially crosslinked layer of said substance at least sufficient adhesion of the plasma polymer layer on the finished cured film
  • Substrate sheet ensures, so that the subsequent steps described in the present text can be carried out, optionally covering the plasma polymer layer with a cover or the like.
  • a plasma polymer layer (nanofoil) on the layer of the liquid (which is on the substrate material) using a plasma process (atmospheric pressure plasma or low pressure plasma, see above), optionally activating the surface of the produced plasma polymer layer,
  • the present invention also relates to the use of a plasma polymer layer consisting of carbon, silicon, oxygen and hydrogen and optionally conventional impurities, wherein in the ESCA spectrum of plasma polymer layer, when calibrated to the aliphatic portion of the C 1s peak at 285.00 eV, compared with a trimethylsiloxy-terminated polydimethylsiloxane (PDMS) having a kinematic viscosity of 350 mm 2 / s at 25 ° C and a density of 0, 97 g / mL at 25 ° C, the Si 2p peak has a binding energy value shifted by a maximum of 0.44 eV to higher or lower binding energies, and the O 1 s peak has a binding energy value of no more than 0.50 eV (i) as a release layer for attachment to a wafer, or (ii) as part of a release layer for attachment to a wafer, or (iii) as part of a release layer of a laminate for attachment to a
  • the invention also relates to a method for thinning a wafer, comprising the following steps:
  • Wafers remains free, thinning the wafer from its back (back thinning).
  • the invention also relates to a method for backside metallization of a wafer, comprising the following steps: producing a wafer carrier arrangement according to the invention, wherein the
  • back thinning thinning the wafer from its back side (back thinning), - Applying a metal layer on the back of the wafer.
  • the release layer and the carrier layer are removed again from the wafer after the thinning or the backside metallization.
  • a wafer prepared for separation into individual elements is provided.
  • the wafer is separated into individual elements by backside thinning of the wafer and / or (ii) by removal of the release layer and the carrier layer, optionally with the exception of backside metallization.
  • Example 1 Preparation of Plasma Polymeric Layers for Use in a Wafer-Carrier Assembly According to the Invention or in a Layer Assembly According to the Invention
  • Fig. 1 Course of the refractive index as a function of wavelength
  • FIG. 2 Transmission profile of a plasma polymer layer to be used according to the invention.
  • Quartz glass compared to an uncoated quartz glass and a PDMS oil (here about 200 nm AK50, Wacker Chemie) coated quartz glass in the wavelength range 190 to 250 nm
  • Fig. 5 FTIR comparison spectrum of an easy-to-clean layer
  • EPDM very extensible rubber material
  • FIG. 7 Microscopic representation (200 ⁇ magnification) of the coated rubber material without load.
  • Fig.8 Microscopic representation (200x magnification) of the coated rubber material after stretching by about 40%.
  • the crack network to be recognized in FIG. 8 is perpendicular to the pulling direction; as the strain increases, the network becomes more pronounced and the cracks grow slowly in width.
  • Example 2 Production of a Plasma Polymeric Layer (for Example for Use in a Wafer-Carrier Assembly of the Invention or a Layer Composite of the Invention)
  • a second possibility for producing the plasma polymer product according to the invention is given by the following process parameters:
  • the leak rate (external leak) the used vacuum chamber considerably smaller than 2 x 10 "3 mbar L / sec is. Further, the internal leak rate was checked by using a mass spectrometer. It was ensured that the process was only started when at high sensitivity of the spectrometer the reading for the mass 18 (water) dropped sharply and then was constant.
  • ESCA spectra were recorded and evaluated by the plasma polymer layers "A" and "B” to be used according to the invention, which were produced according to Example 1, and by a reference material and a comparison product.
  • the results are shown in Table 1 below, which refers to the binding energy levels of the signals and the full width at half maximum (FWHM) widths of the individual peaks.
  • FWHM full width at half maximum
  • the ESCA investigations were carried out with the KRATOS AXIS Ultra spectrometer from the company Kratos Analytical.
  • the analysis chamber was with a
  • X-ray source for monochromatized AI K ⁇ radiation, an electron source equipped as a neutralizer and a quadrupole mass spectrometer.
  • the plant had a magnetic lens, which the
  • the pass energy was 160 eV when determining the molar ratios, the corresponding spectra are referred to as overview spectra. In determining the peak parameters, the pass energy was 20 eV each.
  • the measurement conditions mentioned are preferred in order to enable a high degree of independence from the spectrometer type and to identify plasma-polymer products according to the invention.
  • the reference material used was the polydimethylsiloxane silicone oil DMS-T23E from Gelest Inc. (Morrisville, USA). This trimethylsiloxy-terminated silicone oil has a kinematic viscosity of 350 mm 2 / s ( ⁇ 10%) and a density of 0.970 g / mL at 25 ° C and an average molecular weight of about 13 650 g / mol.
  • the selected material is characterized by an extremely low content of volatile constituents from: after 24 hours at 125 ° C and 10 "5 Torr vacuum were detected less than 0.01% volatiles (by ASTM E595-85 and NASA SP-R0022A Using a spin-coating process, a 40 or 50 nm thick layer was applied to a silicon wafer using hexamethyldisiloxane as the solvent.
  • the measured spectra are - for the overview spectra exemplarily one each - as figures 9 to 12 (overview spectra), and 13 to 25 (detail spectra) attached. Show it:
  • Fig. 9 XPS overview spectrum of the DMS-T23E
  • FIG. 11 XPS overview spectrum of a plasma polymer layer B to be used according to the invention.
  • FIG. 12 XPS overview spectrum of the easy-to-clean coating according to DE 101 31 156 A1 (comparison)
  • Fig. 13 XPS detail spectrum of the O 1 s peak of the DMS-T23E
  • Fig. 14 XPS detail spectrum of the C 1s peak of DMS-T23E
  • Fig. 15 XPS detail spectrum of the Si 2p peak of the DMS-T23E
  • FIG. 16 XPS detail spectrum of the O 1s peak of a plasma polymer layer A to be used according to the invention.
  • FIG. 17 XPS detail spectrum of the C 1s peak of a plasma polymer layer A to be used according to the invention.
  • FIG. 18 XPS detail spectrum of the Si 2p peak of a plasma polymer layer A to be used according to the invention.
  • FIG. 19 XPS detail spectrum of the O 1 s peak of a plasma polymer layer B to be used according to the invention.
  • FIG. 20 XPS detail spectrum of the C 1s peak of a plasma polymer layer B to be used according to the invention.
  • FIG. 21 XPS detail spectrum of the Si 2p peak of a plasma polymer layer B to be used according to the invention.
  • FIG. 22 XPS detail spectrum of the O 1 s peak of the easy-to-clean coating according to DE 101 31 156 A1 (comparison)
  • FIG. 23 XPS detail spectrum of the C 1s peak of the easy-to-clean coating according to DE 101 31 156 A1 (comparison)
  • FIG. 24 XPS detail spectrum of the Si 2p peak of the easy-to-clean coating according to DE 101 31 156 A1 (comparison) For the overview spectra, four to six measurements were made at different positions on the samples. Table 1 shows the maximum deviations from the mean value of the measurements carried out for the molar ratios ⁇ .
  • the increase in the proportion of secondary silicon atoms is a reason for the increased elasticity and flexibility of the plasma polymer layers to be used according to the invention in comparison with the easy-to-clean coating according to DE 101 31 156 A1, in which a higher dominance of tertiary silicon -Atomen present.
  • the plasma polymer layers to be used according to the invention are carbon-rich and oxygen-poorer than the easy-to-clean coating. This inevitably results in less networking points.
  • the composition approximates that of a silicone oil but is more crosslinked (more oxygen, less carbon) than it is to classical silicone elastomers. Therefore, one can assume an elastomeric plasma polymer structure (at high hydrogen content).
  • FIG. 25 shows a layer composite according to the invention with carrier layer and release layer, but without a protective film
  • FIG. 26 shows a wafer carrier arrangement according to the invention which comprises the (deformed) layer composite from FIG. 25 as well as a wafer
  • FIG. 27 a layer composite according to the invention with carrier layer and release layer, including protective film and additional separating oil layer.
  • FIG. 25 shows a layer composite according to the invention which comprises, as a separating layer, a plasma-polymer, elastic layer 2 which adjoins a carrier layer which consists of a first contour-conforming (deformable) layer 4 and of a second, supporting layer 6.
  • the plasma polymer layer 2 has the characteristics given earlier in the general part of the present description.
  • the contour-matching layer 4 of the carrier layer consists of a high-temperature-stable, curable, (preferably crosslinkable) substance such as silicone polymers (silicone rubber or other polysiloxanes or siloxane-containing copolymers) or a polyimide solution or a preparation of polyimide precondensates.
  • the second, supporting layer 6 of the carrier layer consists for. B. from a polyimide (eg Kapton ® ) or from a polyether ketone.
  • FIG. 26 shows a wafer carrier arrangement according to the invention which was produced using the layer composite shown in FIG. Accordingly, a plasma-polymer layer 2 (as separating layer), a first layer 4 of a carrier layer and a second, supporting layer 6 of a carrier layer are found in the wafer carrier arrangement according to FIG. Furthermore, the wafer carrier arrangement according to FIG. 26 comprises a wafer 8 with an electronic structure 18 arranged on the front side.
  • the wafer 8 having electronic structure 18 and, for example, the laminated film 2, 4, 6 shown in Fig. 25 having the plasma polymer layer side facing the front side of the wafer, which has the carries electronic structure, pressed on.
  • the plasma-polymer, elastic layer 2 of the layer composite shown in FIG. 25 and the first contour-conforming layer 4 of the carrier layer deformed. Due to the high extensibility of the plasma polymer layer 2, cracks do not occur in the latter, so that the deformable layer 4 of the carrier layer does not come into contact with the electronic structure 18 of the wafer 8.
  • FIG. 27 shows a layer composite 2, 4, 6 according to FIG. 25, which is equipped on the side of the plasma-polymer layer 2 with a protective film 10. Between protective film 10 and plasma polymer layer 2 is located above this a thin layer 12 of a release oil.
  • the protective film 10 in practice is stripped from the layer composite (2, 4, 6) before it is pressed onto a wafer with an electronic structure optionally arranged thereon, cf. see Fig. 26, wafer 8.
  • the separating oil layer 12 remains in sections on the plasma polymer layer 2 and thus passes like an island between this plasma polymer layer 2 and the wafer.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wafer-Träger-Anordnung, umfassend: einen Wafer (8), eine Trägerschicht (4, 6) und eine Trennschicht (2), die zwischen der Trägerschicht (4, 6) und dem Wafer (8) angeordnet ist, wobei die Trennschicht (2) (i) eine plasmapolymere Schicht (2) ist oder neben einer oder mehreren weiteren Schichten eine an die Trägerschicht angrenzende plasmapolymere Schicht (2) umfasst und (ii) an dem Wafer (8) haftet und an der Trägerschicht (4, 6) fester haftet als an dem Wafer, wobei die plasmapolymere Schicht (2) eine Schicht ist bestehend aus Kohlenstoff, Silicium, Sauerstoff und Wasserstoff sowie gegebenenfalls üblichen Verunreinigungen, wobei im ESCA-Spektrum der plasmapolymeren Schicht (2), bei Kalibrierung auf den aliphatischen Anteil des C 1 s Peaks bei 285,00 eV, im Vergleich mit einem trimethylsiloxy-terminierten Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer kinematischen Viskosität von 350 mm2/s bei 25 °C und einer Dichte von 0,97 g/mL bei 25 °C, der Si 2p Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,44 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist, und der O 1 s Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,50 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist.

Description

Wafer-Träger-Anordnung, Schichtverbund zur Verwendung bei der
Herstellung einer solchen Wafer-Träger-Anordnung sowie entsprechende Verfahren und Verwendungen
Die vorliegende Erfindung betrifft Wafer-Träger-Anordnungen, die einen Wafer, eine Trägerschicht und eine Trennschicht umfassen, welche zwischen der Trägerschicht und dem Wafer angeordnet ist. Die Trennschicht ist dabei eine plasmapolymere Schicht oder umfasst neben einer oder mehreren weiteren Schichten eine an die Trägerschicht angrenzende plasmapolymere Schicht; die plasmapolymere Schicht haftet an dem Wafer, haftet jedoch an der Trägerschicht fester als an dem Wafer.
Die vorliegende Erfindung steht somit technisch in engem Zusammenhang mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Bearbeiten eines Wafers sowie einem Wafer mit Trennschicht und Trägerschicht, wie in der WO 2004/051708 beschrieben. Die technische Lehre der WO 2004/051708 ist im Wege der Verweisung Bestandteil des vorliegenden Textes.
Die vorliegende Erfindung betrifft zudem einen Schichtverbund zur Verwendung bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung sowie Verfahren zum Abdünnen eines Wafers und zum Rückseitenmetallisieren eines Wafers. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch die entsprechende Verwendung einer speziellen plasmapolymeren Schicht, wie weiter unten definiert, (i) als Trennschicht zur Anbringung auf einem Wafer oder (ii) als Bestandteil einer Trennschicht zur Anbringung auf einem Wafer oder (iii) als Bestandteil einer Trennschicht eines Schichtverbundes zur Anbringung auf einem Wafer.
Hinsichtlich relevanter technischer Lehren zur Handhabung von Wafern insbesondere beim Abdünnen und Rückseitenmetallisieren verweisen wir erneut auf den Inhalt der WO 2004/051708. In der WO 2004/051708 wird insbesondere bereits ein Wafer mit einer Trägerschicht und einer zwischen der Trägerschicht und dem Wafer angeordneten Trennschicht offenbart, wobei die Trennschicht eine plasmapolymere Schicht ist, die an dem Wafer haftet und an der Trägerschicht fester haftet als an dem Wafer. Ein solcher Wafer mit
Trägerschicht und Trennschicht wird im Rahmen des vorliegenden Textes als
Wafer-Träger-Anordnung bezeichnet.
Die in der WO 2004/051708 offenbarte technische Lehre bietet bereits einen hervorragenden Ansatz zur Handhabung von Wafern insbesondere beim Abdünnen und Rückseitenmetallisieren. Eigene Untersuchungen zeigten jedoch, dass es insbesondere für die Durchführung industrieller Fertigungsprozesse günstig sein würde, in Wafer-Träger-Anordnungen der in WO 2004/051708 offenbarten Art oder in ähnlichen Wafer-Träger-Anordnungen eine plasmapolymere Schicht einzusetzen, welche eine beträchtliche Elastizität besitzt. Derartige elastische plasmapolymere Schichten sind jedoch bislang nicht öffentlich zugänglich oder in veröffentlichten Dokumenten beschrieben worden.
Es war daher die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wafer- Träger-Anordnung anzugeben, in der die plasmapolymere Schicht eine besonders hohe Flexibilität und Elastizität (elastische Dehnbarkeit) im Vergleich mit den bisher bekannten bzw. eingesetzten plasmapolymeren Schichten besitzt, die aus Kohlenstoff, Silicium, Sauerstoff und Wasserstoff bestehen.
Eine "plasmapolymere Schicht" ist dabei eine Schicht, welche mittels Plasmapolymerisation herstellbar ist. Plasmapolymerisation ist ein Verfahren, bei dem sich gasförmige Precursor (oft auch Monomere genannt), angeregt durch ein Plasma, auf einem frei wählbaren Substrat als hochvernetzte Schicht niederschlagen. Voraussetzung für eine Plasmapolymerisation ist das Vorhandensein von kettenbildenden Atomen wie Kohlenstoff oder Silicium im Arbeitsgas. Durch die Anregung werden die Moleküle der gasförmigen Substanz, durch den Beschuss mit Elektronen und/oder energiereichen Ionen fragmentiert. Dabei entstehen hochangeregte radikalische oder ionische Molekülfragmente, die miteinander im Gasraum reagieren und auf der zu beschichtenden Oberfläche abgeschieden werden. Auf diese abgeschiedene Schicht wirkt die elektrische Entladung des Plasmas und dessen intensiver Ionen- und Elektronenbeschuss fortwährend ein, so dass in der abgeschiedenen Schicht weitere Reaktionen ausgelöst und eine hochgradige Verknüpfung der abgeschiedenen Moleküle erzielt werden kann.
Im Rahmen des vorliegenden Textes umfasst der Begriff "plasmapolymere Schicht" auch Schichten, die mittels plasmaunterstützter CVD (PE-CVD) hergestellt werden bzw. wurden. Hierbei wird zur Reaktionsführung das Substrat zusätzlich erwärmt. So lassen sich beispielsweise aus Silan und Sauerstoff SiCV Beschichtungen herstellen. Ferner sei ausdrücklich erwähnt, dass auch Atmosphärendruckplasmaverfahren zur Herstellung erfindungsgemäß einzusetzender plasmapolymerer Schichten verwendet werden können, wenngleich Niederdruck-Plasmapolymerisationsverfahren derzeit bevorzugt sind.
Im Rahmen des vorliegenden Textes werden Substanzen, die zur Schichtbildung über eine Plasmapolymerisation als Gas bzw. Dampf einem Plasma zugeführt werden, als "Monomere" bezeichnet. Als "flüssige Precursoren" werden Flüssigkeiten bezeichnet, welche beispielsweise durch die Einwirkung eines Plasmas vernetzt werden können (beispielsweise durch hochangeregte Teilchen, Elektronen oder UV-Strahlung), ohne vorher zu verdampfen.
Artikel mit einer plasmapolymeren Beschichtung sind bereits seit längerem bekannt. Insbesondere verwiesen sei an dieser Stelle auf das Dokument DE 101 31 156 A1 (Fraunhofer-Gesellschaft), welches einen Artikel mit einer plasmapolymeren Beschichtung betrifft, die besonders leicht zu reinigen ist (Easy-to-clean-Beschichtung).
Weitere Dokumente aus dem Stand der Technik sind: US 5,230,929 A; WO 99/22878; EP 9 609 58 A2; DE 100 56 564 A1 ; EP 1 123 991 A2; EP 1 260 606 A2; DE 100 47 124 A1 sowie die weiteren in der DE 101 31 156 A1 genannten Dokumente.
Die plasmapolymeren Beschichtungen gemäß DE 101 31 156 A1 sind als Easy- to-clean-Beschichtungen hervorragend geeignet. Ebenso wie die sonstigen aus dem Stand der Technik bekannten plasmapolymeren Beschichtungen besitzen sie jedoch nur eine sehr geringe Elastizität und Flexibilität. Bei mechanischer Belastung (insbesondere Biegung oder Dehnung) kommt es daher zu unerwünschten Rissen in der plasmapolymeren Beschichtung, welche die mechanischen Eigenschaften und insbesondere deren Gebrauchseigenschaften der plasmapolymeren Beschichtungen insgesamt nachteilig beeinflussen.
Erfindungsgemäß wird die primär gestellte Aufgabe gelöst durch eine Wafer- Träger-Anordnung gemäß dem beigefügten Patentanspruch 1. Eine solche Anordnung umfasst: einen Wafer, eine Trägerschicht und - eine Trennschicht, die zwischen der Trägerschicht und dem Wafer angeordnet ist, wobei die Trennschicht (i) eine plasmapolymere Schicht ist oder neben einer oder mehreren weiteren Schichten eine an die Trägerschicht angrenzende plasmapolymere Schicht umfasst und (ii) an dem Wafer haftet u nd an der Trägerschicht fester haftet als an dem Wafer, wobei die plasmapolymere Schicht eine Schicht ist bestehend aus Kohlenstoff, Silicium, Sauerstoff und Wasserstoff sowie gegebenenfalls üblichen Verunreinigungen, wobei im ESCA- Spektrum (ESCA - Electron Spectroscopy for Chemical Analysis; oft auch XPS- Untersuchung genannt, XPS = Xray Photoelectron Spectroscopy) der plasmapolymeren Schicht, bei Kalibrierung auf den aliphatischen Anteil des C 1s Peaks bei 285,00 eV, im Vergleich mit einem trimethylsiloxy-terminierten Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer kinematischen Viskosität von 350 mm2/s bei 25 °C und einer Dichte von 0,97 g/mL bei 25 °C, der Si 2p Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal (vorzugsweise max. 0,40 eV, besonders bevorzugt 0,3 eV) 0,44 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist, also beispielsweise bei einem Si 2p Peak des PDMS von 102,69 eV einen Bindungsenergiewert besitzt, der im Bereich von 102,23 bis 103,13 eV liegt und der O 1 s Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,50 eV (vorzugsweise maximal 0,40, besonders bevorzugt 0,30) zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien (vorzugsweise zu höheren Bindungsenergien) verschoben ist, also beispielsweise bei einem O 1 s Peak des PDMS von 532,46 eV einen Bindungsenergiewert besitzt, der im Bereich von 531 ,96 bis 532,96 eV liegt.
Ein trimethylsiloxy-terminiertes Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer kinematischen Viskosität von 350 mm2/s bei 25 °C und einer Dichte von 0,97 g/mL bei 25 °C ist das Produkt DMS-T23E der Firma Gelest.
Dabei wurde die Kalibrierung des Messgerätes -wie erwähnt- so vorgenommen, dass der aliphatische Anteil des C 1s Peaks bei 285,00 eV liegt. Aufgrund von Aufladungseffekten wird es in der Regel notwendig sein, die Energieachse ohne weitere Modifikation auf diesen Fixwert zu verschieben.
Zu einer erfindungsgemäß bevorzugten Methode zur Durchführung der ESCA- Untersuchung vergleiche Beispiel 3 weiter unten.
Plasmapolymere Schichten (insbesondere als Bestandteil einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung) mit den angegebenen Werten für die Bindungsenergielagen zeichnen sich durch einen besonders hohen Anteil von Siliciumatomen aus, welche mit genau zwei Sauerstoffatomen verknüpft sind. Gleichzeitig ist der Anteil an Siliciumatomen, die mit drei oder vier Sauerstoffatomen verknüpft sind, besonders gering. Der besonders hohe Anteil an Siliciumatomen mit zwei benachbarten Sauerstoffatomen ("sekundäres Silicium") im Vergleich zu Siliciumatomen mit drei bzw. vier benachbarten Sauerstoffatomen ("tertiäres" bzw. "quartäres" Silicium) bedeutet, dass der Anteil dreidimensionaler Vernetzung in den plasmapolymeren Schichten im Vergleich mit herkömmlichen plasmapolymeren Schichten reduziert, aber gleichwohl vorhanden ist. Gleichzeitig ist der Anteil unverzweigter Ketten(-abschnitte) erhöht. Vermutlich ist dies die Ursache für die erhöhte Elastizität und Flexibilität der erfindungsgemäß eingessetzten plasmapolymeren Schichten.
Eine plasmapolymere Schicht (z.B. als Schicht einer erfindungsgemäßen Wafer- Träger-Anordnung) mit den oben angegebenen Werten für die Bindungsenergielagen besitzt regelmäßig die folgenden Eigenschaften:
Spezifische Wärmeleitfähigkeit: ca. 0,2 W / °K m
Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient im Bereich 0-150°C: ca. 2,5 x 10 "4 m/m K
Brechungsindex bei 25°C: ca. 1 ,5 bei 250 nm bis 1 ,425 bei 895 nm
Dynamische Kontaktwinkel: (vermessen bei wachsendem Tropfen auf Si-Wafern bei 23°C an Luft)
ca. 102° für Wasser
ca. 86° für Dijodmethan
ca. 80,5 ° für Ethylenglycol Spezifische Wärmekapazität: ca. 1 ,55 J / g K
Durchschlagsfestigkeit: ca. 23 kV / mm
Spezifischer Durchgangswiderstand: > 1014 Ω cm bei 23°C
Dielektrizitätszahl: ca 3 εr bei 23°C, 50 Hz
Dielektischer Verlustfaktor: ca. 50 x 10"4 tan δ
Dichte: 0,9 bis 1 ,15 g / cm3.
Sowohl die spektroskopischen Daten (insbesondere die Bindungsenergielagen gemäß ESCA-Analyse sowie die Detailauswertung von FTIR-Spektren - Der Vergleich der FTIR-Spektren zeigt für das erfindungsgemäße Produkt einen gegenüber den bekannten Beschichtungen herabgesetzten Anteil an CH2- Schwingungsbanden -) als auch die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen plasmapolymeren Produkte (als erfindungsgemäßer Artikel bzw. Bestandteil eines solchen Artikels) unterscheiden sich deutlich von z.B. denen der Beschichtungen gemäß DE 101 31 156 A1. Vergleiche zu den ESCA- Daten auch die tabellarische Übersicht (Tabelle 1 ) weiter unten.
Für eine ganz besonders bevorzugte erfindungsgemäß zu verwendende plasmapolymere Schicht sind die Bindungsenergielagen weiter unten tabellarisch angegeben (siehe Tabelle 1 ).
Die für die erfindungsgemäß zu verwendende plasmapolymere Schicht angegebenen Bindungsenergielagen (bzw. -Verschiebungen) stehen im Zusammenhang mit den Stoffmengenverhältnissen und den Anteilen der anwesenden Elemente in der plasmapolymeren Schicht. Regelmäßig gilt für die Stoffmengenverhältnisse in der erfindungsgemäß vorhandenen plasmapolymeren Schicht (z.B. als Bestandteil einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung):
0,75 <n(O):n(Si)< 1,25 1,50 <n(C):n(Si)< 2,50
1,50 <n(C):n(O)< 2,50
2,25 < n(H) : n(C) < 3,00.
Vorzugsweise gilt für die Stoffmengenverhältnisse in der plasmapolymeren Schicht jedoch:
1,00 <n(O):n(Si)< 1,25
2,00 < n(C) : n(Si) < 2,50
1,60 <n(C):n(O)< 2,30
2,40 < n(H) : n(C) < 3,00.
Ganz besonders gilt für die Stoffmengenverhältnisse in der plasmapolymeren Schicht:
1,05 <n(O):n(Si)< 1,23
2,10 <n(C):n(Si)< 2,23
1,70 <n(C):n(O)< 2,00
2,60 < n(H) : n(C) < 3,00.
Hierbei beziehen sich die Stoffmengenverhältnisse aller Atompaarungen ohne Wasserstoff auf ESCA-Messungen bei Einstellungen, welche für ein wiederum als Standard eingesetztes trimethylsiloxy-terminiertes Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer kinematischen Viskosität von 350 mm2/s bei 25 °C und einer Dichte von 0,97 g/mL bei 25 °C Stoffmengenverhältnisse von n(O) : n(Si) = 1,02, n(C) : n(Si) = 2,35 und n(C) : n(O) = 2,29 ergeben. Das Verhältnis zwischen Wasserstoff und Kohlenstoff bezieht sich auf Ergebnisse der klassischen chemischen Elementaranalyse.
Hinsichtlich der Stoffmengenanteile der Elemente Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff gilt regelmäßig, dass die plasmapolymere Schicht, bezogen auf 100 Atom-% für die Summe der Elemente Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff, enthält:
Silicium 22 bis 28 Atom-%
Sauerstoff 22 bis 30 Atom-% Kohlenstoff 42 bis 55 Atom-%.
Bevorzugt ist es aber, wenn die plasmapolymere Schicht, bezogen auf 100 Atom- % für die Summe der Elemente Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff, enthält:
Silicium 22 bis 26 Atom-%
Sauerstoff 24 bis 29 Atom-% Kohlenstoff 47 bis 51 Atom-%.
Hierbei beziehen sich die Atom-%-Angaben auf ESCA-Messungen bei Einstellungen, welche für ein wiederum als Standard eingesetztes trimethylsiloxy- terminiertes Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer kinematischen Viskosität von 350 mnrVs bei 25 °C und einer Dichte von 0,97 g/mL bei 25 °C für Silicium 22,9 Atom-%, für Sauerstoff 23,4 Atom-% und für Kohlenstoff 53,75 Atom-% ergeben; hinsichtlich der Toleranzen vgl. Tabelle 1 , unten.
Unter Berücksichtigung bevorzugter Gewichtsanteile und Stoffmengenverhältnisse ist die Verwendung einer plasmapolymeren Schicht besonders bevorzugt, die, bezogen auf 100 Atom-% für die Summe der Elemente Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff, enthält:
Silicium 22 bis 28 Atom-% Sauerstoff 22 bis 30 Atom-% Kohlenstoff 42 bis 55 Atom-%, wobei für die Stoffmengenverhältnisse in der plasmapolymeren Schicht gilt:
0,75 <n(O):n(Si)< 1,25
1,50 <n(C):n(Si)< 2,50
1,50 <n(C):n(O)< 2,50 2,25 < n(H) : n(C) < 3,00 und
wobei im ESCA-Spektrum der plasmapolymeren Schicht, im Vergleich mit einem trimethylsiloxy-terminierten Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer kinematischen Viskosität von 350 mm2/s bei 25 °C und einer Dichte von 0,97 g/mL bei 25 °C, der Si 2p Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,44 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist, und der O 1s Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,50 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist.
Hinsichtlich der ESCA-Messbedingungen und dem gewählten Standard gilt hierbei das oben Gesagte entsprechend.
Eine ganz besonders bevorzugte plasmapolymere Schicht enthält, bezogen auf 100 Atoιm-% für die Summe der Elemente Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff:
Silicium 22 bis 26 Atom-% Sauerstoff 24 bis 29 Atom-% Kohlenstoff 47 bis 51 Atom-%,
wobei für die Stoffmengenverhältnisse in der plasmapolymeren Schicht gilt:
1,00 <n(O):n(Si)< 1,25
2,00 < n(C) : n(Si) < 2,50
1,60 <n(C):n(O)< 2,30
2,40 < n(H) : n(C) < 3,00 und wobei im besagten ESCA-Spektrum der Si 2p Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,40 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist, und der 0 1s Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,40 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist.
Erfindungsgemäß zu verwendende plasmapolymere Schichten (z.B. als Bestandteil einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung) sind insbesondere in ihren bevorzugten Ausgestaltungen hydrolysebeständig, elastisch und damit rissfrei dehnbar bis zu Dehnungen von >25% (in bevorzugten Ausgestaltungen >50%). Die erfindungsgemäß zu verwendenden plasmapolymeren Schichten besitzen Antihafteigenschaften und sind somit als Bestandteil einer Trennschicht hervorragend geeignet.
Eine mögliche Ausführungsform ist eine erfindungsgemäße Wafer-Träger- Anordnung, wobei die Trennschicht bzw. die plasmapolymere Schicht eine Gradientenschicht ist und/oder eine an die Trägerschicht angrenzende Adhäsivzone und eine an den Wafer angrenzende Dehäsivzone sowie gegebenenfalls eine Übergangszone umfasst, wobei die Adhäsiv- und die Dehäsivzone stofflich unterschiedlich zusammengesetzt sind. Die Dehäsivzone der Trennschicht bzw. plasmapolymeren Schicht haftet dabei an dem Wafer schlechter als die Adhäsivzone der Trennschicht bzw. der plasmapolymeren Schicht an der Trägerschicht.
Im Rahmen des Abscheidungsprozesses der plasmapolymeren Schicht ist es möglich, die Abscheidungsparameter z.B. über die Gaszusammensetzung so zu steuern, dass die plasmapolymere Schicht eine Adhäsiv- und eine Dehäsivzone umfasst. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Schicht des Wafers (z.B. eine Passivierungsschicht), welche die Trennschicht tragen soll oder trägt, ähnliche oder gleiche Adhäsionseigenschaften wie die zur Anwendung kommende Trägerschicht besitzt. Durch die entsprechende Wahl der Abscheidungsparameter ist es möglich, die Adhäsionseigenschaften der Adhäsiv- und der Dehäsivzone gegenüber den an die Trennschicht angrenzenden Schichten (Trägerschicht und tragende Schicht des Wafers) genau einzustellen.
Bevorzugt ist allerdings vielfach eine erfindungsgemäße Wafer-Träger- Anordnung bei der die plasmapolymere Trennschicht nicht als Gradientenschicht ausgeführt wird, damit die elastischen Eigenschaften dieser Schicht voll entfaltet werden können. Eine besonders hohe Elastizität der plasmapolymeren Schicht wird insbesondere dann benötigt, wenn die plasmapolymere Schicht direkt auf eine präpolymere (später elastische) Schicht eines Trägermaterials aufgebracht wird (zu entsprechenden Herstellverfahren siehe unten). Durch den plasmapolymeren Beschichtungsprozess wird hierbei eine ausreichende Vernetzung mit der Trägerschicht erreicht. Darüber hinaus ist die Möglichkeit gegeben, die (präpolymere) Schicht (als Substrat dienende, zur Trennschicht gehörende Schicht) vor dem Auftrag der plasmapolymeren Schicht z.B. mit einem Plasma fein zu reinigen und zu aktivieren. Bei dieser Reinigung und Aktivierung ist darauf zu achten, dass die (präpolymere) Schicht (vorzugsweise ein Elastomer oder ein Vorprodukt eines Elastomeren wie ein Kautschuk) selbst nicht rissig wird und ihre Dehnfähigkeit verliert.
Weiter bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Wafer-Träger-Anordnung, in der die plasmapolymere Schicht waferseitig einen vormals flüssigen Precursor als integralen Bestandteil umfasst.
Eine besonders gute Qualität der Dehäsiveigenschaften der plasmapolymeren Schicht (als Trennschicht oder Bestandteil einer Trennschicht) lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass ein zu beschichtender Wafer oder ein anderes zu beschichtendes Substrat vor dem Einbringen in eine Vakuumkammer (beim Niederdruckplasma) dünn mit einem flüssigen Precursor benetzt wird, an den folgende Anforderungen gestellt werden:
Er sollte im gewählten Druckbereich (beispielsweise bei 0,025 mbar) nicht zu wesentlichen Teilen verdampfen.
Er sollte eine trennaktive Substanz sein (z.B. ein Silikonöl wie AK5 bis AK50 der Firma Wacker Chemie). Der Fachmann wird den flüssigen Precursor vorzugsweise an die Chemie der plasmapolymeren Schicht (als Trennschicht oder Bestandteil einer Trennschicht) anpassen, und der Precursor sollte bevorzugt so dünn aufgetragen werden (z.B. 1 bis 100 nm), dass der Precursor durch den anschließenden Plasmaprozess Teil der plasmapolymeren Schicht wird. Besonders bevorzugt ist dabei, dass der zunächst flüssige Precursor vollständig in die plasmapolymere Schicht integriert wird. Der flüssige Precursor wird auf den Wafer bevorzugt durch Tauchen, Sprühen oder Spin-Coating aufgebracht, eine Beschichtung der Waferrückseite (das ist die der Vorderseite gegenüberliegende Seite des Wafers) sollte vermieden werden.
Es versteht sich, dass der flüssige Precursor auch auf andere Weise Bestandteil der plasmapolymeren Schicht werden kann, wobei anstelle des Wafers, welcher Bestandteil der erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung werden soll, ein anderes Substrat eingesetzt und die plasmapolymere Schicht mit integriertem flüssigen Precursor nach Herstellung von diesem Substrat abgetrennt wird.
Der flüssige Precursor wird beispielsweise im ersten Schritt einer Plasmapolymerisation den aktiven Bestandteilen des Plasmas (Elektronen, Protonen, Ionen etc.) ausgesetzt. Dadurch findet üblicherweise sowohl eine Vernetzung der Precursor-Moleküle untereinander (bevorzugt zu Polymerketten bzw. zu einem dreidimensionalen Polymergerüst) statt als auch eine mit derjenigen Schicht, die aus der Gasphase abgeschieden wird. Der zunächst flüssige Precursor wird also zum integralen Bestandteil der plasmapolymeren Schicht und kann damit auch anschließend mit dieser vom Wafer (dem eingesetzten Substrat) wieder entfernt werden.
Der Fachmann wird die Art des flüssigen Precursors und die Beschichtungsdicke auf dem Substrat (z.B. einem Wafer), sowie die nachfolgenden Schritte der plasmapolymeren Abscheidung so aufeinander abstimmen, dass eine weitgehende Integration, bevorzugt eine vollständige Integration des zunächst flüssigen Precursors in die plasmapolymere Schicht erfolgt. Dies ist nach Entfernung der Schicht vom Substrat z.B. mit Kontaktwinkelmessung auf der Substratvorderseite überprüfbar. Auch mit ESCA (XPS) lassen sich gegebenenfalls Precursorrückstände auf der Vorderseite des Substrats nachweisen.
Durch das Einsetzen eines flüssigen Precursors kann gegebenenfalls die Gesamtbeschichtungszeit im Plasma reduziert werden.
Bevorzugt besteht der Wafer einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung im Wesentlichen oder vollständig aus gegebenenfalls dotiertem Silicium. Wiederum bevorzugt umfasst der Wafer vorderseitig eine aktive Schicht mit elektronischen Bauelementen, wobei die Trennschicht auf der Vorderseite angeordnet ist. Wie oben angedeutet umfasst der Wafer, wenn er eine aktive Schicht mit elektronischen Bauelementen umfasst, regelmäßig auch eine Passivierungsschicht, die beispielsweise aus Siliciumnitrid und/oder Siliciumoxid bzw. Polyimid bestehen kann. Auf dieser Passivierungsschicht (als Bestandteil des Wafers) wird in diesem Fall die oben beschriebene Trennschicht angeordnet. Die Vorderseite des Wafers wird durch die Lage der aktiven Schicht mit elektronischen Bauelementen definiert: Die Seite, auf der die aktive Schicht des Wafers angeordnet ist, wird als Wafervorderseite bezeichnet.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Wafer-Träger-Anordnung, wobei die Trennschicht an dem Wafer und der Trägerschicht bei Temperaturen bis zumindest 350°C, bevorzugt bis zumindest 380°C, besonders bevorzugt bis zumindest 400°C haftet. Eine hohe Temperaturbeständigkeit ist besonders dann von Bedeutung, wenn im Rahmen der Weiterbearbeitung des Wafers Schritte geplant werden, die mit einer erhöhten Temperaturbelastung der Schicht einhergehen (z.B. Rückseitenmetallisierung).
Wurde ein flüssiger Precursor eingesetzt (siehe oben), verliert dieser durch die oben beschriebene Vernetzung seine Eigenschaft als flüssiges Trennmittel. Er wird integraler Teil der plasmapolymeren Schicht. Dadurch erlangt auch er eine entsprechende Temperaturstabilität.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Wafer-Träger-Anordnung, bei der die
Trennschicht (vorzugsweise gemeinsam mit der Trägerschicht) von dem Wafer mechanisch abziehbar, mechanisch abschälbar oder in sonstiger Weise (mechanisch oder in sonstiger Weise) enthaftbar oder ablösbar ist. Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Wafer-Träger-Anordnung, bei der sich die Trennschicht vollständig rückstandsfrei von dem Wafer ablösen lässt. Da mit der Trennschicht regelmäßig auch die Trägerschicht vom Wafer abgelöst wird, ist es möglich, eine Vielzahl von Weiterverarbeitungsschritten mit einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung (Wafer mit Trennschicht und Trägerschicht) durchzuführen (z.B. Rückseitenmetallisierung, Abdünnen, Vereinzeln in Dies), wobei der Wafer durch die Trägerschicht (und gegebenenfalls auch durch die Trennschicht) geschützt ist. Durch eine entsprechende Ausgestaltung der Trägerschicht ist es darüber hinaus auch möglich, den Wafer an eine geplante maschinelle Weiterverarbeitung anzupassen. Durch ein möglichst rückstandsfreies Ablösen der Trennschicht (und vorzugsweise gleichzeitig der Trägerschicht) (besonders wichtig in den Bereichen, in denen die Kontaktierung elektronischer Bauteile erfolgen soll) können nach dem Vereinzeln die einzelnen Dies (Mikroplättchen) ohne dann störende Trenn- und Trägerschichten ihrer Bestimmung zugeführt werden.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Wafer-Träger-Anordnung, in der die Trennschicht und der Wafer mechanisch enthaftbar sind (z.B. durch ein Schälverfahren).
Da in erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnungen eine Trennschicht enthalten ist, welche eine plasmapolymere Schicht ist oder umfasst, die sich durch eine besonders hohe Flexibilität auszeichnet, ist in den erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnungen die Trennschicht regelmäßig besonders leicht und vollständig mechanisch vom Wafer enthaftbar.
Vorzugsweise besitzt in erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung die Trägerschicht oder die Schicht der Trägerschicht, welche an die Trennschicht angrenzt, eine Elastizität, die noch größer ist als oder zumindest gleich der Elastizität der Trennschicht ist. Vorzugsweise ist die Elastizität der Trägerschicht bzw. der Schicht der Trägerschicht durch eine Bruchdehnung > 150% und einen Shore A-Wert < 50 charakterisiert. Eine solche Ausgestaltung unterstützt das mechanische Enthaften von Trennschicht (mit darauf angeordneter Trägerschicht) und Wafer noch einmal.
In einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung ist die Trennschicht vorzugsweise so ausgewählt, dass die Wärmeleitung durch die Trennschicht (typische Schichtdicke 50 - 300 nm) größer ist als die Wärmeleitung (bei gleicher Temperaturdifferenz) durch den Wafer, vorzugsweise sogar größer als die Wärmeleitung durch einen gedünnten Wafer (typische Dicke bspw. 20 μm nach dem Dünnen des Wafers). Die Trennschicht verursacht somit vorzugsweise keinen relevanten zusätzlichen Wärmewiderstand.
In einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung kann die Trägerschicht aus einer, zwei oder mehr Schichten aufgebaut sein. Sofern die Trägerschicht zwei oder mehrere tragende Schichten umfasst, umfasst sie vorzugsweise eine erste (tragende und/oder konturanpassende) Schicht und eine zweite (tragende) Schicht, wobei die erste Schicht an die Trennschicht angrenzt und auf ihrer von der Trennschicht abgewandten Seite mit der zweiten (tragenden) Schicht verbunden ist. Dabei sollte die zweite (tragende) Schicht eine geringere Elastizität und/oder eine größere Dicke besitzen als die erste (tragende und/oder konturanpassende) Schicht.
Vorzugsweise umfasst die Trägerschicht eine oder mehrere Schichten aus polymerem Material oder besteht aus einer oder mehreren Schichten aus polymerem Material. Ein besonders geeignetes polymeres Material zur
Herstellung einer Trägerschicht bzw. einer (zweiten) tragenden Schicht, die in der Trägerschicht neben einer oder mehreren weiteren (parallelen) tragenden
Schichten vorliegt, ist Polyimid. Ein kommerziell verfügbares, besonders als Trägermaterial geeignetes Polyimid ist Kapton®; außerdem besonders geeignet sind Polyetheretherketone (PEEK), Polyaramide, Polyamid/-imid (PAI),
Polyphenylensulfid (PPS), Polyetherketonketon (PEK), Polybenzimidazol (PBI),
Polyphenylensulfid (PPS) oder Fluorpolymere wie beispielsweise
Hexafluorpropylenvinylidenfluorid-Copolymer (FKM) oder Tetrafluorethylenperfluor(alkyloxyvinylether)-Copolymer (PFA), wobei die Polymere gegebenenfalls mit geeigneten Füllstoffen versehen sein können. Als Material für eine (erste) konturanpassende Schicht ist z. B. Silikonkautschuk hervorragend geeignet.
Auch die Trennschicht einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung kann aus einer, zwei oder mehreren Schichten zusammengesetzt sein, wobei allerdings eine an die Trägerschicht angrenzende plasmapolymere Schicht erfindungsgemäß immer vorhanden ist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung umfasst die Trennschicht (a) eine plasmapolymere, erste Schicht sowie (b) zumindest abschnittsweise (z. B. inselartig) eine zwischen der plasmapolymeren Schicht und dem Wafer angeordnete zweite Schicht. Eine inselartige zweite Schicht kann die erforderlichen Ablösekräfte (Haftkraft und Schälkraft) erniedrigen. Nach der Benutzung des Trägers sind ggf. Reste dieser Schicht von der Waferoberfläche (Die) wieder zu entfernen.
Die zwischen der plasmapolymeren Schicht und dem Wafer angeordnete zweite Schicht der Trennschicht kann insbesondere aus Silikonölen oder Wachsen oder ähnlich trennend wirkenden Stoffen bestehen. Da die zweite Schicht regelmäßig in einer Vakuumpresse mit verarbeitet wird (vgl. die Ausführungen zu Verfahrensgestaltungen weiter unten) und nach dem Pressvorgang vorzugsweise auch eine inselförmige Bedeckung vorliegt, wird der Fachmann eine mittlere Schichtdickenbelegung (vor dem Verpressen) von weniger als 10 nm anstreben. Insbesondere für hochviskose Stoffe kann dieser Wert allerdings auch überschritten werden.
Wie sich auch aus den weiter unten folgenden Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Verfahren ergibt, sind erfindungsgemäße Wafer-Träger-
Anordnungen bevorzugt, in denen ein zur Trennung in einzelne Elemente vorbereiteter Wafer eingesetzt ist, so dass eine Trennung des vorbereiteten
Wafers - gegebenenfalls mit Ausnahme einer vorgesehenen
Rückseitenmetallisierung - in einzelne Elemente durch rückseitiges Abdünnen und/oder Entfernen der Trenn- und Trägerschicht erfolgen kann. Jeweils zu beachten, dass Unterschneidungen auf der Waferoberfläche dem Abtrennprozess hinderlich sind und daher vorzugsweise vermieden werden; gewisse Unterschneidungen sind jedoch in Abhängigkeit von der Elastizität des Schichtverbundes aus Trägerschicht und Trennschicht tolerabel.
Vorzugsweise besitzt die plasmapolymere Schicht einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung, d.h. die plasmapolymere Schicht, aus der die Trennschicht besteht oder welche neben einer oder mehreren weiteren Schichten in der Trennschicht enthalten ist, eine Dicke im Bereich von 1 bis 2000 nm.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Schichtverbund zur Verwendung bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung, umfassend eine Trägerschicht, eine zwischen der Trägerschicht und einem Wafer anzuordnende Trennschicht, sowie gegebenenfalls eine Schutzfolie, die auf der von der Trägerschicht abgewandten Seite der Trennschicht angeordnet und rückstandsfrei von dieser abziehbar oder auf sonstige Weise ablösbar ist, wobei die Trennschicht eine plasmapolymere Schicht ist oder neben einer oder mehreren weiteren Schichten eine an die Trägerschicht angrenzende plasmapolymere Schicht umfasst, und wobei die plasmapolymere Schicht eine Schicht ist bestehend aus Kohlenstoff, Silicium, Sauerstoff und Wasserstoff sowie gegebenenfalls üblichen Verunreinigungen, wobei im ESCA-Spektrum der plasmapolymeren Schicht, bei Kalibrierung auf den aliphatischen Anteil des C 1 s Peaks bei 285,00 eV, im Vergleich mit einem trimethylsiloxy-terminierten Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer kinematischen Viskosität von 350 mm2/s bei 25 °C und einer Dichte von 0,97 g/mL bei 25 °C, der Si 2p Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,44 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist, und der O 1 s Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,50 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist.
Selbstverständlich sind in einem erfindungsgemäßen Schichtverbund die Trennschicht und die Trägerschicht vorzugsweise so ausgestaltet, wie es vorstehend im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Wafer-Träger- Anordnungen beschrieben ist.
Ein erfindungsgemäßer Schichtverbund kann in Fertigungsstätten angefertigt werden, welche von den Fertigungsstätten der Wafer räumlich weit getrennt sind. In Kenntnis der mit einer Trennschicht und einer Trägerschicht zu versehenden Wafer kann ein erfindungsgemäßer Schichtverbund so ausgelegt werden, dass die Trennschicht und die Trägerschicht des Schichtverbundes ein Anpressen und temperaturunterstütztes Festhaften der Trennschicht auf der Waferoberfläche ermöglichen; vgl. hierzu auch die Anmerkungen zu erfindungsgemäßen Verfahren weiter unten.
Die erfindungsgemäß vorgesehene plasmapolymere Schicht einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung bzw. eines erfindungsgemäßen Schichtverbundes wird durch (plasmapolymere bzw. plasmaunterstützte) Abscheidung auf einem Substrat hergestellt. Da die plasmapolymere Schicht erfindungsgemäß in einer Wafer-Träger-Anordnung bzw. in einem Schichtverbund zur Verwendung bei der Herstellung einer solchen Wafer-Träger- Anordnung vorgesehen ist, erfolgt die Abscheidung vorzugsweise auf einer vorbereiteten Trägerschicht, die dann als Substrat dient; das resultierende Produkt ist dann ein erfindungsgemäßer Schichtverbund. Alternativ kann die plasmapolymere Schicht aber auch auf dem Wafer abgeschieden werden, wodurch sich dann die bereits in der WO 2004/051708 beschriebenen Herstellverfahrensoptionen ergeben.
Am leichtesten gelingt die Herstellung einer plasmapolymeren Schicht, wie sie in einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung bzw. in einem erfindungsgemäßen Schichtverbund vorgesehen ist, mittels eines Niederdruck- Plasma-polymerisationsverfahrens. Hierfür wird ein Vakuumreaktor eingesetzt, der mit Hilfe von Vakuumpumpen mindestens soweit evakuiert wird, dass bei einer gewählten Arbeitsgasmenge der gewünschte Arbeitsdruck gehalten werden kann, insbesondere wenn das Plasma gezündet wird. Der Fachmann wird zudem darauf achten, dass die Gasatmosphäre möglichst wenig von Restwasser (Feuchtigkeit; der Wasserpartialdruck muss niedrig sein) gestört wird, welches an den Reaktorwänden oder auf diesen befindlichen Beschichtungen haftet (inneres Leck). Ferner wird er sicherstellen, dass die gesamte äußere Leckrate der verwendeten Kammer kleiner als 1 % der dem Prozess zuzuführenden Sauerstoffmenge ist. Eine stabile, niedrige Leckrate kann beispielsweise mittels eines Lecktesters oder eines Massenspektrometers nachgewiesen und gefunden werden. Innere Lecks lassen sich durch ausreichend lange Evakuierungszeiten (mind. Vi Std.) oder durch ein Ausheizen der Kammer minimieren und ebenfalls mittels eines Massenspektrometers nachweisen. Die hier beschriebene strenge Vorgehensweise, die zeit- und kostenaufwendig ist, ist zur Herstellung gewöhnlicher Easy-to-clean - Beschichtungen nicht notwendig oder geeignet, da hier der Einbau von größeren Mengen an Sauerstoff innerhalb einer gewissen Bandbreite akzeptiert oder sogar gewünscht wird.
Geeignete Substratoberflächen können direkt, d.h. ohne Vorbehandlung beschichtet werden, es sind allerdings auch Vorbehandlungsschritte bzw. Vorbeschichtungsschritte z.B. zur Reinigung, Aktivierung oder Plasmapolymerisation möglich. Wie bereits erwähnt, können als geeignete Substratoberflächen insbesondere Waferoberflächen (vgl. die Vorgehensweise aus der WO 2004/051708) oder vorbereitete Trägerschichten eingesetzt werden; im letzteren Fall ergibt sich gewissermaßen als Zwischenprodukt auf dem Weg der Herstellung einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung ein erfindungsgemäßer Schichtverbund, der neben einer Trägerschicht eine zwischen der Trägerschicht und einem Wafer anzuordnende Trennschicht umfasst, welche wiederum die abgeschiedene plasmapolymere Schicht sowie gegebenenfalls weitere Schichten umfasst. Auf der von der Trägerschicht abgewandten Seite der Trennschicht kann dann gegebenenfalls eine Schutzfolie vorgesehen werden, vgl. hierzu die obigen Ausführungen zu erfindungsgemäßen Schichtverbünden.
Als Arbeitsgase für die Herstellung der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schicht werden siliciumorganische Monomere (zur Bedeutung dieses Begriffes siehe oben), wie Hexamethyldisiloxan (HMDSO), Octamethyltrisiloxan, Tetramethylsilan (TMS) oder Vinyltrimethylsilan (VTMS), eingesetzt. Besonders bevorzugt ist HMDSO, da es in sich bereits über die erste Si - O - Si - Einheit verfügt, bereits mit Methylgruppen abgesättigt ist und einen vergleichsweise hohen Dampfdruck besitzt. Vorzugsweise wird dieses Monomer zusammen mit Sauerstoff verarbeitet. Sauerstoff als zusätzliches Arbeitsgas ermöglicht nicht nur die Zugabe des gewünschten Sauerstoffanteiles, sondern ermöglicht auch eine plasmachemische "Verbrennung" der vom HMDSO abgespaltenen organischen Bruchstücke.
Das Plasma kann grundsätzlich mit Hilfe der verschiedensten Frequenzen gezündet werden, allerdings wird vorzugsweise ein so genanntes strukturerhaltendes Plasma gewählt. Dies bedeutet, dass das zugeführte
Monomer, beispielsweise HMDSO, nicht vollständig im Plasma fragmentiert, sondern so milde Plasma-Prozessparameter gewählt werden, dass beispielsweise pro Monomermolekül nur eine Methylgruppe abgespalten wird. Dadurch kann ein methylreiches Si-O-Netzwerk entstehen. Ein solches Material kann durch hohes lonenbombardement stark geschädigt oder gestört werden, so dass HF-Frequenzen (13,56 MHz) bevorzugt sind und das Substrat vorzugsweise nicht auf der Elektrode befestigt wird. Bei der Verwendung von
GHz-Frequenzen ist zu berücksichtigen, dass die Fragmentierung in derart erzeugten Plasmen hoch ist und daher besondere Vorsicht geboten ist.
Für die Leistung in Bezug auf die zugeführte Gasmenge wird vorzugsweise ein Arbeitsbereich gewählt, bei dem im Monomerüberschuss gearbeitet wird. Es steht somit mehr Arbeitsgas zur Verfügung, als mit der zugeführten Plasmaleistung verarbeitet werden kann. Der Fachmann erkennt dies beispielsweise daran, dass eine Erhöhung der zugeführten Leistung zu einer deutlichen Steigerung der Abscheiderate führt. Zur Einstellung des Gasmengenverhältnisses, beispielsweise von HMDSO zu Sauerstoff, sind die nachfolgenden Beispiele als Hilfestellung zu betrachten; eine Arbeitsvorschrift ist hierfür nicht erstellbar, da bei der Plasmapolymerisation die Einstellungen der Prozessparameter u.a. stets sehr stark von der verwendeten Plasma-Anlage abhängen. Der Fachmann wird jedoch immer einen deutlichen Überschuss an HMDSO wählen. Die Leistung ist unter Berücksichtigung der jeweiligen Gesamtgasmenge einzustellen. Hierbei ist es hilfreich, in Vorversuchen den Wasserrandwinkel auf sehr glatten, ebenen beschichteten Probekörpern, beispielsweise einem Silicium-Wafer, zu messen. Messwerte im Bereich von 100° signalisieren üblicherweise einen interessanten Arbeitsbereich, wobei allerdings durch Untersuchungen im Rasterelektronenmikroskop oder mit Hilfe von AFM-Messungen sicher zu stellen ist, dass die hergestellte Substanz auf dem Untergrund zu keinem nennenswerten Rauhigkeitsanstieg (R3 < 1 nm) führt. Wenn diese Voraussetzung erfüllt ist, ist ein Arbeitsbereich gefunden, der mit Hilfe von XPS-Messungen näher charakterisiert und optimiert werden kann.
Die Beschichtungszeit wird so eingerichtet, dass die gewünschte Schichtdicke der plasmapolymeren Schicht (als Bestandteil einer erfindungsgemäßen Wafer- Träger-Anordnung bzw. eines erfindungsgemäßen Schichtverbundes) erreicht wird.
Vorzugsweise werden zur Abscheidung großvolumige Anlagen benutzt, da es hiermit wesentlich einfacher ist, strukturerhaltende
Plasmapolymerisationsbedingungen einzustellen, als auch das richtige Gasverhältnis, die notwendige Leistung und das Verhältnis von zugeführter Gasmenge zur Leckrate. Außerdem können in solchen Anlagen sehr einfach Trägerschichten homogen beschichtet werden, insbesondere Trägerschichten, die die Gestalt einer polymeren Folie besitzen. Darüber hinaus erlauben solche Anlagen auch die gleichzeitige Beschichtung einer Vielzahl von Trägern oder auch die Beschichtung geeigneter Bahnwaren.
Für den Einsatz plasmapolymerer Beschichtungsanlagen innerhalb einer mikroelektronischen Fertigungslinie sind sogenannte Single-Wafer - Anlagen von besonderem Interesse, da sie wenig Platz im Reinraum beanspruchen und das
Risiko des Beschichters in Bezug auf eine Fehlbearbeitung senken. Solche
Anlagen erlauben vorteilhafterweise den Gebrauch einer Anordnung, bei der der
Wafer direkt auf die Elektrode aufgebracht wird und der Self-Bias (ggf. modifiziert mit Hilfe einer externen Gleichspannungsquelle) ausgenutzt wird. Hierdurch kann die Abscheiderate und damit die Bearbeitungsgeschwindigkeit deutlich erhöht werden. Die technischen Anforderungen an eine solche Anlage können beispielsweise wie folgt beschrieben werden:
Downstream Reaktor für einen Single-wafer - Prozess (300 mm - Wafer):
1. HF (13,56 MHz) - Leistung regelbar im Bereich von 5 - 50 W
- Bias regelbar ab 100 V
2. Pumpeneinheit - Roots 250 m3/h - Zweistufige Drehschieberpumpe: ca. 20 m3/h
- Butterfly-Regelventil (Arbeitsdruck: 0,02 - 0,08 mbar)
3. Gasregel Einheit - Gasflussregler: MFC 50 sccm O2
- Gasflussregler: MFC 50 sccm H2 - Masseflussregler für Dämpfe: VFC min. 800 sccm
(kalibriert für N2)
4. Druckmessung - Absolutdruckmessdose: Messbereich: 10"4 bis 1 mbar
5. Elektrode - Der "wafer chuck" (Waferträger) wird als Elektrode ausgeführt. Die Elektrode selbst hat nahezu den gleichen Durchmesser wie der Wafer.
- Für einen 300 mm Wafer sollte der "wafer chuck" einen Mindestdurchmesser von 380 mm aufweisen. Der
Randbereich ist aus einem Isolator ausgeführt. Die Oberseite des "wafer chuck" bildet mit dem Wafer möglichst eine Ebene um das Arbeitsgas gut führen zu können. 6. weiter Anforderungen - Der Abstand von der Waferoberfläche zum darüber angeordneten Gaseinlass beträgt min. 300 mm. Abgepumpt wird unterhalb des Wafers oder möglichst homogen über oder seitlich unterhalb des Waferträgers.
Die Herstellung der plasmapolymeren Schicht kann wahlweise mittels Niederdruck- oder Atmosphärendruck-Plasmapolymerisation durchgeführt werden. Kommen Atmosphärendruckplasmen zur Anwendung, so ist der Einfluss von Fremdgasen, wie Luft oder Luftfeuchtigkeit, möglichst gänzlich zu eliminieren.
Ein erfindungsgemäßer Schichtverbund, der besonders vorteilhaft zum Dünnen von Wafern eingesetzt werden kann, umfasst eine plasmapolymere Schicht, welche eine der oben angegebenen Zusammensetzungen besitzt und deshalb besonders elastisch ist. Ferner umfasst ein solcher erfindungsgemäßer Schichtverbund eine Trägerschicht, vorzugsweise umfassend eine tragende und/oder eine an die Trennschicht angrenzende konturanpassende Schicht auf Basis einer hochtemperaturstabilen, aushärtbaren (vorzugsweise vernetzbaren) Substanz, insbesondere Silikonpolymere, Fluorpolymere oder Polyimid (wie z.B. Kapton®) oder Polyimid-Vorkondensate. Diese Schicht kann beispielsweise als Zubereitung, insbesondere Lösung, der vorhergehend genannten Substanzen aufgebracht werden. Im Vergleich mit der Vorgehensweise gemäß WO 2004/051708 ist der Einsatz eines solchen erfindungsgemäßen Schichtverbundes bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger- Anordnung insbesondere darin zu sehen, dass das eigentliche Produkt, der zu dünnende Wafer, keinem plasmapolymeren Prozess auszusetzen ist. Dieser Prozessschritt kann durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Schichtverbundes örtlich und zeitlich unabhängig von den Wafern durchgeführt werden, wodurch eine Qualitätskontrolle vor dem Zusammenführen mit den (wertvollen) Wafern erfolgen kann. Zudem ist die Auslagerung dieses Prozessschrittes zum Hersteller des Schichtverbundes möglich und auch vorteilhaft. Der Schichtverbund insgesamt dient in den Fertigungsschritten, welche das Dünnen des Wafers betreffen, als temporärer Träger. Zur massenhaften Herstellung derartiger temporärer Träger (bei denen es sich jeweils um einen erfindungsgemäßen Schichtverbund handelt), die als Halbzeug an die Fertigungsstätte geliefert werden können, in der Wafer gedünnt (und gegebenenfalls rückseitenmetallisiert) werden sollen, ist z.B. die folgende Prozessfolge geeignet:
• Bereitstellen eines sehr glatten, wieder verwendbaren Substratmaterials (z.B. blanker Si-Wafer); dieses Substratmaterial hat nichts mit dem zu dünnenden Wafer zu tun, sondern dient lediglich als Substrat für die Herstellung einer plasmapolymeren Schicht,
• Belegen des Substratmaterials mit einer dünnen, glatten (wasser-) löslichen Schicht aus z.B. aus einer Zuckerlösung aus 0,4g/ml_ Raffinade- Zucker in Wasser (alternativ kann beispielsweise auch ein Silikonöl verwendet werden, welches später mittels üblicher Lösungsmittel entfernt wird),
• Trocknen der löslichen Schicht, sofern erforderlich,
• Beschichten der löslichen Schicht mit einer erfindungsgemäß zu verwendenden plasmapolymeren Schicht (zu den Eigenschaften der plasmapolymeren Schicht und zu den Verfahren zu ihrer Herstellung siehe jeweils oben),
• Aktivieren der Oberfläche der zuvor abgeschiedenen plasmapolymeren Schicht (beispielsweise mittels Plasmaaktivierung),
• Beschichten der aktivierten Oberfläche der plasmapolymeren Schicht mit einer Polyimidlösung oder einer Zubereitung aus Polyimid- Vorkondensaten oder einer anderen hochtemperaturstabilen, aushärtbaren (vorzugsweise vernetzbaren) Substanz, wie z.B. Silikonkautschuken; vorzugsweise ist die aushärtbare, bzw. vernetzbare Substanz lösungsmittelfrei und wärmevernetzend,
• Abdecken der Substanz (z.B. Silikonkautschuk) mit einer fertig ausgehärteten, vorzugsweise aktivierten Folie (z.B. aus Polyimid
(Kapton)). Diese Folie ist einerseits als tragende Schicht für die spätere Verwendung relevant, dient aber zwischenzeitlich auch als Abdeckmaterial
• Unvollständiges Aushärten der Substanz (z.B. durch Verdampfen eines gegebenenfalls zugesetzten Lösemittels) zu einem Präpolymeren (z.B. Silikonkautschuk, alternativ z.B. unvollständig ausgehärtete Polyimid-
Vorkondensate), so dass der resultierende Schichtverbund (umfassend auf dem Substrat eine plasmapolymere Schicht (auch Nanofolie genannt) + Präpolymer + Folie) erstens handhabbar wird und zweitens (insbesondere bei Erwärmung) sich noch in einem späteren Verarbeitungsschritt einer Oberflächenkontur anpassen kann. Es ist darauf hinzuweisen, dass sich das Präpolymer vorzugsweise bereits mit der aktivierten plasmapolymeren Schicht (Nanofolie) verbindet. Anmerkung: Für diesen späteren Verarbeitungsschritt ist der Einsatz einer erfindungsgemäß vorgesehenen dehnfähigen (elastischen), plasmapolymeren Schicht der oben im Detail angegebenen Art von entscheidender Bedeutung, da ohne die besagte Dehnfähigkeit die plasmapolymere Schicht reißen würde und eine definiert eingestellte niedrige Adhäsion (an einem Wafer einer erfindungsgemäßen Wafer- Träger-Anordnung) durch eindringendes Präpolymer Undefiniert verändert würde. Im Gegensatz zu den in DE 103 53 530 beschriebenen plasmapolymeren Schichten sind die erfindungsgemäß eingesetzten plasmapolymeren Schichten in ihrem Aufbau und ihren dehäsiven Eigenschaften regelmäßig einheitlich.
• Ablösen des Schichtverbundes umfassend plasmapolymere Schicht (Nanofolie), Präpolymer (konturanpassend) und fertig ausgehärteter
(tragender) Folie (Abdeckmaterial) durch z.B. ein Wasser- oder Lösemittelbad vom glatten, wieder verwendbaren Substratmaterial
• Abdecken der plasmapolymeren Schicht (Nanofolie) mit einer Abdeckfolie zur Lagerung und zum Versand. Zur Beeinflussung der Haftungs- bzw. Loslöseeigenschaften des Schichtverbundes auf dem Wafer kann gezielt zwischen Abdeckfolie und plasmapolymerer Schicht beispielsweise eine dünne Schicht aus Silikonölen, Silikonelastomeren, Silikonwachsen oder sonstigen trennend wirkenden Substanzen vorgesehen werden. Ein Teil dieser Substanzen werden nach der Entfernung der Abdeckfolie auf der Oberfläche verbleiben und kann daher die oben beschriebenen Eigenschaften verändern. Die Substanzen werden vorzugsweise so ausgewählt, dass sie nach dem Gebrauch des Waferträgers (des erfindungsgemäßen Schichtverbunds) wieder leicht durch einen
Reinigungsprozess entfernbar sind.
Beim Anwender des so hergestellten erfindungsgemäßen Schichtverbundes, der eine plasmapolymere Schicht umfasst, wird zunächst die Abdeckfolie von der plasmapolymeren Schicht entfernt. Dann ist der Prozessablauf wie folgt:
• Auflegen des Schichtverbundes mit der Seite der plasmapolymeren
Schicht auf den zu dünnenden Wafer,
• Verarbeitung der so erhaltenen Wafer-Träger-Anordnung vorzugsweise in einer Vakuumpresse. Dabei wird zunächst das Präpolymere (siehe oben) mit der plasmapolymeren Schicht (Nanofolie) verpresst. Dieser Vorgang wird durch erhöhte Temperatur unterstützt. Dann wird die Temperatur so weit erhöht, dass der Aushärtevorgang des Präpolymeren einsetzt. Dabei verbindet sich das Präpolymere endgültig mit der vorzugsweise aktivierten Folie und der plasmapolymeren Schicht (Nanofolie) - der Schichtverbund als temporärer Träger findet in dieser Verfahrensstufe seine finale Ausgestaltung. Die Strukturen des zu dünnenden Wafers werden von der elastischen plasmapolymeren Schicht und der daran angrenzenden ersten, konturanpassenden Schicht der Trägerschicht ausgefüllt, die plasmapolymere Schicht wird dabei innerhalb ihrer Elastizitätsgrenzen gedehnt und passt sich der Oberflächenstruktur des zu dünnenden Wafers an. Es verbleiben keine Luftblasen, da in einer
Vakuumpresse gearbeitet wird. Die plasmapolymere Schicht (Nanofolie) sorgt gegenüber dem zu dünnenden Wafer für die notwendigen dehäsiven Oberflächeneigenschaften. Außerdem verfügt die plasmapolymere Schicht (Nanofolie) über einen gewissen Tack, so dass über die innigliche Verbindung mit der Waferoberfläche und die mechanische Verklammerung über die Waferstruktur eine ausreichende Haftung gegeben ist,
• Dünnen des Wafers und ggf. Rückseitenmetallisieren des gedünnten Wafers (dieser Prozess der Rückseitenmetallisierung ist möglich, da der Schichtverbund aus Trägerschicht und Trennschicht (plasmapolymerer
Schicht/Nanofolie) kurzfristig Temperaturen von bis zu 400°C ausgesetzt werden kann),
• Nach dem Dünnen des Wafers Ablösen des temporären Trägers (Schichtverbund aus Trägerschicht und Trennschicht; die Ablösung gelingt leicht, da die plasmapolymere Schicht (Nanofolie) über dehäsive
Eigenschaften verfügt).
Eine alternative Vorgehensweise, die auf die Verwendung von Niederdruckprozessen verzichtet, ist im Folgenden beschrieben:
• Bereitstellen eines sehr glatten, wieder verwendbaren Substratmaterials (z.B.: blanker Si-Wafer),
• Belegen des sehr glatten, wieder verwendbaren Substratmaterials mit einer Silikonölschicht (bspw. AK50 der Fa. Wacker Chemie), die deutlich dicker ist (vorzugsweise zumindest doppelt so dick) als die darauf abzuscheidende plasmapolymere Schicht, • Aufbringen einer erfindungsgemäß zu verwendenden plasmapolymeren
Schicht (Nanofolie) mit den weiter oben beschriebenen Eigenschaften auf der Silikonölschicht unter Einsatz eines Atmosphärendruck- Plasmaverfahrens,
• Aktivieren der Oberfläche der so hergestellten plasmapolymeren Schicht (Nanofolie) beispielsweise mittels Atmosphärendruck-Plasmaaktivierung.
Das weitere Vorgehen entspricht dann dem zuvor beschriebenen Prozessablauf, beginnend mit dem Schritt "Beschichten der aktivierten Oberfläche der plasmapolymeren Schicht ..." Zudem können die beiden vorstehend geschilderten Verfahrensabläufe wie im Folgenden beschrieben auch gewissermaßen "umgekehrt" durchgeführt werden, z. B. wie folgt:
1. Vorlegen einer fertig ausgehärteten Folie (z.B. aus Polyimid (wie z.B. Kapton®)) als Substrat (Substratfolie), d.h. als eine der tragenden Schichten einer herzustellenden Trägerschicht,
2. Gegebenenfalls Aktivieren der fertig ausgehärteten Folie, beispielsweise mit Hilfe eines Plasmas,
3. Beschichten der gegebenenfalls aktivierten Folie mit einer Polyimidlösung oder einer Zubereitung aus Polyimid-Vorkondensaten oder einer anderen hochtemperaturstabilen, aushärtbaren (vorzugsweise vernetzbaren) Substanz, wie z.B. Silikonpolymeren (Silikonkautschuke oder andere Polysiloxane, bzw. siloxanhaltige Copolymere)
4. Gegebenenfalls im Anschluss an Schritt 3 Herstellung eines Präpolymeren, so dass das momentane Handling und der Versand der Ware gewährleistet ist, aber das später - beim Kontaktieren mit dem zu dünnenden Wafer - erforderliche Verformungsverhalten (Konturanpassung) noch gewährleistet ist. Anmerkung: Das Präpolymer entspricht dem Präpolymer aus den weiter oben beschriebenen Verfahrensabläufen. 5. Aufbringen einer erfindungsgemäß zu verwendenden plasmapolymeren Schicht (Nanofolie) mit den weiter oben angegebenen Eigenschaften; gegebenenfalls erst jetzt Aushärten bzw. Teilvernetzen des unter 3. aufgebrachten aushärtbaren bzw. vernetzbaren Materials. Spätestens jetzt ist ein Präpolymer gebildet, welches als zur Trägerschicht gehörige Schicht eine ausreichende Haftung der plasmapolymeren Schicht (der Nanofolie) auf der Substratfolie (welche eine weitere tragende Schicht der Trägerschicht darstellt) gewährleistet und eine Konturanpassung gestattet. 6. Gegebenenfalls Abdecken der plasmapolymeren Schicht (Nanofolie) mit einer Abdeckfolie zur Lagerung und zum Versand.
Der Vorteil an der zuletzt beschriebenen Vorgehensweise zur Herstellung eines Schichtverbundes liegt insbesondere darin, dass der hergestellte Schichtverbund nicht mehr von einem Substrat (in den zuvor geschilderten Verfahrensgestaltungen wird beispielsweise immer ein Blanko-Si-Wafer eingesetzt) gelöst werden muss.
Die auf die vorstehend beschriebenen Weisen hergestellten Schichtverbünde (umfassend eine Trägerschicht sowie eine zwischen der Trägerschicht und einem Wafer anzuordnende Trennschicht sowie gegebenenfalls eine Schutzfolie) können relativ problemlos benutzt werden. So kann ein Transport zum Anwender stattfinden. Nach dem Abziehen der gegebenenfalls vorhandenen Abdeckfolie wird der Anwender (wie oben geschildert) den hergestellten Schichtverbund als temporären Träger zum Dünnen von Wafern benutzen. Die dehäsiven Oberflächeneigenschaften der plasmapolymeren Schicht (Nanofolie) erlauben die Entfernung des temporären Trägers vom Wafer nach Gebrauch. Die Verformbarkeit der erfindungsgemäß vorgesehenen plasmapolymeren Schicht (Nanofolie) und der "präpolymeren" Schicht (als Schicht innerhalb der Trägerschicht) erlaubt das konturgenaue Ausfüllen von Gräben und Strukturen auf dem zu dünnenden Wafer mit Hilfe eines vakuumgestützten Press- und Aushärtevorganges. Nach einem solchen Vorgang wird die leicht verform- und dehnbare plasmapolymere Schicht (Nanofolie) über physikalische Wechselwirkungen eine geringe Haftkraft zum Untergrund aufbauen. Darüber hinaus kann eine mechanische Verklammerung des temporären Trägers (des erfindungsgemäßen Schichtverbundes) erfolgen.
Gemäß den vorstehend erläuterten Vorgehensweisen betrifft die vorliegende
Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Wafer-
Träger-Anordnung, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines z. B. zu dünnenden Wafers, b) Versehen des Wafers mit einer Trennschicht, so dass diese an dem Wafer haftet, sowie vor oder nach Schritt b) c) Verbinden einer Trägerschicht mit der Trennschicht, wobei Wafer,
Trennschicht und Trägerschicht so ausgewählt sind, dass in der Wafer-Träger- Anordnung die Trennschicht an der Trägerschicht fester haftet als an dem Wafer. Vorzugsweise wird hierbei Schritt c) vor Schritt b) durchgeführt, d.h. es wird vorzugsweise zunächst eine Trägerschicht mit der Trennschicht verbunden. Hierzu vgl. die Ausführungsbeispiele zu bevorzugten
Vorgehensweisen/Prozessfolgen zur Herstellung erfindungsgemäßer Schichtverbünde.
Vorzugsweise wird der Wafer in Schritt b) mit einem erfindungsgemäßen Schichtverbund versehen, welcher eine Trägerschicht und eine Trennschicht umfasst, wobei die Trennschicht in Anlage an den Wafer gelangt. Es versteht sich, dass hierbei üblicherweise Schritt c) vor Schritt b) durchgeführt wird. Aus fertigungstechnischer Sicht ist ein solches erfindungsgemäßes Verfahren besonders bevorzugt, und zwar insbesondere dann, wenn der Schichtverbund ausgehend von einer Substratfolie hergestellt wird, die später selbst Bestandteil des Schichtverbundes wird (vgl. oben den als "umgekehrt" gekennzeichneten Verfahrensablauf).
Ein erfindungsgemäßer Schichtverbund wird vorzugsweise nach einem Verfahren hergestellt, welches die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen einer tragenden Schicht, z.B. einer fertig ausgehärteten
Folie, als Substrat,
Gegebenenfalls Aktivieren der tragenden Schicht, - Vorzugsweise Beschichten der tragenden Schicht mit einer aushärtbaren und/oder vernetzbaren Substanz, vorzugsweise einer hochtemperaturstabilen, aushärtbaren (vorzugsweise vernetzbaren) Substanz, beispielsweise Silikonpolymere (Silikonkautschuk oder andere Polysiloxane, bzw. siloxanhaltige Copolymere) oder einer Polyimidlösung, oder einer Zubereitung aus Polyimid-Vorkondensaten.
- Aufbringen einer plasmapolymeren Schicht auf die Schicht der aushärtbaren bzw. vernetzbaren Substanz, vor oder nach einer teilweisen Aushärtung bzw. einer Teilvernetzung der Substanz (mit anderen Worten kann die aushärtbare bzw. vernetzbare Substanz zunächst teilweise ausgehärtet bzw. teilvernetzt werden, bevor die plasmapolymere Schicht aufgebracht wird, oder alternativ kann die aushärtbare bzw. vernetzbare Substanz zunächst mit der plasmapolymeren Schicht versehen werden, bevor die besagte Substanz teilweise ausgehärtet bzw. teilvernetzt wird). Zu beachten ist dabei, dass die teilweise ausgehärtete bzw. teilvernetzte Schicht der besagten Substanz zumindest eine ausreichende Haftung der plasmapolymeren Schicht auf der fertig ausgehärteten Folie
(Substratfolie) gewährleistet, so dass die im vorliegenden Text geschilderten Folgeschritte durchgeführt werden können, Gegebenenfalls Abdecken der plasmapolymeren Schicht mit einer Abdeckfolie oder dergleichen.
Alternativ zu dem vorstehend geschilderten Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtverbundes kann entsprechend den weiter oben angegebenen Prozessabläufen auch wie folgt vorgegangen werden: Bereitstellen eines sehr glatten Substratmaterials, Belegen des Trägermaterials mit einer dünnen Schicht einer Flüssigkeit (zu den besonderen Ausgestaltungen siehe weiter oben)
- Aufbringen einer plasmapolymeren Schicht (Nanofolie) auf der Schicht der Flüssigkeit (welche sich auf dem Substratmaterial befindet) unter Einsatz eines Plasmaverfahrens (Atmosphärendruckplasma oder Niederdruckplasma, siehe oben), - Gegebenenfalls Aktivieren der Oberfläche der hergestellten plasmapolymeren Schicht,
Beschichten der plasmapolymeren Schicht mit einer aushärtbaren bzw. vernetzbaren Substanz,
Gegebenenfalls Abdecken der Substanz, - Teilweises Aushärten bzw. Teilvernetzen der Substanz zu einem
Präpolymeren (zu den Eigenschaften siehe oben),
- Ablösen des Schichtverbundes umfassend plasmapolymere Schicht und Präpolymer-Schicht vom Trägermaterial.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung einer plasmapolymeren Schicht bestehend aus Kohlenstoff, Silicium, Sauerstoff und Wasserstoff sowie gegebenenfalls üblichen Verunreinigungen, wobei im ESCA-Spektrum der plasmapolymeren Schicht, bei Kalibrierung auf den aliphatischen Anteil des C 1s Peaks bei 285,00 eV, im Vergleich mit einem trimethylsiloxy-terminierten Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer kinematischen Viskosität von 350 mm2/s bei 25 °C und einer Dichte von 0,97 g/mL bei 25 °C, der Si 2p Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,44 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist, und der O 1 s Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,50 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist, (i) als Trennschicht zur Anbringung auf einem Wafer oder (ii) als Bestandteil einer Trennschicht zur Anbringung auf einem Wafer oder (iii) als Bestandteil einer Trennschicht eines Schichtverbundes zur Anbringung auf einem Wafer.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Abdünnen eines Wafers, umfassend die folgenden Schritte:
Herstellen einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung, wobei die Wafervorderseite der Trennschicht zugewandt ist und die Rückseite des
Wafers frei bleibt, Abdünnen des Wafers von seiner Rückseite her (rückseitiges Abdünnen).
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Rückseitenmetallisieren eines Wafers, umfassend die folgenden Schritte: - Herstellen einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung, wobei die
Wafervorderseite der Trennschicht zugewandt ist und die Rückseite des Wafers frei bleibt,
Gegebenenfalls Abdünnen des Wafers von seiner Rückseite her (rückseitiges Abdünnen), - Aufbringen einer Metallschicht auf die Rückseite des Wafers.
In den besagten erfindungsgemäßen Verfahren zum Abdünnen bzw. zum Rückseitenmetallisieren eines Wafers ist es vorteilhaft, wenn die Trennschicht und die Trägerschicht nach dem Abdünnen bzw. dem Rückseitenmetallisieren wieder von dem Wafer entfernt werden. Wie bereits weiter oben geschildert, ist es bei dem besagten Verfahren zum Abdünnen bzw. Rückseitenmetallisieren eines Wafers vorteilhaft, wenn ein zur Trennung in einzelne Elemente vorbereiteter Wafer bereitgestellt wird.
In diesem Falle ist es vielfach vorteilhaft, wenn (i) der Wafer durch rückseitiges Abdünnen des Wafers und/oder (ii) durch Entfernen der Trennschicht und der Trägerschicht - gegebenenfalls mit Ausnahme einer Rückseitenmetallisierung - in einzelne Elemente getrennt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert:
Beispiel 1 : Herstellung plasmapolymerer Schichten zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung oder in einem erfindungsgemäßen Schichtverbund:
Zur Herstellung der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schicht A wurden die nachfolgenden Prozessparameter verwendet:
Gasfluss O2: 12 Sccm
Gasfluss HMDSO: 50 Sccm
Leistung (W): 450
Zeit (sec): 2700
Druck (mbar): 0,02
Zur Herstellung der erfindungsgemäß anzusetzenden plasmapolymeren Schicht B wurden die nachfolgenden Prozessparameter verwendet:
Gasfluss O2: 12 Sccm Gasfluss HMDSO: 50 Sccm
Leistung (W): 450
Zeit (sec): 3000
Druck (mbar): 0,02
Nach der Herstellung der plasmapolymeren Schicht auf einem Objektträger aus Quarzglas (als für die Zwecke der vorliegenden Untersuchung gewähltes Beispiel eines sehr glatten Substrates, von dem die plasmapolymere Schicht wieder abgelöst werden kann) und Abschalten des Plasmas wurde die Gasatmosphäre schnellstmöglich durch Wasserstoff ersetzt und danach die Saugleistung reduziert, so dass ein deutlicher Druckanstieg auf ca. 0,2 mbar zu beobachten war. Dieser Zustand wurde bei konstantem Wasserstofffluss über 5 min aufrecht erhalten, um eventuell vorhandenen Radikalen die Absättigung mit Wasserstoff zu ermöglichen.
Die beigefügten Figuren 1 bis 6 zeigen:
Fig. 1 : Verlauf des Brechungsindex als Funktion der Wellenlänge
Fig. 2: Transmissionsverlauf eines mit einer erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schicht beschichteten
Quarzglases im Vergleich zu einem unbeschichteten Quarzglas und einem mit PDMS-ÖI (hier ca. 200 nm AK50, Wacker Chemie) beschichteten Quarzglas im Wellenlängenbereich 190 bis 250 nm
Fig. 3: FTIR-Spektrum der erfindungsgemäß zu verwendenden plasmapolymeren Schicht
Fig. 4: FTIR-Spektrum der erfindungsgemäß zu verwendenden plasmapolymeren Schicht (Detailansicht) Fig. 5: FTIR-Vergleichsspektrum einer Easy-to-clean Schicht
Fig. 6: FTIR-Vergleichsspektrum einer Easy-to-clean Schicht (Detailansicht)
Ferner wurde auf analoge Weise ein sehr gut dehnfähiges Gummimaterial (EPDM) mit eine plasmapolymeren Schicht versehen und anschließend über Dehnungsversuche die Bruchdehnung der Beschichtung mit Hilfe einer mikroskopischen Beobachtung bestimmt. Hierbei stellte sich heraus, dass bei Raumtemperatur eine Bruchdehnfähigkeit von ca. 30% gegeben war. Vergleiche hierzu Fig. 7 und 8.
Fig.7: Mikroskopische Darstellung (200-fache Vergrößerung) des beschichteten Gummimaterials ohne Belastung.
Fig.8: Mikroskopische Darstellung (200-fache Vergrößerung) des beschichteten Gummimaterials nach Dehnung um ca. 40%.
Das in Figur 8 zu erkennende Rissnetzwerk stellt sich senkrecht zur Zugrichtung dar; mit zunehmender Dehnung wird das Netzwerk ausgeprägter, die Risse wachsen nur langsam in der Breite.
Beispiel 2: Herstellung einer plasmapolymeren Schicht (z. B. zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Wafer-Träger-Anordnung oder einem erfindungsgemäßen Schichtverbund):
Eine zweite Möglichkeit zur Herstellung des erfindungsgemäßen plasmapolymeren Produktes ist durch die folgenden Prozessparameter gegeben:
Gasfluss O2: 36 Sccm
Gasfluss HMDSO: 170 Sccm
Leistung (W): 1600 Zeit (sec): 600
Druck (mbar): 0,025
Auch hier wurde vor der Durchführung sicher gestellt, dass die Leckrate (äußere Lecks) der benutzten Vakuumkammer deutlich kleiner als 2 x 10"3 mbar L / sec ist. Ferner wurde die interne Leckrate mit Hilfe eines Massenspektrometers überprüft. Dabei wurde darauf geachtet, dass der Prozess erst gestartet wurde, als bei hoher Empfindlichkeit des Spektrometers der Messwert für die Masse 18 (Wasser) stark gesunken und dann konstant war.
Eine Wasserstoffnachbehandlung wurde nicht vorgenommen.
Beispiel 3: ESCA-Messungen:
Es wurden von den erfindungsgemäß zu verwendenden plasmapolymeren Schichten "A" und "B", welche gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden, sowie von einem Referenzmaterial und einem Vergleichsprodukt ESCA-Spektren aufgenommen und ausgewertet. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt, in der Bezug genommen wird auf die Bindungsenergielagen der Signale und die Halbwertsbreiten (FWHM = Füll width at half maximum) der einzelnen Peaks. Als Vergleichsprodukt wurde eine plasmapolymere Easy-to- clean-Beschichtung gemäß DE 101 31 156 A1 gewählt.
Die ESCA-Untersuchungen wurden mit dem Spektrometer KRATOS AXIS Ultra der Fa. Kratos Analytical durchgeführt. Die Analysekammer war mit einer
Röntgenquelle für monochromatisierte AI Kα - Strahlung, einer Elektronenquelle als Neutralisator und einem Quadrupolmassenspektrometer ausgerüstet.
Weiterhin verfügte die Anlage über eine magnetische Linse, welche die
Photoelektronen über einen Eintrittsschlitz in einen Halbkugelanalysator fokussierte. Durch Kalibrierung wurde der aliphatische Anteil des C 1 s Peaks auf
285,0 eV gesetzt. Während der Messung zeigte die Oberflächennormale auf den
Eintrittsschlitz des Halbkugelanalysators. Die Passenergie betrug bei der Bestimmung der Stoffmengenverhältnisse jeweils 160 eV, die entsprechenden Spektren werden als Übersichtsspektren bezeichnet. Bei der Bestimmung der Peak-Parameter betrug die Passenergie jeweils 20 eV.
Die genannten Messbedingungen sind bevorzugt, um eine weitgehende Unabhängigkeit vom Spektrometertyp zu ermöglichen und um erfindungsgemäße plasmapolymere Produkte zu identifizieren.
Als Referenzmaterial wurde das Polydimethylsiloxan Silikonöl DMS-T23E der Firma Gelest Inc. (Morrisville, USA) verwendet. Dieses trimethylsiloxy-terminierte Silikonöl besitzt eine kinematische Viskosität von 350 mm2/s (±10%) und eine Dichte von 0,970 g/mL bei 25 °C sowie ein mittleres Molekulargewicht von ca. 13 650 g/mol. Das ausgewählte Material zeichnet sich durch einen extrem geringen Anteil an verdampfbaren Bestandteilen aus: nach 24 Stunden bei 125 °C und 10"5 Torr Vakuum wurden weniger als 0,01 % flüchtige Anteile nachgewiesen (nach ASTM-E595-85 und NASA SP-R0022A). Es wurde mit Hilfe eines Spin-Coating- Prozesses eine 40 bzw. 50 nm dicke Schicht auf einen Siliziumwafer aufgetragen; dabei wurde als Lösemittel Hexamethyldisiloxan verwendet.
Die gemessenen Spektren sind - für die Übersichtsspektren exemplarisch jeweils eins - als Figuren 9 bis 12 (Übersichtsspektren), sowie 13 bis 25 (Detailspektren) angefügt. Es zeigen:
Fig. 9: XPS-Übersichtsspektrum des DMS-T23E
Fig. 10: XPS-Übersichtsspektrum einer erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schicht A
Fig. 1 1 : XPS-Übersichtsspektrum einer erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schicht B
Fig. 12: XPS-Übersichtsspektrum der Easy-to-clean-Beschichtung gemäß DE 101 31 156 A1 (Vergleich) Fig. 13: XPS-Detailspektrum des O 1 s Peaks des DMS-T23E
Fig. 14: XPS-Detailspektrum des C 1s Peaks des DMS-T23E
Fig. 15: XPS-Detailspektrum des Si 2p Peaks des DMS-T23E
Fig. 16: XPS-Detailspektrum des O 1s Peaks einer erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schicht A
Fig. 17: XPS-Detailspektrum des C 1s Peaks einer erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schicht A
Fig. 18: XPS-Detailspektrum des Si 2p Peaks einer erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schicht A
Fig. 19: XPS-Detailspektrum des O 1 s Peaks einer erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schicht B
Fig. 20: XPS-Detailspektrum des C 1s Peaks einer erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schicht B
Fig. 21 : XPS-Detailspektrum des Si 2p Peaks einer erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schicht B
Fig. 22: XPS-Detailspektrum des O 1 s Peaks der Easy-to-clean-Beschichtung gemäß DE 101 31 156 A1 (Vergleich)
Fig. 23: XPS-Detailspektrum des C 1s Peaks der Easy-to-clean-Beschichtung gemäß DE 101 31 156 A1 (Vergleich)
Fig. 24: XPS-Detailspektrum des Si 2p Peaks der Easy-to-clean- Beschichtung gemäß DE 101 31 156 A1 (Vergleich) Für die Übersichtsspektren wurden vier bis sechs Messungen an unterschiedlichen Positionen auf den Proben durchgeführt. In Tabelle 1 sind für die Stoffmengenverhältnisse mit ± die maximalen Abweichungen vom Mittelwert der durchgeführten Messungen angegeben.
Figure imgf000042_0001
Tabelle 1 : Ergebnisse der ESCA-Messungen Die erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schichten, welche der ESCA-Messung unterzogen wurden, besitzen im Vergleich mit einer typischen Easy-to-clean-Beschichtung gemäß DE 101 31 156 A1 eine um ca. 0,37 bis 0,53 eV zu niedrigerer Energie verschobene Bindungsenergielage des Si 2p - Peaks. Diese Beobachtungen entsprechen einer Erhöhung des Anteils sekundärer Silicium-Atome (das heißt des Anteils an Silicium-Atomen mit genau zwei benachbarten O-Atomen) im Vergleich zu der Easy-to-clean-Beschichtung.
Vermutlich ist die Erhöhung des Anteils an sekundären Silicium-Atomen ein Grund für die erhöhte Elastizität und Flexibilität der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schichten im Vergleich mit der Easy-to-clean- Beschichtung gemäß DE 101 31 156 A1 , bei der eine stärkere Dominanz von tertiären Silicium-Atomen vorliegt.
Aus dem Vergleich der ESCA-Spektren der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schichten und der Easy-to-clean-Beschichtung ergibt sich, dass die mechanischen Eigenschaften Elastizität und Flexibilität direkt verknüpft sind mit der Struktur des jeweiligen Plasmapolymers.
Die erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schichten sind kohlenstoffreicher und sauerstoffärmer als die Easy-to-clean-Beschichtung. Damit ergeben sich zwangsläufig weniger Vernetzungspunkte. Die Zusammensetzung nähert sich der eines Silikonöles an, ist aber gegenüber diesem, ebenso wie gegenüber klassischen Silikonelastomeren, stärker vernetzt (mehr Sauerstoff, weniger Kohlenstoff). Deshalb kann man von einer elastomeren plasmapolymeren Struktur ausgehen (bei hohem Wasserstoffgehalt).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf beigefügte Figuren 25 bis 27 noch weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 25: einen erfindungsgemäßen Schichtverbund mit Trägerschicht und Trennschicht, jedoch doch ohne Schutzfolie Fig. 26: eine erfindungsgemäße Wafer-Träger-Anordnung, welche den (deformierten) Schichtverbund aus Fig. 25 sowie einen Wafer umfasst
Fig. 27: einen erfindungsgemäßen Schichtverbund mit Trägerschicht und Trennschicht, inklusive Schutzfolie und zusätzlicher Trennöl-Schicht
Fig. 25 zeigt einen erfindungsgemäßen Schichtverbund, der als Trennschicht eine plasmapolymere, elastische Schicht 2 umfasst, die an eine Trägerschicht angrenzt, welche aus einer ersten, konturanpassenden (verformbaren) Schicht 4 sowie aus einer zweiten, tragenden Schicht 6 besteht. Die plasmapolymere Schicht 2 besitzt die Eigenschaften, welche weiter oben im allgemeinen Teil der vorliegenden Beschreibung angegeben sind. Die konturanpassende Schicht 4 der Trägerschicht besteht aus einer hochtemperaturstabilen, aushärtbaren, (vorzugsweise vernetzbaren) Substanz wie beispielsweise Silikonpolymere (Silikonkautschuk oder andere Polysiloxane bzw. siloxanhaltige Copolymere) oder einer Polyimidlösung oder einer Zubereitung aus Polyimid-Vorkondensaten. Die zweite, tragende Schicht 6 der Trägerschicht besteht z. B. aus einem Polyimid (z. B. Kapton®) oder aus einem Polyetherketon.
Hinsichtlich eines Verfahrens zur Herstellung eines in Fig. 25 dargestellten Schichtverbundes sei auf die obigen Ausführungen im allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.
Fig. 26 zeigt eine erfindungsgemäße Wafer-Träger-Anordnung, die unter Verwendung des in Fig. 25 gezeigten Schichtverbundes hergestellt wurde. Dementsprechend finden sich in der Wafer-Träger-Anordnung gemäß Fig. 26 eine plasmapolymere Schicht 2 (als Trennschicht), eine erste Schicht 4 einer Trägerschicht sowie eine zweite, tragende Schicht 6 einer Trägerschicht. Ferner umfasst die Wafer-Träger-Anordnung gemäß Fig. 26 einen Wafer 8 mit vorderseitig angeordneter elektronischer Struktur 18. Zur Herstellung der in Fig. 26 gezeigten Wafer-Träger-Anordnung wurde der Wafer 8 mit elektronischer Struktur 18 bereitgestellt und beispielsweise der in Fig. 25 gezeigte Schichtverbund 2, 4, 6 mit der Seite der plasmapolymeren Schicht auf die Vorderseite des Wafers, welche die elektronische Struktur trägt, aufgepresst. Dabei verformte sich die plasmapolymere, elastische Schicht 2 des in Fig. 25 dargestellten Schichtverbundes sowie die erste, konturanpassende Schicht 4 der Trägerschicht. Aufgrund der hohen Dehnfähigkeit der plasmapolymeren Schicht 2 kommt es dabei in dieser nicht zu Rissen, so dass die verformbare Schicht 4 der Trägerschicht nicht in Kontakt mit der elektronischen Struktur 18 des Wafers 8 gelangt.
Hinsichtlich der genaueren Ausgestaltung des Verfahrens beim Aufbringen des in Fig. 25 dargestellten Schichtverbundes auf den Wafer 8 mit seiner elektronischen Struktur 18 sowie, auf Verfahrensschritte beim Abdünnen und gegebenenfalls Rückseitenmetallisieren sei auf die im allgemeinen Teil der Beschreibung gegebenen Beispiele verwiesen.
In Fig. 27 dargestellt ist ein Schichtverbund 2, 4, 6 gemäß Fig. 25, der auf der Seite der plasmapolymeren Schicht 2 mit einer Schutzfolie 10 ausgerüstet ist. Zwischen Schutzfolie 10 und plasmapolymerer Schicht 2 befindet sich über dies eine dünne Schicht 12 eines Trennöls. Die Schutzfolie 10 in der Praxis wird vom Schichtverbund (2, 4, 6) abgezogen, bevor dieser auf einen Wafer mit gegebenenfalls darauf angeordneter elektronischer Struktur aufgepresst wird, vgl. hierzu Fig. 26, Wafer 8. Die Trennölschicht 12 verbleibt dabei abschnittsweise auf der plasmapolymeren Schicht 2 und gelangt so inselartig zwischen diese plasmapolymere Schicht 2 und den Wafer.

Claims

Patentansprüche
1. Wafer-Träger-Anordnung, umfassend: einen Wafer (8), eine Trägerschicht (4, 6) und - eine Trennschicht (2), die zwischen der Trägerschicht (4, 6) und dem Wafer (8) angeordnet ist, wobei die Trennschicht (2)
(i) eine plasmapolymere Schicht (2) ist oder neben einer oder mehreren weiteren Schichten eine an die Trägerschicht angrenzende plasmapolymere Schicht (2) umfasst und
(ii) an dem Wafer (8) haftet und an der Trägerschicht (4, 6) fester haftet als an dem Wafer, wobei die plasmapolymere Schicht (2) eine Schicht ist bestehend aus Kohlenstoff, Silicium, Sauerstoff und Wasserstoff sowie gegebenenfalls üblichen Verunreinigungen, wobei im ESCA-Spektrum der plasmapolymeren Schicht (2), bei Kalibrierung auf den aliphatischen Anteil des C 1s Peaks bei 285,00 eV, im Vergleich mit einem trimethylsiloxy-terminierten Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer kinematischen Viskosität von 350 mm2/s bei 25 °C und einer Dichte von 0,97 g/mL bei 25 °C, der Si 2p Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,44 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist, und der O 1s Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,50 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist.
2. Wafer-Träger-Anordnung nach Anspruch 1 , wobei im besagten ESCA- Spektrum der Si 2p Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,40 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist, und der O 1s Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,40 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist.
3. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für die Stoffmengenverhältnisse in der plasmapolymeren Schicht (2) gilt:
0,75 <n(O):n(Si)< 1,25
1,50 <n(C):n(Si)< 2,50 1,50 <n(C):n(O)< 2,50
2,25 < n(H) : n(C) < 3,00.
4. Wafer-Träger-Anordnung nach Anspruch 3, wobei für die Stoffmengenverhältnisse in der plasmapolymeren Schicht (2) gilt:
1,00 <n(O):n(Si)< 1,25 2,00 < n(C) : n(Si) < 2,50
1,60 <n(C):n(O)< 2,30
2,40 < n(H) : n(C) < 3,00.
5. Wafer-Träger-Anordnung nach Anspruch 4, wobei für die Stoffmengenverhältnisse in der plasmapolymeren Schicht (2) gilt:
1,05 <n(O):n(Si)< 1,23
2,10 <n(C):n(Si)< 2,23
1,70 <n(C):n(O)< 2,00
2,60 < n(H) : n(C) < 3,00.
6. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die plasmapolymere Schicht (2), bezogen auf 100 Atom-% für die Summe der Elemente Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff, enthält:
Silicium 22 bis 28 Atom-% Sauerstoff 22 bis 30 Atom-% Kohlenstoff 42 bis 55 Atom-%.
7. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die plasmapolymere Schicht (2), bezogen auf 100 Atom-% für die Summe der Elemente Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff, enthält:
Silicium 22 bis 26 Atom-% Sauerstoff 24 bis 29 Atom-%
Kohlenstoff 47 bis 51 Atom-%,
8. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die plasmapolymere Schicht (2), bezogen auf 100 Atom-% für die Summe der Elemente Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff, enthält:
Silicium 22 bis 28 Atom-% Sauerstoff 22 bis 30 Atom-% Kohlenstoff 42 bis 55 Atom-%,
wobei für die Stoffmengenverhältnisse in der plasmapolymeren Schicht (2) gilt:
0,75 < n(O) : n(Si) < 1 ,25 1 ,50 < n(C) : n(Si) < 2,50
1 ,50 < n(C) : n(O) < 2,50
2,25 < n(H) : n(C) < 3,00 und
wobei im ESCA-Spektrum der plasmapolymeren Schicht (2), im Vergleich mit einem trimethylsiloxy-terminierten Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer kinematischen Viskosität von 350 mm2/s bei 25 °C und einer Dichte von 0,97 g/mL bei 25 °C, der Si 2p Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,44 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist, und der O 1s Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,50 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist.
9. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die plasmapolymere Schicht (2), bezogen auf 100 Atom-% für die Summe der Elemente Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff, enthält:
Silicium 22 bis 26 Atom-% Sauerstoff 24 bis 29 Atom-%
Kohlenstoff 47 bis 51 Atom-%,
wobei für die Stoffmengenverhältnisse in der plasmapolymeren Schicht (2) gilt:
1 ,00 < n(O) : n(Si) < 1 ,25
2,00 < n(C) : n(Si) < 2,50 1 ,60 < n(C) : n(O) < 2,30
2,40 < n(H) : n(C) < 3,00 und
wobei im besagten ESCA-Spektrum der Si 2p Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,40 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist, und der O 1s Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,40 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist.
10. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trennschicht (2) bzw. die plasmapolymere Schicht (2) eine Gradientenschicht ist und/oder eine an die Trägerschicht (4, 6) angrenzende Adhäsivzone und eine an den Wafer (8) angrenzende Dehäsivzone sowie gegebenenfalls eine Übergangszone umfasst, wobei die Adhäsiv- und die Dehäsivzone stofflich unterschiedlich zusammengesetzt sind.
1 1. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die plasmapolymere Schicht (2) waferseitig einen vormals flüssigen Precursor als integralen Bestandteil umfasst.
12. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wafer (8) im Wesentlichen aus gegebenenfalls dotiertem Silizium besteht.
13. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wafer (8) vorderseitig eine aktive Schicht mit elektronischen Bauelementen 18 umfasst und die Trennschicht (2) auf der Vorderseite des Wafers angeordnet ist.
14. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trennschicht (2) an dem Wafer (8) und der Trägerschicht (4, 6) bei Temperaturen bis zumindest 350 °C, bevorzugt bis zumindest 380 °C, besonders bevorzugt bis zumindest 400 °C haftet.
15. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich die Trennschicht (2)
(i) im wesentlichen rückstandsfrei und/oder
(ii) ohne Hinterlassen von Resten der plasmapolymeren Schicht (2) von dem
Wafer (8) ablösen lässt, wobei die plasmapolymere Schicht (2) an der Trägerschicht (4, 6) haften bleibt.
16. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trennschicht (2) von dem Wafer (8) mechanisch abziehbar, mechanisch abschälbar oder in sonstiger Weise ablösbar ist.
17. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trägerschicht (4, 6) oder eine Schicht der Trägerschicht, welche an die Trennschicht angrenzt, eine Elastizität besitzt, die größer oder gleich der Elastizität der Trennschicht ist.
18. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trägerschicht (4, 6) eine oder mehrere Schichten aus polymerem Material umfasst oder aus einer oder mehreren Schichten aus polymerem Material besteht.
19. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wärmeleitung durch die Trennschicht (2) größer ist als die
Wärmeleitung (bei gleicher Temperaturdifferenz) durch den Wafer.
20. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trägerschicht (4, 6) eine erste tragende Schicht und eine zweite tragende Schicht umfasst, wobei die erste tragende Schicht auf ihrer von der Trennschicht (2) abgewandten Seite mit der zweiten tragenden Schicht (2) verbunden ist.
21. Wafer-Träger-Anordnung nach Anspruch 20, wobei die zweite tragende Schicht eine geringere Elastizität und/oder eine größere Dicke besitzt als die erste tragende Schicht (4).
22. Wafer-Träger-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trennschicht (a) eine plasmapolymere, erste Schicht sowie
(b) zumindest abschnittsweise eine zwischen der plasmapolymeren Schicht (2) und dem Wafer (8) angeordnete zweite Schicht (12) umfasst.
23. Schichtverbund zur Verwendung bei der Herstellung einer Wafer-Träger- Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine Trägerschicht (4, 6), eine zwischen der Trägerschicht (4, 6) und einem Wafer anzuordnende Trennschicht (2), sowie gegebenenfalls - eine Schutzfolie, die auf der von der Trägerschicht abgewandten Seite der Trennschicht angeordnet und rückstandsfrei von dieser abziehbar oder auf sonstige Weise ablösbar ist, wobei die Trennschicht (2) eine plasmapolymere Schicht (2) ist oder neben einer oder mehreren weiteren Schichten eine an die Trägerschicht angrenzende plasmapolymere Schicht (2) umfasst, und wobei die plasmapolymere Schicht (2) eine Schicht ist bestehend aus Kohlenstoff, Silicium, Sauerstoff und Wasserstoff sowie gegebenenfalls üblichen Verunreinigungen, wobei im ESCA-Spektrum der plasmapolymeren Schicht (2), bei Kalibrierung auf den aliphatischen Anteil des C 1 s Peaks bei 285,00 eV, im Vergleich mit einem trimethylsiloxy-terminierten Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer kinematischen Viskosität von 350 mm2/s bei 25 °C und einer Dichte von 0,97 g/mL bei 25 °C, der Si 2p Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,44 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist, und der O 1s Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,50 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist.
24. Schichtverbund nach Anspruch 23, wobei die Trennschicht (2) ausgestaltet ist, wie in einem der Ansprüche 2 bis 1 1 definiert.
25. Schichtverbund nach Anspruch 23 oder 24, wobei die Trägerschicht (4, 6) ausgestaltet ist, wie in einem der Ansprüche 17 bis 18 definiert.
26. Verfahren zur Herstellung einer Wafer-Träger-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Wafers (8), b) Versehen des Wafers (8) mit einer Trennschicht (2), so dass diese an dem Wafer (8) haftet, sowie vor oder nach Schritt b) c) Verbinden einer Trägerschicht (4, 6) mit der Trennschicht (2), wobei Wafer (8), Trennschicht (2) und Trägerschicht (4, 6) so ausgewählt sind, dass in der Wafer-Träger-Anordnung die Trennschicht (2) an der Trägerschicht (4, 6) fester haftet als an dem Wafer (8).
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei Schritt c) vor Schritt b) durchgeführt wird.
28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, wobei der Wafer (8) in Schritt b) mit einem Schichtverbund nach einem der Ansprüche 23 bis 25 versehen wird, so dass die Trennschicht in Anlage an den Wafer gelangt.
29. Verwendung einer plasmapolymeren Schicht (2) bestehend aus Kohlenstoff, Silicium, Sauerstoff und Wasserstoff sowie gegebenenfalls üblichen Verunreinigungen, wobei im ESCA-Spektrum der plasmapolymeren Schicht (2), bei Kalibrierung auf den aliphatischen Anteil des C 1s Peaks bei 285,00 eV, im Vergleich mit einem trimethylsiloxy-terminierten Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer kinematischen Viskosität von 350 mm2/s bei 25 °C und einer Dichte von 0,97 g/mL bei 25 °C, der Si 2p Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,44 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist, und der O 1 s Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,50 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist, (i) als Trennschicht zur Anbringung auf einem Wafer oder (ii) als Bestandteil einer Trennschicht zur Anbringung auf einem Wafer oder (iii) als Bestandteil einer Trennschicht eines Schichtverbundes zur Anbringung auf einem Wafer.
30. Verfahren zum Abdünnen eines Wafers (8), umfassend die folgenden Schritte:
- Herstellen einer Wafer-Träger-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die Wafervorderseite der Trennschicht (2) zugewandt ist und die Rückseite des Wafers (8) frei bleibt,
- Abdünnen des Wafers (8) von seiner Rückseite her.
31. Verfahren zum Rückseitenmetallisieren eines Wafers (8), umfassend die folgenden Schritte:
- Herstellen einer Wafer-Träger-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die Wafervorderseite der Trennschicht (2) zugewandt ist und die Rückseite des Wafers (8) frei bleibt,
- Gegebenenfalls Abdünnen des Wafers (8) von seiner Rückseite her, - Aufbringen einer Metallschicht auf die Rückseite des Wafers (8).
32. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31 , wobei die Trennschicht (2) und die Trägerschicht (4, 6) nach dem Abdünnen bzw. dem Rückseitenmetallisieren wieder von dem Wafer (8) entfernt werden.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28 oder 30 bis 32, wobei ein zur Trennung in einzelne Elemente vorbereiteter Wafer bereitgestellt wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Wafer (i) durch rückseitiges Abdünnen des Wafers und/oder (ii) durch Entfernen der Trennschicht und der Trägerschicht - gegebenenfalls mit Ausnahme einer Rückseitenmetallisierung - in einzelne Elemente getrennt wird.
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