JP6801061B2 - Methods and equipment for temporarily fixing the board - Google Patents

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Description

本発明は、独立請求項に記載されている方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method及BiSo location that is described in the independent claim.

米国特許第6563133号明細書(US6563133B1)及び米国特許第7332410号明細書(US7332410B2)には、外部からの力を消費することのない、酸化物を含んでいない基板ペアの室温での接合が開示されている。その際、基板表面がホウ素イオン又はヒ素イオンから成る半非晶質層を用いて処理されることによって、基板表面がプラズマ処理又はイオン注入処理でもって変性される。標準圧力下での全面にわたる接触が行われた後に、基板ペアは低真空雰囲気に留まる。約400mJ/m2の結合エネルギが室温で達成される。永続的な接合を形成するために、続いて400℃までの温度でアニーリングステップが更に行われる。基板は、Si、InGaAs、GaAs、Ge及びSiCのような半導体に限定されている。 U.S. Pat. No. 6,563,133 (US66563133B1) and U.S. Pat. No. 7,332,410 (US733,210B2) disclose bonding of oxide-free substrate pairs at room temperature without consuming external force. Has been done. At that time, the surface of the substrate is treated with a semi-amorphous layer composed of boron ions or arsenic ions, so that the surface of the substrate is modified by plasma treatment or ion implantation treatment. After full-scale contact under standard pressure, the substrate pair remains in a low vacuum atmosphere. A binding energy of about 400 mJ / m 2 is achieved at room temperature. Further annealing steps are subsequently performed at temperatures up to 400 ° C. to form a permanent bond. Substrates are limited to semiconductors such as Si, InGaAs, GaAs, Ge and SiC.

欧州特許出願公開第2672509号明細書(EP2672509A1)には、事前処理ユニット及び接合ユニットを備えているクラスタシステムが開示されている。ここでは、高真空を用いずに十分な接合力での接合を可能にする接合表面が作成されようとしている。 European Patent Application Publication No. 2672509 (EP2672509A1) discloses a cluster system comprising a pretreatment unit and a junction unit. Here, a bonding surface that enables bonding with a sufficient bonding force without using a high vacuum is being created.

米国特許出願公開第2006/0132544号明細書(US2006/0132544A1)には、接着層を有している結合シートの固着(英語「tacking」)乃至仮固定が開示されている。レーザによって接着層の部分領域が加熱され、またそれによって固着が実現される。 U.S. Patent Application Publication No. 2006/0132544 (US2006 / 0132544A1) discloses fixation (English "tacking") or provisional fixation of a bonding sheet having an adhesive layer. The laser heats a partial region of the adhesive layer, which also achieves fixation.

米国特許第5686226号明細書(US5686226)では、UV放射による接着剤の硬化(重合反応)によって(製品)基板を相互に固着させるために、局所的に付着される樹脂接着剤が使用されている。 U.S. Pat. No. 5,686,226 (US568,226) uses locally adhered resin adhesives to attach (product) substrates to each other by curing (polymerizing) the adhesive by UV radiation. ..

特に、一方では基板が損傷されるべきではなく、また他方では場合によっては行われる基板のアライメントが変更されるべきではないことから、基板又は基板積層体の搬送は、従来技術では多くの問題を引き起こしている。更に、搬送は可能な限り小さい空間において行われるべきである。 Transferring a substrate or substrate laminate poses many problems in the prior art, especially since the substrate should not be damaged on the one hand and the alignment of the substrate, which may occur in some cases, should not be changed on the other hand. Is causing. In addition, the transport should take place in as small a space as possible.

従って、本発明の課題は、特にアライメントされた基板の搬送が改善される方法及び装置を提供することである。更には、接合品質が高められるべきであり、また、発生する欠陥品の数が少なくなるべきである。その上、フレキシビリティが改善され、また、サイクルタイムが短縮されるべきである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus in which the transfer of the aligned substrate is particularly improved. Furthermore, the joining quality should be improved and the number of defective products generated should be reduced. Moreover, flexibility should be improved and cycle time should be shortened.

この課題は、請求項1及び請求項10の特徴部分に記載されている構成によって解決される。本発明の有利な発展形態は、従属請求項に記載されている。本発明の枠内には、明細書、特許請求の範囲及び/又は図面に記載した特徴のうちの少なくとも2つの特徴から成る全ての組み合わせも含まれている。本明細書において記載されている値の範囲において、そこに挙げられている境界内の値も限界値として開示されているとみなされるべきであり、また任意の組み合わせについても権利を主張できるとみなされる。 This problem is solved by the configuration described in the feature portion of claims 1 and 10. An advantageous development of the present invention is described in the dependent claims. Within the framework of the present invention are all combinations consisting of at least two of the features described in the specification, claims and / or drawings. Within the range of values described herein, the values within the boundaries listed therein should also be considered to be disclosed as limits and shall be deemed to be claimable for any combination. Is done.

本発明の基本的な着想は、基板の少なくとも1つの基板表面が少なくとも1つの表面領域において事前処理されている、特に非晶質化されている基板を別の基板にアライメントし、続いて、事前処理された表面領域を相互に接触させて仮固定するということである。アライメント及び接触並びに仮固定は、とりわけ、アライメント及び接触の間に絶えず真空状態にある同一のモジュールチャンバ(仮固定モジュール)において行われる。 The basic idea of the present invention is to align a substrate, particularly amorphized, in which at least one substrate surface of the substrate has been pretreated in at least one surface region to another substrate, followed by pre-treatment. This means that the treated surface areas are brought into contact with each other and temporarily fixed. Alignment and contact and temporary fixing are performed, among other things, in the same module chamber (temporary fixing module) that is in constant vacuum during alignment and contact.

本発明の1つの有利な実施の形態によれば、基板は続けて接合され、特に、モジュールチャンバ内の真空が途絶えることなく接合される。好適な高真空環境(特に<10e-7mbar、好適には<10e-8mbar)において、研磨及び/又は事前処理された基板表面が自発的に且つ共有結合によって、付加的な圧力が掛けられることのない(又は少なくとも極僅かな圧力しか掛けられない)純粋な接触によって、特に室温で接合される。事前処理に関しては、刊行物PCT/EP2014/063303を参照されたい。 According to one advantageous embodiment of the present invention, the substrates are joined in succession, in particular the vacuum in the module chamber is joined without interruption. In a suitable high vacuum environment (particularly <10e -7 mbar, preferably <10e -8 mbar), the polished and / or pretreated substrate surface is spontaneously and covalently subjected to additional pressure. They are joined, especially at room temperature, by pure contact without (or at least very little pressure). See publication PCT / EP2014 / 063303 for preprocessing.

本発明による方法、この方法から導き出される装置、及び、それらにより製造される商品は、特に基板ペアを位置調整ユニット(アライメント装置、特に接合チャンバ外のアライメント装置)において仮固定するために、事前処理の効果を利用し、その際に、全面にわたる永続的な接合を行う場合に必要とされるような高い接触力及び/又は高い温度が使用されることはない。とりわけ、基板は、専ら少数の幾つかの点又は部分面(表面領域)において仮固定される又は一時的に接合される。 The methods according to the invention, the devices derived from this method, and the products manufactured by them, are pretreated, especially to temporarily fix the substrate pair in the alignment unit (alignment device, especially the alignment device outside the junction chamber). In doing so, the high contact force and / or high temperature required for permanent bonding over the entire surface is not used. In particular, the substrates are tentatively fixed or temporarily joined exclusively at a few points or partial surfaces (surface regions).

(接合モジュールの接合チャンバ内での)後続の接合ステップにおいて漸く、より大きい力が均一な面荷重で加えられる。このプロセスを、付加的な熱供給によって支援することができる。 Over time, a greater force is applied with a uniform surface load in the subsequent joining step (in the joining chamber of the joining module). This process can be supported by additional heat supply.

事前処理は、特に、仮固定モジュール及び/又は接合モジュールから、特にロックによって隔離可能な事前処理モジュールにおいて行われる。この事前処理モジュールにおいては、基板(半導体材料、酸化物又は研磨された金属、例えばAl、Cu、ガラス、セラミックス)の非晶質化された基板表面が形成される。基板が活性化され、2つの基板を接触させた際に、高い割合での微小接触面の接触が実現される。これによって、自発的な共有結合を低い温度において、特に室温において発生させることができる。好適には、接触接続が高真空において行われる。 Pretreatment is performed, in particular, from temporary fixing modules and / or joining modules, especially in pretreatment modules that can be isolated by locks. In this pretreatment module, an amorphized substrate surface of a substrate (semiconductor material, oxide or polished metal such as Al, Cu, glass, ceramics) is formed. When the substrate is activated and the two substrates are brought into contact with each other, a high rate of contact of the minute contact surfaces is realized. This allows spontaneous covalent bonds to occur at low temperatures, especially at room temperature. Preferably, the contact connection is made in high vacuum.

仮固定は、特に、局所的なエネルギ供給によって行われ、特に、接触が行われるべき基板表面とは反対側の面からのエネルギ供給によって行われる。 Temporary fixation is performed particularly by local energy supply, and in particular by energy supply from a surface opposite to the surface of the substrate on which contact should be made.

部分面における自発的な接合のための等量の圧力を達成するために、また基板を、特にウェハを仮固定(固着又は「タッキング」)するために、とりわけ、エネルギが、特に力及び/又は熱が局所的に加えられる。基板には局所的に作用が及ぼされ、特に1つ又は複数の押圧ラムを用いて局所的に作用が及ぼされ、それによって基板は局所的に仮固定される。位置調整ユニット、特に3軸式の位置調整ユニットは、とりわけ、部分的に加えられる力の合力についてのみ設計されているので、この位置調整ユニットはより廉価になり、従ってより経済的なものになる。 In order to achieve an equal amount of pressure for spontaneous bonding on a partial surface, and in order to temporarily fix (fix or "tack") the substrate, especially the wafer, energy, in particular force and / or Heat is applied locally. The substrate is locally acted upon, in particular using one or more pressing rams, thereby locally tentatively immobilizing the substrate. The position adjustment unit, especially the 3-axis position adjustment unit, is designed specifically for the resultant force of the partially applied forces, which makes the position adjustment unit cheaper and therefore more economical. ..

作用が及ぼされる表面領域では、接合(仮固定)が、特に共有結合による接合(仮固定)が生じ、この接合の強さは、仮固定された基板ペアを接合チャンバに搬送するには十分なものである。接合チャンバにおいては、永続的な接合を行うために、オプションとして昇温させながら、全面にわたり圧力が掛けられる。 In the surface area where the action is exerted, bonding (temporary fixing) occurs, especially by covalent bonding (temporary fixing), and the strength of this bonding is sufficient to transport the temporarily fixed substrate pair to the bonding chamber. It is a thing. In the joining chamber, pressure is applied over the entire surface while optionally raising the temperature for permanent joining.

仮固定の接合強度は、特に、搬送中に基板の相互的なアライメントが維持される程度の強さである。 The joint strength of the temporary fixing is particularly strong enough to maintain the mutual alignment of the substrates during transportation.

取り扱いに関して、特にアライメントモジュール乃至仮固定モジュールから接合モジュール又は別の処理モジュールへの搬送に関して、特に基板積層体の(基板表面とは反対側の面の)両保持面のうちの一方又は両保持面における収容装置(基板ホルダ乃至チャック)を省略することができる。 Regarding handling, especially regarding transportation from the alignment module or temporary fixing module to the joining module or another processing module, one or both holding surfaces of the two holding surfaces (the surface opposite to the substrate surface) of the substrate laminate. The accommodating device (board holder or chuck) in the above can be omitted.

本発明の発展形態においては、基板表面のうちの少なくとも1つが、とりわけ全ての基板表面が、20nm未満の平均粗さ値Ra、好適に1nm未満の平均粗さ値Raを有している。20nm未満の平均粗さ値Raを有している研磨された全ての表面(例えば特にアルミニウム、銅、酸化物、半導体材料及びガラス)に対しては、位置調整装置において局所的に力が加えられることによって、仮固定が実現される。 In the developed form of the present invention, at least one of the substrate surfaces, particularly all substrate surfaces, has an average roughness value Ra of less than 20 nm, preferably an average roughness value of less than 1 nm. For all polished surfaces with an average roughness value of less than 20 nm (eg, especially aluminum, copper, oxides, semiconductor materials and glass), a force is applied locally in the position adjuster. As a result, temporary fixing is realized.

本発明による方法の1つの実施の形態は、特に、以下のステップを有している:
1)基板又は基板ペアを高真空環境に、特にロックを介して搬入し、基板のうちの少なくとも1つを事前処理モジュールの事前処理チャンバに(特にロボットアームを用いて)搬送するステップ、
2)基板が自発的な室温接合に適したものとなるように、基板のうちの少なくとも1つを事前処理するステップ、
3)(特にロボットアームを用いて)、位置調整装置/アライメント装置/仮固定モジュール(第1のモジュールチャンバ)へと搬送するステップ、
4)アライメント装置において、2つの基板を相互にアライメントするステップ、
5)2つの基板を接触させ、エネルギを局所的に加え、特に1つ又は複数の局所的な面荷重を加えるステップ;これによって、仮固定が行われ、その結果、基板相互のアライメントが確定される。択一的に、全面にわたり仮固定を行うこともできる、
6)(特にロボットアームを用いて)、仮固定された基板積層体を接合モジュール(第2のモジュールチャンバ)へと搬送するステップ、
7)結合を更に強固にするために、接合力を一部の面にわたりに又は(好適には)全面にわたり加え、またオプションとして昇温を行うステップ、
8)接合された基板を高真空環境から搬出するステップ。
One embodiment of the method according to the invention specifically comprises the following steps:
1) A step of bringing a board or a pair of boards into a high vacuum environment, especially via a lock, and transporting at least one of the boards to the pretreatment chamber of the pretreatment module (especially using a robotic arm).
2) A step of pretreating at least one of the substrates so that the substrate is suitable for spontaneous room temperature bonding,
3) (especially using a robot arm), a step of transporting to a position adjuster / alignment device / temporary fixing module (first module chamber),
4) In the alignment device, the step of aligning two substrates with each other,
5) The step of bringing the two substrates into contact and applying energy locally, especially one or more local surface loads; this results in temporary fixation and as a result the alignment between the substrates is established. To. Alternatively, temporary fixing can be performed over the entire surface,
6) (especially using a robot arm), the step of transporting the temporarily fixed substrate laminate to the joining module (second module chamber).
7) A step of applying bonding force over some surfaces or (preferably) over the entire surface and optionally raising the temperature to further strengthen the bond.
8) A step of removing the joined substrate from a high vacuum environment.

本発明の1つの実施の形態によれば、接合が行われる前に、基板積層体に別の基板を追加するために、本方法をステップ5)の後に何度も繰り返すことができる。 According to one embodiment of the invention, the method can be repeated many times after step 5) to add another substrate to the substrate laminate before the bonding is performed.

本発明による方法は、有利には、ロックを介して閉鎖可能な高真空環境、好適には超高真空環境において適用される。高真空環境内には、特に付加的に圧力を掛けることができるモジュールが配置されている。 The method according to the invention is advantageously applied in a high vacuum environment, preferably an ultra high vacuum environment, which can be closed via a lock. In the high vacuum environment, a module that can apply additional pressure is arranged.

本発明の1つの態様によれば、接合時に大きい力が加えられること、また必要に応じて高い温度に昇温されることと、(精密な)アライメントと、が分離される。これによって、構造的な利点が得られ、その結果、コストが削減される。Z軸に沿った力が1kNを超えるだけで既に、X軸及びY軸に沿ったサブμm範囲の位置調整を行うための精密な機構は、特に高真空においては、実現不可能でないにしても、極端に煩雑になる。つまり、例えば、高真空では潤滑剤を使用できず、また空気軸受も使用できない。転がり軸受及び滑り軸受では、粒子が発生するか、若しくは、摩擦力に起因して高いバックラッシュも生じる。更に、Z軸に沿って大きい力が導入されることによって、X方向及びY方向のアライメントに、従ってアライメント精度に悪影響が及ぼされる危険が高まる。 According to one aspect of the invention, a large force is applied during joining, the temperature is raised to a higher temperature if necessary, and (precise) alignment is separated. This provides structural benefits and, as a result, cost savings. Even if the force along the Z axis exceeds 1 kN, a precise mechanism for adjusting the position in the sub μm range along the X and Y axes is already feasible, if not feasible, especially in high vacuum. , Extremely complicated. That is, for example, in a high vacuum, a lubricant cannot be used and an air bearing cannot be used. In rolling bearings and plain bearings, particles are generated or high backlash is also caused by frictional force. In addition, the introduction of large forces along the Z axis increases the risk of adversely affecting alignment in the X and Y directions, and thus alignment accuracy.

更なる利点は、最適な生産性である。つまり、例えば設備においては、各プロセスについての最適なスループットが保証されるように、仮固定装置及び接合モジュールの数を選定することができる。特に、熱供給が必要とされる場合、またそれに付随して加熱時間及び冷却時間が必要とされる場合、1つの仮固定ユニットによって複数の接合モジュールを利用することは好適である。 A further advantage is optimal productivity. That is, for example, in equipment, the number of temporary fixing devices and joining modules can be selected so as to guarantee the optimum throughput for each process. In particular, when heat supply is required, and when heating time and cooling time are required associated therewith, it is preferable to utilize a plurality of bonding modules by one temporary fixing unit.

本発明の更なる利点は、モジュール性にあり、従って、仮固定ユニットを追加導入できる点にある。位置調整ユニットにおいて仮固定部によって仮固定/タッキングされた、局所的に仮接合されている基板が用いられることによって、本発明による仮固定ユニットを追加することによって、高真空設備の性能を高めることができる。 A further advantage of the present invention is modularity, and therefore additional temporary fixing units can be introduced. By using a locally temporarily joined substrate that is temporarily fixed / tacked by the temporary fixing portion in the position adjusting unit, the performance of the high vacuum equipment can be improved by adding the temporary fixing unit according to the present invention. Can be done.

平均粗さ値乃至算術平均粗さ値Raは、技術的表面の粗さを表す。この測定値を求めるために、所定の測定区間において表面が走査され、粗い表面の高さの差及び深さの差が全て記録される。測定区間におけるこの粗さ経過の特定の積分が算出された後に、続けて、その結果が測定区間の長さで除算される。粗さ値の範囲は、溝が感じられるほどの非常に粗い面の場合の25μmから、研磨された表面の場合の<20nmにまで及ぶ。 The average roughness value to the arithmetic average roughness value Ra represents the technical surface roughness. In order to obtain this measured value, the surface is scanned in a predetermined measurement section, and all the differences in height and depth of the rough surface are recorded. After a particular integral of this roughness course in the measurement interval has been calculated, the result is subsequently divided by the length of the measurement interval. Roughness values range from 25 μm for very rough surfaces with perceived grooves to <20 nm for polished surfaces.

基板に関する有利な材料組み合わせは、研磨された表面又は研磨可能な表面を有しており、とりわけ20nm未満の平均粗さ値Raを有している全ての材料から成る組み合わせである。以下の材料又は材料の組み合わせが好適である:
−半導体材料、特にSi、InP、GaAs、半導体合金、III−V族化合物及びII−IV族化合物、
−金属、特にCu、Al、
−酸化物、特にSiO2、又は、酸化された表面を有している半導体ウェハ又は半導体材料の別の酸化物、
−窒化物、特に、SiNx、
−ガラス、
−ガラスセラミックス、特にゼロデュア(登録商標)、
−セラミックス。
An advantageous material combination for a substrate is a combination of all materials having a polished or polishable surface, especially having an average roughness value Ra of less than 20 nm. The following materials or combinations of materials are suitable:
-Semiconductor materials, especially Si, InP, GaAs, semiconductor alloys, III-V compounds and II-IV compounds,
-Metal, especially Cu, Al,
-Oxide, especially SiO 2 , or another oxide of a semiconductor wafer or semiconductor material that has an oxidized surface,
-Nitride, especially SiNx,
-Glass,
-Glass ceramics, especially Zerodur®,
-Ceramics.

本発明は、特に、共有結合のための事前処理を可能にする、研磨された表面に限定される。この研磨された表面は、好適には、原子間力顕微鏡(英語:Atomic Force Microscope(AFM))を用いて2×2μm2の面積で測定された、20nm未満の平均粗さ値Ra、好適には1nm未満の平均粗さ値Raを有している表面である。局所的に注入されるエネルギ又は局所的に加えられる力は、特に、微小粗さが十分に均される程度に大きく、それによって、表面分子は高い割合で、基板間で作用する結合エネルギを形成することができる。原子面での2つの基板の表面の平均距離が短くなるほど、付着はより強力になる。従って、この付着は、基板の接触が行われるべき表面の粗さに依存する。 The present invention is particularly limited to polished surfaces that allow pretreatment for covalent bonds. The polished surface is preferably an average roughness value Ra of less than 20 nm, measured in an area of 2 × 2 μm 2 using an atomic force microscope (AFM). Is a surface having an average roughness value Ra of less than 1 nm. The locally injected energy or locally applied force is particularly large enough to even out the micro-roughness so that the surface molecules form a high percentage of the binding energy acting between the substrates. can do. The shorter the average distance between the surfaces of the two substrates on the atomic surface, the stronger the adhesion. Therefore, this adhesion depends on the roughness of the surface on which the substrates should be contacted.

プラズマ処理によって、基板表面を事前処理することができ、この際に、基板表面の微小粗さ(位相構造)が変化する。最適な表面粗さに達すると、最大接合エネルギを達成することができる。 The substrate surface can be pretreated by the plasma treatment, and at this time, the minute roughness (topological structure) of the substrate surface changes. When the optimum surface roughness is reached, the maximum junction energy can be achieved.

特に事前処理に関する本発明の1つの実施の形態又は発展形態の部分的態様は、PCT/EP2014/063303に開示されており、従ってその開示内容を参照する。PCT/EP2014/063303には、基板の表面処理を行うための方法と装置が開示されている。PCT/EP2014/063303の基本的な着想は、大部分が非晶質化された層を、接合すべき基板表面に形成することである。基板表面の非晶質化によって、特に比較的低い温度において、より良好な接合結果が得られる。好適には、酸化物除去のための表面の清浄化と非晶質化とが同時に行われる。PCT/EP2014/063303は、特に、2つの基板のうちの少なくとも一方が、とりわけ両方が、以下において説明するように接合の前に処理されている、2つの基板を永続的に接合するための方法に関する。2つの基板又は2つの基板のうちの少なくとも一方の基板の表面領域、特に接触側(とりわけ接触側全面)が、接合プロセスの前に非晶質化される。非晶質化によって、ナノメートルの厚さの層が形成され、この層において、接合すべき表面(接触側)のうちの少なくとも一方の表面の原子が不規則に配列されている。この不規則な配列により、特に比較的低い温度において、より良好な接合結果が得られる。本発明に従い接合を行うために、特に表面の清浄化(少なくとも接触側の清浄化)が、特に酸化物を除去するために実施される。とりわけ、清浄化と非晶質化とが同時に行われ、更に好適には同一の処理によって行われる。本発明の本質的な本発明による態様は、特に低エネルギの粒子、特にイオンの使用であり、そのエネルギは比較的低いものであるが、もっとも本発明に従い説明した非晶質化を生じさせるには十分なものである。 Partial aspects of one embodiment or evolution of the invention, especially with respect to pretreatment, are disclosed in PCT / EP2014 / 063303, and thus the disclosure thereof is referenced. PCT / EP2014 / 063303 discloses a method and an apparatus for surface-treating a substrate. The basic idea of PCT / EP2014 / 063303 is to form a mostly amorphous layer on the surface of the substrate to be joined. Amorphization of the substrate surface provides better bonding results, especially at relatively low temperatures. Preferably, surface cleaning and amorphization for removing oxides are performed at the same time. PCT / EP2014 / 063303 is a method for permanently joining two substrates, in particular, at least one of the two substrates, in particular both of which have been treated prior to bonding as described below. Regarding. The surface area of the two substrates or at least one of the two substrates, especially the contact side (particularly the entire contact side), is amorphized prior to the joining process. Amorphization forms a layer with a thickness of nanometers, in which atoms on at least one of the surfaces to be joined (contact side) are irregularly arranged. This irregular arrangement gives better bonding results, especially at relatively low temperatures. In order to carry out the bonding according to the present invention, particularly surface cleaning (at least cleaning of the contact side) is carried out, especially to remove oxides. In particular, cleaning and amorphization are carried out at the same time, and more preferably by the same treatment. An essential aspect of the invention according to the invention is the use of particularly low energy particles, especially ions, which are relatively low in energy but most likely to cause the amorphization described according to the invention. Is enough.

基板表面からの酸化物の除去は、最適な接合プロセス及び相応に高い接合強度を有している基板積層体にとって有利である。このことは、特に、酸素含有雰囲気において不所望な自然酸化物を形成する全ての材料に対して当てはまる。このことは、意図的に形成された酸素基板表面に対しては、例えば酸化ケイ素に対しては必ずしも当てはまらない。特に、本発明によれば、有害な、不必要な及び/又は自然の酸化物、特に金属酸化物が、とりわけ少なくとも大部分除去され、更に好適には専らそのような酸化物だけが除去される。とりわけ、上述の酸化物は、接合プロセスの前に十分に除去され、特に完全に除去され、それによって、接合境界面(2つの基板の接触面)には組み込まれない。この種の酸化物が組み込まれると、機械的な不安定性及び非常に低い接合強度がもたらされる虞がある。酸化物の除去は、物理的又は化学的な方法によって行われる。本発明による1つの特に好適な実施の形態においては、不所望な酸化物の除去は、事前処理を実施するものと同一の事前処理装置によって行われる。これによって、特に最適な状況下で:
・酸化物の除去
・表面の平滑化
・非晶質化
を同時に実施することができる。本発明による代替的な実施の形態においては、酸化物の除去は同一の設備において行われない。その場合には、2つの設備間で基板を搬送する際に、基板表面の新たな酸化が生じないことが特に保証されなければならない。
Removal of oxides from the substrate surface is advantageous for substrate laminates that have an optimal bonding process and correspondingly high bonding strength. This is especially true for all materials that form unwanted natural oxides in an oxygen-containing atmosphere. This is not always the case for intentionally formed oxygen substrate surfaces, such as silicon oxide. In particular, according to the present invention, harmful, unnecessary and / or natural oxides, especially metal oxides, are removed, especially at least in large part, and more preferably only such oxides are removed. .. In particular, the oxides mentioned above are sufficiently removed prior to the joining process, especially completely removed, thereby not being incorporated into the joining interface (the contact surface of the two substrates). Incorporation of this type of oxide can result in mechanical instability and very low bonding strength. Oxide removal is carried out by physical or chemical methods. In one particularly preferred embodiment according to the invention, the removal of unwanted oxides is carried out by the same pretreatment apparatus as the one performing the pretreatment. This allows under particularly optimal circumstances:
・ Oxide removal ・ Surface smoothing ・ Amorphization can be performed at the same time. In an alternative embodiment according to the invention, oxide removal is not performed in the same facility. In that case, it must be specifically guaranteed that no new oxidation of the substrate surface will occur when the substrate is transported between the two facilities.

半導体産業においては、既に数年来、基板を相互に結合するために種々の接合技術が用いられている。結合プロセスは、接合(bonding)と呼ばれる。一時的接合法と、永久的接合法と、が区別される。 In the semiconductor industry, various bonding techniques have been used for several years to bond substrates to each other. The binding process is called bonding. A distinction is made between the temporary joining method and the permanent joining method.

一時的接合法では、製品基板と支持体基板とが、処理後に再び剥がせるように接合される。一時的接合法を用いることによって、製品基板を機械的に安定させることができる。機械的な安定化は、湾曲、変形又は破断が生じることなく製品基板を取り扱えることを保証する。支持基板による安定化は、特に裏面を薄くするプロセスの間に及びプロセスの後に必要になる。裏面を薄くするプロセスによって、製品基板の厚みを数マイクロメートルまで低減することができる。 In the temporary joining method, the product substrate and the support substrate are joined so that they can be peeled off again after the treatment. By using the temporary joining method, the product substrate can be mechanically stabilized. Mechanical stabilization ensures that the product substrate can be handled without bending, deformation or breakage. Stabilization with a support substrate is required especially during and after the process of thinning the back surface. The process of thinning the back surface can reduce the thickness of the product substrate to a few micrometers.

永久的接合法では、2つの基板が持続的に、つまり永久的に接合される。永続的な接合によって、多層構造(2つより多くの基板)を作成することもできる。この多層構造を、同一の材料又は異なる材料から形成することができる。種々の永続的接合法が存在している。 In the permanent bonding method, the two substrates are continuously, that is, permanently bonded. Permanent bonding can also create a multi-layer structure (more than two substrates). This multilayer structure can be formed from the same material or different materials. There are various permanent joining methods.

イオン含有基板を相互に永続的に結合させるために、特に、陽極接合による永続的接合法が使用される。好適には、2つの基板のうちの一方はガラス基板である。他方の基板は、とりわけシリコン基板である。陽極接合では、相互に接合すべき2つの基板に沿って電場が印加される。電場は、とりわけ、それぞれが基板の表面と接触している2つの電極間に形成される。電場は、ガラス基板におけるイオン移動を生じさせ、且つ、2つの基板間に空間電荷領域を形成する。空間電荷領域は、2つの基板の表面の強い引き付けを生じさせ、それらの基板は接近後に相互に接触し、それによって永続的な結合が形成される。即ち、接合プロセスは主として、2つの表面の接触面の最大化に基づいている。 In particular, a permanent bonding method by anodic bonding is used to permanently bond the ion-containing substrates to each other. Preferably, one of the two substrates is a glass substrate. The other substrate is, among other things, a silicon substrate. In anodic bonding, an electric field is applied along the two substrates to be bonded to each other. The electric field is formed, among other things, between two electrodes, each in contact with the surface of the substrate. The electric field causes ion transfer in the glass substrate and forms a space charge region between the two substrates. The space charge region creates a strong attraction on the surface of the two substrates, which contact each other after approaching, thereby forming a permanent bond. That is, the joining process is mainly based on maximizing the contact surfaces of the two surfaces.

別の永続的接合法は、共晶接合である。共晶接合では、所定の共晶濃度を有している合金が形成されるか、又は、共晶濃度はプロセス中に、特に熱処理中に調整される。共晶温度(液相が共融混合物の固相と平衡状態にある温度)を超えることによって、共融混合物は完全に溶融する。生じた共晶濃度の液相は、まだ液化していない領域の表面を濡らす。凝固プロセスでは、液相が共融混合物に凝固し、2つの基板の間に結合層が形成される。 Another permanent bonding method is eutectic bonding. In eutectic bonding, an alloy having a predetermined eutectic concentration is formed, or the eutectic concentration is adjusted during the process, especially during heat treatment. By exceeding the eutectic temperature (the temperature at which the liquid phase is in equilibrium with the solid phase of the eutectic mixture), the eutectic mixture is completely melted. The resulting eutectic liquid phase wets the surface of the unliquefied region. In the solidification process, the liquid phase solidifies into a eutectic mixture and a bond layer is formed between the two substrates.

別の永続的接合法は、フュージョンボンディング(溶融接合)である。フュージョンボンディングでは、2つの平坦な清浄な基板表面が、接触によって接合される。第1のステップにおいては、2つの基板の接触が行われ、この際、2つの基板の固定は、ファンデルワールス力によって行われる。この固定は、仮接合又は仮固定(英語:pre−bond)と称される。仮接合の接合力は、特に剪断力が加えられることによる相互的なずれが、非常に大きい力が加えられることでしか発生しない程に基板を固く接合させるには十分な強さである仮固定を生じさせることができる。好適には、2つの基板を、特に垂直抗力を加えることによって、やはり比較的容易に相互に分離させることができる。永続的なフュージョンボンディングを形成するために、基板積層体に対して熱処理が実施される。この熱処理によって、2つの基板の表面間に共有結合が形成される。このようにして形成される永続的な接合は、基板の破壊を伴う程の大きい力が加えられることでしか実現されない。 Another permanent bonding method is fusion bonding. In fusion bonding, two flat, clean substrate surfaces are joined by contact. In the first step, the two substrates are brought into contact, and the two substrates are fixed by a van der Waals force. This fixation is referred to as temporary joining or temporary fixing (English: pre-bond). The joining force of the temporary bonding is strong enough to bond the substrates firmly so that mutual displacement due to the application of shearing force is generated only by applying a very large force. Can be generated. Preferably, the two substrates can also be relatively easily separated from each other, especially by applying a normal force. Heat treatment is performed on the substrate laminate to form a permanent fusion bond. This heat treatment forms a covalent bond between the surfaces of the two substrates. The permanent bond thus formed can only be achieved by applying a force large enough to cause the substrate to break.

接合された基板に機能ユニット、特にマイクロチップ、MEMS、センサ、LEDが実装される場合には、好適には、低い温度において、特に200℃未満の温度において、とりわけ室温において、仮固定及び/又は接合が行われる。好適には、機能ユニットの温度感度限界を下回る温度が選択される。特に、マイクロチップは、比較的強くドープされている。ドーピング元素は、高温では、高まった拡散能力を有しており、この高まった拡散能力によって、基板におけるドーパントの不所望で不利な分布が生じる可能性がある。この措置によって、熱応力を最小にすることができる。更に、加熱及び冷却のためのプロセス時間が短縮される。また、異なる材料から形成されており、特に異なる熱膨張係数も有している、異なる基板領域の変位が低減される。 When functional units, especially microchips, MEMS, sensors, LEDs, are mounted on the bonded substrate, they are preferably tentatively fixed and / or at low temperatures, especially at temperatures below 200 ° C., especially at room temperature. Joining is done. Preferably, a temperature below the temperature sensitivity limit of the functional unit is selected. In particular, the microchip is relatively strongly doped. Doping elements have increased diffusivity at high temperatures, which can lead to undesired and unfavorable distribution of dopants on the substrate. This measure can minimize thermal stress. In addition, the process time for heating and cooling is reduced. It also reduces displacement of different substrate regions, which are made of different materials and have particularly different coefficients of thermal expansion.

これについての発展形態においては、低い温度において接合を行えるようにするために、特に酸素親和性がない表面が、特に金属表面が使用される場合は、基板表面の清浄化及び活性化のためにプラズマ処理が行われる。これに対して、二酸化ケイ素層を形成する単結晶シリコンは好適である。二酸化ケイ素層は、接合に極めて適している。 In a development of this, in order to allow bonding at low temperatures, especially for non-oxygen-affinity surfaces, especially when metal surfaces are used, for cleaning and activation of the substrate surface. Plasma processing is performed. On the other hand, single crystal silicon forming a silicon dioxide layer is suitable. The silicon dioxide layer is very suitable for bonding.

従来技術においては、より低い温度において直接接合を行うための複数のアプローチが存在している。PCT/EP2013/064239におけるアプローチでは、犠牲層が形成されており、この犠牲層が接合プロセス中及び/又は接合プロセス後に、基板材料に溶解される。PCT/EP2011/064874における別のアプローチでは、相転移によって永続的な結合部を作成することが説明されている。上記の刊行物は、特に、共有結合によってではなく、むしろ金属結合によって接合される金属表面に関するものである。PCT/EP2014/056545においては、表面の清浄化による、ケイ素の最適化された直接接合プロセスが記載されている。上述の方法を、本発明と組み合わせることができ、その限りにおいて、上述の刊行物の開示内容が参照される。 In the prior art, there are multiple approaches for direct bonding at lower temperatures. In the approach at PCT / EP2013 / 064239, a sacrificial layer is formed, which is dissolved in the substrate material during and / or after the joining process. Another approach in PCT / EP2011 / 064874 describes that the phase transition creates a permanent bond. The above publications specifically relate to metal surfaces that are joined by metal bonds rather than by covalent bonds. PCT / EP2014 / 056545 describes an optimized direct bonding process for silicon by cleaning the surface. The methods described above can be combined with the present invention to the extent that the disclosures of the above publications are referenced.

本発明の1つの有利な実施の形態によれば、特に、同種の素材乃至材料が相互に結合(接合)されるべきである。この同種性によって、基板表面の接触面(接合境界面)においては、同一の物理特性及び化学特性が存在する。このことは、特に、電流が流されるべき接続部であって、僅かな腐食傾向及び/又は同一の機械特性を有すべき接続部にとって重要である。好適な同種の素材として以下のものが挙げられる:
・銅−銅
・アルミニウム−アルミニウム
・タングステン−タングステン
・ケイ素−ケイ素
・酸化ケイ素−酸化ケイ素
According to one advantageous embodiment of the present invention, in particular, materials of the same type should be bonded (bonded) to each other. Due to this homogeneity, the same physical and chemical properties exist on the contact surface (bonding boundary surface) of the substrate surface. This is especially important for connections where current should flow and should have a slight corrosion tendency and / or the same mechanical properties. Suitable homologous materials include:
-Copper-copper-aluminum-aluminum-tungsten-tungsten-silicon-silicon-silicon oxide-silicon oxide

本発明の1つの別の態様の本質は、特に、種々の材料、特に金属及び/又は酸化物が極端な影響下で、特に極端な温度下及び/又は圧力下で結合できるという能力を利用して、基板間の局所的な仮固定、特に一部に強く限定された仮固定を得るということである。このことは、「タッキング」とも称される。本発明による方法は、好適には、非晶質化された層を有している基板に対して使用される。この場合、非晶質化された層を、化学的堆積プロセス及び/又は物理的堆積プロセスによって基板表面にもたらすことができるか、又は、基板表面に直接的に形成することができる。本発明の1つの態様、特に本発明の1つの独立した態様の本質は、非晶質化された層が、物理的プロセス及び/又は化学的プロセスによってもたらされる材料によって形成されるのではなく、基板材料の相転移によって形成されるということである。これによって、特に不所望な材料又は有害な材料の堆積を完全に排除することができる。 The essence of one other aspect of the invention utilizes the ability of various materials, in particular metals and / or oxides, to bond under extreme influence, especially under extreme temperatures and / or pressures. This means that local temporary fixing between substrates, especially temporary fixing that is strongly limited to a part, is obtained. This is also called "tacking". The method according to the invention is preferably used for substrates having an amorphized layer. In this case, the amorphized layer can be brought to the substrate surface by a chemical deposition process and / or a physical deposition process, or can be formed directly on the substrate surface. The essence of one aspect of the invention, in particular one independent aspect of the invention, is that the amorphized layer is not formed by materials brought about by physical and / or chemical processes. It is formed by the phase transition of the substrate material. This can completely eliminate the deposition of particularly unwanted or harmful materials.

以下では、本発明による方法ステップの別の実施の形態を開示する: The following discloses another embodiment of the method step according to the invention:

基板表面の事前処理
本発明は、特に、少なくとも2つの基板をタッキングするための方法に関し、それらの基板のうちの少なくとも一方が、とりわけ両方が、以下において説明するように、タッキングの前に処理されている。
Substrate Surface Pretreatment The present invention particularly relates to a method for tacking at least two substrates, at least one of those substrates, especially both, being treated prior to tacking, as described below. ing.

2つの基板又は2つの基板のうちの少なくとも一方の基板の表面領域、特に接触側(とりわけ接触側全面)が、接合プロセスの前に非晶質化される。本発明によれば、基板表面よりも小さい複数の表面領域の、特に相互に離隔されている表面領域の非晶質化を行うこともできる。 The surface area of the two substrates or at least one of the two substrates, especially the contact side (particularly the entire contact side), is amorphized prior to the joining process. According to the present invention, it is also possible to amorphize a plurality of surface regions smaller than the substrate surface, particularly surface regions separated from each other.

非晶質化によって、原子が不規則に配列されている、数ナノメートルの厚さの層が形成される。不規則な配列によって、特に比較的低い温度での、より良好な接合結果が得られる。 Amorphization forms a layer with a thickness of several nanometers in which the atoms are irregularly arranged. The irregular arrangement gives better bonding results, especially at relatively low temperatures.

本発明に従い接合及び/又は仮固定を行うために、特に基板表面の清浄化(少なくとも接触側の清浄化)が、特に酸化物を除去するために実施される。とりわけ、清浄化と非晶質化とが同時に行われ、更に好適には同一の処理によって行われる。 In order to perform bonding and / or temporary fixing according to the present invention, particularly cleaning of the substrate surface (at least cleaning of the contact side) is carried out, in particular to remove oxides. In particular, cleaning and amorphization are carried out at the same time, and more preferably by the same treatment.

本発明の別の態様は、特に低エネルギの粒子、特にイオンの使用であり、それらが基板表面に衝突する際のエネルギは、本発明に即して説明される非晶質化が生じるように調整される。 Another aspect of the invention is the use of particularly low energy particles, especially ions, such that the energy at which they collide with the substrate surface results in the amorphization described in accordance with the present invention. It will be adjusted.

好適には、基板表面から酸化物を除去するためのステップが実施される。このことは、特に、酸素含有雰囲気において自然酸化物を形成する材料に対して当てはまるが、しかしながら、本発明によって形成される酸素基板表面に対しては、特に酸化ケイ素に対しては当てはまらない。特に、本発明によれば、有害な、不必要な及び/又は自然の酸化物、特に金属酸化物が、とりわけ少なくとも大部分除去され、更に好適には専らそのような酸化物だけが除去される。とりわけ、上述の酸化物は、接合プロセスの前に十分に除去され、特に完全に除去され、それによって、接合境界面(2つの基板の接触面)には組み込まれない。この種の酸化物が組み込まれると、機械的な不安定性及び非常に低い接合強度がもたらされる虞がある。酸化物の除去は、特に、物理的又は化学的な方法によって行われる。本発明による1つの特に好適な実施の形態においては、不所望な酸化物の除去は、基板の事前処理を実施するものと同一の事前処理モジュールによって行われる。これによって、特に最適な状況下で、酸化物の除去、表面の平滑化及び/又は非晶質化を同時に実施することができる。本発明による代替的な実施の形態においては、酸化物の除去は同一の設備において行われない。その場合には、2つの設備間で基板を搬送する際に、基板表面の新たな酸化が生じないことが特に保証されなければならない。このことは、酸化物を除去している間、搬送の間、接合までの事前処理の間に、高真空が途絶えないことによって保証することができる。 Preferably, a step is performed to remove the oxide from the substrate surface. This is especially true for materials that form natural oxides in an oxygen-containing atmosphere, however, not for the oxygen substrate surface formed by the present invention, especially for silicon oxide. In particular, according to the present invention, harmful, unnecessary and / or natural oxides, especially metal oxides, are removed, especially at least in large part, and more preferably only such oxides are removed. .. In particular, the oxides mentioned above are sufficiently removed prior to the joining process, especially completely removed, thereby not being incorporated into the joining interface (the contact surface of the two substrates). Incorporation of this type of oxide can result in mechanical instability and very low bonding strength. Oxide removal is particularly carried out by physical or chemical methods. In one particularly preferred embodiment according to the invention, the removal of unwanted oxides is carried out by the same pretreatment module that performs the pretreatment of the substrate. This allows oxide removal, surface smoothing and / or amorphization to be performed simultaneously under particularly optimal conditions. In an alternative embodiment according to the invention, oxide removal is not performed in the same facility. In that case, it must be specifically guaranteed that no new oxidation of the substrate surface will occur when the substrate is transported between the two facilities. This can be ensured by the uninterrupted high vacuum during the removal of the oxide, during the transfer and during the pretreatment before joining.

本発明による着想は、換言すれば、特に非晶質化による2つの基板表面間での接合安定性を高めることによって効率的な仮固定を、特に局所的に限定された仮固定を行うということにある。この際、非晶質化によって複数の問題が解決される。 In other words, the idea according to the present invention is to perform efficient temporary fixing, especially locally limited temporary fixing, by enhancing the bonding stability between the two substrate surfaces due to amorphization. It is in. At this time, amorphization solves a plurality of problems.

本発明による非晶質化によって、特に、基板表面の平坦化がもたらされる。従って、平坦化は、特に非晶質化の間に行われ、特に接合プロセスの間に予定されている平坦化に付加的に力の作用によって行われる。 Amorphization according to the present invention results in flattening of the substrate surface, in particular. Thus, flattening is performed especially during amorphization, especially by the action of forces in addition to the planned flattening during the joining process.

非晶質化は、更に、境界面への材料のより高い移動性を保証する。これによって、場合によっては残っている粗さを均すことができる。特に、基板表面間に残存する間隙を閉じることができる。 Amorphization also guarantees higher mobility of the material to the interface. This can, in some cases, even out the remaining roughness. In particular, the remaining gaps between the substrate surfaces can be closed.

非晶質化によって、基板表面(接合境界面)の熱力学的な準安定状態が生じる。この準安定状態によって、更なるプロセスステップにおいては、(特に接合すべき表面の接触後に)非晶質層の部分領域の結晶状態への(再)転位が行われる。理想的な場合には、非晶質層の完全な転位が行われる。非晶質層の接触及びそれに続く熱処理の後に生じる層厚は、特に0より大きい。 Amorphization creates a thermodynamic metastable state of the substrate surface (joint interface). This metastable state results in a (re) dislocation of the partial region of the amorphous layer to the crystalline state (especially after contact of the surface to be joined) in a further process step. In the ideal case, a complete dislocation of the amorphous layer occurs. The layer thickness that occurs after the contact of the amorphous layer and the subsequent heat treatment is particularly greater than zero.

本発明による別の思想は、特に、基板の既存の基本材料から、特に粒子衝撃によって、非晶質層を形成することにある。とりわけ、基板の接合の前に、接触すべき基板表面上に材料はもたらされない。基板の仮固定は、とりわけ、少数の幾つかの点においてのみ行われるので、本発明による別の思想の本質は、仮固定が予定されている点においてのみ非晶質化を実施するということにある。本発明に従いタッキングによって仮固定された基板が、後続のプロセスステップにおいて全面にわたり接合される限り、完全な非晶質化が好適である。 Another idea according to the present invention is, in particular, to form an amorphous layer from the existing basic material of the substrate, especially by particle impact. In particular, no material is brought onto the surface of the substrate to be contacted prior to joining the substrates. Since the temporary fixing of the substrate is performed only at a few points in particular, the essence of another idea according to the present invention is to carry out the amorphization only at the point where the temporary fixing is planned. is there. Complete amorphization is preferred as long as the substrate temporarily fixed by tacking according to the present invention is joined over the entire surface in subsequent process steps.

本発明による方法によって、特に、2つの基板表面のうちの少なくとも一方が、とりわけ両方が本発明に従い非晶質化されている、それら2つの基板表面の、完全な及び/又は局所的な及び/又は全面にわたる、特に種類に応じた(sortenreinen)接触部を形成することができる。 By the methods according to the invention, in particular, at least one of the two substrate surfaces, particularly both of which are amorphized according to the invention, of those two substrate surfaces, complete and / or local and / Alternatively, it is possible to form a contact portion over the entire surface, particularly according to the type (sortenreinen).

本発明による方法は、特に、2つの基板表面、とりわけ2つの異なる基板表面の、完全な及び/又は全面にわたる及び/又は種類に応じたものではない接触部を形成するために使用される。 The methods according to the invention are used, in particular, to form contact areas on two substrate surfaces, in particular two different substrate surfaces, that are complete and / or full and / or non-type-specific.

特に、以下の材料を任意の組み合わせで、とりわけそれぞれ同一の材料で相互に仮固定することができる:
・金属、特にCu、Ag、Au、Al、Fe、Ni、Co、Pt、W、Cr、Pb、Ti、Te、Sn及び/又はZn、
・合金、
・半導体(相応にドープされている)、特に、
○元素半導体、とりわけ、Si、Ge、Se、Te、B及び/又はα−Sn、
○化合物半導体、特に、GaAs、GaN、InP、InxGa1-xN、InSb、InAs、GaSb、AlN、InN、GaP、BeTe、ZnO、CuInGaSe2、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、Hg(1-x)Cd(x)Te、BeSe、HgS、AlxGa1-xAs、GaS、GaSe、GaTe、InS、InSe、InTe、CuInSe、CuInS、CuInGaS、SiC及び/又はSiGe、
・有機半導体、特に、フラバントロン、ペリノン、Alq3、ペリノン、テトラセン、キナクリドン、ペンタセン、フタロシアニン、ポリチオフェン、PTCDA、MePTCDI、アクリドン及び/又はインダンスレン。
In particular, the following materials can be temporarily fixed to each other in any combination, especially the same material:
-Metal, especially Cu, Ag, Au, Al, Fe, Ni, Co, Pt, W, Cr, Pb, Ti, Te, Sn and / or Zn,
·alloy,
• Semiconductors (correspondingly doped), especially
○ Elemental semiconductors, especially Si, Ge, Se, Te, B and / or α-Sn,
○ Compound semiconductors, especially GaAs, GaN, InP, InxGa1-xN, InSb, InAs, GaSb, AlN, InN, GaP, BeTe, ZnO, CuInGaSe2, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, Hg (1- x) Cd (x) Te, BeSe, HgS, AlxGa1-xAs, GaS, GaSe, GaTe, InS, InSe, InTe, CuInSe 2 , CuInS 2 , CuInGaS 2 , SiC and / or SiGe,
-Organic semiconductors, especially flavantron, perinone, Alq3, perinone, tetracene, quinacridone, pentacene, phthalocyanine, polythiophene, PTCDA, MePTCDI, acridone and / or indanthrone.

本発明は、換言すれば、直接接合のための方法、特に一部に限定された直接接合のための方法に関する。ここで、本発明が基礎とする思想は、好適には、基板の(特に接触側に配置されている)少なくとも1つの表面又は表面の部分領域を、接合プロセス乃至仮固定の前に非晶質化するということである。非晶質化は、好適には、所定の堆積パラメータを使用して基板表面に非晶質に昇華又は凝縮する材料を堆積させることによって行われるのではなく、特に基板表面において非晶質層を変化、変成及び/又は相転移させることによって行われる。このことは、特に、粒子衝撃、特にイオン衝撃、特に好適には低エネルギでのイオン衝撃によって運動エネルギがもたらされることによって行われる。 In other words, the present invention relates to a method for direct bonding, particularly a method for limited direct bonding. Here, the idea on which the present invention is based is preferably that at least one surface or partial region of the surface (particularly located on the contact side) of the substrate is amorphous prior to the joining process or temporary fixation. It means to become. Amorphization is preferably performed by depositing a material that sublimates or condenses amorphous on the substrate surface using predetermined deposition parameters, but rather by forming an amorphous layer, especially on the substrate surface. It is done by changing, sublimating and / or making a phase transition. This is done by providing kinetic energy, in particular, by particle impacts, especially ion impacts, particularly preferably low energy ion impacts.

形成された非晶質層の少なくとも部分的に非晶質の組織とは、特に、少なくとも非晶質相と結晶質相とから成る相の混合形であると解される。 The at least partially amorphous structure of the formed amorphous layer is understood to be, in particular, a mixed form of a phase consisting of at least an amorphous phase and a crystalline phase.

全体積に対する非晶質相の体積比率は、非晶質化度と称される。本発明によれば、非晶質化度は、特に10%よりも高く、とりわけ25%よりも高く、更に好適には50%よりも高く、特に好適には75%よりも高く、最も好適には99%よりも高い。 The volume ratio of the amorphous phase to the total volume is called the degree of amorphization. According to the present invention, the degree of amorphization is particularly preferably higher than 10%, particularly higher than 25%, more preferably higher than 50%, particularly preferably higher than 75%, and most preferably. Is higher than 99%.

非晶質化は、とりわけプロセスパラメータとして非晶質化中の温度、圧力、イオンエネルギ及び/又はイオン電流密度を選択することによって、特に、相互に接合すべき基板の表面近傍領域に限定される。特に、この場合、基板の材料は、本発明に従い非晶質化された層を除いて、少なくとも大部分が結晶質のままであり、とりわけ完全に結晶質のままである。本発明による第1の実施の形態においては、第1の基板の基板表面又は基板表面の一部だけが非晶質化される。基板表面において本発明に従い非晶質層が形成された直後の非晶質相の厚さdは、特に100nm未満、とりわけ50nm未満、更に好適には10nm未満、特に好適には5nm未満、最も好適には2nm未満である。 Amorphization is particularly limited to near-surface regions of the substrates to be bonded together, especially by selecting the temperature, pressure, ionic energy and / or ionic current density during amorphization as process parameters. .. In particular, in this case, the substrate material remains at least mostly crystalline, especially completely crystalline, except for layers that have been amorphized according to the present invention. In the first embodiment according to the present invention, only the substrate surface of the first substrate or a part of the substrate surface is amorphized. The thickness d of the amorphous phase immediately after the amorphous layer is formed on the substrate surface according to the present invention is particularly preferably less than 100 nm, particularly less than 50 nm, more preferably less than 10 nm, particularly preferably less than 5 nm. Is less than 2 nm.

本発明による1つの発展形態によれば、第1の基板の基板表面及び第2の基板の基板表面が非晶質化されるか、又は、基板表面の部分領域が非晶質化される。本発明による1つの特別な実施の形態においては、同一のプロセスパラメータを用いて同一の非晶質層を形成するために、2つの基板表面の非晶質化が、同一の設備において、特に同時に行われる。形成された非晶質層において、とりわけ第1の基板の第1の非晶質層の厚さd1と第2の基板の第2の非晶質層の厚さd2とは等しい。2つの非晶質層の、特に同時に形成された2つの非晶質層の厚さの比率d1/d2は、0.6<d1/d2<1.4、とりわけ0.7<d1/d2<1.3、更に好適には0.8<d1/d2<1.2、特に好適には0.9<d1/d2<1.1、最も好適には0.99<d1/d2<1.01である。 According to one development according to the present invention, the substrate surface of the first substrate and the substrate surface of the second substrate are amorphized, or a partial region of the substrate surface is amorphized. In one particular embodiment according to the invention, in order to form the same amorphous layer using the same process parameters, the amorphization of the two substrate surfaces can be done in the same equipment, especially at the same time. Will be done. In the formed amorphous layer, the thickness d1 of the first amorphous layer of the first substrate and the thickness d2 of the second amorphous layer of the second substrate are equal to each other. The ratio of the thicknesses of the two amorphous layers, especially the two amorphous layers formed at the same time, d1 / d2 is 0.6 <d1 / d2 <1.4, especially 0.7 <d1 / d2 <. 1.3, more preferably 0.8 <d1 / d2 <1.2, particularly preferably 0.9 <d1 / d2 <1.1, most preferably 0.99 <d1 / d2 <1. It is 01.

基板表面又は基板表面の本発明に従い処理された部分領域は、非晶質化の前、非晶質化の間及び非晶質化の後に、僅かではあるが、しかしながら特に無視できない粗さを有している。1つの好適な実施の形態においては、基板表面の粗さ又は基板表面の本発明に従い処理された部分領域の粗さは、非晶質化の間に低減され、また、非晶質化の後には最小値を有している。粗さは、算術平均粗さとして、二乗平均平方根粗さとして、又は、平均最大高さとして表される。算術平均粗さ、二乗平均平方根粗さ及び平均最大高さに関して求められた値は、同一の測定区間又は測定面積に関して一般的に異なるが、しかしながら同一のオーダ範囲にある。表面粗さの測定は、(当業者には公知である)測定装置のうちの1つを用いて、特にプロフィロメータ及び/又は原子間力顕微鏡(AFM)を用いて行われる。この場合、測定面積は、特に2μm×2μmである。従って、粗さに関する以下の数値の範囲は、算術平均粗さに関する値、二乗平均平方根粗さに関する値又は平均最大高さに関する値のいずれかであると解することができる。非晶質化が行われる前の基板表面の粗さ又は基板表面の本発明に従い処理された部分領域の粗さは、本発明によれば、特に20nm未満、とりわけ10nm未満、更に好適には8nm未満、特に好適には4nm未満、最も好適には1nm未満である。非晶質化が行われた後の基板表面の粗さ又は基板表面の本発明に従い処理された部分領域の粗さは、特に10nm未満、とりわけ8nm未満、更に好適には6nm未満、特に好適には4nm未満、最も好適には1nm未満である。 Substrate surfaces or partial regions of the substrate surface treated according to the present invention have a slight but not particularly negligible roughness before, during and after amorphization. doing. In one preferred embodiment, the roughness of the substrate surface or the roughness of the surface of the substrate treated in accordance with the present invention is reduced during amorphization and after amorphization. Has a minimum value. Roughness is expressed as arithmetic mean roughness, root mean square roughness, or average maximum height. The values obtained for the arithmetic mean roughness, the root mean square roughness and the average maximum height are generally different for the same measurement interval or measurement area, but in the same order range. Surface roughness measurements are made using one of the measuring devices (known to those of skill in the art), especially using a profiler and / or an atomic force microscope (AFM). In this case, the measurement area is particularly 2 μm × 2 μm. Therefore, it can be understood that the range of the following numerical values regarding the roughness is either a value regarding the arithmetic mean roughness, a value regarding the root mean square roughness, or a value regarding the average maximum height. According to the present invention, the roughness of the substrate surface before amorphization or the roughness of the partial region of the substrate surface treated according to the present invention is particularly less than 20 nm, particularly less than 10 nm, and more preferably 8 nm. Less than, particularly preferably less than 4 nm, most preferably less than 1 nm. The roughness of the substrate surface after the amorphization or the roughness of the partial region of the substrate surface treated according to the present invention is particularly preferably less than 10 nm, particularly less than 8 nm, more preferably less than 6 nm, particularly preferably. Is less than 4 nm, most preferably less than 1 nm.

基板の全体の表面積Fに対する清浄化された及び/又は非晶質化された表面積fの比率は、清浄度rと称される。清浄度は、本発明による接合プロセスの前は、特に0よりも大きく、とりわけ0.001よりも大きく、更に好適には0.01よりも大きく、特に好適には0.1よりも大きく、最も好適には1である。清浄度rは、特に、全体の表面の面積Fに対するタッキングされた部分領域の面積f’の比率にも相当する。 The ratio of the cleaned and / or amorphized surface area f to the total surface area F of the substrate is referred to as cleanliness r. The cleanliness was particularly greater than 0, especially greater than 0.001, more preferably greater than 0.01, particularly preferably greater than 0.1, and most preferably prior to the joining process according to the invention. It is preferably 1. The cleanliness r also corresponds, in particular, to the ratio of the area f'of the tacked partial region to the area F of the entire surface.

清浄化及び/又は非晶質化は、好適には事前処理モジュールにおいて、とりわけ真空チャンバとして形成されている事前処理モジュールにおいて行われる。真空チャンバを、特に、1bar未満、とりわけ1mbar未満、更に好適には10-3mbar未満、特に好適には10-5mbar未満、最も好適には10-8mbar未満にまで真空化することができる。真空チャンバは、特に非晶質化のためにイオンを使用する前に、とりわけ上述の圧力まで真空化され、更に好適には完全に真空化される。特に、基板表面において新たな酸化が起こり得ない程度に、プロセスチャンバ内の酸素の割合は大きく低減され、また特に湿気の割合(水含有量)も大きく低減される。 Cleaning and / or amorphization is preferably performed in the pretreatment module, especially in the pretreatment module formed as a vacuum chamber. The vacuum chamber can be evacuated, in particular, to less than 1 bar, especially less than 1 mbar, more preferably less than 10 -3 mbar, particularly preferably less than 10 -5 mbar, most preferably less than 10 -8 mbar. .. The vacuum chamber is evacuated, especially to the pressures mentioned above, and more preferably completely evacuated before using the ions, especially for amorphization. In particular, the proportion of oxygen in the process chamber is greatly reduced to the extent that no new oxidation can occur on the surface of the substrate, and in particular, the proportion of moisture (water content) is also greatly reduced.

イオン化プロセスは、特に、PCT/EP2014/063303に記載されており、その限りにおいてこの刊行物を参照する。入射角度を正確に選定することによって、除去率を、従って表面粗さを制御することができる。特に入射角度は、所望の結果を得るために、非晶質化、不純物の除去、特に酸化物の除去及び表面平滑化が最大化されるように選定される。最大化とは、特に、不純物の、特に酸化物の完全な除去、表面の更なる平滑化、特に完全な平滑化(即ち、粗さ値の0までの低下)並びに最適に非晶質化された層であると解される。気体又は混合気体及びパラメータ、例えば粒子の運動エネルギ、イオン放射の入射角度、電流密度及び処理時間は、PCT/EP2014/063303に記載されている。 The ionization process is specifically described in PCT / EP2014 / 063303 and to that extent this publication is referenced. By accurately selecting the angle of incidence, the removal rate and thus the surface roughness can be controlled. In particular, the angle of incidence is selected to maximize amorphization, removal of impurities, especially removal of oxides and surface smoothing, in order to obtain the desired results. Maximization is, in particular, complete removal of impurities, especially oxides, further smoothing of the surface, especially complete smoothing (ie, reduction of roughness value to 0) and optimally amorphized. It is understood that it is a layer. Gas or mixed gas and parameters such as particle kinetic energy, ion emission angle of incidence, current density and processing time are described in PCT / EP2014 / 063303.

アライメント/位置調整及び仮固定/タッキング
2つの基板表面のうちの少なくとも一方の事前処理(非晶質化及び/又は清浄化)の後に、特に、2つの基板の相互のアライメントがアライメントモジュールにおいて行われる。とりわけ、位置調整設備乃至アライメント設備(英語:aligner)によるアライメントは、特に基板におけるアライメントマークに基づいて行われる。基板を載置する/接触させる瞬間は非常に重要である。何故ならば、アライメントエラーは積算される、及び/又は、もはや容易に修正することができないからである。これによって、非常に多くの欠陥商品が生じることになる。従って、本発明によれば、特に、100μm未満、特に10μm未満、とりわけ1μm未満、特に有利には100nm未満、特に好適には10nm未満の位置調整精度乃至オフセットを達成することが試みられる。
Alignment / Positioning and Temporary Fixing / Tacking After pretreatment (amorphization and / or cleaning) of at least one of the two substrate surfaces, a mutual alignment of the two substrates is performed in the alignment module, in particular. .. In particular, alignment by a position adjusting facility or an alignment facility (English: aligner) is performed particularly based on an alignment mark on a substrate. The moment when the substrate is placed / contacted is very important. This is because alignment errors are cumulative and / or can no longer be easily corrected. This will result in a large number of defective products. Therefore, according to the present invention, it is attempted to achieve a position adjustment accuracy or offset of less than 100 μm, particularly less than 10 μm, particularly less than 1 μm, particularly preferably less than 100 nm, and particularly preferably less than 10 nm.

タッキングは、特に、各基板のアライメントも行われる/行われた同一のモジュールにおいて、即ちアライメントモジュールにおいて行われる。1つの代替的な実施の形態においては、タッキングを別個の仮固定モジュールにおいて行うこともできる。タッキングは、仮固定ユニットを用いて実施され、この仮固定ユニットは、2つの基板を少なくとも局所的に相互に結合させることに適している。とりわけ、面全体又は好適には(1つ又は複数の)部分面に対して、仮固定のために所定の(僅かな)力及び/又はエネルギが加えられる。これによって、仮固定には十分な接合強度が得られる。好適には、仮固定によって基板間の完全な接合強度は達成されない。接合強度は、好適には、基板が搬送中は固定されるように調整される。 Tacking is performed, in particular, in the same module in which each substrate is also aligned / performed, i.e. in the alignment module. In one alternative embodiment, tacking can also be done in a separate temporary fixing module. Tacking is performed using a temporary fixing unit, which is suitable for at least locally coupling the two substrates to each other. In particular, a predetermined (slight) force and / or energy is applied to the entire surface or preferably to the (s) partial surfaces for temporary fixation. As a result, sufficient bonding strength can be obtained for temporary fixing. Preferably, temporary fixing does not achieve perfect bonding strength between the substrates. The bond strength is preferably adjusted so that the substrate is fixed during transport.

第1の実施の形態によれば、一方の基板の部分面のみが、他方の基板と接触される。このことは、特に、基板を仮固定するための部分面における自発的な接合のための等量の圧力を達成するために、局所的に力が加えられることによって行われる。自発的な接合は、表面タイプ(材料、粗さ等)及び表面事前処理(研磨、化学的な清浄化等)に依存する。接合波が外部の作用(例えば圧力)を受けることなく、即ち自然に伝播する場合、接合は自発的と称される。従って、全面にわたり接合を行うために必要となる、不利な高い接触力又は温度を使用することなく、アライメントが所定のアライメント精度で確定される。 According to the first embodiment, only a partial surface of one substrate is in contact with the other substrate. This is done, in particular, by applying a local force to achieve an equal amount of pressure for spontaneous bonding on the partial surface for temporary fixing of the substrate. Spontaneous bonding depends on the surface type (material, roughness, etc.) and surface pretreatment (polishing, chemical cleaning, etc.). A junction is said to be spontaneous if the junction wave propagates naturally, without any external action (eg, pressure). Therefore, the alignment is determined with a predetermined alignment accuracy without using the unfavorably high contact force or temperature required to perform the joining over the entire surface.

第2の実施の形態においては、全面にわたるタッキングが行われ、また、全体の基板面に関して更に低い接合力によって、相応の接合が実現される。接合強度は、特に、搬送中に基板を固定するには十分である。基本的に、接合強度は、粗さ、非晶質化度及び非晶質層の厚さ並びに加えられる力から成る関数であることが重要である。 In the second embodiment, tacking is performed over the entire surface, and a corresponding bonding is realized by a lower bonding force with respect to the entire substrate surface. The bond strength is sufficient, in particular, to secure the substrate during transport. Basically, it is important that the bond strength is a function of roughness, degree of amorphization and thickness of the amorphous layer and the force applied.

本発明による1つの実施の形態においては、仮固定ユニットは、熱を局所的に、特にパルス状に接触面に加えることができる装置である。熱を形成するために、特に、電場、磁場又は電磁放射、とりわけレーザを利用することができる。 In one embodiment of the invention, the temporary fixation unit is a device that can apply heat locally, especially in a pulsed manner, to the contact surface. In particular, electric or magnetic fields or electromagnetic radiation, especially lasers, can be used to form the heat.

本発明の発展形態においては、仮固定ユニットが電極として形成されている。電極は、相互に結合されている2つの基板を介して、対向電極に、特に相応の試料ホルダのプレート又はその一部に容量結合される。電極は、とりわけ、電場の強さを高めるために、可能な限り鋭く伸びる電極先端を有している。電場の強さは、特に、0.01V/mよりも大きく、とりわけ1V/mよりも大きく、更に好適には100V/mよりも大きく、特に好適には10,000V/mよりも大きく、最も好適には1MV/mよりも大きい。1つの極めて好適な実施の形態においては、電極に交流電圧が印加される。交流電圧の周波数は、特に10Hzよりも高く、とりわけ1,000Hzよりも高く、更に好適には100,000Hzよりも高く、特に好適には10MHzよりも高い。基板が誘電性の材料から形成されており、特に主として誘電性の材料から形成されており、それらの材料が直流電圧の電流の流れに対するバリアとなる場合、交流電圧は、特に本発明による点状のタッキングに適している。交流電圧を本発明に従い使用することによって、少なくとも部分的に存在する金属製の層においては、いわゆる「表皮効果」による加熱が行われる。 In the developed form of the present invention, the temporary fixing unit is formed as an electrode. The electrodes are capacitively coupled to the counter electrode, especially to the plate of the corresponding sample holder or part thereof, via two substrates that are coupled to each other. The electrodes have electrode tips that extend as sharply as possible, among other things, to increase the strength of the electric field. The strength of the electric field is particularly greater than 0.01 V / m, particularly greater than 1 V / m, more preferably greater than 100 V / m, particularly preferably greater than 10,000 V / m, and most. It is preferably larger than 1 MV / m. In one highly preferred embodiment, an AC voltage is applied to the electrodes. The frequency of the AC voltage is particularly higher than 10 Hz, especially higher than 1,000 Hz, more preferably higher than 100,000 Hz, and particularly preferably higher than 10 MHz. The AC voltage is particularly pointed according to the present invention when the substrate is formed of a dielectric material, especially primarily of a dielectric material, which acts as a barrier to the current flow of DC voltage. Suitable for tacking. By using an AC voltage in accordance with the present invention, heating by the so-called "skin effect" is performed, at least in the partially present metal layer.

1つの代替的な発展形態においては、仮固定ユニットが電磁放射を形成するための設備として、とりわけレーザとして形成されている。レーザは、特に、基板積層体における少なくとも1種の材料を最適に加熱する波長を有している。波長は、とりわけ1nmから1mmまでの間、更に好適には200nmから1mmまでの間、更に好適には400nmから1mmまでの間、特に好適には600nmから1mmまでの間、最も好適には800nmから1mmまでの間の範囲にある。従ってレーザは、とりわけ赤外線レーザである。レーザビームの直径は、特に10mm未満、とりわけ5mm未満、更に好適には2mm未満、特に好適には1mm未満、最も好適には0.5mm未満である。レーザ出力は、特に10Wよりも高く、とりわけ100Wよりも高く、更に好適には1,000Wよりも高く、特に好適には0.01MWよりも高い。 In one alternative evolution, the temporary fixing unit is formed as equipment for forming electromagnetic radiation, especially as a laser. The laser has, in particular, a wavelength that optimally heats at least one material in the substrate laminate. Wavelengths range from 1 nm to 1 mm, more preferably from 200 nm to 1 mm, more preferably from 400 nm to 1 mm, particularly preferably from 600 nm to 1 mm, most preferably from 800 nm. It is in the range up to 1 mm. Therefore, the laser is, among other things, an infrared laser. The diameter of the laser beam is particularly less than 10 mm, especially less than 5 mm, more preferably less than 2 mm, particularly preferably less than 1 mm, and most preferably less than 0.5 mm. The laser output is particularly higher than 10 W, especially higher than 100 W, more preferably higher than 1,000 W, and particularly preferably higher than 0.01 MW.

1つの別の代替的な実施の形態においては、仮固定ユニットが、マイクロ波源、特にアンプリトロン、マグネトロン、スタビロトロン(Stabilotron)、カルズノトロン(Carznotron)又はクライストロンを有している。マイクロ波源のマイクロ波は、光学素子によって、特に導波体によって、更に好適には中空導波体によって、基板のタッキングすべき個所へと誘導され、特に集束され、とりわけこのことは、基板のタッキングすべきでない個所にマイクロ波が加えられることなく行われる。マイクロ波源の使用は、基板表面が残留湿気によって、特に単原子の層の水で濡らされている場合には、特に好適である。マイクロ波が所期のように一部に限定されて照射されることによって、基板表面が水によって強く加熱され、その結果、基板表面の、特にケイ素表面及び/又は二酸化ケイ素表面の、酸素ブリッジによる永続的な結合が確立される。導波体によって、特に中空導波体によって集束されたマイクロ波ビームの直径は、特に10mm未満、とりわけ5mm未満、更に好適には2mm未満、特に好適には1mm未満、最も好適には0.5mm未満である。マイクロ波源の出力は、とりわけ10Wよりも高く、とりわけ100Wよりも高く、更に好適には1,000Wよりも高く、特に好適には0.01MWよりも高い。 In one other alternative embodiment, the temporary fixation unit has a microwave source, in particular an amplitron, magnetron, Stabilotron, Carznotron or klystron. The microwaves of the microwave source are guided and particularly focused by the optics, especially by the waveguide, and more preferably by the hollow waveguide, where the substrate should be tacked, especially this is the tacking of the substrate. It is done without microwaves being applied where it should not be. The use of a microwave source is particularly suitable when the substrate surface is wetted by residual moisture, especially with a monoatomic layer of water. The surface of the substrate is strongly heated by water due to the intended limited irradiation of the microwaves, resulting in oxygen bridges on the surface of the substrate, especially the silicon and / or silicon dioxide surfaces. A permanent bond is established. The diameter of the microwave beam focused by the waveguide, especially by the hollow waveguide, is particularly less than 10 mm, especially less than 5 mm, more preferably less than 2 mm, particularly preferably less than 1 mm, most preferably 0.5 mm. Is less than. The output of the microwave source is particularly higher than 10 W, especially higher than 100 W, more preferably higher than 1,000 W, and particularly preferably higher than 0.01 MW.

本発明による1つの別の実施の形態においては、仮固定ユニットが、基板に1つ又は複数の局所的な面荷重を加えるように形成されている押圧装置として構成されている。面荷重は、特に、押圧ラムによって加えられる。基板の接合側とは反対に位置する押圧側における押圧ラムの押圧面積は、特に0.5mm2から1,000mm2までの間、とりわけ0.5mm2から500mm2までの間、更に好適には1mm2から100mm2までの間、特に好適には4mm2から100mm2までの間の範囲にある。押圧ラムを用いて伝達される/伝達可能な圧力は、特に0.1N/cm2から1,000N/cm2までの間、とりわけ1N/cm2から600N/cm2までの間、更に好適には1N/cm2から400N/cm2までの間である。制御は、押圧ラムが基板に加える圧力又は力によって行われる。仮固定のための部分面の大きさは、仮固定のための規定された又は所定の接合強度に依存する。これは特に、200mmシリコンウェハの場合、0.1J/m2よりも大きく、とりわけ0.2J/m2よりも大きく、更に好適には0.5J/m2よりも大きく、特に好適には1J/m2よりも大きく、最も好適には1.5J/m2よりも大きい。 In one other embodiment of the invention, the temporary fixing unit is configured as a pressing device formed to apply one or more local surface loads to the substrate. The surface load is applied, in particular, by the pressing ram. The pressing area of the pressing ram on the pressing side, which is located opposite to the bonding side of the substrate, is particularly preferably between 0.5 mm 2 and 1,000 mm 2 , especially between 0.5 mm 2 and 500 mm 2. It ranges from 1 mm 2 to 100 mm 2 , and more preferably from 4 mm 2 to 100 mm 2 . The / transmissible pressure transfer using the press ram, in particular between from 0.1 N / cm 2 to 1,000 N / cm 2, especially between the 1N / cm 2 to 600N / cm 2, further preferably Is between 1 N / cm 2 and 400 N / cm 2 . The control is performed by the pressure or force applied by the pressing ram to the substrate. The size of the partial surface for temporary fixing depends on the specified or predetermined joint strength for temporary fixing. This is particularly the case for 200mm silicon wafer, greater than 0.1 J / m 2, especially greater than 0.2 J / m 2, further preferably greater than 0.5 J / m 2, particularly preferably 1J Greater than / m 2 and most preferably greater than 1.5 J / m 2 .

とりわけ、2つの基板ホルダのうちの一方は、切欠又はノッチを有しており、これによって、押圧ラムは直接的に基板に作用することができる。このプロセスは、1つの押圧ラムによって、とりわけ基板の中央において実施されるか、又は択一的に複数の押圧ラムによって実施される。(1つ又は複数の)押圧ラムによって作用が及ぼされる部分面においては共有結合が生じ、この共有結合は、最終的に全面にわたり圧力を掛けるため、また基板ペアを必要に応じて加熱するために、タッキングされた基板ペアを接合チャンバに搬送するには十分な強さである。従って、アライメントユニットを、従来技術に比べて低い仮固定合力に合わせて設計することができる。(最大限必要とされる)接合強度を達成するために必要になる力は、特に、表面の品質、非晶質層の厚さ、非晶質化度、表面粗さ、表面の清浄性及び/又は基板の材料又は材料組み合わせに依存する。 In particular, one of the two substrate holders has a notch or notch, which allows the pressing ram to act directly on the substrate. This process is carried out by one pressing ram, particularly in the center of the substrate, or optionally by multiple pressing rams. Covalent bonds occur on the partial surfaces affected by the (s) pressing rams, which eventually apply pressure over the entire surface and to heat the substrate pair as needed. It is strong enough to transport the tacked substrate pair to the junction chamber. Therefore, the alignment unit can be designed for a temporary fixing resultant force lower than that of the prior art. The forces required to achieve the (maximum required) bonding strength are, in particular, surface quality, amorphous layer thickness, degree of amorphization, surface roughness, surface cleanliness and / Or depends on the material or material combination of the substrate.

2つの押圧ラムが使用される場合、それらの押圧ラムは、特に相互に180°の角度で配置されている。1つの別の実施例においては、一方の押圧ラムは中央に位置決めされ、他方の押圧ラムは平均半径又は外半径に位置決めされる。3つの押圧ラムが使用される場合、それら3つの押圧ラムは、とりわけ、正三角形に(相互に120°の角度で)配置されている。4つの押圧ラムが使用される場合、それら4つの押圧ラムは、相互に90°の角度で位置決めされている。少なくとも2つの押圧ラムが使用される場合、それら2つの押圧ラムは好適には対称的に配置されている。少なくとも2つの押圧ラムが対称的に配置される場合、それらの押圧ラムに加えて、更に中央に1つの押圧ラムを使用することができる。とりわけ、押圧ラムは基板上に均等に分散されて配置されている。 When two pressing rams are used, the pressing rams are arranged at an angle of 180 ° to each other in particular. In one other embodiment, one pressing ram is centered and the other pressing ram is positioned at the average radius or the outer radius. When three pressing rams are used, they are arranged, among other things, in an equilateral triangle (at an angle of 120 ° to each other). When four pressing rams are used, the four pressing rams are positioned at an angle of 90 ° to each other. When at least two pressing rams are used, the two pressing rams are preferably arranged symmetrically. If at least two pressing rams are arranged symmetrically, one additional pressing ram may be used in the center in addition to those pressing rams. In particular, the pressing rams are evenly distributed and arranged on the substrate.

複数の押圧ラムが使用される場合、基板ホルダに対する負荷を最小限にするために、それらの押圧ラムは連続的に個別に、又はグループで力を加えることができる。 When multiple pressing rams are used, the pressing rams can be continuously applied individually or in groups to minimize the load on the substrate holder.

本発明による1つの実施の形態においては、仮固定モジュールが基板積層体の表面に、特に製品基板の表面に、特に機械的に圧力を掛けることに適している仮固定ユニットを1つだけ有している。本発明によれば、仮固定ユニットは、点荷重ユニットであってよい。点荷重ユニットは、有利には、ピン状に構成されている。ピンの先端は、種々の形状を有することができる。つまり、鋭く伸びる形状、丸められた形状、特に球形の形状又は矩形の形状も考えられる。タッキングは、部分面における自発的な接合のための等量の圧力を達成するため、またそれによって基板を仮固定乃至タッキングするために、局所的に加えられる力を利用する。 In one embodiment according to the invention, the temporary fixing module has only one temporary fixing unit suitable for mechanically applying pressure to the surface of the substrate laminate, especially to the surface of the product substrate. ing. According to the present invention, the temporary fixing unit may be a point load unit. The point load unit is advantageously configured in a pin shape. The tip of the pin can have various shapes. That is, a sharply extending shape, a rounded shape, particularly a spherical shape or a rectangular shape is also conceivable. Tacking utilizes locally applied forces to achieve an equal amount of pressure for spontaneous bonding on the partial surface, thereby temporarily fixing or tacking the substrate.

本発明の発展形態においては、仮固定ユニットは付加的に加熱可能である。仮固定ユニットの温度を、特に5℃よりも良好な、とりわけ2℃よりも良好な、更に好適には1℃よりも良好な、特に好適には0.1℃よりも良好な、最も好適には0.01℃よりも良好な精度で調整することができる。仮固定ユニットの制御可能な温度範囲は、特に室温から700℃までの間、とりわけ室温から300℃までの間、更に好適には室温から120℃までの間、特に好適には18℃から30℃までの間、最も好適には室温である。熱が加えられることによって、特に(局所に限定された)加熱が行われる。 In the developed form of the present invention, the temporary fixing unit can be additionally heated. Most preferably, the temperature of the temporary fixing unit is better than 5 ° C, especially better than 2 ° C, more preferably better than 1 ° C, particularly preferably better than 0.1 ° C. Can be adjusted with an accuracy better than 0.01 ° C. The controllable temperature range of the temporary fixing unit is particularly between room temperature and 700 ° C., especially between room temperature and 300 ° C., more preferably between room temperature and 120 ° C., particularly preferably between 18 ° C. and 30 ° C. Most preferably at room temperature. The application of heat results in particularly (locally limited) heating.

本発明による1つの別の実施の形態においては、点荷重ユニットが、レーザを、特に可能な限り正確に集束可能なレーザを有している。コヒーレントなレーザ光は、光学系によって、とりわけ、製品基板と支持体基板との間に位置している、即ち結合層に位置している焦点に集束される。これによって、可能な限り一部に限定された、集中的且つ高速な、結合層の加熱が行われる。好適には、レーザはパルス制御され、特に連続的なオン・オフによって、とりわけ高周波でのオン・オフによってパルス制御される。その種のパルス制御によって、周辺部の加熱が極めて十分に回避される。レーザは、特に、赤外線レーザ、可視光用のレーザ又はUV光用のレーザである。 In one other embodiment according to the invention, the point load unit has a laser capable of focusing the laser, especially as accurately as possible. The coherent laser light is focused by the optics, among other things, on the focal point located between the product substrate and the support substrate, i.e., located in the coupling layer. This results in intensive and fast heating of the binding layer, as limited as possible. Preferably, the laser is pulse controlled, especially by continuous on / off, especially by on / off at high frequencies. With such pulse control, heating of the peripheral part is extremely sufficiently avoided. The laser is, in particular, an infrared laser, a laser for visible light or a laser for UV light.

1つの特に好適な実施の形態においては、仮固定ユニットに、加熱ユニット及び/又は押圧ユニット及び/又はレーザユニットが統合され、その結果、熱的な要求及び/又は機械的な要求及び/又は光化学的な要求が同時に実現される。本発明の1つの好適な実施の形態によれば、仮固定ユニットは、いずれの実施の形態においても、少なくともZ軸に沿って可動である。 In one particularly preferred embodiment, the temporary fixing unit is integrated with a heating unit and / or a pressing unit and / or a laser unit, resulting in thermal and / or mechanical requirements and / or photochemistry. Requests are realized at the same time. According to one preferred embodiment of the invention, the temporary fixing unit is movable at least along the Z axis in any of the embodiments.

本発明による1つの別の実施の形態によれば、全面にわたりタッキングを行うこと、またより小さい力によって、しかしながら全体の基板面に関する力によって相応の接合を実現することも考えられる。この実施の形態においては、仮固定ユニットは、とりわけ面荷重を全面にわたり1つの押圧プレートでもって加えることができる押圧装置である。形成される仮接合は、特に、0.01J/m2から5J/m2までの間の、有利には0.1J/m2よりも大きい、好適には0.2J/m2よりも大きい、更に好適には0.5J/m2よりも大きい、特に好適には1J/m2よりも大きい、特に有利には1.5J/m2よりも大きい結合安定性を特徴としている。 According to another embodiment of the present invention, it is also conceivable to tack over the entire surface and to achieve a reasonable bond by a smaller force, but by a force on the entire substrate surface. In this embodiment, the temporary fixing unit is, among other things, a pressing device capable of applying a surface load over the entire surface with one pressing plate. Provisional junctions formed is greater in particular, of between 0.01 J / m 2 to 5 J / m 2, preferably greater than 0.1 J / m 2, preferably than 0.2 J / m 2 , and further preferably greater than 0.5 J / m 2, particularly preferably greater than 1 J / m 2, particularly preferably being greater binding stability than 1.5 J / m 2.

好適には、本発明は、共有結合のための事前処理を実現する、研磨された基板表面に適用される。この研磨された基板表面は、典型的には、AFMを用いて2×2μm2の面積において測定された、20nm未満の平均粗さ値Ra、好適には10nm未満の平均粗さ値Ra、更に好適には2nm未満の平均粗さ値Ra、特に好適には1nm未満の平均粗さ値Raを有している基板表面である。平均粗さ値乃至算術平均粗さ値Raは、技術的表面の粗さを表す。この測定値を求めるために、所定の測定区間において表面が走査され、粗い表面の高さの差及び深さの差が全て記録される。測定区間におけるこの粗さ経過の特定の積分が算出された後に、続けて、その結果が測定区間の長さで除算される。 Preferably, the present invention is applied to a polished substrate surface that provides pretreatment for covalent bonding. The polished substrate surface typically has an average roughness Ra of less than 20 nm, preferably an average roughness Ra of less than 10 nm, measured in an area of 2 × 2 μm 2 using an AFM, and further. The surface of the substrate preferably has an average roughness value Ra of less than 2 nm, and particularly preferably has an average roughness value Ra of less than 1 nm. The average roughness value to the arithmetic average roughness value Ra represents the technical surface roughness. In order to obtain this measured value, the surface is scanned in a predetermined measurement section, and all the differences in height and depth of the rough surface are recorded. After a particular integral of this roughness course in the measurement interval has been calculated, the result is subsequently divided by the length of the measurement interval.

特に、基板表面の微小粗さが克服され、また対向する基板の表面分子が、可能な限り多くの割合で、結合エネルギを形成するように、局所的な力が加えられる。特に、アルミニウム、銅のような金属、酸化物、半導体材料及びガラスから成る研磨された基板表面は、局所的な力が加えられることによる仮固定に適している。特にガラスフリット接合又は共晶接合のような多くの種類の接合にとって、又は研磨されていない金属表面又ははんだ結合部の場合、開示した範囲の力でもって一部の面に自発的な結合を形成するためには、表面品質は十分ではない。これらの場合、好適には、アライメント及び接触後に、基板積層体の機械的な締め付けが付加的に行われる。このことは、特に、PCT/EP2013/056620に記載されている締め付けによって実現される。 In particular, local forces are applied so that the microroughness of the substrate surface is overcome and the surface molecules of the opposing substrates form binding energies in as much proportion as possible. In particular, a polished substrate surface made of a metal such as aluminum or copper, an oxide, a semiconductor material and glass is suitable for temporary fixing by applying a local force. For many types of joints, especially glass frit or eutectic joints, or for unpolished metal surfaces or solder joints, spontaneous bonds are formed on some surfaces with a force within the disclosed range. The surface quality is not sufficient to do so. In these cases, preferably, after alignment and contact, additional mechanical tightening of the substrate laminate is performed. This is achieved, in particular, by the tightening described in PCT / EP2013 / 056620.

本発明の特に独立した態様として、特に基板が自発的に接合される構造を備えている場合には、研磨された基板表面を使用しないこと、及び/又は、事前処理を省略することも考えられる。このことは、特に、基板が面ファスナに類似する表面構造を有している場合である。接触によって、表面構造の弾性的な変形、更には可塑性の変形が生じ、また、微視的な次元では基板表面の形状結合がもたらされる。後続の接合ステップにおいては、仮固定を面全体に拡張することができ、また、全面にわたり大きい力及び高い温度を使用することによって強固にすることができる。 As a particularly independent aspect of the present invention, it is conceivable not to use the polished substrate surface and / or omit the pretreatment, especially when the substrates are provided with a spontaneously bonded structure. .. This is especially the case when the substrate has a surface structure similar to a hook-and-loop fastener. Contact causes elastic deformation of the surface structure as well as plastic deformation, and in the microscopic dimension, results in shape bonding of the substrate surface. In subsequent joining steps, the temporary fixation can be extended over the entire surface and can be strengthened by using large forces and high temperatures over the entire surface.

接合
接合は、特に別個の接合チャンバにおいて行われ、この際、接合チャンバは、とりわけクラスタ設備に組み込まれて、事前処理のための、特に非晶質化のためのプロセスチャンバに接続されており、更に好適には、真空化が常に維持された状態で、プロセスチャンバから接合チャンバへと移送可能である。
Joining Joining is performed specifically in a separate joining chamber, where the joining chamber is specifically incorporated into the cluster equipment and connected to a process chamber for pretreatment, especially for amorphization. More preferably, it can be transferred from the process chamber to the junction chamber while the vacuum is always maintained.

本発明による1つの別のステップにおいては、永続的な接合を形成するために、仮固定/タッキングされた基板積層体の接合プロセスが行われる。接合プロセスは、特に、力及び/又は温度作用からなる。本発明による接合温度は、特に1,100℃未満、とりわけ400℃未満、更に好適には200℃未満、特に好適には18℃から200℃までの間、最も好適には室温である。この場合、接合力は、特に0.5kNから500kNまでの間、有利には0.5kNから250kNまでの間、より有利には0.5kNから200kNまでの間、特に好適には1kNから100kNまでの間である。相応の圧力範囲は、本発明による接合力を基板の面積について標準化することによって得られる。全面にわたる接合のために得ようとされる接合強度は、有利には1J/m2よりも大きく、好適には1.5J/m2よりも大きく、更に有利には2J/m2よりも大きい。基板は、任意の形状を有することができる。特に、基板は円形であり、また、工業基準に即して直径によって特徴付けられている。基板については、特にいわゆるウェハについては、とりわけ業界標準の直径、1ツォル、2ツォル、3ツォル、4ツォル、5ツォル、6ツォル、8ツォル、12ツォル及び18ツォルである。しかしながら基本的には、本発明による方法でもって、各基板を、特に半導体基板を、その直径に依存せずに処理することができる。 In one other step according to the invention, a temporarily fixed / tacked substrate laminate joining process is performed to form a permanent bond. The joining process consists, in particular, of force and / or temperature action. The bonding temperature according to the present invention is particularly less than 1,100 ° C., particularly less than 400 ° C., more preferably less than 200 ° C., particularly preferably between 18 ° C. and 200 ° C., most preferably room temperature. In this case, the bonding force is particularly between 0.5 kN and 500 kN, preferably between 0.5 kN and 250 kN, more preferably between 0.5 kN and 200 kN, particularly preferably between 1 kN and 100 kN. Between. A reasonable pressure range is obtained by standardizing the bonding forces according to the invention with respect to the area of the substrate. Bonding strength is sought for the bonding over the entire surface is preferably greater than 1 J / m 2, preferably greater than 1.5 J / m 2, greater than 2J / m 2 and more preferably .. The substrate can have any shape. In particular, the substrate is circular and is characterized by diameter according to industrial standards. For substrates, especially for so-called wafers, the industry standard diameters are 1 sol, 2 sol, 3 sol, 4 sol, 5 sol, 6 sol, 8 sol, 12 sol and 18 sol. However, basically, by the method according to the present invention, each substrate, particularly a semiconductor substrate, can be processed independently of its diameter.

本発明によれば、仮接合によってまだ接触が行われていない限りにおいて、圧力が掛けられることによって、(基板表面の接触面に沿って形成された)境界面において、基板表面が相互に更に接近する。基板表面が相互に接近し続けることによって、キャビティは連続的に縮小し、最終的に閉じられる。本発明によれば、この際、非晶質化が重要な役割を担う。何故ならば、非晶質の状態によって、表面等方的な静電気的な引き付けが行われるからである。基板表面の相互に接触する非晶質層は、いずれも結晶性ではないので、結晶格子の継続的で適合された接触を考慮する必要もない。従って、非晶質層を有している2つの基板表面が接触すると、それによって新たなより大きい非晶質層が形成される。遷移は流動的に行われ、また本発明によれば、特に境界層が完全になくなることを特徴としている。 According to the present invention, the substrate surfaces are further approached to each other at the interface (formed along the contact surface of the substrate surface) by applying pressure, unless contact has yet been made by temporary bonding. To do. As the substrate surfaces continue to approach each other, the cavities shrink continuously and eventually close. According to the present invention, amorphization plays an important role in this case. This is because the amorphous state causes isotropic electrostatic attraction on the surface. Since none of the amorphous layers in contact with each other on the substrate surface are crystalline, there is no need to consider continuous and adapted contact of the crystal lattice. Therefore, when the surfaces of two substrates having an amorphous layer come into contact with each other, a new larger amorphous layer is formed. The transition is fluid and, according to the present invention, is particularly characterized by the complete elimination of the boundary layer.

特に接合プロセス直後の、接合が完了した基板積層体の全体の非晶質層の厚さは、特に100nm未満、とりわけ50nm未満、更に好適には10nm未満、特に好適には5nm未満、最も好適には2nm未満である。接合強度は、特に以下のパラメータ、即ち、
−非晶質層の厚さ、
−粗さ、
−境界層に存在する、不利に作用するイオンの数、及び、
−接合力、
の影響を受ける。
Especially immediately after the joining process, the thickness of the entire amorphous layer of the bonded substrate laminate is particularly less than 100 nm, particularly less than 50 nm, more preferably less than 10 nm, particularly preferably less than 5 nm, most preferably. Is less than 2 nm. The joint strength has the following parameters, that is,
− Amorphous layer thickness,
-Roughness,
-The number of adversely acting ions present in the boundary layer, and
− Bonding force,
Affected by.

接合強度は、非晶質層が厚くなるに連れ特に増大する。非晶質層が厚くなればなるほど、不規則に配列されている原子の数が多くなる。不規則に配列されている原子は、長距離秩序度及び/又は短距離秩序度の影響を受けず、また、上述のプロセスによって、特に圧力が掛けられることによる拡散及び/又は接近によって、境界層におけるキャビティに充填される。これによって、接触面積が大きくなり、従って接合強度も高まる。好適には、非晶質層の平均厚さは、平均粗さよりも大きく、従って、キャビティを閉じるために非晶質相の十分な原子が提供される。とりわけ、非常に低い粗さを有している基板表面が選択され、それによって基板表面は可能な限り小さいキャビティを有する。即ち、基板表面の粗さが低くなればなるほど、所望な接合結果を達成するために、非晶質層の厚さも一層薄くすることができる。本発明によれば、相応に厚い非晶質層は、相応に高いイオンエネルギによって達成され、この相応に高いイオンエネルギによって、イオンは基板内に可能な限り深く侵入することができる。 The bonding strength increases particularly as the amorphous layer becomes thicker. The thicker the amorphous layer, the greater the number of irregularly arranged atoms. Atoms that are irregularly arranged are unaffected by long-range order and / or short-range order, and are bounded by the processes described above, especially by diffusion and / or approach due to pressure. The cavity is filled in. This increases the contact area and thus the bonding strength. Preferably, the average thickness of the amorphous layer is greater than the average roughness, thus providing sufficient atoms in the amorphous phase to close the cavity. In particular, a substrate surface having a very low roughness is selected so that the substrate surface has as small a cavity as possible. That is, the lower the roughness of the substrate surface, the thinner the amorphous layer can be, in order to achieve the desired bonding result. According to the present invention, a reasonably thick amorphous layer is achieved with reasonably high ion energy, which allows ions to penetrate as deeply as possible into the substrate.

接合強度は、非晶質相の清浄性の関数でもある。堆積された全ての不所望な原子又はイオンは、特に不安定化をもたらす虞があり、特に接合安定性の低下をもたらす虞がある。従って、非晶質化に利用されるイオンは、特にそれらのイオンが非晶質化後に非晶質層に残る場合には、接合強度に悪影響を及ぼす虞がある。従って、相応に低いイオンエネルギの他に、可能な限り低い電流密度及び可能な限り短い処理時間を達成することも試みられる。電流密度に処理時間を掛けることによって、処理時間内に基板表面に衝突する単位面積当たりのイオンが求められる。この数を最小にするために、電流密度を低減することができる及び/又は処理時間を短縮することができる。基板表面に衝突する単位面積当たりのイオンの数が少なくなるほど、非晶質層内に注入されるイオンの数は少なくなる。とりわけ、非晶質化されるべき材料と結合することができず、且つ、欠陥として、特に点欠陥として存在する粒子は、接合強度に不利な作用を及ぼす。これには、とりわけ希ガス、更に分子ガスも挙げられる。特に本発明によれば、特に新たな相が形成されることによって、接合境界面の強化を担うイオンを含んでいる気体又は混合気体を使用することができる。1つの好適な可能性として、非晶質層を窒化する電離窒素の使用が挙げられる。 Bond strength is also a function of the cleanliness of the amorphous phase. All deposited unwanted atoms or ions can lead to destabilization in particular, and in particular to reduce junction stability. Therefore, the ions used for amorphization may adversely affect the bonding strength, especially when those ions remain in the amorphous layer after amorphization. Therefore, in addition to the reasonably low ion energy, it is also attempted to achieve the lowest possible current density and the shortest possible processing time. By multiplying the current density by the processing time, the ions per unit area that collide with the substrate surface within the processing time can be obtained. To minimize this number, the current density can be reduced and / or the processing time can be shortened. The smaller the number of ions per unit area that collides with the substrate surface, the smaller the number of ions injected into the amorphous layer. In particular, particles that cannot be bonded to the material to be amorphized and are present as defects, especially point defects, have a disadvantageous effect on the bonding strength. This includes, among other things, rare gases and even molecular gases. In particular, according to the present invention, it is possible to use a gas or a mixed gas containing ions that are responsible for strengthening the junction interface, especially by forming a new phase. One preferred possibility is the use of ionized nitrogen to nitrid the amorphous layer.

同様の考察は、非晶質層の材料と結合する、特に金属結合、共有結合又はイオン結合する、その他のあらゆる種類の元素についても当てはまる。電流密度を低減できるようにするために、特に既に最小の粗さを有している基板表面が好適である。基板表面が平滑になればなるほど、本発明によれば、粗さの低減のために必要とされるイオンの数は少なくなり、また、エネルギは低くなる。これによって、イオンエネルギ及び/又はイオン電流を低減することができ、従って単位面積当たりのイオンの数も低減することができ、これによって組み込まれるイオンの数もやはり少なくなり、その結果、欠陥の数も減り、最終的には接合安定性が高まる。 Similar considerations apply to all other types of elements that bind to the material of the amorphous layer, especially metal, covalent or ionic. In order to reduce the current density, a substrate surface that already has the minimum roughness is particularly suitable. The smoother the substrate surface, the lower the number of ions required to reduce the roughness and the lower the energy, according to the present invention. This can reduce the ion energy and / or ion current, and thus also the number of ions per unit area, which also reduces the number of ions incorporated, resulting in the number of defects. Will decrease, and eventually the bonding stability will increase.

接合強度は、接合力の関数である。何故ならば、接合力が高くなるほど、基板表面はより強く接近し、またそれによって、より良好な接触面が得られるからである。接合力が高くなるほど、基板表面は相互により一層接近しやすくなり、それと共に、局所的に変形した領域によってキャビティが閉じられる。 Bonding strength is a function of bonding force. This is because the higher the bonding force, the stronger the substrate surface approaches, and the better the contact surface is obtained. The higher the bonding force, the closer the substrate surfaces are to each other, and at the same time the cavity is closed by the locally deformed region.

特に非晶質化プロセスとは別個の熱処理は、特にボンダ(Bonder)における接合の間及び/又は接合の後に若しくは接合後に、外部の(特にクラスタに組み込まれた)熱処理モジュールにおいて行われる。熱処理モジュールは、ホットプレート、加熱塔、炉、特に連続炉又はその他のあらゆる種類の熱発生装置であってよい。熱処理は、特に500℃未満、とりわけ400℃未満、更に好適には300℃未満、特に好適には200℃未満、最も好適には100℃未満の温度で、しかしながら室温を上回る温度で行われる。熱処理の時間は、特に、熱処理後の本発明による非晶質の残留層の厚さが、50nm未満、とりわけ25nm未満、更に好適には15nm未満、特に好適には10nm未満、最も好適には5nm未満となるように選定される。 In particular, the heat treatment separate from the amorphization process is performed in an external (especially cluster-incorporated) heat treatment module, especially during and / or after or after bonding in a bonder. The heat treatment module can be a hot plate, a heating tower, a furnace, in particular a continuous furnace or any other type of heat generator. The heat treatment is carried out at a temperature of particularly below 500 ° C., particularly below 400 ° C., more preferably less than 300 ° C., particularly preferably less than 200 ° C., most preferably less than 100 ° C., but above room temperature. The heat treatment time is such that the thickness of the amorphous residual layer according to the present invention after the heat treatment is less than 50 nm, particularly less than 25 nm, more preferably less than 15 nm, particularly preferably less than 10 nm, and most preferably 5 nm. Selected to be less than.

特に、接合の際及び/又は接合の後及び/又は熱処理の際に、非晶質状態から結晶質状態への相転移が行われる。本発明による1つの特に好適な実施の形態においては、上述のプロセスパラメータは、非晶質層の結晶質相への完全な相転移が行われるように選定される。 In particular, a phase transition from an amorphous state to a crystalline state occurs during and / or after bonding and / or during heat treatment. In one particularly preferred embodiment according to the invention, the process parameters described above are selected so that a complete phase transition of the amorphous layer to the crystalline phase takes place.

本発明の1つの有利な実施の形態によれば、質量百分率(m%)で特に95m%よりも高い、とりわけ99m%よりも高い、更に好適には99.9m%よりも高い、特に好適には99.99m%よりも高い、最も好適には99.999%よりも高い、転位される材料の清浄性を有している材料が選択される。基板材料の清浄性が高いことによって、より良好な接合結果が達成される。 According to one advantageous embodiment of the present invention, the mass percentage (m%) is particularly higher than 95 m%, especially higher than 99 m%, more preferably higher than 99.9 m%, particularly preferably. Is higher than 99.99 m%, most preferably higher than 99.999%, a material having the cleanliness of the material to be dislocated is selected. Better bonding results are achieved due to the high cleanliness of the substrate material.

最後に、接合された基板が高真空から搬出される。このことは、例えばロックゲートを介して、特に「ゲートバルブ」を介して行うことができる。 Finally, the joined substrate is removed from the high vacuum. This can be done, for example, via a lockgate, especially via a "gate valve".

本発明による方法及び装置によって、非常に高い接合強度(>2J/m2)を室温において達成することができる。その際、精密な位置調整を伴う装置を使用してもよいし、精密な位置調整を伴わない(位置調整ユニットを備えていない)装置を使用してもよい。事前処理モジュールは、とりわけ、基板(例えば半導体材料、酸化物又は研磨された金属、例えばAl、Cu、ガラス、セラミックス)の非晶質化された表面を形成する。基板は、特に、活性化され、また、2つの基板を接触させた際に、高い割合での微小接触面の接触が実現される。これによって、自発的な共有結合を、低い温度で形成することができ、また室温においても形成することができる。この自発的な接合は、高真空での、好適には超高真空(<1E-6mbar、より好適には<1E-7mbar)での接触によって促進される。 Very high bonding strength (> 2J / m 2 ) can be achieved at room temperature by the method and apparatus according to the invention. At that time, a device with precise position adjustment may be used, or a device without precise position adjustment (without a position adjustment unit) may be used. The pretreatment module forms, among other things, the amorphized surface of the substrate (eg, semiconductor materials, oxides or polished metals such as Al, Cu, glass, ceramics). The substrate is particularly activated, and when the two substrates are brought into contact, a high percentage of microcontact surface contact is achieved. This allows spontaneous covalent bonds to be formed at low temperatures and also at room temperature. This spontaneous bonding is facilitated by contact in high vacuum, preferably in ultra-high vacuum (<1E -6 mbar, more preferably <1E -7 mbar).

本発明の更なる利点、特徴及び詳細は、好適な実施例についての下記の説明並びに図面より明らかになる。 Further advantages, features and details of the present invention will be apparent from the following description and drawings of suitable examples.

上から見た平面図で表されている、本発明による方法の実施に適した本発明による装置の1つの実施の形態の概略図を示す。FIG. 6 shows a schematic view of one embodiment of the apparatus according to the invention suitable for carrying out the method according to the invention, which is represented by a plan view viewed from above. アライメントモジュールFと、接合ステーションGと、それらの間にそれぞれ1つずつ設けられている搬送チャンバBと、を含んでいる、図1に示した実施の形態の部分側面図を示す。FIG. 5 shows a partial side view of the embodiment shown in FIG. 1, including an alignment module F, a joining station G, and a transfer chamber B provided between them, one each. 図3aは、仮固定された状態が概略的に示唆されている、基板積層体の第1の基板の平面図を示し、図3bは、接合された状態での、図3aに示した第1の基板の平面図を示す。FIG. 3a shows a plan view of the first substrate of the substrate laminate, which is generally suggested to be in a temporarily fixed state, and FIG. 3b is a first view shown in FIG. 3a in a joined state. The plan view of the substrate of is shown. 基板積層体の側面図及びその部分拡大図を示す。A side view of the substrate laminate and a partially enlarged view thereof are shown. 図5aは、仮固定領域がハッチングで表されている、基板積層体の平面図を示し、図5bは、接合された基板積層体の平面図を示す。FIG. 5a shows a plan view of the substrate laminate in which the temporary fixing region is represented by hatching, and FIG. 5b shows a plan view of the bonded substrate laminate.

図中、同一の特徴部又は同様に機能する特徴部には同一の参照番号が付されている。 In the figure, the same feature part or the feature part having the same function is given the same reference number.

以下では、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。その説明において挙げられている複数の特徴部を、単独で使用することも、また任意の組み合わせでも使用することも可能である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. The plurality of feature parts mentioned in the description can be used alone or in any combination.

図示の実施の形態が基礎としている着想は、特に、基板1、2を相互的に作用させて、またそれと同時に準自動的に、選択された個所において接触させ、2つの基板のうちの少なくとも一方の基板に、好適には上側の基板1に、押圧ラム6によって、好適には基板積層体の中心Mにおいて集中的に圧力を掛け、この接触によって、特に上側の第1の基板1の中心Mにおいて、基板を仮固定することによって、2つの基板を相互に基板積層体3として固定することである。 The idea on which the illustrated embodiments are based is, in particular, to interact the substrates 1 and 2 and at the same time semi-automatically contact them at selected locations, at least one of the two substrates. Pressure is concentrated on the substrate of the above, preferably on the upper substrate 1, by the pressing ram 6, preferably at the center M of the substrate laminate, and by this contact, particularly the center M of the upper first substrate 1. In the above, the two substrates are fixed to each other as the substrate laminate 3 by temporarily fixing the substrates.

本発明による設備においては、特に、複数のプロセスステップ、即ち、事前位置調整、事前処理(酸化物除去及び/又は非晶質化)、アライメント及び仮固定、接合、また必要に応じて検査(計測)、が統合される。特にこの設備は、周囲雰囲気に対して閉鎖可能であり、且つ、特に高真空雰囲気kが生じるように設計されている作業空間20を備えている少なくとも1つのモジュール群を有している。特に、運動装置(ロボットシステム)を備えている搬送チャンバBを各モジュール間に設けつつ、それらの各モジュールを、特に事前処理モジュールD、アライメントモジュールF及び接合モジュールGを、連続的に配置することができる。 In the equipment according to the invention, in particular, multiple process steps, namely pre-positioning, pre-treatment (oxide removal and / or amorphization), alignment and temporary fixing, joining, and inspection (measurement) as needed. ), Are integrated. In particular, the facility has at least one module group that is closed to the ambient atmosphere and has a work space 20 specifically designed to create a high vacuum atmosphere k. In particular, while providing a transfer chamber B provided with an exercise device (robot system) between the modules, each of these modules, particularly the preprocessing module D, the alignment module F, and the joining module G, is continuously arranged. Can be done.

代替的に、1つの好適な実施の形態によれば、各モジュールを、運動装置(ロボットシステム)を備えている中央モジュールの周囲にクラスタ状に又はスター型に配置することができる。中央モジュールの周囲に本発明による別のモジュールが配置されており、それらのモジュールが特に中央モジュールにドッキング可能である場合には、スター型のヴァリエーションが特に有利である。運動装置は、有利には産業用ロボットであり、特にエンドエフェクタが装備されている産業用ロボットである。 Alternatively, according to one preferred embodiment, each module can be arranged in clusters or in a star shape around a central module with an exercise device (robot system). Star-shaped variations are particularly advantageous when other modules according to the invention are arranged around the central module, especially if those modules are dockable to the central module. The kinetic device is advantageously an industrial robot, especially an industrial robot equipped with an end effector.

図1には、作業空間20内に個々のモジュール乃至ステーションを備えている、本発明による方法の実施に適した装置が上から見た平面図で示されている。ロックAは、作業空間20外の周囲圧力から、作業空間20の高真空雰囲気k内に基板1、2を搬入するために使用される。作業空間20の他方の端部においては、ロックAが、各モジュールにおいて処理された基板1、2を、特に接合された基板積層体3として搬出するために使用される。 FIG. 1 shows a top view of an apparatus suitable for carrying out the method according to the invention, comprising individual modules or stations within the work space 20. The lock A is used to carry the substrates 1 and 2 into the high vacuum atmosphere k of the work space 20 from the ambient pressure outside the work space 20. At the other end of the work space 20, the lock A is used to carry out the substrates 1 and 2 processed in each module as a particularly joined substrate laminate 3.

搬入及び搬出は、図1において矢印bによって表されている。ここでロックAは、新たな基板1、2の搬入又は接合された基板積層体3の搬出が高真空チャンバ(例えば搬送チャンバB)の真空値に影響を及ぼさないこと、又は真空値に及ぼす影響が最小限に留まることを保証する。とりわけ、ロックAは、ロックチャンバから成り、このロックチャンバは、少なくとも1つのバルブによって基板をチャンバ内に搬入するために周囲と接続されている。またロックチャンバは、少なくとも1つの第2のバルブによって、高真空周囲と接続されている。基板1、2の高真空への供給は、特に、搬送チャンバBのうちのそれぞれ1つを介して行われる。ロックAには、特にポンプシステムが装備されており、このポンプシステムは、ロックチャンバの圧力を、バルブの閉鎖後に、周囲圧力(約1,013mbar)から、搬送チャンバBの圧力に近い圧力まで低下させることができる。 Carry-in and carry-out are represented by arrows b in FIG. Here, the lock A means that the loading of the new substrates 1 and 2 or the export of the joined substrate laminate 3 does not affect the vacuum value of the high vacuum chamber (for example, the transport chamber B), or the effect on the vacuum value. Is guaranteed to remain minimal. In particular, the lock A comprises a lock chamber, which is connected to the surroundings by at least one valve to bring the substrate into the chamber. The lock chamber is also connected to the high vacuum perimeter by at least one second valve. The supply of the substrates 1 and 2 to the high vacuum is particularly performed via one of each of the transfer chambers B. Lock A is specifically equipped with a pump system that reduces the pressure in the lock chamber from ambient pressure (approximately 1,013 mbar) to close to the pressure in transfer chamber B after valve closure. Can be made to.

この圧力は、特に1E-4mbar未満であり、好適には1E-5mbar未満であり、更に好適には1E-6mbar未満であり、特に好適には1E-7mbar未満である。ロックチャンバ内の目標圧力に達すると、バルブを搬送チャンバBに向かって開放することができ、また、ロボットアームを介して、特に搬送チャンバBに取り付けられているロボットアームを介して、基板1、2をゲートAから目標チャンバへと、特に事前位置調整装置Cへと搬送することができる。 This pressure is particularly less than 1E -4 mbar, preferably less than 1E -5 mbar, more preferably less than 1E -6 mbar, particularly preferably less than 1E -7 mbar. When the target pressure in the lock chamber is reached, the valve can be opened towards the transfer chamber B and also via the robot arm, especially via the robot arm attached to the transfer chamber B. 2 can be transported from the gate A to the target chamber, especially to the pre-positioning device C.

その種の真空を達成するためのポンプシステムとして、特に容積式ポンプが適しており、とりわけ空運転するスクロールポンプ、ピストンポンプ又はダイアフラムポンプが適している。ターボ分子ポンプは、1mbar以下から1E-6mbarまでの範囲にとって好適であり、また、1E-8mbarまでの非常に高い真空にとっては「クライオポンピング」が好適である。 As a pump system for achieving such a vacuum, positive displacement pumps are particularly suitable, especially idle-running scroll pumps, piston pumps or diaphragm pumps. Turbo molecular pumps are suitable for the range from 1 mbar or less to 1E -6 mbar, and "cryo pumping" is suitable for very high vacuums up to 1E -8 mbar.

基板1、2は、1つのプロセスステーション/プロセスモジュールから別のプロセスステーション/プロセスモジュールへと、特に真空レベルが実質的に変化することなく、ロボットアーム9を介して搬送され、とりわけ1つ又は複数の搬送チャンバBを介して搬送される。この工程は、図1において矢印aによって表されている。1つ又は複数の搬送チャンバBにおいては、有利には1E-5mbar未満、好適には1E-6mbar未満、更に好適には1E-7mbar未満、特に好適には1E-8mbar未満の真空が搬送全体にわたり維持される。搬送チャンバBを、バルブ14を介して各プロセスモジュールから隔離することができ、また、搬送チャンバBは、基板1、2乃至基板積層体3のためのグリップ(図示せず)を備えているロボットアーム9を有している。 The substrates 1 and 2 are transported from one process station / process module to another process station / process module via the robot arm 9, in particular one or more, with substantially no change in vacuum level. Is conveyed through the transfer chamber B of. This step is represented by arrow a in FIG. In one or more transfer chambers B, a vacuum of preferably less than 1E -5 mbar, preferably less than 1E -6 mbar, more preferably less than 1E -7 mbar, particularly preferably less than 1E -8 mbar. Is maintained throughout the transfer. The transfer chamber B can be isolated from each process module via a valve 14, and the transfer chamber B is a robot provided with grips (not shown) for substrates 1, 2 to substrate laminate 3. It has an arm 9.

基板1、2は、先ず、事前位置調整装置Cにおいて事前位置調整される。図1に示した好適な実施例においては、2つの基板1、2の各々に対して1つの事前位置調整装置Cが設けられている。基板1、2は、特に、正確には知られていない向きで、高真空環境へと搬入される。ロックA内での基板1、2の典型的な位置許容範囲は、数mmから数100μmまでの範囲にある。特に、Z軸(垂直軸)を中心にした基板1、2の回転の目標値は、+/−180°であると考えられる。回転乃至角度位置は、基板の周縁に基づいて確定され、特に正方形の基板では辺に基づいて、又はウェハではフラット乃至ノッチに基づいて確定される。事前位置調整装置Cは、この周縁幾何学特徴を利用して、基板1、2の位置を、X軸及びY軸に沿っては+/−100μmの精度で、またZ軸(垂直軸)については+/−0.1°の精度で粗く事前位置調整する。 First, the substrates 1 and 2 are pre-positioned by the pre-position adjusting device C. In the preferred embodiment shown in FIG. 1, one pre-positioning device C is provided for each of the two substrates 1 and 2. The substrates 1 and 2 are brought into a high vacuum environment, especially in an orientation that is not exactly known. The typical position tolerance of the substrates 1 and 2 in the lock A is in the range of several mm to several hundred μm. In particular, the target value of rotation of the substrates 1 and 2 about the Z axis (vertical axis) is considered to be +/- 180 °. Rotational or angular positions are determined based on the edges of the substrate, especially on square substrates or on flats or notches on wafers. The pre-positioning device C utilizes this peripheral geometric feature to position the substrates 1 and 2 with an accuracy of +/- 100 μm along the X and Y axes, and with respect to the Z axis (vertical axis). Roughly pre-positions with an accuracy of +/- 0.1 °.

事前位置調整が終了すると、基板1、2は、搬送チャンバBを介して事前処理ステーションDへと更に搬送される。事前処理ステーションDについては、PCT/EP2014/063303を参照されたい。事前処理ステーションDは、基板表面をプラズマ事前処理するためのモジュールである。事前処理では、基板1、2の基板表面1o、2o下に粒子が注入される。特に、プラズマ事前処理では、ケイ素を有している基板表面1oが、1nmから20nmまでの厚さ範囲で、プラズマ処理によって非晶質化される。表面には、高反応性の分子が残り、それらの分子は、接合相手(第2の基板2)の分子と新たに高速に結合する。非晶質化によって、微小キャビティを閉じるために必要とされるエネルギ(力)が低減される。最大数の分子を接触させることができ、この場合、接触面の割合が高くなり、またそれによって接合強度も高まる。更に、事前処理によって、有機不純物並びに金属材料又は半導体材料の酸化物が除去される。これは、後に導電性の表面を作成するための所望の効果である。 When the pre-position adjustment is completed, the substrates 1 and 2 are further transported to the pre-processing station D via the transport chamber B. For preprocessing station D, see PCT / EP2014 / 063303. The pretreatment station D is a module for plasma pretreatment of the substrate surface. In the pretreatment, particles are injected under the substrate surfaces 1o and 2o of the substrates 1 and 2. In particular, in the plasma pretreatment, the substrate surface 1o having silicon is amorphized by the plasma treatment in the thickness range of 1 nm to 20 nm. Highly reactive molecules remain on the surface, and these molecules newly bind to the molecules of the bonding partner (second substrate 2) at high speed. Amorphization reduces the energy (force) required to close the microcavities. The maximum number of molecules can be brought into contact, in which case the proportion of contact surfaces is high, which in turn increases the bonding strength. In addition, pretreatment removes organic impurities and oxides of metallic or semiconductor materials. This is the desired effect for later creating a conductive surface.

基板1、2がそれぞれ1つの事前処理モジュールDにおいて事前処理され終わった後に、それらの基板1、2は、仮固定モジュールFが組み込まれているアライメントモジュールへと搬送される。仮固定モジュールへと向かう経路において、2つの基板1、2のうちの一方が反転ステーションEへと送られる。何故ならば、基板1、2は、好適には、接合すべき面(基板表面1o、2o)が上に向いた状態でモジュールに搬入されるからである。プロセスステーション、特に事前処理モジュールDは、好適には、接合すべき基板表面1o、2oを上側から処理するように設計されている。 After the substrates 1 and 2 have been preprocessed in one pretreatment module D, the substrates 1 and 2 are transferred to the alignment module in which the temporary fixing module F is incorporated. In the path to the temporary fixing module, one of the two boards 1 and 2 is sent to the reversing station E. This is because the substrates 1 and 2 are preferably carried into the module with the surfaces to be joined (board surfaces 1o and 2o) facing upward. The process station, particularly the pretreatment module D, is preferably designed to treat the substrate surfaces 1o and 2o to be joined from above.

アライメントモジュールFに関して、好適には、上側の基板1は、接合すべき基板表面1oを下向きにした状態でアライメントされる。反転ステーションEは、基板1を180°反転させ、またそれによって、アライメントモジュールFに搬入できる状態にする。搬送は、好適には、搬送チャンバBのうちの一方を介して行われる。 With respect to the alignment module F, preferably, the upper substrate 1 is aligned with the substrate surface 1o to be joined facing downward. The reversing station E inverts the substrate 1 by 180 ° and thereby brings it into the alignment module F. The transfer is preferably carried out through one of the transfer chambers B.

アライメントモジュールFは、図1に示した実施の形態において、連続的に配置されている一連のプロセスモジュールを備えている設備における1つのモジュールとして示されている。アライメントモジュールFには、タッキングのための仮固定装置が装備されている。従って、タッキングは、同一のモジュールにおいて行われる。1つの代替的な実施の形態においては、タッキングを別個のモジュールにおいて行うこともできる。 The alignment module F is shown in the embodiment shown in FIG. 1 as one module in a facility comprising a series of continuously arranged process modules. The alignment module F is equipped with a temporary fixing device for tacking. Therefore, tacking is done in the same module. In one alternative embodiment, tacking can also be done in separate modules.

仮固定モジュールは、とりわけ荷重装置、特に押圧ラム6、とりわけ中央に配置されている押圧ピンを有している。アライメント後に、基板1、2は接触され、また、押圧ラム6によって、中心に配置されている局所的な面荷重が加えられることによって、少なくともそれらの小さい部分面が自発的に接合し、基板1、2の正確なアライメントが確定され、これによって、接合モジュールGにおける接合まで、基板1、2はもはやずれない。 The temporary fixing module has, among other things, a load device, especially a pressing ram 6, especially a centrally located pressing pin. After alignment, the substrates 1 and 2 are brought into contact with each other, and at least their small partial surfaces are spontaneously joined by applying a centrally located local surface load by the pressing ram 6, and the substrate 1 The exact alignment of 2 and 2 is established so that the substrates 1 and 2 are no longer displaced until they are joined in the joining module G.

択一的な実施の形態においては、複数の局所的な面荷重が、例えば複数の押圧ラム6によって加えられる。これによって、複数の局所的な部分面が自発的に接合し、また、複数の個所においてアライメントが確定され、従って、個所毎により良好に接合が行われるか、又は、より接合において加えられる力がより少なくて済む。 In an alternative embodiment, a plurality of local surface loads are applied, for example, by a plurality of pressing rams 6. As a result, the plurality of local partial surfaces are spontaneously joined, and the alignment is confirmed at the plurality of points, so that the joining is performed better at each place or the force applied in the joining is more applied. Less.

図2に示したアライメントモジュールFは、好適には、基板1、2を搬入するために、また、アライメント及び固着された基板積層体3を搬出するために、それぞれがバルブ14を備えている2つの開口部を有している。択一的に、アライメントモジュールFは、搬入及び搬出のために、バルブ14を備えている開口部を1つだけ有している。図2には、アライメントモジュールF内に、収容ボディ(図示せず)に上側の基板1を収容するための上側の基板収容装置4が示されている。基板収容装置4に基板1を収容する際に、収容面だけが基板1の収容側と接触する。収容側とは反対側には、基板1の事前処理された、特に非晶質化された基板表面1oが配置されている。基板収容装置4の収容面は、特に、使用される基板1の寸法及び周縁輪郭に十分に適合されている。 The alignment module F shown in FIG. 2 is preferably provided with a valve 14 for carrying in the substrates 1 and 2 and for carrying out the aligned and fixed substrate laminate 3. It has two openings. Alternatively, the alignment module F has only one opening with a valve 14 for loading and unloading. FIG. 2 shows an upper substrate accommodating device 4 for accommodating the upper substrate 1 in the accommodating body (not shown) in the alignment module F. When accommodating the substrate 1 in the substrate accommodating device 4, only the accommodating surface comes into contact with the accommodating side of the substrate 1. On the side opposite to the accommodating side, a pre-treated, particularly amorphized substrate surface 1o of the substrate 1 is arranged. The accommodating surface of the substrate accommodating device 4 is particularly well adapted to the dimensions and peripheral contours of the substrate 1 used.

図2には、アライメントモジュールF内に、収容ボディ(図示せず)に下側の基板2を収容するための下側の基板収容装置8が示されている。基板収容装置8に基板2を収容する際に、収容面だけ基板2の収容側と接触する。収容側とは反対側には、基板2の事前処理された、特に非晶質化された基板表面2oが配置されている。基板収容装置8の収容面は、特に、使用される基板2の寸法及び周縁輪郭に十分に適合されている。 FIG. 2 shows a lower substrate accommodating device 8 for accommodating the lower substrate 2 in the accommodating body (not shown) in the alignment module F. When the substrate 2 is accommodated in the substrate accommodating device 8, only the accommodating surface comes into contact with the accommodating side of the substrate 2. On the side opposite to the accommodating side, a pretreated, particularly amorphized substrate surface 2o of the substrate 2 is arranged. The accommodating surface of the substrate accommodating device 8 is particularly well adapted to the dimensions and peripheral contours of the substrate 2 used.

下側の基板収容装置8は、アライメントユニット7上に配置されており、このアライメントユニット7を用いて、上側の基板1に対向する下側の基板2のX方向、Y方向及び回転方向並びに角度位置をアライメントすることができる(ウェッジエラー補償)。 The lower substrate accommodating device 8 is arranged on the alignment unit 7, and by using the alignment unit 7, the X direction, the Y direction, the rotation direction, and the angle of the lower substrate 2 facing the upper substrate 1 The position can be aligned (wedge error compensation).

上側の基板1には基準マーク1’が設けられている。基板1を、特に、マイクロエレクトロニクスモジュール、光学モジュール、マイクロメカニカルモジュール又はマイクロ流体モジュールの一部である構造を備えている製品基板として形成することができる。また、下側の基板2には基準マーク2’が設けられている。基板2を、特に、マイクロエレクトロニクスモジュール、光学モジュール、マイクロメカニカルモジュール又はマイクロ流体モジュールの一部である構造を備えている製品基板として形成することができる。 A reference mark 1'is provided on the upper substrate 1. The substrate 1 can be formed, in particular, as a product substrate having a structure that is part of a microelectronics module, an optical module, a micromechanical module, or a microfluidic module. Further, the reference mark 2'is provided on the lower substrate 2. The substrate 2 can be formed, in particular, as a product substrate having a structure that is part of a microelectronics module, an optical module, a micromechanical module, or a microfluidic module.

基板1、2乃至ウェハを各試料ホルダに固定するための好適な実施の形態は、高真空におけるウェハの静電的な固定であるか、又は、クランプによる機械的な固定である。特に、基板収容装置4、8乃至アライメントモジュールFは、アライメントユニット7を用いて、2つの基板1、2を、ウェッジエラー補償のためにX軸及びY軸について傾斜させることによって、相互に面平行に且つ短い距離でアライメントすることができる。このことは、X軸、Y軸及び回転軸に沿ったアライメントの前、又は、Z軸に沿った接触の前に行われる。代替的に、ウェッジエラー補償を、アライメントユニット7におけるアクチュエータによって行うこともできる。もっとも、設備はとりわけ、平行にアライメントされた基板間の非接触式のウェッジエラー補償のためのシステムを有しており、これについては特に国際公開第2012/028166号(WO2012/028166A1)を参照されたい。 A preferred embodiment for fixing the substrates 1, 2 to the wafer to each sample holder is electrostatic fixing of the wafer in high vacuum or mechanical fixing by a clamp. In particular, the substrate accommodating devices 4 and 8 to the alignment module F are parallel to each other by using the alignment unit 7 to incline the two substrates 1 and 2 with respect to the X-axis and the Y-axis for wedge error compensation. It can be aligned in a short distance. This is done before alignment along the X-axis, Y-axis and rotation axis, or before contact along the Z-axis. Alternatively, wedge error compensation can be performed by an actuator in the alignment unit 7. However, the equipment has, among other things, a system for non-contact wedge error compensation between parallel aligned substrates, which is specifically referred to in WO 2012/028166 (WO2012 / 028166A1). I want to.

更に基板収容装置4は、特に、押圧ラム6によって基板1に局所的に作用を及ぼすために、押圧ラム6のための孔乃至切欠又はノッチを有している。 Further, the substrate accommodating device 4 has a hole or notch or notch for the pressing ram 6 in particular to exert a local action on the substrate 1 by the pressing ram 6.

好適には、押圧ラム6によって、基板中央(中心M)に作用が及ぼされ、これによって、上側の基板1及び下側の基板2への種々の熱供給による機械的な応力が、材料の熱膨張に基づき、十分に回避される。しかしながら、これとは異なり、特に、純粋な室温プロセスの場合、又は、熱膨張が存在しないか又は非常に少ない材料を加工する場合、複数の押圧ラムを使用することも考えられる。 Preferably, the pressing ram 6 acts on the center of the substrate (center M), which causes the mechanical stresses of various heat supplies to the upper substrate 1 and the lower substrate 2 to cause the heat of the material. Based on swelling, it is well avoided. However, unlike this, it is also conceivable to use multiple pressing rams, especially in the case of pure room temperature processes, or when processing materials with no or very little thermal expansion.

1つの代替的な実施の形態においては、押圧ラム6の面荷重を基板ペアに局所的に伝達するために、上側の基板ホルダ4を可撓性に形成することができる。 In one alternative embodiment, the upper substrate holder 4 can be flexibly formed to locally transfer the surface load of the pressing ram 6 to the substrate pair.

図2に示した実施の形態においては、押圧ラム6は1つだけ設けられている。この押圧ラム6によって、機械的な圧力が基板積層体3の表面に、特に基板1の収容側に掛けられる。 In the embodiment shown in FIG. 2, only one pressing ram 6 is provided. The pressing ram 6 applies mechanical pressure to the surface of the substrate laminate 3, especially to the accommodating side of the substrate 1.

好適には、押圧ラム6は、制御下で上側の基板1の収容側と接触し、また加えられる所定の力を調整する能力を備えているアクチュエータとして形成されている。とりわけ、この力は制御によって、特に圧力又は電流を介して制御される。更に好適には、正確に再現可能であって、較正された適切な接触力を加えるために、力は秤量セルを介して調節される。 Preferably, the pressing ram 6 is formed as an actuator capable of contacting the accommodating side of the upper substrate 1 under control and adjusting a predetermined force applied. Above all, this force is controlled by control, especially via pressure or current. More preferably, the force is adjusted via the weighing cell in order to apply a suitable contact force that is accurately reproducible and calibrated.

押圧ラム6は、有利にはピン状に構成されている。ピンの先端は、種々の形状を有することができる。つまり、鋭く伸びる形状、丸められた形状、特に球形の形状又は矩形の形状も考えられる。押圧ラムの接触面を、凸状に湾曲させることができるか、又は、平坦に形成することができる。 The pressing ram 6 is advantageously configured in a pin shape. The tip of the pin can have various shapes. That is, a sharply extending shape, a rounded shape, particularly a spherical shape or a rectangular shape is also conceivable. The contact surface of the pressing ram can be curved convexly or formed flat.

本発明によるこの実施の形態においては、仮固定が、アクチュエータを用いて、基板中央で実施される。この際、合力Faは、アクチュエータ乃至アクチュエータ装置の駆動制御によって、基板1、2の接触面の面重心に作用する。設備はとりわけ、掛けられる圧力を制御するために力監視を行うセンサを有している。 In this embodiment according to the present invention, temporary fixing is performed at the center of the substrate by using an actuator. At this time, the resultant force Fa acts on the surface center of gravity of the contact surfaces of the substrates 1 and 2 by the drive control of the actuator or the actuator device. The equipment, among other things, has sensors that perform force monitoring to control the applied pressure.

1つの別の実施の形態においては、押圧ラム6は(例えばエラストマー層によって)圧力弾性ラムとして形成されており、これは特に均一に圧力乃至面荷重を基板積層体3に導入する。押圧ラム6は、とりわけ円形に形成することができ、また、0.5mm2から8,000mm2までの間、有利には0.5mm2から2,000mm2までの間、特に有利には5mm2から500mm2までの間のラム押圧面積を有することができる。 In one other embodiment, the pressing ram 6 is formed as a pressure elastic ram (eg, by an elastomer layer), which introduces a particularly uniform pressure or surface load into the substrate laminate 3. The pressing ram 6 can be formed particularly circularly and also between 0.5 mm 2 and 8,000 mm 2 , preferably between 0.5 mm 2 and 2,000 mm 2 , particularly preferably 5 mm. It can have a ram pressing area between 2 and 500 mm 2 .

仮固定においては、力が局所的に加えられることによって、自発的な接合のための等量の圧力が部分面に掛けられ、それによって基板1、2が仮固定(固着又は「タッキング」)される。基板1、2は局所的に仮接合される。部分面においては、とりわけ、共有結合が生じ、この共有結合は、接合のために全面にわたり圧力を掛けるため、またオプションとして加熱を行うために、固着された基板積層体3を接合チャンバGに搬送するには十分な強さである。従って、アライメントモジュールFは、部分面の合力についてのみ設計されていればよい。 In temporary fixing, a local force is applied to the partial surfaces to apply an equal amount of pressure for spontaneous joining, which causes the substrates 1 and 2 to be temporarily fixed (fixed or "tacked"). To. The substrates 1 and 2 are locally temporarily joined. On the partial surfaces, among other things, covalent bonds occur, which transfer the anchored substrate laminate 3 to the bonding chamber G to apply pressure over the entire surface for bonding and optionally to heat. It is strong enough to be used. Therefore, the alignment module F need only be designed for the resultant force of the partial surfaces.

上側の基板収容装置4を透明に形成することができるか、又は、位置検出手段のための付加的な凹部又はノッチを有することができる。上側の基板収容装置4が透明に形成されている場合、特定の構成部分又は全ての構成部分は、UV透過性材料及び/又はIR透過性材料から作成されている。それらの材料の光透過率は、特に0%よりも高く、有利には20%よりも高く、より有利には50%よりも高く、特に有利には80%よりも高く、最も有利には95%よりも高い。 The upper substrate accommodating device 4 can be transparently formed or can have additional recesses or notches for position detecting means. When the upper substrate accommodating device 4 is transparently formed, a particular component or all components are made of UV permeable material and / or IR permeable material. The light transmittance of these materials is particularly higher than 0%, preferably higher than 20%, more preferably higher than 50%, particularly preferably higher than 80%, and most preferably 95. Higher than%.

更に、上側の基板収容装置4は、Z軸方向の運動を制御するためのアクチュエータを含むことができる。一方では、アクチュエータは、基板1、2をロボットアーム9によって搬入し、続いて位置調整に関して最適な距離を調整するために用いられる。他方では、アクチュエータは、アライメントが行われた後に、基板1、2を接触させるために用いられる。1つの代替的な実施の形態においては、Z軸方向の運動を、アライメントユニット7を介して実施することができる。 Further, the upper substrate accommodating device 4 can include an actuator for controlling the movement in the Z-axis direction. On the one hand, the actuator is used to carry the substrates 1 and 2 by the robot arm 9 and subsequently adjust the optimum distance for position adjustment. On the other hand, the actuator is used to bring the substrates 1 and 2 into contact after the alignment has been performed. In one alternative embodiment, motion in the Z-axis direction can be performed via the alignment unit 7.

位置決め手段5は、特に、少なくとも2つの点においてX軸及びY軸に関して基準マーク1’、2’の位置を検出するための顕微鏡を含むことができる。代替的に、位置検出手段5を、アライメントユニット7の一部として基板積層体3の下に配置することができるか、又はアライメントユニット7の隣に配置することができる。1つの別の実施の形態においては、位置検出手段5が、大凡、上側の基板1及び下側の基板2の接触面のレベルにおいて、基板の隣に配置されている。この実施の形態は、縁部の捕捉を介する基板1、2の位置の検出を実現する。 The positioning means 5 may include, in particular, a microscope for detecting the positions of reference marks 1'2'with respect to the X and Y axes at at least two points. Alternatively, the position detecting means 5 can be placed below the substrate laminate 3 as part of the alignment unit 7 or next to the alignment unit 7. In one other embodiment, the position detecting means 5 is arranged next to the substrate, roughly at the level of the contact surfaces of the upper substrate 1 and the lower substrate 2. This embodiment realizes the detection of the positions of the substrates 1 and 2 through the capture of the edge portion.

図2に示したアライメントユニット7によって、位置検出手段5の信号を下側の基板2に関する位置調整運動に変換することができる。上側の基板1のための基板収容装置4に応じて、この基板収容装置4を、高真空における静電式収容装置(英語:chuck)として、又は機械的な収容装置として形成することができる。更に、1つの別の実施の形態においては、下側の基板収容装置8では、アライメント及び接触を行うために、純粋な重力も十分である。 The alignment unit 7 shown in FIG. 2 can convert the signal of the position detecting means 5 into a position adjusting motion with respect to the lower substrate 2. Depending on the substrate accommodating device 4 for the upper substrate 1, the substrate accommodating device 4 can be formed as an electrostatic accommodating device (English: chuck) in high vacuum or as a mechanical accommodating device. Further, in one other embodiment, the lower substrate accommodating device 8 also has sufficient pure gravity to perform alignment and contact.

アライメントユニット7は、少なくとも3つの運動軸、即ちX軸、Y軸及びZ軸を有しており、Z軸については回転運動が行われる。1つの別の実施の形態においては、オプションとして、Z軸が、上側の基板収容装置4について説明したものと同様の機能を有している、アライメントユニット7の部分であってもよい。更に、位置調整プロセスの前に基板1、2を面平行にアライメントするために、X軸及びY軸についての制御された傾斜を実現することができる(ウェッジエラー補償)。 The alignment unit 7 has at least three motion axes, that is, an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis, and rotational motion is performed on the Z-axis. In one other embodiment, the Z-axis may optionally be a portion of the alignment unit 7 having the same functionality as described for the upper substrate accommodating device 4. In addition, controlled tilts about the X and Y axes can be achieved to align the substrates 1 and 2 parallel to the plane prior to the alignment process (wedge error compensation).

1つの有利な実施の形態によれば、位置検出手段5が相対的な位置を検出し、その位置を制御ユニットに伝送することによって、位置検出手段5は、基板1、2の正確なアライメントを行う。これによって、基板1、2の相互のアライメントが行われる。アライメントは、手動で行われるか、又は好適には、100μm未満、とりわけ10μm未満、更に好適には1μm未満、特に有利には100nm未満、特に好適には10nm未満のある程度の不正確性(英語:misalignment)を伴って自動的に行われる。 According to one advantageous embodiment, the position detecting means 5 detects a relative position and transmits the position to the control unit so that the position detecting means 5 accurately aligns the substrates 1 and 2. Do. As a result, the substrates 1 and 2 are aligned with each other. Alignment is done manually or preferably less than 100 μm, especially less than 10 μm, more preferably less than 1 μm, particularly preferably less than 100 nm, especially preferably less than 10 nm to some extent. It is automatically performed with a misalignment).

以下では、押圧ラムを用いる実施の形態に基づいた、アライメント及び仮固定(タッキング)の経過を説明する:
1)搬入バルブ14を開放する。
2)基板収容装置4に第1の基板1を搬送し、第1の基板収容装置4に第1の基板1を固定する。
3)基板収容装置8に第2の基板2を搬送し、第2の基板収容装置8に第2の基板2を固定する。
4)アライメントユニット7におけるアクチュエータを介して、基板1、2を平行にアライメントする。
5)基板1、2間の距離(位置調整間隙)を調整する。位置調整間隙は、特に100μm未満、とりわけ50μm未満、更に好適には30μm未満である。
6)基準マーク1’、2’に基づいた位置検出手段5による位置検出を用いて、アライメントユニット7におけるアクチュエータを介して、基板1、2をアライメントし、好適には、第2の基板2を第1の基板1に対して相対的にアライメントする。基準マーク1’、2’は、相互に重なるように案内されるか、又は所定の相対的な位置に案内される。
7)僅かな接触力でもって、基板1、2の接合すべき基板表面1o、2oを全面にわたり接触させる。特に接触力は、0.1Nから500Nまでの間、有利には0.5Nから100Nまでの間、特に有利には1Nから50Nまでの間、特に好適には1Nから10Nまでの間である。
8)1mmから100mmまでの間、有利には1mmから50mmまでの間、より有利には3mmから20mmまでの間の直径を有している押圧ラム6によって、部分面に、特に部分面の中央に力を加える。特に力は、0.1Nから5kNまでの間、有利には0.5Nから1kNまでの間、より有利には1Nから500Nまでの間、特に好適には10Nから50Nまでの間であり、局所的に高い圧力は、局所的な共有結合をもたらし、また、基板1、2を相互に相対的に接触させて固定する(アライメントされた基板積層体3の形成)。
9)上側の基板ホルダ4から基板積層体3を剥がす。
10)下側の基板ホルダ8から(例えば搬入ピンを介して)ロボットアーム9を用いて基板積層体3を搬出する。
11)バルブ14を介して、基板積層体3を接合ステーションGに搬送し、基板積層体3を接合する。
In the following, the process of alignment and temporary fixing (tacking) based on the embodiment using the pressing ram will be described:
1) Open the carry-in valve 14.
2) The first substrate 1 is conveyed to the substrate accommodating device 4, and the first substrate 1 is fixed to the first substrate accommodating device 4.
3) The second substrate 2 is conveyed to the substrate accommodating device 8 and the second substrate 2 is fixed to the second substrate accommodating device 8.
4) The substrates 1 and 2 are aligned in parallel via the actuator in the alignment unit 7.
5) Adjust the distance (position adjustment gap) between the substrates 1 and 2. The positioning gap is particularly less than 100 μm, especially less than 50 μm, more preferably less than 30 μm.
6) Using the position detection by the position detecting means 5 based on the reference marks 1'2', the substrates 1 and 2 are aligned via the actuator in the alignment unit 7, and preferably the second substrate 2 is aligned. Align relative to the first substrate 1. The reference marks 1'and 2'are guided so as to overlap each other or at a predetermined relative position.
7) With a slight contact force, the substrate surfaces 1o and 2o to be joined of the substrates 1 and 2 are brought into contact with each other over the entire surface. In particular, the contact force is between 0.1N and 500N, preferably between 0.5N and 100N, particularly preferably between 1N and 50N, and particularly preferably between 1N and 10N.
8) By a pressing ram 6 having a diameter between 1 mm and 100 mm, preferably between 1 mm and 50 mm, more preferably between 3 mm and 20 mm, on the partial surface, especially in the center of the partial surface. Apply force to. In particular the force is between 0.1N and 5kN, preferably between 0.5N and 1kN, more preferably between 1N and 500N, particularly preferably between 10N and 50N, and is local. Higher pressures result in local covalent bonds and also bring the substrates 1 and 2 into relative contact and fixation with each other (formation of an aligned substrate laminate 3).
9) Peel off the substrate laminate 3 from the upper substrate holder 4.
10) The board laminate 3 is carried out from the lower board holder 8 (for example, via a carry-in pin) using the robot arm 9.
11) The substrate laminate 3 is conveyed to the joining station G via the valve 14 to join the substrate laminate 3.

図3aには、基板積層体3の第2の基板2の平面図が示されており、ここでは、基板積層体3におけるアライメント後に、押圧ラム6によって圧力が掛けられた局所的な面15が見て取れる。この面は、基板積層体3における仮固定された(タッキングされた)領域15に対応する。 FIG. 3a shows a plan view of the second substrate 2 of the substrate laminate 3, where the local surface 15 pressured by the pressing ram 6 after alignment in the substrate laminate 3 is You can see it. This surface corresponds to the temporarily fixed (tacked) region 15 in the substrate laminate 3.

仮固定が行われる位置調整装置Fと接合ステーションGとの間の基板積層体3の搬送は、ここでもまた、搬送チャンバBを介して行われる。図2に示した接合ステーションGによって、一部の面における仮固定を、全面にわたる接合に変化させることができる。この際、特に、均一な高い面荷重が加えられる。とりわけ、力は、0.5kNから500kNまでの間、有利には0.5kNから250kNまでの間、より有利には0.5kNから200kNまでの間、特に好適には1kNから100kNまでの間である。付加的に、温度を上昇させることができる。この際、接合温度は、とりわけ18℃から1,100℃までの間、有利には18℃から450℃までの間、より有利には18℃から200℃までの間、特に好適には室温である。接合強度が非常に高いにもかかわらず、この低い温度は、事前処理の効果によって達成され、また利点であるとみなされる。CMOSスイッチング回路は、450℃を超える温度、とりわけ200℃を超える温度に加熱されるべきではない。特別な用途、例えば、非常に異なる熱膨張係数を有している2つの半導体材料(例えばSiとGaAs)の接合は、とりわけ低い温度で、好適には室温で行われ、それによって、その後の機械的な応力及び歪みを回避することができる。 The transfer of the substrate laminate 3 between the position adjusting device F to which the temporary fixing is performed and the joining station G is also performed via the transfer chamber B. With the joining station G shown in FIG. 2, temporary fixing on a part of the surface can be changed to joining over the entire surface. At this time, in particular, a uniform high surface load is applied. In particular, the force is between 0.5 kN and 500 kN, preferably between 0.5 kN and 250 kN, more preferably between 0.5 kN and 200 kN, and particularly preferably between 1 kN and 100 kN. is there. In addition, the temperature can be raised. At this time, the bonding temperature is particularly preferably between 18 ° C. and 1,100 ° C., preferably between 18 ° C. and 450 ° C., more preferably between 18 ° C. and 200 ° C., particularly preferably at room temperature. is there. Despite the very high bond strength, this low temperature is achieved by the effect of pretreatment and is also considered an advantage. CMOS switching circuits should not be heated above 450 ° C, especially above 200 ° C. Special applications, such as joining two semiconductor materials (eg Si and GaAs) with very different coefficients of thermal expansion, are carried out at a particularly low temperature, preferably at room temperature, thereby the subsequent machine. Stress and strain can be avoided.

接合ステーションGの押圧ラム11は、パワーアクチュエータ12と接続されており、均一な面荷重を基板積層体3に加える。面荷重を均一に分散させるために、延性の(変形可能な)層を、例えば可撓性のグラファイト、ゴムマット及び/又はシリコーンマットを形成することができる。 The pressing ram 11 of the joining station G is connected to the power actuator 12 and applies a uniform surface load to the substrate laminate 3. Ductile (deformable) layers can be formed, for example, flexible graphite, rubber mats and / or silicone mats to evenly disperse the surface load.

パワーアクチュエータ12の好適な力範囲は、0.5kNから500kNまでの間、有利には0.5kNから250kNまでの間、より有利には0.5kNから200kNまでの間、特に好適には1kNから100kNまでの間である。パワーアクチュエータ12は、特に、空圧シリンダ、液圧シリンダ、電子スピンドル駆動部又はトグルジョイントレバー駆動部(図示せず)であってよい。有利な実施の形態は、特に力をプログラミングして上昇させるため、一定に維持するため、また、後に再び解消するために、力を調節するための測定信号を含んでいる。設備はとりわけ、力監視を行うセンサを有している。 The preferred force range of the power actuator 12 is between 0.5 kN and 500 kN, preferably between 0.5 kN and 250 kN, more preferably between 0.5 kN and 200 kN, particularly preferably from 1 kN. It is up to 100 kN. The power actuator 12 may be, in particular, a pneumatic cylinder, a hydraulic cylinder, an electronic spindle drive unit or a toggle joint lever drive unit (not shown). An advantageous embodiment includes a measurement signal for adjusting the force, especially for programming and raising the force, for keeping it constant, and for later resolving it. The equipment, among other things, has sensors for force monitoring.

仮固定された基板積層体3は、基板収容部13に搬送され、特に搬入ピン(図示せず)を介して搬送される。基板収容部13は、とりわけ、基板積層体3を保持部に収容及び載置するため、又は、載置された基板積層体3を保持部から吊り上げて取り除くために、保持部において、搬入ピンを備えた引き上げ機構を有している。基板積層体3は、試料ホルダ内に存在するピンを用いて持ち上げられ、それによって、ロボットグリップ(パドル)を、特にロボットアームとして形成されているロボットグリップを、基板積層体の下方に又は側方に移動させることができ、例えば上方への運動によって、基板積層体3をピンから取り外すことができる。基板収容部13への収容を、単純に、重力によって行うことができる。1つの有利な実施の形態においては、基板積層体3は、静電的な固定によって、基板収容部13に固定される。この静電的な固定は、接合プロセスの終了時に、接触力を解消した際に、接合された基板積層体3が好適には下側の基板収容部13に留まることを保証することができる。オプションとして、基板収容部13は、加熱装置(図示せず)を有しているか、若しくは、加熱及び/又は冷却装置を有している。 The temporarily fixed substrate laminate 3 is conveyed to the substrate accommodating portion 13, and is particularly conveyed via a carry-in pin (not shown). The substrate accommodating portion 13 particularly holds a carry-in pin in the holding portion in order to accommodate and mount the substrate laminate 3 in the holding portion or to lift and remove the mounted substrate laminate 3 from the holding portion. It has a pull-up mechanism provided. The substrate laminate 3 is lifted using pins present in the sample holder, thereby causing the robot grip (paddle), especially the robot grip formed as a robot arm, to be below or to the side of the substrate laminate. The substrate laminate 3 can be removed from the pin by, for example, an upward movement. The accommodation in the substrate accommodating portion 13 can be performed simply by gravity. In one advantageous embodiment, the substrate laminate 3 is fixed to the substrate housing 13 by electrostatic fixation. This electrostatic fixation can ensure that the bonded substrate laminate 3 preferably stays in the lower substrate accommodating portion 13 when the contact force is released at the end of the bonding process. As an option, the substrate housing 13 has a heating device (not shown) or a heating and / or cooling device.

以下では、接合ステーションGにおける最終的な接合ステップに関する好適な経過を説明する:
1)仮固定された基板積層体3を、バルブ14を介して、特に搬入ピンを介して、下側の基板収容部13に搬送する。
2)特に静電式の保持装置を介して、基板収容部13に基板積層体3を固定する。
3)パワーアクチュエータ12及び押圧ラム11を介して接合力を加える。
4)オプション:特に両面を対称的に加熱して昇温する。
5)接合力を維持し、オプションとして温度を維持する(力を均一に加えることによって、基板表面1o、2o間の全ての微小キャビティが閉じられ、それによって基板表面全体にわたる共有結合が形成される)。
6)オプションとして冷却する。
7)接合力を解消する。
8)特に搬入ピンを介して、基板収容部13から基板積層体3を搬出する。
9)ロボットアーム9(搬送チャンバB)を用いて、バルブ14を介して、接合された基板積層体3を搬送する。
The following describes a preferred process for the final joining step at the joining station G:
1) The temporarily fixed substrate laminate 3 is conveyed to the lower substrate accommodating portion 13 via the valve 14, particularly via the carry-in pin.
2) The substrate laminate 3 is fixed to the substrate accommodating portion 13 particularly via an electrostatic holding device.
3) A bonding force is applied via the power actuator 12 and the pressing ram 11.
4) Option: In particular, heat both sides symmetrically to raise the temperature.
5) Maintain the bonding force and optionally maintain the temperature (by applying the force uniformly, all microcavities between the substrate surfaces 1o and 2o are closed, thereby forming a covalent bond over the entire substrate surface. ).
6) Cool as an option.
7) Eliminate the bonding force.
8) The substrate laminate 3 is carried out from the board accommodating portion 13 particularly via a carry-in pin.
9) Using the robot arm 9 (conveyance chamber B), the joined substrate laminate 3 is conveyed via the valve 14.

本発明による1つの好適な実施の形態においては、バルブ14は乃至ロックゲートは、基板1、2乃至基板積層体3を搬送するためのゲートバルブ、特に超高真空ゲートバルブである。 In one preferred embodiment according to the present invention, the valve 14 or lockgate is a gate valve for transporting the substrates 1, 2 to the substrate laminate 3, especially an ultra-high vacuum gate valve.

仮固定後並びに接合後の、接合された基板のアライメント精度は、とりわけ100μm未満、有利には10μm未満、更に有利には5μm未満、特に好適には2μm未満、特に有利には1μm未満、更に好適には<100nmである。 The alignment accuracy of the bonded substrates after temporary fixing and after joining is particularly preferably less than 100 μm, preferably less than 10 μm, more preferably less than 5 μm, particularly preferably less than 2 μm, particularly preferably less than 1 μm, more preferably. Is <100 nm.

最終的な全面にわたる接合のために得ようとされる接合強度は、有利には1J/m2よりも大きく、好適には1.5J/m2よりも大きく、更に有利には2J/m2よりも大きい。 The bonding strength to be obtained for the final full surface bonding is preferably greater than 1 J / m 2 , preferably greater than 1.5 J / m 2 , and even more preferably 2 J / m 2. Greater than

実際に接合すべき領域は、常に基板1、2の全面に対応するわけではない。図3b及び図4に示されているように、接合面は基板1、2の構造に依存している。図3bに示した実施の形態においては、基板積層体3の各構造乃至構造群(英語:device)の周囲のシーリングフレームが接合面17を形成している。この方法はMEMSに適用される。図3bには、接合された領域16が示されている。 The region to be actually joined does not always correspond to the entire surface of the substrates 1 and 2. As shown in FIGS. 3b and 4, the joint surface depends on the structure of the substrates 1 and 2. In the embodiment shown in FIG. 3b, the sealing frame around each structure or structural group (English: device) of the substrate laminate 3 forms the joint surface 17. This method applies to MEMS. FIG. 3b shows the joined region 16.

図4には、図3における切断線H−Hに沿った横断面図が示されている。図4に示した、接合された基板積層体3の横断面図は、特に、接合された領域16(シーリングフレーム)、実際の接合面17、製品基板1、2の構造体18(英語:device)及び接合されていない内部構造空間19を示している。 FIG. 4 shows a cross-sectional view taken along the cutting line HH in FIG. The cross-sectional view of the bonded substrate laminate 3 shown in FIG. 4 shows, in particular, the bonded region 16 (sealing frame), the actual bonded surface 17, and the structure 18 of the product substrates 1 and 2 (English: device). ) And the internal structural space 19 which is not joined.

本発明に関する特に有利な接合プロセスは以下の通りである:
−気密にシールされた高真空接合(基板のキャビティにおける高真空を永続的にシールする)。
−導電性の接合結合。
−光学的に透明な接合結合。
Particularly advantageous joining processes for the present invention are:
-Airtightly sealed high vacuum junction (permanently seals the high vacuum in the substrate cavity).
-Conductive joint bond.
-Optically transparent joint bond.

マイクロエレクトロニクスを3次元(3D)に集積する場合、全面にわたる接合、特に二酸化ケイ素(SiO2)面間の接合が好適であるか、又は、いわゆるハイブリッド接合での銅(Cu)とSiO2の同時の接合が好適である。この実施例においては、接合面は全体の基板面に相当する。 When integrating microelectronics in three dimensions (3D), full-scale bonding, especially bonding between silicon dioxide (SiO 2 ) surfaces, is preferred, or simultaneous copper (Cu) and SiO 2 in so-called hybrid bonding. Joining is suitable. In this embodiment, the joint surface corresponds to the entire substrate surface.

図5aには、基板積層体3の下側の製品基板2の平面図が示されており、ここでは、基板積層体3におけるアライメント後に、押圧ラムによって圧力が掛けられた局所的な面15が見て取れる。この面は、基板積層体における仮接合された(タッキングされた)領域15に相当する。 FIG. 5a shows a plan view of the product substrate 2 on the lower side of the substrate laminate 3, where the local surface 15 pressured by the pressing ram after alignment in the substrate laminate 3 is shown. You can see it. This surface corresponds to the temporarily joined (tacked) region 15 in the substrate laminate.

図5bには、全面にわたる接合が行われた後に得られた実際の接合面17が示されている。 FIG. 5b shows the actual joint surface 17 obtained after the entire surface has been joined.

1、2 基板
1o、2o 基板表面
1’、2’ 基準マーク
3 基板積層体
4 第1の基板収容部
5 位置検出手段
6 押圧ラム
7 アライメントユニット
8 第2の基板収容部
9 ロボットアーム
10 搬送チャンバ
11 押圧ラム
12 パワーアクチュエータ
13 基板収容部
14 (搬入)バルブ
15 仮固定された(タッキングされた)領域
16 接合された領域
17 接合面
18 構造体
19 内部構造空間
20 作業空間
a 真空を実質的に変化させない搬送ステップ
b 周囲圧力からの搬送又は周囲圧力への搬送
c 力ベクトル
d 接合された面
k 高真空環境
A ロック
B 搬送チャンバ
C 事前位置調整装置
D 事前処理ステーション
E 反転ステーション
F 仮固定装置を備えているアライメントモジュール
G 接合ステーション
M 基板乃至基板積層体の中心
1, 2 Substrate 1o, 2o Substrate surface 1', 2'Reference mark 3 Substrate laminate 4 First substrate accommodating part 5 Position detection means 6 Pressing ram 7 Alignment unit 8 Second substrate accommodating part 9 Robot arm 10 Conveyance chamber 11 Pressing ram 12 Power actuator 13 Board housing 14 (carry-in) valve 15 Temporarily fixed (tacked) area 16 Joined area 17 Joined surface 18 Structure 19 Internal structural space 20 Working space a Vacuum is substantially Transfer step that does not change b Transfer from ambient pressure or transfer to ambient pressure c Force vector d Joined surface k High vacuum environment A Lock B Transfer chamber C Pre-positioning device D Pre-processing station E Reversing station F Temporary fixing device Alignment module G junction station M Substrate or center of substrate laminate

Claims (12)

基板(1、2)の少なくとも1つの基板表面(1o、2o)の少なくとも1つの表面領域を事前処理する、前記基板(1、2)を仮固定するための方法において、
前記基板(1、2)をアライメントし、続いて、事前処理された前記表面領域を接触させて、レーザによる局所エネルギ供給を、少数の幾つかの点または部分面において実行することによって仮固定し、該仮固定された前記基板(1、2)の搬送を、ロボットアームを用いて、且つ、前記仮固定された基板(1、2)を載置する収容装置を用いずに行うことを特徴とする、方法。
In a method for temporarily fixing the substrate (1, 2), which pretreats at least one surface region of the at least one substrate surface (1o, 2o) of the substrate (1, 2).
The aligned substrate (1, 2), subsequently, by contacting the pre-treated the surface area, the local energy supply by the laser, temporarily fixed by running in a few several points or partial areas The temporarily fixed substrate (1, 2) is conveyed by using a robot arm and without using an accommodating device on which the temporarily fixed substrate (1, 2) is placed. And how.
前記アライメント及び前記仮固定を第1のモジュールチャンバにおいて行う、
請求項1に記載の方法。
The alignment and the temporary fixing are performed in the first module chamber.
The method according to claim 1.
前記アライメントを、100μm未満のアライメント精度でもって行う、
請求項1又は2に記載の方法。
The alignment is performed with an alignment accuracy of less than 100 μm.
The method according to claim 1 or 2.
前記仮固定は、0.01J/mから5J/mまでの間の結合安定性を有している、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。
The temporary fixation has a binding stability between 0.01 J / m 2 and 5 J / m 2 .
The method according to any one of claims 1 to 3.
前記基板表面(1o、2o)のうちの少なくとも1つの基板表面(1o、2o)は、20nm未満の平均粗さ値Raを有している、
請求項1乃至のいずれか1項に記載の方法。
At least one substrate surface (1o, 2o) of the substrate surfaces (1o, 2o) has an average roughness value Ra of less than 20 nm.
The method according to any one of claims 1 to 4 .
前記基板(1,2)を、事前処理された表面領域のみに仮固定する、
請求項1乃至のいずれか1項に記載の方法。
Temporarily fix the substrates (1, 2) only to the pretreated surface area.
The method according to any one of claims 1 to 5 .
前記仮固定のために、熱を局所的に接触面に加える
請求項1乃至のいずれか1項に記載の方法。
The method according to any one of claims 1 to 6 , wherein heat is locally applied to the contact surface for the temporary fixing.
前記仮固定のために、レーザを使用し、コヒーレントなレーザ光を、光学系によって集束させ、これによって局所的な結合層の加熱を行う、
請求項1乃至のいずれか1項に記載の方法。
A laser is used for the temporary fixation, and the coherent laser beam is focused by an optical system, whereby the local bonding layer is heated.
The method according to any one of claims 1 to 7 .
請求項1乃至のいずれか1項に記載の方法に従い仮固定された基板(1、2)を前記基板表面(1o、2o)に永続的に接合するための方法。 A method for permanently joining a substrate (1, 2) temporarily fixed according to the method according to any one of claims 1 to 8 to the substrate surface (1o, 2o). 前記接合を、第2のモジュールチャンバにおいて行う、
請求項に記載の方法。
The joining is performed in the second module chamber.
The method according to claim 9 .
基板(1、2)を仮固定するための装置において、
−前記基板(1、2)の少なくとも1つの基板表面(1o、2o)の少なくとも1つの表面領域を事前処理するための、少なくとも1つの事前処理装置と、
−前記基板(1、2)をアライメントするためのアライメント装置と、
−アライメントされた前記基板(1、2)を、事前処理された前記表面領域に接触及び仮固定するための、前記アライメント装置の後段に接続されている仮固定装置とを備え
前記仮固定装置は、レーザによる局所エネルギ供給を、少数の幾つかの点または部分面において実行することによって仮固定し、該仮固定された前記基板(1、2)の搬送を、ロボットアームを用いて、且つ、前記仮固定された基板(1、2)を載置する収容装置を用いずに行うことを特徴とする、
装置。
In the device for temporarily fixing the substrate (1, 2),
-With at least one pretreatment apparatus for pretreating at least one surface region of at least one substrate surface (1o, 2o) of the substrate (1, 2).
-An alignment device for aligning the substrates (1, 2) and
− Provided with a temporary fixing device connected to a subsequent stage of the alignment device for contacting and temporarily fixing the aligned substrates (1, 2) to the pretreated surface region .
The temporary fixing device temporarily fixes by executing local energy supply by a laser at a few points or partial surfaces, and transfers the temporarily fixed substrate (1, 2) to a robot arm. It is characterized in that it is used and is performed without using an accommodating device on which the temporarily fixed substrate (1, 2) is placed .
apparatus.
前記仮固定を別個の仮固定モジュールにおいて行う、
請求項11に記載の装置。
The temporary fixing is performed in a separate temporary fixing module.
The device according to claim 11 .
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