EP4581666A1 - Verfahren und vorrichtung zum beeinflussen einer bondwelle beim bonden - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum beeinflussen einer bondwelle beim bonden

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Publication number
EP4581666A1
EP4581666A1 EP22770019.2A EP22770019A EP4581666A1 EP 4581666 A1 EP4581666 A1 EP 4581666A1 EP 22770019 A EP22770019 A EP 22770019A EP 4581666 A1 EP4581666 A1 EP 4581666A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
zone
substrate
bonding
holding force
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
EP22770019.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Burggraf
Andreas FEHKÜHRER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EV Group E Thallner GmbH
Original Assignee
EV Group E Thallner GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EV Group E Thallner GmbH filed Critical EV Group E Thallner GmbH
Publication of EP4581666A1 publication Critical patent/EP4581666A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P72/00—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
    • H10P72/04—Apparatus for manufacture or treatment
    • H10P72/0428—Apparatus for mechanical treatment or grinding or cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P10/00—Bonding of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P10/12—Bonding of semiconductor wafers or semiconductor substrates to semiconductor wafers or semiconductor substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P72/00—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
    • H10P72/06—Apparatus for monitoring, sorting, marking, testing or measuring
    • H10P72/0616—Monitoring of warpages, curvatures, damages, defects or the like

Definitions

  • connection process takes place through a progressive bonding wave, which, starting from the contact point, spreads towards the periphery of the two substrates.
  • a separation of the two substrates using appropriate methods and devices would be conceivable. Separation is necessary if it is determined that the substrates were not optimally connected to each other. Very few substrates have an untreated substrate surface. In most cases, the substrates have already been processed and have different structures. For example, integrated circuits, microprocessors, LEDs, MEMS, etc. are conceivable. These structures should then be aligned with the structures on a second substrate and connected to them. What is particularly important is that each individual structure of the first substrate must be correctly aligned and connected to the structure present on the second substrate opposite it.
  • the substrate stack produced is regularly thermally treated in order to increase the adhesion strength between the two substrate surfaces. After this thermal treatment has ended, it is referred to as a fusion or permanent bond. From this second point onwards, the two substrates can no longer be separated from one another in a non-destructive manner.
  • a zone is understood to be an area that has at least one, possibly several, Has fixing elements.
  • the zones are usually physically separated from each other but can also simply be regions in which the fixing elements are switched according to a predetermined plan.
  • a substrate holder can only have a single zone in which there are generally several fixing elements.
  • substrate holders with several zones separated from one another by partition walls are particularly preferred.
  • the outer periphery can be viewed as the partition in the sense of the invention, which separates the one, individual zone from the surroundings.
  • One type of substrate holders are vacuum substrate holders.
  • the space between the substrate and the substrate holder is evacuated via the fixing elements, which are usually only small holes, and the atmospheric pressure presses the substrate open and fixes the substrate on the substrate holder.
  • the fixing elements which are usually only small holes, and the atmospheric pressure presses the substrate open and fixes the substrate on the substrate holder.
  • Only individual holes were drilled into the substrate holder, forming very simple fixing elements.
  • the entire area between the substrate and the substrate holder surface was evacuated. All existing fixing elements were connected to the same vacuum line. This resulted in a full-surface fixation of the substrate that could not be locally controlled or regulated when a vacuum was applied.
  • a further development of the substrate holder was to combine the fixing elements and zones with a pins chuck.
  • a studded substrate holder is a substrate holder that has been milled out at several, in particular symmetrically distributed, positions. The milling is not carried out over the entire surface, but preferably symmetrically along radial, azimuthal or rectangular lines. This leaves elevations between these lines, in Reference to the milled back area, which are referred to as knobs in the prior art.
  • knobs in Reference to the milled back area
  • the knob density can also be varied as a function of the location, in particular as a function of the radius, in order to obtain a more homogeneous force on the substrate when using several fixing elements per zone.
  • the milled knobs create a recessed structure that is generally identical to a zone. Adjacent zones are separated from each other by a partition.
  • the partition is either made of material that has not been milled back or has an intentionally inserted, especially polymeric, seal.
  • the partition completely encloses a zone and can also be viewed as a vacuum seal in a vacuum substrate holder.
  • the partition of the substrate holder is also the periphery, which separates the zone from the surroundings. If a bonding wave runs to the edge of such a substrate holder, the same problem arises as when crossing a partition wall that separates several zones from one another; the substrate areas close to the bonding wave can be distorted. It is therefore the object of the invention to at least partially eliminate, in particular completely eliminate, the disadvantages listed in the prior art. In particular, it is an object of the invention to demonstrate an improved method and device for bonding. Furthermore, it is the object of the present invention to demonstrate a method and a device with which the bonding result, in particular the distortion between two substrates, can be reduced.
  • the invention relates to a method for influencing a bonding wave when bonding a first substrate to a second substrate, wherein at least the first substrate is fixed on a first substrate holder with at least one zone and the at least one zone each has at least one at least partially forming the substrate holder surface Separating element, and wherein the at least one separating element separates the at least one zone from a further zone or an environment of the first substrate holder, and wherein the at least one zone each has at least one fixing element and the at least one fixing element each has a holding force for fixing the first substrate on the first substrate holder, the method having at least the following steps: i) initiating a bonding wave by contacting the second substrate with the first substrate and then ii) adjusting the Holding force of the at least one fixing element of the at least one zone to a holding force of a fixing element of a further zone immediately in front of it in a propagation direction of the bonding wave or to an ambient pressure of the environment.
  • the at least one zone is controlled by adjusting the holding forces of the fixing elements of the zone substrate holder in such a way that the pressure gradient of the at least one zone in the direction of the propagation of the bonding wave, in particular in the area of the separating element, is as low as possible.
  • the holding force of the at least one fixing element to the ambient pressure, in particular to the pressure of the last zone in the direction of propagation, it is ensured that the atmospheric pressure during bonding at the moment the bonding wave passes over the partition at the edge of the substrate holder corresponds to the holding force of the zone fits on the outer edge.
  • the pressure within the at least one, in particular the last, zone can be adapted to the ambient pressure. Since the adjustment of the pressure within the zone can be accomplished more quickly and efficiently than a pressure change in a large chamber or the environment, the bonding wave is advantageously influenced.
  • the holding force on the lower substrate is particularly reduced or even completely eliminated, so that it can expand unhindered at the edge.
  • the at least one zone has a plurality of controllable fixing elements, whereby the holding forces can be changed in a targeted manner.
  • the bonding wave is preferably initiated by centrally contacting the second substrate with the first substrate, so that the bonding wave propagates radially symmetrically.
  • Substrate holders with several zones are particularly preferred. Therefore, the embodiment of a substrate holder is often used in the further course of the text described with several zones in which there is at least one partition that separates two zones from each other.
  • the holding force is preferably the last zone or the outermost zone adapted so that a particularly even transition over the last or outermost partition wall is possible.
  • the partition can also be inserted elements, in particular a sealing lip. The partition therefore does not necessarily have to result from a milled-back area of the substrate holder, but can be an attached component.
  • the pressure in the outermost zone is adapted to the ambient pressure.
  • the zones can be divided into several segments perpendicular to the direction of propagation of the bond wave.
  • several isosceles trapezoidal segments can form a zone, the segments in turn preferably each having at least one fixing element.
  • the bonding shaft can advantageously be adjusted at several points simultaneously along the preferably circular substrate holder, regardless of the radial position. The adjustment takes place after the bonding wave has been initiated and preferably in the area where the bonding wave moves (the first and second substrates are contacted or connected). In this way, particularly distortion-free bonding is possible.
  • the ambient pressure is additionally adjusted to the holding force of the fixing element of the at least one zone.
  • the prevailing atmospheric pressure or the ambient pressure in the bonding chamber is adjusted.
  • the holding force in the at least one zone can advantageously be adjusted indirectly, since the ambient pressure acts on the first substrate.
  • the adjustment in step ii) is carried out in such a way that the holding force is the same in the propagation direction of the bonding wave immediately in front of and behind the at least one separating element.
  • the holding force can also be continuously adjusted. What is crucial is that the large difference in holding force between the zones immediately before and after the bonding wave exceeds the separation turn, which is desired to regulate the bonding wave, is minimal. In this way, distortion in the area of the zone transitions can advantageously be ensured.
  • step i) after the bonding wave has been initiated in step i), the position of the bonding wave is continuously determined and the holding force of the at least one zone is adjusted in such a way that when the bonding wave passes over the at least one Separating element, the holding force is the same in front of and behind the at least one separating element.
  • the adjustment in step ii) can advantageously be carried out in exactly the same period of time in which the bonding wave moves over the separating elements. In this way, the desired holding force differences can still be implemented in areas outside the separating elements or between them to regulate the bonding wave without generating distortion in the area of the zone transitions.
  • the at least one fixing element of the at least one zone is each designed as a vacuum fixation and the at least one separating element fluidly separates the at least one zone from the further zone or the environment.
  • the substrate holder is a vacuum zone substrate holder, which is divided into a plurality of controllable vacuum zones arranged symmetrically in the radial direction and in the direction of propagation. The substrate arranged on the separating elements is thus sucked in and fixed.
  • the holding force of the vacuum fixings is advantageously adjusted individually in each zone (or segment), since they are fluidically tight and therefore suitable for vacuum.
  • the fixing element can advantageously act in the entire area and the bonding shaft can be regulated as completely as possible.
  • the substrate holder can in particular be surrounded by an inert gas, preferably helium. It is also conceivable that the vacuum lines are flushed with the inert gas.
  • the adjustment in step ii) is carried out by flooding or evacuating the at least one zone or by flooding or evacuating the surroundings.
  • the holding force can advantageously be provided simply, quickly and over a large area.
  • the holding force can be adjusted particularly quickly during the transition in the area of the zone transitions or in the area of the separating elements and can then advantageously be quickly adjusted to the desired holding forces for regulating the bonding wave in the areas between the separating elements.
  • the adjustment in step ii) includes determining a pressure difference between the at least one zone and the further zone or the environment, the pressure difference being determined by the adjustment is balanced. In this way it can be ensured that there is a particularly low pressure gradient in front of and behind the separating element and that distortion during bonding can be minimized.
  • the area in front of the separating element can advantageously be flooded instead of evacuated.
  • a pressure of the at least one zone is adjusted to the pressure of the further zone. In this way, there is advantageously sufficient time to precisely determine the position of the bonding wave and to only adjust the pressure in the zone downstream of the propagation direction.
  • the control unit is set up to control the holding force of the at least one fixing element of the at least one and the holding force of the at least one fixing element of the further zone directly in the area of the at least one separating element and in To keep the period of overflow of a bond wave over the at least one separating element the same.
  • the position of the bonding shaft is preferably also determined by a measuring device, particularly preferably designed optically, and the period of adjustment is optimally adapted to the position of the bonding shaft. In this way, the regulation of the holding forces between the separating elements to influence the bonding wave can advantageously be continued quickly after the separating elements have been exceeded. In addition, further improved bonding results can be achieved, particularly in the area of the separating elements.
  • the zones which are fluidically separated from one another and controlled via vacuum fixing elements, are therefore predestined for use in the device for influencing the bonding wave.
  • the control unit is set up to keep a pressure difference between a pressure of the further zone and a pressure of the at least one zone during bonding as low as possible, preferably to keep it the same.
  • the pressure is preferably regulated by means of pressure sensors arranged in the respective zones.
  • the control unit is set up so that the means for changing the ambient pressure adjusts the ambient pressure to the pressure of the at least one zone immediately before and after the bonding wave exceeds the at least one Adjust separating element.
  • Another aspect is to continuously control or regulate the pressure in the zones shortly before and/or during and/or after the transition of the bonding wave front over the partition.
  • the pressure of a zone behind the bonding wave or a zone in which the bonding wave is currently located is continuously changed so that it is adapted to the pressure of the zone into which the bonding wave is moving.
  • the bonding wave's movement behavior is influenced by controlling or regulating the holding forces of the zones along the direction of propagation of the initiated bonding wave.
  • the speed or acceleration of the bonding wave is specifically adjusted in a zone by controlling at least one fixing element, in particular by adjusting the pressure state over time. In particular, this enables a distortion-free, continuous and smooth transition of the advancing bond wave across the partition walls of zones.
  • the following procedure assumes and describes idealized processes to illustrate an exemplary bonding procedure.
  • the bonding wave spreads radially symmetrically, ie as circular as possible, from the contact point to the periphery.
  • This approach makes it easier to describe the process, as we can always speak of a bond wave in general that needs to be regulated.
  • an asymmetrical propagation of the bond wave is also conceivable.
  • all methods, devices and procedures mentioned here are taken into account It is considered that a bond wave can generally propagate anisotropically and therefore a regulation of the zones in front of and/or behind a bond wave section must be considered, ie the regulation of the zones is generally applied to the individual bond wave sections which exceed the partition at a certain position should be adjusted.
  • a regulation means a method in which a measurement signal for a first physical value is obtained and a second physical value is set depending on a desired result. It would be conceivable, for example, to measure the position of a bonding wave (first physical value) and then adjust the pressure in the zone in front of and/or the pressure in the zone behind (second physical measurement) of the bonding wave so that a desired result (minimal distortion of the substrate or the substrates on the partition).
  • a control is only the definition of a physical value, without a corresponding measurement signal. It may be that based on empirical data determined, it is known when a physical value must be set in order to achieve a result. For example, it could be known how a bonding wave behaves on substrates of the same type under the same initial and boundary conditions. In this case, the pressure in the individual zones could be controlled as a function of time, starting from the time of contacting, without having to measure the advancing bonding wave.
  • fixations are vacuum fixations, in particular simple holes drilled into the substrate holder surface, which can be evacuated or flooded. It is also conceivable that other fixing elements such as electrostatic fixings or magnetic fixings are used. These are then also divided into zones and are suitable for adapting the respective holding forces. In this case too, the fixing elements or their holding force can be changed/adjusted.
  • fixing element is therefore to be interpreted generally and refers not only but preferably to vacuum fixings.
  • a lower substrate is loaded onto a lower substrate holder and an upper substrate is loaded onto an upper substrate holder. Both substrates are preferably fixed with the fixing elements provided for this purpose.
  • the two substrates are aligned with one another.
  • the alignment is preferably carried out using alignment systems provided for this purpose.
  • the alignment between the two substrates is preferably carried out using alignment marks located on the substrates. The methods and devices for alignment are not discussed in detail.
  • the two substrates are brought closer to one another.
  • the distance between the two substrate surfaces to be connected to one another is smaller than 10 mm, preferably smaller than 5 mm, even more preferably smaller than 1 mm, most preferably smaller than 0.1 mm, most preferably smaller than 0.01 mm.
  • a fourth method step of an exemplary method for influencing a bonding wave during bonding at least one of the two substrates is deformed such that the deformed substrate comes into contact with the second substrate.
  • the contacting preferably takes place as pointwise as possible.
  • the contact takes place preferably as centrally as possible.
  • the contact point is the beginning of a later advancing bond wave.
  • the fixings are switched or regulated in such a way that at least one of the substrates can deform in such a way that a bonding wave begins to run.
  • the bonding wave is preferably initiated in the respective center of the substrate and spreads out radially symmetrically. As the bond wave advances, further fixations are switched or regulated so that the bond wave continues to move further towards the periphery.
  • the sixth method step of an exemplary method for influencing a bonding wave during bonding generally takes place several times and whenever a bonding wave section moves towards a partition wall between the zones.
  • the pressure is regulated in at least one zone, in particular in a zone in front of and/or behind the bonding shaft section.
  • the bonding wave section is therefore the region, which spreads particularly radially symmetrically, in which the upper and lower substrates connect.
  • the control is carried out in such a way that the bonding wave section generates minimal, in particular no, distortion between the substrate areas that are located in the vicinity of the partition wall.
  • the pressure in the zone in front of and/or in the zone behind the bonding shaft section must be continuously regulated so that the bonding shaft section is not exposed to any or a very low pressure gradient.
  • the substrate holder has several fixing elements.
  • the fixing elements can be controlled individually.
  • the fixing elements are preferably vacuum fixing devices. With the help of vacuum fixings, the contact pressure of the environment on the substrate can be controlled very easily and very precisely.
  • the fixing elements are part of a zone. In general, a zone could have multiple fixing elements to fit within one Zone to allow finer control of the bond wave. Particularly in the case of vacuum zones, several fixing elements are used to enable the zone to be evacuated more quickly. Using several fixing elements within a zone, a larger volume flow of gas can then be removed and thus faster control can be carried out. Theoretically it would also be conceivable that the fixations within a zone suck out the gas at different speeds.
  • the pressure within a zone is therefore preferably exclusively a function of time and several fixing elements are preferably switched in line so that the pressure in a zone is controlled homogeneously and isotropically.
  • a device for bonding comprises at least one zone substrate holder, preferably at least one measuring device and at least one control unit.
  • the measuring device takes over the measurement of a physical parameter, for example the position determination of the bonding wave or at least one bonding wave section.
  • the measuring device transmits this data to the control unit.
  • the control unit evaluates the measurement and, depending on the result, determines the necessary physical parameters for controlling or regulating the fixing elements.
  • the measuring device is preferably an optical system for determining the bonding shaft position. Sensors that determine the position of a bonding wave electromagnetically would also be conceivable. Proximity sensors, for example, would be conceivable.
  • the radius of curvature of a substrate at the point of the bonding wave is also of particular interest.
  • the control of the fixing elements can also take place depending on the radius of curvature of the substrate in the area of the bonding shaft.
  • the control unit is microchips, computers, software or a combination thereof. In most cases it will be software in a computer.
  • the measurement signals enter the computer via peripheral devices and are evaluated by the software.
  • the software then controls the fixing elements in the substrate holder via peripheral devices. It would also be conceivable to use PID controllers in which the control was programmed electronically.
  • the substrate holder 1 is located in a chamber in which the external pressure is reduced.
  • the ambient pressure would then be a negative pressure in relation to the atmosphere.
  • This embodiment is particularly relevant when the substrates need to be bonded in a lower pressure environment, for example to avoid or reduce contamination.
  • the ambient pressure pO can be between 2 bar and 0.1 bar, preferably between 1.5 bar and 0.5 bar, even more preferably between 1.25 bar and 0.75 bar, most preferably between 1.10 bar and 0.90 bar, most preferably exactly 1.0 bar.
  • the values of the pressures p l, p2 generally depend on the process and must be determined through tests and/or simulations.
  • the new values of the pressures pl, p2 generally depend on the process and must be determined through tests and/or simulations.
  • Figure 2c shows a third state of a sixth method step of a method for influencing a bonding wave, in which the bonding wave 6 is located on the partition 10.
  • different pressures from zone 7' and zone 7" would act on the substrate region 13, which would lead to faulty bonding between the substrate regions 13 and 13'.
  • By adjusting the Holding forces or by regulating the pressures pl, p2 in the zones 7 ', 7' an optimal bonding process between the substrate areas 13, 13 ' is possible.
  • the values of the pressures p l, p2 generally depend on the process and must be determined through tests and/or simulations. It is therefore not necessarily the case that the pressures pl, p2, as shown as an example in this illustration, must be the same, but rather they must be adjusted so that the two substrate regions 13, 13 'are connected to one another as optimally as possible. Optimally bonded means that any structures on the substrate surfaces in the substrate areas 13, 13 'are bonded correctly aligned with one another.
  • Figure 2d shows a fourth state of a sixth method step of a method in which the bonding wave 6 has moved over the partition 10.
  • the substrate areas 13, 13 ' is now in the new zone 7".
  • the pressure p2 in zone 7" could, for example, have been set again to a very low value in order to fix the lower substrate 10 while the bonding wave 6 advances to the end of zone 7".
  • the new values of the pressures pl, p2 generally depend on the process and must be determined through tests and/or simulations.
  • the method shown in Figures 2a to 2d envisages switching the fixing element 12 when a bonding wave 6 passes over a partition 10 of two zones 7', 7" in such a way that the bond is between the substrate areas 13, 13' and thus generally between the Substrates 4, 4' takes place optimally, that is, so that the deviations between opposing structures on the substrates 4, 4' are minimal.

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Beeinflussen einer Bondwelle (6) beim Bonden von einem ersten Substrat (4) mit einem zweiten Substrat (4'), - wobei zumindest das erste Substrat (4) auf einem ersten Substrathalter (1) mit mindestens einer Zone (7', 7") fixiert wird und die mindestens eine Zone (7', 7") jeweils mindestens ein zumindest teilweise die Substrathalteroberfläche ausbildendes Trennelement (10) aufweist, und - wobei das mindestens eine Trennelement (10) die mindestens eine Zone (7', 7") von einer weiteren Zone (7, 7') oder einer Umgebung des ersten Substrathalters (1) trennt, und - wobei die mindestens eine Zone (7', 7") jeweils mindestens ein Fixierelement (12) aufweist und das mindestens eine Fixierelement (12) jeweils eine Haltekraft zur Fixierung des erstens Substrates (4) an dem ersten Substrathalter (1) bereitstellt.

Description

B e s c h r e i b u n g
Verfahren und Vorrichtung zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden von Substraten. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bonden mit einem mindestens eine Zone aufweisenden Substrathalter. Solche Zonen sind in einigen Vorrichtungen und Verfahren zum individuellen Bearbeiten, Fixieren und Bonden des Substrats mit anderen Substraten oder Substratstapel essenziell.
Im Stand der Technik existieren eine Vielzahl von Druckschriften, in denen Substrathalter zur Fixierung von Substraten beschrieben werden. Einige dieser Substrathalter werden für den Verbindungsvorgang zweier Substrate, dem sogenannten Bonden, verwendet. Unter den Bondverfahren ist das sogenannte Fusions- oder Direktbonden von besonderer Bedeutung. Beim Fusionsbonden werden zwei Substrate nur anhand ihrer hydrophoben oder hydrophilen Substratoberflächeneigenschaften miteinander verbunden. In einem ersten Verfahrensschritt, dem sogenannten Vorbonden (engl. : pre- bonding) erfolgt die Kontaktierung beider Substrate an einem, insbesondere zentrischen, Punkt. Nach der Kontaktierung wird die Fixierung von mindestens einem, insbesondere dem oberen, Substrat gelöst, sodass sich die beiden Substrate entlang ihrer zugewandten Substratoberflächen miteinander verbinden. Der Verbindungsvorgang findet dabei durch eine fortschreitende Bondwelle statt, die sich, ausgehend vom Kontaktierungspunkt, zur Peripherie der beiden Substrate hin ausbreitet. Nach diesem Verbindungsvorgang wäre noch eine Trennung der beiden Substrate mit entsprechenden Verfahren und Vorrichtungen denkbar. Notwendig ist eine Trennung, wenn festgestellt wird, dass die Substrate nicht optimal miteinander verbunden wurden. Die wenigsten Substrate besitzen eine unbehandelte Substratoberfläche. In den meisten Fällen wurden die Substrate bereits prozessiert und weisen unterschiedliche Strukturen auf. Denkbar sind beispielsweise Schaltkreise (engl. : integrated circuits), Mikroprozessoren, LEDs, MEMS etc. Diese Strukturen sollen dann zu den Strukturen auf einem zweiten Substrat ausgerichtet und mit diesen verbunden werden. Wichtig dabei ist vor allem, dass j ede einzelne Struktur des ersten Substrats zu der ihr am gegenüberliegenden, zweiten Substrat vorhandenen Struktur korrekt ausgerichtet und verbunden werden muss.
Nach der Erzeugung eines Vorbonds erfolgt regelmäßig eine thermische Behandlung des erzeugten Substratstapels, um die Haftfestigkeit zwischen beiden Substratoberflächen zu erhöhen. Nach der Beendigung dieser thermischen Behandlung spricht man von einem Fusions- oder Permanentbond. Ab diesem Zweitpunkt sind die beiden Substrate nicht mehr zerstörungsfrei voneinander trennbar.
Durch das Voranschreiten der Bondwelle können einzelne Substratbereiche in der Nähe der Bondwelle so verzerrt werden, dass die Ausrichtungsgenauigkeit zwischen den gegenüberliegenden Strukturen nicht mehr vorhanden ist. Insbesondere kann es durch mehrere solcher Verzerrungen sogar zu einer globalen Verzerrung kommen, die sich, insbesondere vom Zentrum beginnend, zur Peripherie hin vergrößert. In extremen Fällen können die Verzerrungen sogar anisotrop, d.h. richtungsabhängig, sein.
Die Industrie hat daher mehrere Substrathalter entwickelt, deren Ziel darin besteht, die Bondwelle zu beeinflussen. Eine Steuerung beziehungsweise Regelung erfolgt vorzugsweise durch die Fixierelemente, mit deren Hilfe das Substrat an den Substrathalter fixiert werden kann. Beispielsweise werden in den Druckschriften WO2017162272A1, W02018028801A1 oder WO2019057286A1 Möglichkeiten beschrieben, die Bondwelle durch die Zonen der Zonensubstrathalter zu beeinflussen. Unter einer Zone wird ein Bereich verstanden, der über mindestens ein, möglicherweise auch mehrere, Fixierelemente verfügt. Die Zonen sind meistens physisch voneinander getrennt können aber einfach auch nur Regionen sein, in denen die Fixierelemente, gemäß einem vorgegebenen Plan, geschaltet werden.
Insbesondere kann ein Substrathalter auch nur über eine einzige Zone verfügen, in der im Allgemeinen mehrere Fixierelemente vorhanden sind. Besonders bevorzugt sind allerdings Substrathalter mit mehreren, durch Trennwände voneinander getrennten, Zonen. Im Falle eines Substrathalters mit nur einer Zone kann die äußere Peripherie als die Trennwand im Sinne der Erfindung angesehen werden, welche die eine, einzelne Zone von der Umgebung abtrennt.
Eine Art von Substrathaltern sind Vakuumsubstrathalter. Der Raum zwischen dem Substrat und dem Substrathalter wird über die Fixierelemente, bei denen es sich meistens ausschließlich um kleine Bohrungen handelt, evakuiert und der Atmosphärendruck drückt das Substrat auf und fixiert das Substrat am Substrathalter. Anfangs wurden nur einzelne Löcher in den Substrathalter gebohrt und bildeten damit sehr einfache Fixierelemente. Der gesamte Bereich zwischen dem Substrat und der Substrathalteroberfläche wurde evakuiert. Alle vorhandenen Fixierelemente waren an dieselbe Vakuumleitung angeschlossen. Dadurch entstand beim Anlegen eines Vakuums eine vollflächige, örtlich nicht steuerbare oder regulierbare Fixierung des Substrats.
Durch die Weiterentwicklung dieser Substrathalter und die Möglichkeit, einzelne Fixierelemente anzusteuern, wurde es möglich, die Fixierung ortsaufgelöst zu steuern bzw. zu regeln.
Eine weitere Entwicklung der Substrathalter bestand darin, die Fixierelemente, und Zonen mit einem Noppensubstrathalter (engl. : pins chuck) zu kombinieren. Bei einem Noppensubstrathalter handelt es sich um einen Substrathalter, der an mehreren, insbesondere symmetrisch verteilten, Positionen, ausgefräst wurde. Die Ausfräsung erfolgt nicht vollflächig, sondern vorzugsweise symmetrisch entlang von radialen, azimutalen oder rechteckigen Linien. Dadurch bleiben zwischen diesen Linien Erhebungen, in Bezug zum zurückgefrästen Bereich, zurück, die im Stand der Technik als Noppen bezeichnet werden. Durch das Aufliegen eines Substrats auf diesen Noppen erfolgt einerseits immer noch eine mehr oder weniger vollflächige Unterstützung allerdings durch eine sehr starke Verringerung der Kontaktfläche. Des Weiteren ist es möglich die Zwischenräume der Noppen zu evakuieren, was zu einer Vergleichmäßigung des Anpressdrucks durch die umgebende Atmosphäre führt. Insbesondere kann auch die Noppendichte als Funktion des Ortes, insbesondere als Funktion des Radius, variiert werden, um bei der Verwendung mehrere Fixierelemente pro Zone ein homogenere Krafteinwirkung auf das Substrat zu erhalten. Durch die ausgefrästen Noppen ergibt sich eine zurückgesetzte Struktur, die gemeinhin identisch zu einer Zone ist. Benachbarte Zonen sind gegeneinander durch eine Trennwand abgegrenzt. Bei der Trennwand handelt es sich entweder um nicht zurückgefrästes Material oder durch eine absichtlich eingebrachte, insbesondere polymere, Dichtung. Die Trennwand umschließt eine Zone vollumfänglich und ist bei einem Vakuumsubstrathalter gleichzeitig als Vakuumdichtung anzusehen.
Das Problem im Stand der Technik besteht nun darin, dass benachbarte Zonen bzw. abgetrennte Bereiche im Allgemeinen unterschiedlich stark evakuiert werden, während sich die Bondwelle über die Trennwand einer Zone hinwegbewegt. Dadurch wirkt auf die Bondwelle ein starker Druckgradient, während diese sich über die Trennwände zweier Zonen bewegt. Der Druckgradient führt zu einer starken Verzerrung zwischen den Substraten.
Insoweit besteht im Stand der Technik auch das Problem, dass es auch im Fall eines Substrathalters mit nur einer Zone ein Druckgradient zwischen der einzelnen Zone und der Umgebung existiert. Die Trennwand des Substrathalters ist in diesem Fall gleichzeitig die Peripherie, welche die Zone zur Umgebung hin abtrennt. Läuft eine Bondwelle auf einem solchen Substrathalter an den Rand, entsteht dasselbe Problem wie beim Überschreiten einer Trennwand, welche mehrere Zonen voneinander trennt, die der Bondwelle nahen Substratbereiche können verzerrt werden. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die im Stand der Technik aufgeführten Nachteile zumindest zum Teil zu beseitigen, insbesondere vollständig zu beseitigen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren sowie Vorrichtung zum Bonden aufzuzeigen. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit welchen das Bondergebnis, insbesondere die Verzerrung zwischen zwei Substraten verringert werden kann.
Die vorliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei in der Beschreibung, in den Ansprüchen und/oder den Zeichnungen angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart gelten und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein.
Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden von einem ersten Substrat mit einem zweiten Substrat, wobei zumindest das erste Substrat auf einem ersten Substrathalter mit mindestens einer Zone fixiert wird und die mindestens eine Zone j eweils mindestens ein zumindest teilweise die Substrathalteroberfläche ausbildendes Trennelement aufweist, und wobei das mindestens eine Trennelement die mindestens eine Zone von einer weiteren Zone oder einer Umgebung des ersten Substrathalters trennt, und wobei die mindestens eine Zone j eweils mindestens ein Fixierelement aufweist und das mindestens eine Fixierelement jeweils eine Haltekraft zur Fixierung des erstens Substrates an dem ersten Substrathalter bereitstellt, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: i) Initiieren einer Bondwelle durch Kontaktierung des zweiten Substrates mit dem ersten Substrat und danach ii) Anpassen der Haltekraft des mindestens einen Fixierelements der mindestens einen Zone an eine Haltekraft eines Fixierelements einer unmittelbar in einer Ausbreitungsrichtung der Bondwelle davor gelegenen weiteren Zone oder an einen Umgebungsdruck der Umgebung.
In anderen Worten wird die mindestens eine Zone durch ein Anpassen der Haltekräfte der Fixierelemente des Zonensubstrathalters so angesteuert, dass der Druckgradient der mindestens einen Zone in Richtung der Ausbreitung der Bondwelle, insbesondere im Bereich des Trennelements, möglichst gering ist. Im Fall der Anpassung der Haltekraft des mindestens einen Fixierelementes an den Umgebungsdruck, insbesondere an den Druck der letzten Zone in Ausbreitungsrichtung, wird sichergestellt, dass der Atmosphärendruck beim Bonden im Moment des Überschreitens der Bondwelle über die Trennwand am Rand des Substrathalters an die Haltekraft der Zone am äußeren Rand passt.
Dabei kann der Druck innerhalb der mindestens einen, insbesondere letzten, Zone an den Umgebungsdruck angepasst werden. Da die Anpassung des Drucks innerhalb der Zone schneller und effizienter bewerkstelligt werden kann als eine Druckänderung in einer großen Kammer beziehungsweise der Umgebung, wird vorteilhaft Einfluss auf die Bondwelle genommen. Dabei wird die Haltekraft zum unteren Substrat insbesondere reduziert, oder sogar vollständig aufgehoben, sodass es sich am Rand ungehindert ausdehnen kann.
Vorzugsweise weist die mindestens eine Zone mehrere ansteuerbare Fixierelemente auf, wobei die Haltekräfte gezielt verändert werden können. Dadurch wird die Erzeugung eines Haltekraftgradienten innerhalb einer Zone ermöglicht, um die voranschreitende Bondwelle noch innerhalb der mindestens einen Zone besser steuern zu können. Das Initiieren der Bondwelle erfolgt vorzugsweise durch eine zentrale Kontaktierung des zweiten Substrates mit dem ersten Substrat, so dass die Ausbreitung der Bondwelle radialsymmetrisch erfolgt.
Besonders bevorzugt sind Substrathalter mit mehrere Zonen, also der mindestens einen Zone und mindestens einer weiteren Zone. Daher wird im weiteren Verlauf des Textes häufig die Ausführungsform eines Substrathalters mit mehreren Zonen beschrieben, bei denen mindestens eine Trennwand existiert, die zwei Zonen voneinander trennt. Für die alternative Ausführungsform des Verfahrens mit einem Substrathalters mit nur einer Zone, bei dem die äußerste Trennwand gleichzeitig die Peripherie des Substrathalters darstellt und bei dem keine zweite Zone aber dafür die angrenzende Umgebung existiert, wird die Haltekraft, bevorzugt der letzten Zone beziehungsweise der äußersten Zone angepasst, so dass ein besonders gleichmäßiger Übergang über die letzte bzw. äußerste Trennwand ermöglicht wird. Bei der Trennwand kann es sich auch um eingesetzte Elemente, insbesondere um eine Dichtlippe handeln. Die Trennwand muss sich daher nicht zwangsläufig aus einem zurückgefrästen Bereich des Substrathalters ergeben, sondern kann ein aufgesetztes Bauteil sein. Dabei wird insbesondere der Druck in der äußersten Zone an den Umgebungsdruck angepasst.
Dabei können die Zonen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Bondwelle in mehrere Segmente unterteilt sein. Somit können mehrere gleichschenklige Trapez-förmige Segmente eine Zone bilden, wobei die Segmente wiederum vorzugsweise j eweils über mindestens ein Fixierelement verfügen. Somit kann entlang des vorzugsweise kreisförmigen Substrathalters vorteilhaft unabhängig von der radialen Position eine Anpassung der Bondwelle an mehreren Stellen gleichzeitig erfolgen. Dabei erfolgt die Anpassung nach dem Initiieren der Bondwelle und vorzugsweise j eweils im Bereich, an dem sich die Bondwelle fortbewegt (das erste und das zweite Substrat kontaktiert beziehungsweise verbunden werden). Auf diese Weise ist ein besonders verzerrungsfreies Bonden möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Ausrichten ist vorgesehen, dass bei dem Anpassen in Schritt ii) zusätzlich der Umgebungsdruck an die Haltekraft des Fixierelements der mindestens einen Zone angepasst wird. Insoweit wird der herrschende Atmosphärendruck beziehungsweise der Umgebungsdruck in der Bondkammer angepasst. Auf diese Weise kann vorteilhaft indirekt die Haltekraft in der mindestens einen Zone angepasst werden, da der Umgebungsdruck auf das erste Substrat wirkt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Ausrichten ist vorgesehen, dass das Anpassen in Schritt ii) so erfolgt, dass in Ausbreitungsrichtung der Bondwelle j eweils unmittelbar vor und hinter dem mindestens einen Trennelemente die Haltekraft gleich groß ist. In anderen Worten wird durch ein Anpassen der Haltekraft im Bereich der Trennelemente im Zeitraum des Überschreitens der Bondwelle sichergestellt, dass eine verzerrungsarme Verbindung, auch im Bereich des Zonenübergangs erfolgen kann. Dabei kann die Haltekraft auch kontinuierlich angepasst werden. Entscheidend ist, dass der zum Regulieren der Bondwelle gewünschte große Haltekraftunterschied der Zonen unmittelbar vor und nach dem Überschreiten der Bondwelle der Trennwende minimal ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Verzerrung im Bereich der Zonenübergänge sichergestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Ausrichten ist vorgesehen, dass nach dem Initiieren der Bondwelle in Schritt i) die Position der Bondwelle kontinuierlich festgestellt wird und das Anpassen der Haltekraft der mindestens einen Zone so erfolgt, dass bei einem Übergang der Bondwelle über das mindestens eine Trennelement die Haltekraft vor und hinter dem mindestens einen Trennelement gleich groß ist. Durch das Ermitteln der Position der Bondwelle, kann das Anpassen in Schritt ii) vorteilhaft in genau dem Zeitraum erfolgen, in dem sich die Bondwelle über die Trennelemente bewegt. Auf diese Weise können weiterhin die gewünschten Haltekraftunterschiede in Bereichen außerhalb der Trennelemente beziehungsweise dazwischen zum Regulieren der Bondwelle umgesetzt werden, ohne eine Verzerrung im Bereich der Zonenübergänge zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Ausrichten ist vorgesehen, dass das mindestens eine Fixierelement der mindestens einen Zone j eweils als Vakuumfixierung ausgebildet ist und das mindestens eine Trennelement die mindestens eine Zone fluidisch von der weiteren Zone oder der Umgebung trennt. Besonders bevorzugt ist der Substrathalter ein Vakuumzonensubstrathalter, welcher in mehrere regelbare und symmetrisch in radialer Richtung sowie in Ausbreitungsrichtung angeordnete Vakuumzonen unterteilt ist. Das auf den Trennelementen angeordnete Substrat wird somit angesaugt und fixiert. Dabei wird die Haltekraft der Vakuumfixierungen vorteilhaft in j eder Zone (oder Segment) einzeln eingestellt, da diese fluidisch dicht und somit vakuumgeeignet sind. Auf diese Weise kann vorteilhaft das Fixierelement im gesamten Bereich wirken und eine möglichst vollflächige Regulierung der Bondwelle erfolgen. Der Substrathalter kann insbesondere von einem Inertgas, vorzugsweise von Helium, umspült werden. Denkbar ist auch, dass die Vakuumleitungen mit dem Inertgas gespült werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Ausrichten ist vorgesehen, dass das Anpassen in Schritt ii) durch ein Fluten oder Evakuieren der mindestens einen Zone oder durch ein Fluten oder Evakuieren der Umgebung erfolgt. Auf diese Weise ist die Haltekraft vorteilhaft einfach, schnell und entlang einer großen Fläche bereitstellbar. Zudem kann die Haltekraft besonders schnell beim Übergang im Bereich der Zonenübergänge beziehungsweise im Bereich der Trennelemente angepasst werden und anschließend vorteilhaft schnell an die gewünschten Haltekräfte zur Regulierung der Bondwelle in den Bereichen zwischen den Trennelementen angeglichen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Ausrichten ist vorgesehen, dass das Anpassen in Schritt ii) das Ermitteln einer Druckdifferenz zwischen der mindestens einen Zone und der weiteren Zone oder der Umgebung umfasst, wobei die Druckdifferenz durch das Anpassen ausgeglichen wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass vor und hinter dem Trennelement ein besonders geringer Druckgradient herrscht und die Verzerrung beim Bonden minimiert werden. Zudem kann vorteilhaft auch der vor dem Trennelement liegende Bereich geflutet, statt evakuiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Ausrichten ist vorgesehen, dass ein Druck der mindestens einen Zone an den Druck der weiteren Zone angeglichen wird. Auf diese Weise besteht vorteilhaft ausreichend Zeit die Position der Bondwelle genau zu bestimmen und erst in der der Ausbreitungsrichtung nachgelagerten Zone den Druck anzupassen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens zum Ausrichten ist vorgesehen, dass die Haltekraft der mindestens einen Zone und der weiteren Zone zum Ausgleichen des Druckgradienten aneinander angepasst werden. In diesem Fall weist auch die weitere Zone entsprechende Fixierelementen mit veränderbarer Haltekraft auf. Zudem kann im Fall, dass das Anpassen des Umgebungsdrucks an die in Ausbreitungsrichtung letzte Zone erfolgt, auch gleichzeitig mit der der Haltekraft der mindestens einen Zone erfolgen.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden eines ersten Substrates mit einem zweiten Substrat, zumindest aufweisend einen ersten Substrathalter zum Fixieren des ersten Substrates mit mindestens einer Zone, wobei die mindestens eine Zone über mindestens ein zumindest teilweise eine Substrathalteroberfläche des ersten Substrathalters ausbildendes Trennelement aufweist, und mindestens ein in der mindestens einen Zone angeordnetes Fixierelement mit einer Haltekraft zum Fixieren des ersten Substrats an dem ersten Substrathalter eine Steuereinheit zum Anpassen der Haltekraft des mindestens einen Fixierelementes der mindestens einen Zone, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist die Haltekraft des mindestens einen Fixierelementes der mindestens einen Zone an eine Haltekraft eines Fixierelements einer unmittelbar in einer Ausbreitungsrichtung der Bondwelle davor gelegenen weiteren Zone oder an einen Umgebungsdruck während eines Voranschreitens der Bondwelle anzupassen.
Die Steuereinheit ist somit dazu eingerichtet die Haltekraft des mindestens einen Fixierelementes an die Haltekraft der vorgelagerten Zone anzugleichen. In Bezug auf die Alternative, in welcher die Haltekraft an den Umgebungsdruck angepasst wird, wird insbesondere die Haltekraft der letzten Zone an der Peripherie des Substrathalters in Abhängigkeit vom Umgebungsdruck angepasst. In anderen Worten wird ein Zonensubstrathalter mit mehreren steuerbaren Fixierelementen bereitgestellt, wobei die Fixierelemente so angesteuert werden, dass beim Bonden vor und nach einer die Zone trennenden Trennwand optimale Haltekräfte bereitgestellt werden, so dass eine Verzerrung beim Übergang reduziert wird. Dabei liegt das erste Substrat mit der dem zweiten Substrat abgewandten Seite auf dem zumindest teilweise die Substrathalteroberfläche ausbildenden Trennelement auf. Die durch die Steuerung der Haltekräfte vor und nach dem Übergang über die Trennwand, kann sich eine Bondwelle im Bereich der Trennwand besonders gleichmäßig und ungestört fortbewegen. Somit wird der ungewünschte Einfluss durch unterschiedlichen Haltekräfte vor und nach der Trennwand, auf die sich insbesondere von innen nach außen ausbreitende Bondwelle, reduziert. Dabei können zwischen den Zonen unterschiedlich große wirkende Haltekräfte zur Regulierung der Bondwelle gewünscht sein. Wird ein Bondvorgang nicht vom Zentrum initiiert, kann die äußere Zone mit dem Fixierelement mit veränderbarer Haltekraft auch näher an der Mitte des Substrathalters angeordnet sein. Entscheidend ist, dass in Richtung der zu erwartenden Bondwelle die Haltekraft der folgenden Zone, insbesondere im Bereich des Trennelements angepasst werden kann, um den Einfluss der unterschiedlichen wirkenden Haltekräfte (vor und nach der Trennwand) auszugleichen. Eine vorteilhaft geringe Verzerrung im Bereich des Trennelements kann auf diese Weise sichergestellt werden. Dabei kann die Abhängigkeit auch auf Basis von empirischen oder initialen Versuchen ermittelt und entsprechend angepasst werden. Die Steuereinheit ist dabei nicht auf eine reine Steuerung eingeschränkt, sondern kann auch abhängig von weiteren Parametern (z. B. Bondwellenposition) die Haltekräfte regeln. Dabei sind die Haltekräfte der Fixierelemente vorzugsweise durch die Steuereinheit einstellbar. Zudem weist der Substrathalter vorzugsweise mehrere Trennelemente auf, welche wiederum entlang des vorzugsweise kreisförmigen Substrathalters in mehrere Segmente unterteilt sein können.
Diese über den Umfang verteilten Segmente einer Zone fluchten insbesondere entlang der Ausbreitungsrichtung, so dass die beispielsweise trapezförmigen Segmente in Richtung der Peripherie größer werden. Insgesamt kann mit der Vorrichtung vorteilhaft die Spannung und Verzerrung, insbesondere im Bereich der Zonenübergänge beziehungsweise vom der inneren zur äußeren Zone, minimiert werden. Die Steuereinheit kann dabei auch eine Regulierung der j eweiligen Haltekräfte in Abhängigkeit von weiteren Parametern durchführen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zusätzlich Mittel zum Anpassen des Umgebungsdrucks an die Haltekraft der mindestens einen Zone aufweist. Auf diese Weise kann vorteilhaft indirekt die Bondwelle beeinflusst werden beziehungsweise die Haltekraft angepasst werden, da der Umgebungsdruck auf das erste Substrat wirkt. Handelt es sich bei den Fixierelementen um Vakuumfixierelemente, welche mit Druck arbeiten, kann vorteilhaft eine Angleichung der Drücke stattfinden, so dass eine das Auslaufen der Bondwelle besonders schonend erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden ist vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist die Haltekraft des mindestens einen Fixierelementes oder den Umgebungsdruck nach einer Kontaktierung beim Bonden des zweiten Substrates mit dem ersten Substrat anzupassen. Die Steuereinheit ist also so ausgebildet, dass erst nach dem Initiieren einer Bondwelle beim Bonden die Anpassung der Haltekräfte bzw. des Umgebungsdrucks erfolgt. Auf diese Weise kann die Vorrichtung beziehungsweise die Steuereinheit die Anpassung unter Berücksichtigung von der Position, insbesondere auf Basis empirische Daten in der Steuereinheit, der Bondwelle durchführen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden ist vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist die Haltekraft des mindestens einen Fixierelementes der mindestens einen Zone mittels eines Sensors zu ermitteln. Der Sensor ist vorzugsweise j eweils im Bereich des Trennelementes in der mindestens einen äußeren und/oder inneren Zone angeordnet. Zudem kann wird vorzugsweise ein Sensor bereitgestellt, welcher den Umgebungsdruck ermittelt. Auf diese Weise kann die Steuereinheit vorteilhaft die Anpassung der Haltekräfte auf Basis realer Werte regeln, so dass die Verzerrung weiter verringert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden ist vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist die Haltekraft des mindestens einen Fixierelementes der mindestens einen Zone und die Haltekraft eines mindestens einen weiteren Fixierelementes einer weiteren Zone während dem Bonden des ersten Substrates mit dem zweiten Substrat gleich groß zu halten. Auf diese Weise ist es der Bondwelle möglich den Übergang von der inneren zur äußeren Zone besonders schonend und verzerrungsfrei zu vollziehen. Zudem können gleichmäßige Haltekräfte effizient gleichmäßig in mehreren, insbesondere aufeinander folgende Zonen, eingestellt werden. Somit wird das Bondergebnis weiter verbessert und eine geringe Verzerrung beim Übergang über die Trennwand sichergestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden ist vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Haltekraft des mindestens einen Fixierelementes der mindestens einen und die Haltekraft des mindestens einen Fixierelementes der weiteren Zone unmittelbar im Bereich des mindestens einen Trennelements und im Zeitraum des Überlaufens einer Bondwelle über das mindestens eine Trennelement gleich groß zu halten. Dabei wird vorzugsweise auch die Position der Bondwelle durch eine Vermessungsvorrichtung, besonders bevorzugt optisch ausgebildet, bestimmt und der Zeitraum der Anpassung optimal an die Position der Bondwelle angepasst. Auf diese Weise kann vorteilhaft schnell nach dem Überschreiten der Trennelemente die Regulierung der Haltekräfte zwischen den Trennelementen zur Beeinflussung der Bondwelle fortgesetzt werden. Zudem können weiter verbesserte Bondergebnisse, insbesondere im Bereich der Trennelemente erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden ist vorgesehen, dass das mindestens eine Fixierelement der weiteren Zone und das mindestens eine Fixierelement der mindestens einen Zone als Vakuumfixierungen ausgebildet sind und das Trennelement die innere Zone und die äußere Zone fluidisch voneinander trennt. Bei einem auf dem ersten Substrathalter aufgelegten Substrat, kann somit vorteilhaft durch Unterdrück (gegenüber Atmosphäre bzw. der Umgebung) eine Fixierung des Substrates an den ersten Substrathalter großflächig im gesamten Zonenbereich erzeugt werden. Diese Haltekraft kann vorteilhaft schnell, genau und in j eder Zone geändert werden. Zudem kann eine Kontamination des ersten Substrates geringgehalten werden, da zum Aufbringen der Kraft kein Kontakt zum Substrat notwendig ist. Die fluidisch voneinander getrennten und über Vakuumfixierelemente gesteuerten Zonen sind somit prädestiniert für den Einsatz in der Vorrichtung zum Beeinflussen der Bondwelle. In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden ist vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist eine Druckdifferenz zwischen einem Druck der weiteren Zone und einem Druck der mindestens einen Zone beim Bonden möglichst gering zu halten, vorzugsweise gleich zu halten. Die Regulierung des Drucks erfolgt vorzugsweise mittels in den j eweiligen Zonen angeordneten Drucksensoren. Beim Bonden des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat kann somit vorteilhaft eine geleichmäßige und verzerrungsfreie Verbindung, insbesondere im Bereich der Trennelemente, geschaffen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden ist vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, dass die Mittel zum Verändern des Umgebungsdrucks den Umgebungsdruck an den Druck der mindestens einen Zone unmittelbar vor und nach dem Überschreiten der Bondwelle über das mindestens eine Trennelement anzugleichen. Die vorherigen Effekte und Vorteil der äußeren Zone gelten analog für die weitere äußere Zone. Mittels mehrerer Zonen in Richtung der Ausbreitungsrichtung der Bondwelle, kann das Bonden besonders genau und gleichmäßig sowie verzerrungsfrei durchgeführt werden.
Im Folgenden wird unter einer äußeren Zone die mindestens eine Zone bzw. eine in Ausbreitungsrichtung einer Bondwelle nachgelagerte Zone verstanden. Eine innere Zone ist eine weitere Zone bzw. die letzte Zone, falls der Umgebungsdruck angepasst wird. Die innere Zone ist eine in Ausbreitungsrichtung vorgelagerte Zone. Bevorzugt wird die Haltekraft der nachgelagerten bzw. der mindestens einen Zone an die Haltekräfte der vorgelagerten Zone angepasst.
Ein besonders vorteilhafter Effekt der Vorrichtung und des Verfahrens zum Beeinflussen der Bondwelle beim Bonden ist, dass keine entstehen oder nur vernachlässigbare Verzerrungen zwischen den beiden Substraten in der Nähe der Trennwände entstehen, welche die Zonen voneinander abtrennen. Somit ist ein nahtloser, sanfter sowie nicht verzerrender Übergang der Bondwellenfront über die Trennwand möglich. Dabei wird insbesondere im Bereich der Trennwände die Verzerrung verringert und Spannungen im gebondeten Substratstapel reduziert.
Ein weiterer Aspekt besteht darin, den Druck in den Zonen kurz vor und/oder während und/oder nach dem Übergang der Bondwellenfront über die Trennwand kontinuierlich zu Steuern bzw. zu Regeln. Vorzugsweise wird der Druck einer Zone hinter der Bondwelle oder einer Zone, in der sich die Bondwelle gerade befindet, kontinuierlich so geändert, dass er an den Druck der Zone angepasst wird, in den sich die Bondwelle bewegt.
Ein Aspekt der Vorrichtung und des Verfahrens ist, dass die Bondwelle durch eine Steuerung oder Regelung der Haltekräfte der Zonen entlang der Ausbreitungsrichtung der initiierten Bondwelle in ihrem Fortbewegungsverhalten beeinflusst wird. Dabei wird durch die Steuerung/Regelung mindestens eines Fixierelementes, insbesondere durch die zeitliche Anpassung des Druckzustandes, in einer Zone die Geschwindigkeit beziehungsweise die Beschleunigung der Bondwelle gezielt eingestellt. Dabei wird insbesondere ein verzerrungsfreier, kontinuierlicher und sanfter Übergang der fortschreitenden Bondwelle über die Trennwände von Zonen hinweg ermöglicht.
Im folgenden Verfahren werden idealisierte Vorgänge angenommen und beschrieben, um ein beispielhaftes Verfahren zum Bonden darzustellen. Insbesondere wird davon ausgegangen, dass sich die Bondwelle radialsymmetrisch, d.h. möglichst kreisförmig, vom Kontaktierungspunkt zur Peripherie ausbreitet. Diese Betrachtungsweise erleichtert die Beschreibung des Verfahrens, da immer von einer Bondwelle im Allgemeinen gesprochen werden kann, die es zu regulieren gilt. Im Allgemeinen ist auch eine asymmetrische Ausbreitung der Bondwelle denkbar. Alle hier genannten Verfahren, Vorrichtungen und Vorgehensweisen werden aber im Hinblick darauf betrachtet, dass sich eine Bondwelle im Allgemeinen anisotrop ausbreiten kann und daher eine Regelung der Zonen vor und/oder hinter einem Bondwellenabschnitt betrachtet werden muss, d.h. die Regelung der Zonen wird im Allgemeinen auf die einzelnen Bondwellenabschnitte, welche die Trennwand an einer gewissen Position überschreiten sollen, angepasst werden.
Im weiteren Verlauf des Textes wird von einer Regelung gesprochen. Unter einer Regelung ist ein Verfahren gemeint, bei dem ein Messsignal für einen ersten physikalischen Wert erhalten und abhängig von einem gewünschten Ergebnis ein zweiter physikalischer Wert eingestellt wird. Denkbar wäre beispielsweise die Position eines Bondwelle zu vermessen (erster physikalischer Wert) und daraufhin den Druck in der Zone vor und/oder den Druck in der Zone hinter (zweiter physikalischer Messwert) der Bondwelle so einzustellen, dass ein gewünschtes Ergebnis (minimale Verzerrung des Substrats bzw. der Substrate auf der Trennwand) erreicht wird.
Im Gegensatz dazu versteht man unter einer Steuerung nur die Festlegung eines physikalischen Werts, ohne ein entsprechendes Messsignal. So kann es sein, dass aufgrund ermittelter empirischer Daten bekannt ist, wann ein physikalischer Wert eingestellt werden muss, um ein Ergebnis zu erzielen. Beispielsweise könnte bekannt sein, wie sich eine Bondwelle bei immer gleich gearteten Substraten unter gleichen Anfangs- und Randbedingungen verhält. In diesem Fall könnte der Druck in den einzelnen Zonen als Funktion der Zeit, ausgehend vom Zeitpunkt der Kontaktierung, gesteuert werden, ohne die voranschreitende Bondwelle vermessen zu müssen.
Das Verfahren und die Vorrichtung werden anhand von Vakuumsubstrathaltern beschrieben. Das bedeutet, dass es sich bei den Fixierungen um Vakuumfixierungen, insbesondere einfache, in die Substrathalteroberfläche gebohrte Löcher handelt, die evakuiert beziehungsweise geflutet werden können. Denkbar ist auch, dass andere Fixierelemente wie elektrostatische Fixierungen, magnetische Fixierungen verwendet werden. Diese sind dann ebenfalls in Zonen aufgeteilt und sind geeignet, um die j eweiligen Haltekräfte anzupassen. Auch in diesem Fall sind die Fixierelemente beziehungsweise ihre Haltekraft veränderbar/einstellbar. Der Term Fixierelement ist daher allgemein zu interpretieren und bezieht sich nicht nur aber vorzugsweise auf Vakuumfixierungen.
In einem ersten Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden werden ein unteres Substrat auf einen unteren Substrathalter und ein oberes Substrat auf einen oberen Substrathalter geladen. Vorzugsweise werden beide Substrate mit den dafür vorgesehenen Fixierelementen fixiert.
In einem zweiten Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden werden die beiden Substarte zueinander ausgerichtet. Die Ausrichtung erfolgt vorzugsweise mit dafür vorgesehenen Ausrichtungsanlagen. Die Ausrichtung zwischen den beiden Substraten erfolgt vorzugsweise anhand von Ausrichtungsmarken, die sich auf den Substraten befinden. Auf die Verfahren und Vorrichtungen zur Ausrichtung wird nicht näher eingegangen.
In einem dritten Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden werden die beiden Substarte aneinander angenähert. Der Abstand zwischen den beiden miteinander zu verbindenden Substratoberflächen ist dabei kleiner als 10 mm, vorzugsweise kleiner als 5 mm, noch bevorzugter kleiner als 1 mm, am bevorzugtesten kleiner als 0.1 mm, am allerbevorzugtesten kleiner als 0.01 mm.
Denkbar ist auch, dass zuerst der dritte und dann erst der zweite Verfahrensschritt durchgeführt werden.
In einem vierten Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden wird mindestens eines der beiden Substrate so verformt, dass es zu einer Kontaktierung des verformten Substrats mit dem zweiten Substrat kommt. Die Kontaktierung findet vorzugsweise möglichst punktförmig statt. Die Kontaktierung findet vorzugsweise auch möglichst zentrisch statt. Der Kontaktierungspunkt ist der Beginn einer später voranschreitenden Bondwelle.
In einem fünften Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden werden die Fixierungen so geschaltet beziehungsweise geregelt, dass sich mindestens eines das Substrat so verformen kann, dass eine Bondwelle zu laufen beginnt. Die Bondwelle wird bevorzugt in der j eweiligen Mitte der Substrate initiiert und breitet sich radialsymmetrisch aus. Mit voranschreitender Bondwelle werden weitere Fixierungen so geschaltet beziehungsweise geregelt, dass die Bondwelle sich kontinuierlich weiter auf die Peripherie zubewegt.
Der sechste Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden findet im Allgemeinen mehrmals und immer dann statt, wenn sich ein Bondwellenabschnitt auf eine Trennwand zwischen den Zonen zubewegt. In diesem Fall wird der Druck in mindestens einer Zone, insbesondere in einer Zone vor und/oder hinter dem Bondwellenabschnitt, geregelt. Der Bondwellenabschnitt ist somit der sich insbesondere radialsymmetrisch ausbreitende Bereich, in welchem sich das obere und das untere Substrat verbinden. Die Regelung erfolgt so, dass der Bondwellenabschnitt eine minimale, insbesondere gar keine, Verzerrung zwischen den Substratbereichen, die sich in der Nähe der Trennwand befinden, erzeugt. Dazu muss der Druck in der Zone vor und/oder in der Zone hinter dem Bondwellenabschnitt kontinuierlich so geregelt werden, dass der Bondwellenabschnitt keinen oder einen sehr geringen Druckgradienten ausgesetzt wird.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden, verfügt der Substrathalter über mehrere Fixierelemente. Die Fixierelemente sind einzeln ansteuerbar. Vorzugsweise handelt es sich bei den Fixierelementen um Vakuumfixierungen. Mit Hilfe von Vakuumfixierungen lässt sich der Anpressdruck der Umgebung auf das Substrat sehr einfach und sehr genau steuern. Die Fixierelemente sind Teil einer Zone. Im Allgemeinen könnte eine Zone über mehrere Fixierelemente verfügen, um innerhalb einer Zone eine feinere Steuerung der Bondwelle zu ermöglichen. Insbesondere bei Vakuumzonen dienen mehrere Fixierelemente dazu eine schnellere Evakuierung der Zone vornehmen zu können. Durch mehrere Fixierelemente innerhalb einer Zone kann dann ein größerer Volumenstrom an Gas abgeführt und damit eine schnellere Regelung durchgeführt werden. Theoretisch denkbar wäre auch, dass die Fixierungen innerhalb einer Zone das Gas unterschiedlich schnell absaugen. In diesem Fall wäre es möglich einen Druckgradienten innerhalb einer Zone zu erzeugen. Dabei ist es allerdings besser und zielführender, den Druck innerhalb einer Zone homogen und isotrop zu ändern. Der Druck innerhalb einer Zone ist daher vorzugsweise ausschließlich eine Funktion der Zeit und mehrere Fixierelemente werden vorzugsweise gleichgeschaltet, sodass der Druck in einer Zone homogen und isotrop geregelt wird.
Eine Vorrichtung zum Bonden umfasst mindestens einen Zonensubstrathalter, vorzugsweise mindestens eine Vermessungsvorrichtung und mindestens eine Steuereinheit. Im Fall einer Regelung übernimmt die Vermessungsvorrichtung die Messung eines physikalischen Parameters, beispielsweise die Positionsbestimmung der Bondwelle beziehungsweise mindestens eines Bondwellenabschnitts. Die Vermessungsvorrichtung übermittelt diese Daten an die Steuereinheit. Die Steuereinheit wertet die Messung aus und ermittelt abhängig von dem Ergebnis die notwendigen physikalischen Parameter zur Steuerung beziehungsweise Regelung der Fixierelemente.
Bei der Vermessungsvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um optische Systeme zur Bestimmung der Bondwellenposition. Denkbar wären aber auch Sensoren, die auf elektromagnetischem Weg die Position einer Bondwelle bestimmen. Denkbar wären beispielsweise Näherungssensoren.
Von besonderem Interesse ist auch der Krümmungsradius eines Substrats am Punkt der Bondwelle. Insoweit kann die Steuerung der Fixierelemente auch in Abhängigkeit von dem Krümmungsradius des Substrates im Bereich der Bondwelle erfolgen. Bei der Steuereinheit handelt es sich um Mikrochips, Computer, Software oder eine Kombination daraus. In den meisten Fällen wird es sich um eine Software in einem Computer handeln. Die Messignale gelangen über Peripheriegeräte in den Computer und werden von der Software ausgewertet. Die Software regelt dann über Peripheriegeräte die Fixierelemente im Substrathalter. Denkbar wäre auch die Verwendung von PID Kontrollern, in denen die Regelung elektronisch programmiert wurde.
In den Figuren sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Alle Skizzen können zu Darstellungszwecken überzogen gezeichnet sein, somit müssen die Figuren nicht die Proportionen der tatsächlichen Ausführungsformen aufweisen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen schematisch in:
Figur 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Substrathalters einer Vorrichtung zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden,
Figur 2a einen ersten Zustand eines sechsten Verfahrensschrittes eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden,
Figur 2b einen zweiten Zustand eines sechsten Verfahrensschrittes eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden,
Figur 2c einen dritten Zustand eines sechsten Verfahrensschrittes eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden,
Figur 2d einen vierten Zustand eines sechsten Verfahrensschrittes eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden. In den Figuren sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Figur 1 zeigt die Fixieroberfläche einer Ausführungsform eines Substrathalters 1 der Vorrichtung zum Bonden. Der Grundkörper 2 kann mit Befestigungen 3 an einer Vorrichtung montiert werden. Der Substrathalter 1 verfügt über mehrere, insbesondere radial und azimutal abgegrenzte Zonen 7, 7‘, 7“ . In diesem Beispiel werden die Zonen 7, 7‘ , 7“ durch Trennwände 10 abgegrenzt. Die Trennwände 10 bleiben genauso wie die Noppen 9 beim Fräsen des Grundkörpers 2 einfach zurück. Dabei könnte der Substrathalter 1 auch so gestaltet sein, dass es sich bei den Trennwänden 10 um Polymerdichtungen oder Metalldichtungen handelt. In der Figur erkennt man eine zentrische, radialsymmetrische Zone 7. Des Weiteren sind entlang eines ersten und eines zweiten Kreises j eweils sechzehn Zonen 7 ‘, 7“ radial um die zentrische Zone 7 angeordnet.
Bei den Zonen 7, 7‘, 7“ handelt es sich also insbesondere um zurückgesetzte, vorzugsweise ausgefräste, Vertiefungen 11 , in denen sich an einigen Stellen Noppen 9 befinden. Die Stiftoberfläche der Stifte 9 ist insbesondere kongruent zur Stegoberfläche der Trennwände 10. Die Zonen 7, 7 ‘, 7“ sind insbesondere als Vakuumzonen ausgeführt. Die Vertiefungen 11 können, insbesondere einzeln und durch die Trennung durch die Trennwände 10 unabhängig voneinander, über ein Fixiermittel 12 evakuiert werden. Das Fixierelement 12 ist in diesem einfachen Fall einfach nur eine Bohrung, über welche der Raum zwischen den Noppen 9 und damit die Zone 7, 7‘, 7“, evakuiert beziehungsweise geflutet werden kann. Sollten die Zonen 7, 7‘, 7“ auch der Verformung dienen, kann über die Fixiermittel 12 auch ein Fluid einströmen, welches zu einer, insbesondere lokalen Verformung eines Fixierten Substrats führt.
Im Zentrum des Substrathalters 1 befindet sich vorzugsweise ein Verformelement 5, welches ein fixiertes Substrat, insbesondere zentrisch, verformen kann. Die Noppen 9 dienen insbesondere der Reduktion der Kontaktfläche eines fixierten Substrats 4, vorzugsweise um Kontamination zu vermeiden. Mehrere Sensoren 8, insbesondere Drucksensoren, können sich in den Zonen 7, 7‘ , 7“ des Substrathalters 1 befinden.
In der Figur erkennt man auch den Bereich Q, dessen Querschnitt in den weiteren Figuren dargestellt werden wird.
Dem Fachmann auf, dem Gebiet ist auch klar, dass ein Druck definiert werden kann als eine Kraft pro Flächeneinheit. Da das Verfahren zum Beeinflussen einer Bondwelle anhand eines Vakuumsubstratprobenhalters beschrieben wird, und zur Erzeugung einer Kraft auf das Substrat die Zonen evakuiert werden, ist es vorteilhaft von Drücken zu sprechen. Physikalische Überlegungen in Bezug auf Kräfte und deren Auswirkungen müssen dann dem Wissensstand gemäß durchgeführt werden.
Die Figur 2a zeigt einen ersten Zustand eines sechsten Verfahrensschritts eines Verfahrens zum Beeinflussen einer Bondwelle beim Bonden. Dargestellt wird der Querschnitt eines Bereichs Q (siehe Fig 1) durch zwei Zonen 7 ‘, 7“, sowie deren Trennwand 10. Ein unteres Substrat 4 liegt auf den Noppen 9 und der Trennwand 10 auf. ein oberes Substrat 4‘ wird gerade in diesem Abschnitt der beiden Zonen 7‘ , 7“ mit dem unteren Substrat 4 verbündet. Erkennbar ist die sich ausbreitende Bondwelle 6. Die Bondwelle 6 wird im Querschnitt nur als Punkt dargestellt. In der Aufsicht wäre die Bondwelle 6 eine vollumfänglich geschlossene Kurve, insbesondere und vorzugsweise ein Kreis. Da das Voranschreiten der Bondwelle 6 gesteuert beziehungsweise geregelt werden soll, besitzen die beiden Zonen 7‘ , 7“ im Allgemeinen unterschiedliche Drücke. In dieser Figur wird beispielhaft der Druck pl in der Zone 7‘ geringer gewählt, um den Substratbereich 13 des unteren Substrats 4 in der Nähe der Bondwelle 6 stärker und besser fixieren zu können, damit sich der Substratbereich 13 ‘ das oberen Substrats 4‘ möglichst ohne Verzerrung mit diesem verbinden kann. Die Zone 7“ weist einen höheren Druck p2, insbesondere nahe dem Umgebungsdruck, auf, damit sich die Substratbereiche 13, 13 ‘, die noch weiter von der Bondwelle 6 entfernt sind, noch anpassen können. Im unteren Teil der Figur wird ein Druckdiagramm dargestellt. Die Abszisse zeigt die Position in einer beliebigen Einheit, vorzugsweise in Millimetern, die Ordinate stellt den Druckwert dar. Es werden drei Drücke dargestellt. Einerseits der äußere Umgebungsdruck pO. In diesem Fall beträgt er ca. 1 bar.
Denkbar wäre auch, dass sich der Substrathalter 1 in einer Kammer befindet, in welcher der äußere Druck erhöht wird. Der Umgebungsdruck wäre dann, in Bezug auf die Atmosphäre, ein Überdruck.
Denkbar wäre auch, dass sich der Substrathalter 1 in einer Kammer befindet, in welcher der äußere Druck reduziert wird. Der Umgebungsdruck wäre dann, in Bezug auf die Atmosphäre, ein Unterdrück. Diese Ausführungsform ist besonders dann von Relevanz, wenn die Substrate in einer Umgebung mit geringerem Druck gebondet werden müssen, um beispielsweise Kontaminierungen zu vermeiden oder zu reduzieren.
Im weiteren Verlauf des Textes wird davon ausgegangen, dass die Vorrichtung zur Atmosphäre hin offen ist und es sich beim Umgebungsdruck pO um den Atmosphärendruck von ca. 1 bar handelt.
Im Allgemeinen kann der Umgebungsdruck pO zwischen 2 bar und 0.1 bar, vorzugsweise zwischen 1.5 bar und 0.5 bar, noch bevorzugter zwischen 1.25 bar und 0.75 bar, am bevorzugtesten zwischen 1.10 bar und 0.90 bar, am bevorzugtesten bei genau 1.0 bar liegen.
Der Druck in der Zone 7 ‘ wird mit pl bezeichnet. Er ist entsprechend gering, weil die Zone 7 ‘ sehr stark evakuiert wird. Der Druck in der Zone 7“ wird mit p2 bezeichnet. Er ist größer als der Druck pl , weil die Zone 7“ wenig stark evakuiert wird.
Die Drücke pl , p2 liegen im Allgemeinen immer unter dem Umgebungsdruck pO. In sehr speziellen Ausführungsformen ist es denkbar, dass mindestens einer der Drücke über dem Umgebungsdruck pO liegt. In diesem Fall würde der Substratbereich 13 des Substrats 4 unterhalb der Zone, in welcher der Druck über dem Umgebungsdruck pO liegt, angehoben werden. Die Bondwelle 6 ist noch weit genug von der Zone 7“ entfernt, sodass die Druckdifferenz zwischen dem Druck pl in der Zone 7 ‘ und dem Druck p2 in der Zone 7“ noch zu keiner unerwünschten Verzerrung zwischen den beiden Substratbereichen 13, 13 ‘ führt. In diesem Verfahrensschritt wird allerdings bereits, vorzugsweise mit einer Optik, detektiert, dass sich die Bondwelle 6 auf eine Trennwand 10 zubewegt und es daher sehr bald zu einer starken Druckänderung und damit starken Auswirkung auf die Bondwelle 6 und damit dem Bondverhalten zwischen den Substratbereichen 13, 13 ‘ kommen wird.
Die Werte der Drücke p l, p2 hängen im Allgemeinen natürlich vom Prozess ab und müssen durch Versuche und/oder Simulationen ermittelt werden.
Die Figur 2b zeigt einen zweiten Zustand eines sechsten Verfahrensschritts eines Verfahrens zum Beeinflussen einer Bondwelle, bei dem die Bondwelle 6 bereits weiter vorangeschritten ist. Um zu gewährleisten, dass die Substratbereiche 13 des unteren Substrats 10 beim Übergang der Bondwelle 6 über die Trennwand 10 einen möglichst sanften Druckeinwirkung erfahren, werden die Drücke p l in der Zone 7‘ und p2 in der Zone 7“ bereits j etzt angeglichen.
Der Übergang vom ersten Zustand gemäß Figur 2a zum zweiten Zustand gemäß Figur 2b erfolgt natürlich kontinuierlich, d.h. während die Bondwelle 6 kontinuierlich voranschreitet, werden die Drücke p l, p2 kontinuierlich angepasst. Ziel ist es dafür zu sorgen, dass die Substratbereiche 13, 13 ‘ ohne oder nur mit minimalem Fehler miteinander verbündet werden.
Die neuen Werte der Drücke pl , p2 hängen im Allgemeinen natürlich vom Prozess ab und müssen durch Versuche und/oder Simulationen ermittelt werden.
Die Figur 2c zeigt einen dritten Zustand eines sechsten Verfahrensschritts eines Verfahrens zum Beeinflussen einer Bondwelle, bei dem die Bondwelle 6 sich auf der Trennwand 10 befindet. Im Stand der Technik würde auf den Substratbereich 13 unterschiedlich starke Drücke von der Zone 7‘ und der Zone 7“ wirken, die zu einem fehlerhaften Bonden zwischen den Substratbereichen 13 und 13 ‘ führen würde. Durch das Anpassen der Haltekräfte beziehungsweise durch die Regulierung der Drücke p l , p2 in den Zonen 7 ‘, 7“ ist ein optimaler Bondvorgang zwischen den Substratbereichen 13, 13 ‘ möglich.
Die Werte der Drücke p l, p2 hängen im Allgemeinen natürlich wieder vom Prozess ab und müssen durch Versuche und/oder Simulationen ermittelt werden. Es ist also nicht notwendigerweise so, dass die Drücke pl , p2, wie in dieser Darstellung exemplarisch gezeigt, gleich sein müssen, sondern sie müssen so eingestellt werden, dass die beiden Substratbereiche 13, 13 ‘ möglichst optimal miteinander verbündet werden. Optimal verbündet bedeutet, dass allfällige Strukturen an den Substratoberflächen in dein Substratbereichen 13, 13 ‘ korrekt zueinander ausgerichtet gebondet werden.
Die Figur 2d zeigt einen vierten Zustand eines sechsten Verfahrensschritts eines Verfahrens, bei dem die Bondwelle 6 sich über die Trennwand 10 hinwegbewegt hat. Die Substratbereiche 13, 13 ‘ befindet sich nun in der neuen Zone 7“ . Der Druck p2 in der Zone 7“ könnte in dieser Darstellung exemplarisch wieder auf einen sehr niedrigen Wert eingestellt worden sein, um das untere Substrate 10 zu fixieren, während die Bondwelle 6 zum Ende der Zone 7“ voranschreitet. Die neuen Werte der Drücke pl , p2 hängen im Allgemeinen wieder vom Prozess ab und müssen durch Versuche und/oder Simulationen ermittelt werden.
Das in den Figuren 2a bis 2d dargestellte Verfahren sieht vor die Fixierelement 12 beim Übergang einer Bondwelle 6 über eine Trennwand 10 zweier Zonen 7‘, 7“ so zu schalten, dass der Bond zwischen den Substratbereichen 13, 13 ‘ und damit im Allgemeinen zwischen den Substraten 4, 4‘ optimal erfolgt, d.h. so dass die Abweichungen zwischen gegenüberliegenden Strukturen auf den Substraten 4, 4‘ minimal sind. Im Spezialfall eines Vakuumsubstratprobenhalters 1 bedeutet, dass die Druckregulierung in den Zonen 7 ‘,7“ so erfolgt, dass beim Übergang der Bondwelle 6 über die Trennwand 10 die Substratbereiche 13, 13 ‘ einen möglichst kontinuierlichen, sanften Druckübergang erfahren, d.h. die Drücke pl , p2 möglichst gleich sind oder nur wenig voneinander abweichen. B e z u g s z e i c h e n l i s t e
1 Substrathalter
2 Grundkörper
3 Befestigungen
4, 4‘ Substrat
5 Verformelement
6 Bondwelle
7, 7‘ ,7“ Zone, innere Zone, äußere Zone, weitere Zone
8 Sensor
9 Noppe
10 Trennelement, Trennwand
11 Vertiefung
12 Fixierelement
13, 13‘ Substratbereich
Q Querschnittsbereich p0 Atmosphärendruck
Ph P2 Druck der davor gelegenen Zone/inneren Zone, der nachgelagerten Zone/äußeren Zone

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Beeinflussen einer Bondwelle (6) beim Bonden von einem ersten Substrat (4) mit einem zweiten Substrat (4‘),
- wobei zumindest das erste Substrat (4) auf einem ersten Substrathalter (1) mit mindestens einer Zone (7‘ , 7“) fixiert wird und die mindestens eine Zone (7‘ , 7“) j eweils mindestens ein zumindest teilweise die Substrathalteroberfläche ausbildendes Trennelement (10) aufweist, und
- wobei das mindestens eine Trennelement (10) die mindestens eine Zone (7 ‘, 7“) von einer weiteren Zone (7, 7‘) oder einer Umgebung des ersten Substrathalters (1 ) trennt, und
- wobei die mindestens eine Zone (7 ‘ , 7“) j eweils mindestens ein Fixierelement (12) aufweist und das mindestens eine Fixierelement (12) jeweils eine Haltekraft zur Fixierung des erstens Substrates (4) an dem ersten Substrathalter (1 ) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: i) Initiieren einer Bondwelle (6) durch Kontaktierung des zweiten Substrates (4‘) mit dem ersten Substrat (4) und danach ii) Anpassen der Haltekraft des mindestens einen Fixierelements (12) der mindestens einen Zone (7‘ , 7“) a) an eine Haltekraft eines Fixierelements einer unmittelbar in einer Ausbreitungsrichtung der Bondwelle (6) davor gelegenen weiteren Zone (7, 7‘) oder b) an einen Umgebungsdruck der Umgebung.
2. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei dem Anpassen in Schritt ii) zusätzlich der Umgebungsdruck an die Haltekraft des Fixierelements (10) der mindestens einen Zone (7“) angepasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anpassen in Schritt ii) so erfolgt, dass in Ausbreitungsrichtung der Bondwelle (6) j eweils unmittelbar vor und hinter dem mindestens einen Trennelemente (10) die Haltekraft gleich groß ist.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Initiieren der Bondwelle (6) in Schritt i) die Position der Bondwelle (6) kontinuierlich festgestellt wird und das Anpassen der Haltekraft der mindestens einen Zone (7‘ , 7“) so erfolgt, dass bei einem Übergang der Bondwelle (6) über das mindestens eine Trennelement (10) die Haltekraft vor und hinter dem mindestens einen Trennelement (10) gleich groß ist.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Fixierelement (12) der mindestens einen Zone (7 ‘ ,7“) jeweils als Vakuumfixierungen ausgebildet sind und das mindestens eine Trennelement (10) die mindestens eine Zone (7‘ ,7“) fluidisch von der weiteren Zone (7, 7‘ ) oder der Umgebung trennt.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anpassen in Schritt ii) durch ein Fluten oder Evakuieren der mindestens einen Zone (7, ,7“) oder der Umgebung erfolgt.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anpassen in Schritt ii) das Ermitteln einer Druckdifferenz zwischen der mindestens einen Zone (7‘ , 7“) und der weiteren Zone (7, 7‘) oder der Umgebung umfasst, wobei die Druckdifferenz durch das Anpassen ausgeglichen wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Druck (p2) der mindestens einen Zone (7“) an den Druck (pl ) der weiteren Zone (7 ‘) angeglichen wird.
9. Vorrichtung zum Beeinflussen einer Bondwelle (6) beim Bonden eines ersten Substrates (4) mit einem zweiten Substrat (4‘), zumindest aufweisend:
- einen ersten Substrathalter (1) zum Fixieren des ersten Substrates (4) mit mindestens einer Zone (7‘ , 7“), wobei die mindestens eine Zone (7) über mindestens ein zumindest teilweise eine Substrathalteroberfläche des ersten Substrathalters (1 ) ausbildendes Trennelement (10) aufweist, und
- mindestens ein in der mindestens einen Zone (7) angeordnetes Fixierelement (12) mit einer Haltekraft zum Fixieren des ersten Substrats (4) an dem ersten Substrathalter (1 )
- eine Steuereinheit zum Anpassen der Haltekraft des mindestens einen Fixierelementes (12) der mindestens einen Zone (7) dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist die Haltekraft des mindestens einen Fixierelementes (12) der mindestens einen Zone (7‘, 7“) a) an eine Haltekraft eines Fixierelements (12) einer unmittelbar in einer Ausbreitungsrichtung der Bondwelle (6) davor gelegenen weiteren Zone (7, 7‘ ) oder b) an einen Umgebungsdruck während eines Voranschreitens der Bondwelle anzupassen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 , zusätzlich aufweisend Mittel zum Anpassen des Umgebungsdrucks an die Haltekraft der mindestens einen Zone (7 ‘, 7“ ).
11. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist die Haltekraft des mindestens einen Fixierelementes (12) der mindestens einen Zone (7‘, 7“) und die Haltekraft eines mindestens einen weiteren Fixierelementes (12) einer weiteren Zone während dem Bonden des ersten Substrates (4) mit dem zweiten Substrat (4 ‘) gleich groß zu halten.
12. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist die Haltekraft des mindestens einen Fixierelementes (12) der mindestens einen (7‘, 7“) und die Haltekraft des mindestens einen Fixierelementes (12) der weiteren Zone (7, 7 ‘) unmittelbar im Bereich des mindestens einen Trennelements (10) und im Zeitraum des Überlaufens einer Bondwelle (6) über das mindestens eine Trennelement (10) gleich groß zu halten.
13. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Fixierelement (12) der weiteren Zone (7, 7 ‘) und das mindestens eine Fixierelement (12) der mindestens einen Zone (7 ‘, 7“) als Vakuumfixierungen ausgebildet sind und das Trennelement (10) die innere Zone (7 ‘) und die äußere Zone (7“) fluidisch voneinander trennt.
14. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist eine Druckdifferenz zwischen einem Druck (pl ) der weiteren Zone (7, 7‘) und einem Druck (p2) der mindestens einen Zone (7 ‘, 7“) beim Bonden möglichst gering zu halten, vorzugsweise gleich zu halten.
15. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, dass die Mittel zum Anpassen des Umgebungsdrucks den Umgebungsdruck an den Druck (p2) der mindestens einen Zone (7“) unmittelbar vor und nach dem Überlaufen der Bondwelle (6) über das mindestens eine Trennelement (10) angleichen.
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Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2742527B1 (de) * 2011-08-12 2021-07-28 Ev Group E. Thallner GmbH Vorrichtung und verfahren zum bonden von substraten
US9028628B2 (en) * 2013-03-14 2015-05-12 International Business Machines Corporation Wafer-to-wafer oxide fusion bonding
WO2017140348A1 (de) * 2016-02-16 2017-08-24 Ev Group E. Thallner Gmbh Verfahren zum bonden von substraten
KR102864278B1 (ko) 2016-03-22 2025-09-30 에베 그룹 에. 탈너 게엠베하 기판을 결합하기 위한 방법 및 장치
CN109496345B (zh) 2016-08-12 2023-07-18 Ev 集团 E·索尔纳有限责任公司 用于经控制地接合衬底的方法和样本支架
JP7123123B2 (ja) 2017-09-21 2022-08-22 エーファウ・グループ・エー・タルナー・ゲーエムベーハー 基板を接合する装置および方法
JP6861872B2 (ja) * 2020-05-01 2021-04-21 東京エレクトロン株式会社 接合装置および接合システム
CN121772692A (zh) * 2020-06-29 2026-03-31 Ev 集团 E·索尔纳有限责任公司 基底保持器以及用于固定和键合基底的方法

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