JP7024040B2 - How to bond the board - Google Patents

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Description

本発明は、請求項1に記載の、第1の基板を第2の基板にボンディングする方法に関する。 The present invention relates to the method of bonding the first substrate to the second substrate according to claim 1.

半導体産業においては長年、基板同士が互いに対してアライメントされ、互いに結合される。結合、いわゆるボンディング(接合)は、多層基板スタックを形成するために使用される。このような多層基板スタックでは、機能ユニット、とりわけメモリ、マイクロプロセッサ、MEMS等を、互いに結合させ、ひいては互いに組み合わせることが可能である。このような組み合わせ可能性により、多岐にわたる用途が実現可能となる。 For many years in the semiconductor industry, substrates are aligned with each other and coupled to each other. Bonding, so-called bonding, is used to form a multi-layer board stack. In such a multi-layer board stack, functional units, especially memories, microprocessors, MEMS, etc., can be coupled to each other and thus combined with each other. This combination possibility makes it possible to realize a wide variety of applications.

機能ユニットの密度は、年々増加している。技術開発の発展により、機能ユニットの大きさはますます小さくなってきている。したがって、密度の増加に伴い、基板1つに対する機能ユニットの個数が増加する。この個数の増加は、部品コストの低下に対して主な責任を負っている。 The density of functional units is increasing year by year. With the development of technological development, the size of functional units is becoming smaller and smaller. Therefore, as the density increases, the number of functional units per substrate increases. This increase in quantity is primarily responsible for lowering component costs.

ますます小型化する機能ユニットの欠点は、特に全ての機能ユニットの、両基板の接合界面に沿った誤差のない、とりわけ完全な重ね合わせを実現することがますます困難になるということにある。 The disadvantage of increasingly miniaturized functional units is that it becomes increasingly difficult to achieve error-free, especially perfect superposition, especially along the junction interface of both boards, for all functional units.

すなわち、今日のアライメント技術における最大の問題は、常に2つの基板、とりわけ2つのウェーハをアライメントマークに基づいて互いに対してアライメントする際にのみ存在するのではなく、第1の基板の各点と第2の基板の各点との相関を誤差なく、とりわけ完全に、ひいては基板の面全体にわたって形成する際にも存在する。経験上、ボンディング過程後における各基板の表面上の構造体は、一般に互いに合同にはならないということが判っている。したがって、2つの基板の一般的な、とりわけ全体的なアライメントと、それに後続するボンディングステップとは、基板表面のどの点においても任意の各点の誤差のない完全な合同性が得られるようにするためには必ずしも充分でない。 That is, the biggest problem in today's alignment technology is not always present only when aligning two substrates, especially two wafers, with respect to each other based on the alignment mark, but at each point of the first substrate and the first. It is also present when the correlation with each point of the two substrates is formed without error, especially completely, and thus over the entire surface of the substrate. Experience has shown that the structures on the surface of each substrate after the bonding process are generally not congruent with each other. Therefore, the general, especially overall alignment of the two substrates and the subsequent bonding steps ensure complete congruence without error at any point on the surface of the substrate. Not always enough for this.

公知先行技術では、簡単な全体的なアライメントと、それに後続するボンディング過程とを妨げる2つの根本的な問題が存在する。 In the known prior art, there are two fundamental problems that hinder a simple overall alignment and the subsequent bonding process.

1つには、第1および/または第2の基板の構造体の位置が、一般に理論的な位置からずれてしまうことである。このずれには、複数の理由が存在し得る。 One is that the position of the structure of the first and / or second substrate generally deviates from the theoretical position. There can be multiple reasons for this deviation.

たとえば、製造プロセスに誤差が存在していたか、または少なくとも許容誤差を有しているが故に、製造された実際の構造体がその理想的な位置からずれてしまったということが考えられる。この例としては、ステップアンドリピート(Step-And-Repeat)方式のプロセスによるリソグラフィの反復使用が挙げられよう。このようなステップアンドリピート方式のプロセスでは、スタンプを並進移動させる度に、位置に関して小さくとも重大な誤差がもたらされる。 For example, it is possible that the actual structure manufactured has deviated from its ideal position due to an error in the manufacturing process, or at least a margin of error. An example of this would be the iterative use of lithography with a Step-And-Repeat process. In such a step-and-repeat process, each translational movement of the stamp results in a small but significant error in position.

さらに別の、些細でない理由は、機械的な負荷、とりわけ熱的な負荷による基板の変形であろう。基板は、たとえば構造体を製造する時点に所定の温度を有する。この温度は一般に、基板のプロセスフロー全体にわたって維持されるわけではなく、変化する。温度変化に伴って熱膨張が発生し、これによって、最も理想的なケースでは直径が変化し、最も不利なケースでは複雑な熱変形が発生してしまう。 Yet another, non-trivial reason would be the deformation of the substrate due to mechanical loads, especially thermal loads. The substrate has a predetermined temperature, for example, at the time of manufacturing the structure. This temperature is generally not maintained throughout the substrate process flow, but varies. Thermal expansion occurs as the temperature changes, resulting in a change in diameter in the most ideal cases and complex thermal deformation in the most unfavorable cases.

2つには、コンタクティングの直前および本来のボンディング過程の直前において、全ての構造体が誤差なく、とりわけ完全に合同であるような、すなわち重なり合っているような2つの基板であっても、ボンディング過程の間にその合同性を失ってしまう可能性がある。したがって、構造体同士が誤差なく、したがって完全に合同である基板スタックを形成する際に、ボンディングプロセス自体が決定的な影響を与えるのである。 Two, just before contacting and just before the original bonding process, bond all structures without error, especially even if the two substrates are completely congruent, i.e. overlapping. It is possible to lose that congruence during the process. Therefore, the bonding process itself has a decisive effect on forming a substrate stack in which the structures are error-free and therefore completely congruent.

3つには、基板上に載置される層および構造体が、基板内に応力を形成する可能性がある。層はたとえば絶縁層とすることができ、構造体はたとえばスルーシリコンビア(TSV)とすることができる。 Third, the layers and structures placed on the substrate can create stresses within the substrate. The layer can be, for example, an insulating layer and the structure can be, for example, a through silicon via (TSV).

2つの基板をパーマネントボンディング(永久接合)する際の極めて大きな技術的問題のうちの1つが、個々の基板の間の機能ユニットのアライメント(位置合わせ)精度である。基板はアライメント設備によって互いに対して極めて正確にアライメントされ得るが、しかしボンディング過程自体の間に、基板の歪みが生じるおそれがある。こうして生じた歪みにより、機能ユニットは必ずしも全ての位置において互いに対して適正にアライメントされているとは限らない。基板の特定の点におけるアライメントの不正確性は、歪み、スケーリング誤差、レンズ欠陥(拡大誤差もしくは縮小誤差)等の結果となり得る。半導体産業においては、このような問題にかかわるテーマ領域は全て「オーバレイ(重ね合わせ)」という概念に包含される。このテーマに関する相応する概論は、たとえばMack, Chris著の『Fundamental Principles of Optical Lithography - The Science of Microfabrication』(出版社WILEY、2007年,再版2012年)に記載されている。 One of the most significant technical issues in permanent bonding of two boards is the alignment accuracy of the functional units between the individual boards. The boards can be aligned very accurately with each other by the alignment equipment, but distortion of the boards can occur during the bonding process itself. Due to the distortion thus generated, the functional units are not always properly aligned with each other in all positions. Alignment inaccuracies at specific points on the substrate can result in distortion, scaling errors, lens defects (magnification or reduction errors), and the like. In the semiconductor industry, all thematic areas related to such problems are included in the concept of "overlay". A corresponding overview of this subject can be found, for example, in Mack, Chris's Fundamental Principles of Optical Lithography-The Science of Microfabrication (Publisher WILEY, 2007, Reprint 2012).

各機能ユニットは、実際の製造プロセスの前にコンピュータでデザインされる。たとえば、導体路、マイクロチップ、MEMS、またはマイクロシステム技術を用いて製造可能なあらゆる別の構造体も、CAD(computer aided design)プログラムにおいてデザインされる。しかし、機能ユニットの製造中には、コンピュータにおいて構築された理想的な機能ユニットと、クリーンルーム内で製造された実際の機能ユニットとの間に必ず、ずれが存在することが判っている。相違点は、主としてハードウェアの制限、すなわちテクニカルエンジニアリング的な問題に起因し得るが、しかし、しばしば物理的な限界にも起因し得る。すなわち、フォトリソグラフィプロセスにより製造される構造体の解像精度は、フォトマスクのアパーチュアの大きさや、使用される光線の波長により制限される。マスク歪みは直接にフォトレジストに転写される。機械のリニアモータは、規定された許容誤差内で再現可能となる位置にしか到達し得ない。したがって、基板の機能ユニットが、コンピュータにおいて構築された構造体に正確に等しくなり得ないことは不思議ではない。したがって、全ての基板は、既にボンディングプロセスの前に、理想状態からの無視し得ないずれを有しているわけである。2つの基板の、互いに向かい合って位置する2つの機能ユニットの位置および/または形状を、両基板のいずれも結合過程によって歪められないと仮定して比較してみると、一般に既に、両機能ユニットの完全ではない整合が存在していることが判る。なぜならば、これらの機能ユニットは、上で説明した誤差により、理想的なコンピュータモデルから偏倚しているからである。極めて頻度の高い誤差は、図8(http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Overlaytypical model terms DE.svg. 24.05.2013およびMack, Chris著の『Fundamental Principles of Optical Lithography- the Science of Microfabrication. Chichester』(出版社WILEY、第312頁、2007年、再版2012年)からの写し)に図示されている。図面に示したように、オーバレイ(重ね合わせ)誤差は、大ざっぱには、全体的なオーバレイ誤差と局所的なオーバレイ誤差、もしくは対称的なオーバレイ誤差と非対称的なオーバレイ誤差とに区別され得る。全体的なオーバレイ誤差は均一であり、したがって場所とは無関係である。全体的なオーバレイ誤差は、互いに向かい合って位置する2つの機能ユニットの間に、位置とは無関係に、同じ偏差を生ぜしめる。典型的な全体的なオーバレイ誤差は、両基板の互いに相対的な並進もしくは回転により生じる誤差I.およびII.である。両基板の並進もしくは回転は、それぞれ互いに向かい合って位置する全ての機能ユニットに関する、基板上での相応する並進的もしくは回転的な誤差を発生させる。局所的なオーバレイ誤差は、場所に関連して発生し、主として弾性問題および/または塑性問題および/またはプリプロセスにより発生し、この場合には特に、連続的に伝播するボンディングウェーブにより生ぜしめられる弾性問題および/または塑性問題および/またはプリプロセスにより発生する。図示のオーバレイ誤差のうち、とりわけ誤差III.およびIV.は「ランアウト(run-out)」誤差と呼ばれる。この「ランアウト」誤差は、特にボンディング過程中での少なくとも1つの基板の歪みにより生じる。少なくとも1つの基板の歪みにより、第1の基板の機能ユニットも、第2の基板の機能ユニットに関して歪められる。しかし、誤差I.およびII.は、同じくボンディングプロセスによって生じ得るが、しかしたいてい誤差III.およびIV.によって著しく重畳されるので、誤差I.およびII.は、極めて検知困難となるか、もしくは測定困難となる。このことは、x方向および/またはy方向および/または回転方向の補正を極めて精確に実施可能な最新式のボンダー、とりわけヒュージョンボンダーに当てはまる。 Each functional unit is computer designed prior to the actual manufacturing process. For example, conductor paths, microchips, MEMS, or any other structure that can be manufactured using microcontroller system technology is also designed in a CAD (computer aided design) program. However, during the manufacture of functional units, it has been found that there is always a discrepancy between an ideal functional unit built in a computer and an actual functional unit built in a clean room. Differences can be primarily due to hardware limitations, that is, technical engineering issues, but often due to physical limitations as well. That is, the resolution accuracy of the structure manufactured by the photolithography process is limited by the size of the aperture of the photomask and the wavelength of the light beam used. Mask strain is transferred directly to the photoresist. Mechanical linear motors can only reach reproducible positions within specified tolerances. Therefore, it is no wonder that the functional units of the board cannot be exactly equal to the structures constructed in the computer. Therefore, all substrates already have a negligible one from the ideal state before the bonding process. Comparing the positions and / or shapes of the two functional units of the two boards facing each other, assuming that neither of the two boards is distorted by the coupling process, generally already in both functional units. It turns out that there is an incomplete match. This is because these functional units deviate from the ideal computer model due to the errors described above. The most frequent errors are in Figure 8 (http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Overlaytypical model terms DE.svg. 24.05.2013 and Mack, Chris's Fundamental Principles of Optical Lithography-the Science of Illustrated in Microfabrication. Chichester (publisher WILEY, p. 312, 2007, reprint 2012). As shown in the drawings, overlay error can be roughly divided into overall overlay error and local overlay error, or symmetric overlay error and asymmetric overlay error. The overall overlay error is uniform and therefore location independent. The overall overlay error produces the same deviation between two functional units located facing each other, regardless of position. Typical overall overlay errors are the errors I. and II. Due to the translation or rotation of both substrates relative to each other. Translation or rotation of both boards causes a corresponding translational or rotational error on the boards for all functional units located facing each other. Local overlay errors are location-related and are primarily caused by elastic and / or plastic problems and / or preprocesses, especially the elasticity created by continuously propagating bonding waves. Caused by problems and / or plasticity problems and / or preprocessing. Of the overlay errors shown, errors III. And IV. Are referred to as "run-out" errors. This "runout" error is caused by distortion of at least one substrate, especially during the bonding process. Due to the distortion of at least one substrate, the functional unit of the first substrate is also distorted with respect to the functional unit of the second substrate. However, the errors I. and II. Can also be caused by the bonding process, but are usually significantly superimposed by the errors III and IV. Therefore, the errors I. and II. Are extremely difficult to detect or are measured. It will be difficult. This applies to state-of-the-art bonders, especially fusion bonders, that are capable of very precise corrections in the x and / or y and / or rotation directions.

公知先行技術においては、既に、局所的な歪みを少なくとも部分的に減少させることのできる設備が存在している。このことは、アクティブな制御エレメントの使用による局所的な歪み補正である(国際公開第2012/083978号(WO2012/083978A1))。 In the known prior art, there are already facilities capable of reducing local strain at least partially. This is a local distortion correction by the use of active control elements (International Publication No. 2012/083978 (WO2012 / 083978A1)).

公知先行技術においては、「ランアウト」誤差を補正するための第1の解決手段が存在する。米国特許出願公開第20120077329号明細書(US20120077329A1)には、下側の基板を位置固定しないことにより、ボンディングの間およびボンディングの後に2つの基板の機能ユニットの間の所望のアライメント精度を得るための方法が記載されている。これにより、下側の基板は境界条件下に置かれておらず、ボンディング過程の間、上側の基板に自由にボンディングされ得る。公知先行技術における重要な特徴は、とりわけ、たいていは真空装置を用いて1つの基板をフラットに位置固定することである。 In the known prior art, there is a first solution for correcting the "runout" error. U.S. Patent Application Publication No. 20120077329 (US20120077329A1) states that the underlying substrate may not be positioned to obtain the desired alignment accuracy between the functional units of the two substrates during and after bonding. The method is described. As a result, the lower substrate is not placed under boundary conditions and can be freely bonded to the upper substrate during the bonding process. An important feature of the known prior art is, among other things, the flat positioning of one substrate, often with a vacuum device.

発生した「ランアウト」誤差は、たいていの場合、コンタクト個所を中心にして放射対称的に増幅しており、したがってコンタクト個所から周面に向かって増大している。このことは、たいていの場合、「ランアウト」誤差の線形に増大する増幅である。特別な条件下では、「ランアウト」誤差は非線形にも増大し得る。 The "runout" error that occurs is usually amplified radiatively around the contact point and therefore increases from the contact point towards the circumferential surface. This is often a linearly increasing amplification of the "runout" error. Under special conditions, the "runout" error can also increase non-linearly.

特に最適な条件下では、「ランアウト」誤差は、相応する測定器具(欧州特許第2463892号明細書(EP2463892))により検出され得るだけでなく、数学的な関数によっても記録され得る。「ランアウト」誤差は、明確に規定された点の間での並進および/または回転および/またはスケーリングであるので、「ランアウト」誤差は有利にはベクトル関数によって記述される。一般に、このようなベクトル関数は関数f:R→Rであり、したがって位置座標の二次元の定義範囲を「ランアウト」ベクトルの二次元の値範囲へ写像する写像規則である。相応するベクトル場の正確な数学的解析はまだ行なわれていないが、しかし関数特性に関する推測は実行される。ベクトル関数は大きな確率を持って、少なくともCn≧1関数であり、したがって少なくとも1回、連続的に微分可能である。「ランアウト」誤差はコンタクティング点から縁部へ向かって増大するので、ベクトル関数の発散は、恐らくゼロとは異なる。したがって、ベクトル場は、大きな確率で湧き出し場である。 Under particularly optimal conditions, the "runout" error can be detected not only by the corresponding instrument (European Patent No. 24638892 (EP2463892)), but also by a mathematical function. Since the "runout" error is translation and / or rotation and / or scaling between clearly defined points, the "runout" error is advantageously described by a vector function. In general, such a vector function is the function f: R 2 → R 2 , and is therefore a mapping rule that maps the two-dimensional definition range of position coordinates to the two-dimensional value range of the "runout" vector. An accurate mathematical analysis of the corresponding vector field has not yet been performed, but inferences about the functional characteristics are performed. The vector function has a large probability and is at least a Cn n ≧ 1 function, and is therefore continuously differentiable at least once. The divergence of the vector function is probably different from zero because the "runout" error increases from the contacting point towards the edge. Therefore, the vector field is a spring field with a high probability.

「ランアウト」誤差は、構造体に関連して最良に求められる。「構造体」とは、第2または第1の基板上の構造体と相関させるべき、第1または第2の基板のあらゆる任意の要素であると理解される。
したがって構造体は、たとえば、
●アライメントマーク
●角部または縁部、とりわけ機能ユニットの角部および縁部
●コンタクトパッド、とりわけスルーシリコンビア(TSV)またはスルーポリマービア(TPV)
●導体路、
●凹部、とりわけ穴部または窪部
である。
The "runout" error is best sought in relation to the structure. A "structure" is understood to be any element of the first or second substrate that should be correlated with the structure on the second or first substrate.
So the structure is, for example,
● Alignment marks ● Corners or edges, especially the corners and edges of functional units ● Contact pads, especially through silicon vias (TSV) or through polymer vias (TPV)
● Conductor path,
● Recesses, especially holes or depressions.

「ランアウト」誤差は、一般に位置に関連しており、数学的な意味では、現実の点と理想的な点との間の変位ベクトルである。「ランアウト」誤差は、一般に位置に関連しているので、理想的にはベクトル場によって表される。以下の記載では、「ランアウト」誤差は、別段の言及がない場合、説明を容易にするためにただ単に点状であるとして見なすこととする。 The "runout" error is generally position-related and, in a mathematical sense, is a displacement vector between a real point and an ideal point. The "runout" error is generally position related and is ideally represented by a vector field. In the following description, the "runout" error will be considered solely as a dot for ease of explanation, unless otherwise noted.

「ランアウト」誤差Rは、2つの成分から組み合わされる。 The "runout" error R is a combination of the two components.

第1の成分R1は、「ランアウト」誤差の本質的な部分、すなわち構造体の製造誤差または基板の歪みに起因する部分を記述する。つまり、第1の成分R1は基板に内在している。この場合、構造体が第1の温度で適切に製造されはしたが、ボンディングプロセスまでに第2の温度への温度変化を受けた場合に、基板が本質的な「ランアウト」誤差も有している可能性があり、これによって熱膨張が発生し、この熱膨張が基板全体、ひいては基板上に存在する構造体も歪ませることとなることに留意すべきである。このような歪みが発生するには、わずか数ケルビンの、それどころか10分の1ケルビンの温度差だけでもう充分である。 The first component R1 describes an essential part of the "runout" error, i.e. a part due to a manufacturing error of the structure or distortion of the substrate. That is, the first component R1 is inherent in the substrate. In this case, the structure was properly manufactured at the first temperature, but the substrate also has an intrinsic "runout" error if it undergoes a temperature change to a second temperature by the bonding process. It should be noted that this may cause thermal expansion, which will distort the entire substrate and thus the structures present on the substrate. A temperature difference of only a few Kelvin, or even a tenth of Kelvin, is sufficient for such distortion to occur.

第2の成分R2は、「ランアウト」誤差の外因性の部分、すなわちボンディングプロセスによって初めて引き起こされる部分を記述する。この外因性の部分は、ボンディングプロセスの前には存在しない。この外因性の部分には特に、基板同士の間に作用する力による、第1および/または第2の基板の局所的および/または全体的な歪みが含まれ、このような力によって、ナノメータ領域の変形が引き起こされ得る。 The second component R2 describes the extrinsic part of the "runout" error, i.e., the part caused only by the bonding process. This extrinsic part does not exist before the bonding process. This extrinsic portion specifically includes local and / or overall strain of the first and / or second substrate due to the forces acting between the substrates, and such forces cause the nanometer region. Deformation can be caused.

本発明の課題は、基板のできるだけどの位置においてもボンディング精度が高められるような、2つの基板をボンディングする方法を提供することである。本発明のさらなる課題は、2つの基板の構造体同士の誤差のない、とりわけ完全な合同性を形成することが可能となるような方法を提示することである。 An object of the present invention is to provide a method for bonding two substrates so that the bonding accuracy can be improved at any position of the substrate as much as possible. A further object of the present invention is to present a method that makes it possible to form error-free, especially perfect congruence between the structures of two substrates.

この課題は、請求項1に記載の特徴により解決される。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。明細書、特許請求の範囲、および/または図面に記載されている少なくとも2つの特徴からなる全ての組み合わせも、本発明の枠内にある。記載された値範囲では、挙げられた範囲内にある値自体も、限界値として開示されたものとみなされ、かつ任意の組み合わせの形で請求可能であることが望ましい。単一のまたは複数の方法ステップが複数の異なる機器または複数の異なるモジュールにおいて実施可能である場合には、これらの方法ステップはそれぞれ独立した方法として別個に開示される。 This problem is solved by the feature according to claim 1. An advantageous development of the invention is described in the dependent claims. All combinations of at least two features described in the specification, claims, and / or drawings are also within the framework of the present invention. Within the stated value range, it is desirable that the values themselves within the listed range are also considered to be disclosed as limit values and can be claimed in any combination. Where a single or multiple method steps are feasible in different devices or modules, these method steps are disclosed separately as independent methods.

本発明の根底をなす思想は、加熱温度Tを既にボンディング中に低減させること、または、ボンディング中にヒータをスイッチオフすることにある。加熱温度Tは、とりわけ基板のボンディング面において、ボンディングのために充分な温度を発生させるために使用される。本発明によるさらに別の実施形態の重要な特徴は、ボンディング中の基板スタックが自由に変形できるようにするために、基板の位置固定をとりわけボンディング中に解除することにある。本発明による第3の実施形態のさらなる重要な特徴は、ボンディング中に基板スタックに、とりわけ基板スタックの界面に換気を施すこと、または加圧することが可能であることある。 The idea underlying the present invention is to reduce the heating temperature TH already during bonding, or to switch off the heater during bonding. The heating temperature TH is used to generate a sufficient temperature for bonding, especially on the bonding surface of the substrate. Yet another important feature of the present invention is to release the position fixation of the substrate, especially during bonding, so that the substrate stack during bonding can be freely deformed. A further important feature of the third embodiment of the present invention is the ability to ventilate or pressurize the substrate stack, especially the interface of the substrate stack, during bonding.

第1および/または第2の基板として、とりわけウェーハが考慮の対象となる。 Wafers are of particular consideration as the first and / or second substrate.

ボンディング、特にパーマネントボンディング、好ましくはヒュージョン接合の際の、本発明において特徴的な過程は、両基板のできるだけ同心的な点状のコンタクティングである。とりわけ、両基板のコンタクティングは非同心的に行なわれる場合もある。非同心的なコンタクト点から伝播するボンディングウェーブは、互いに異なる時間に基板縁部の互いに異なる個所に到達してしまう。相応して、ボンディングウェーブ特性およびこれにより得られる「ランアウト」誤差補償の完全な数学的・物理的な説明が複雑になってしまう。とりわけ、コンタクティング点は基板の中心からそれほど大きく遠ざけられて位置しないので、このことから場合によっては生ぜしめられる効果は、少なくとも縁部においては、無視し得る。可能な非同心的なコンタクティング点と基板の中心との間の距離は、好ましくは100mmよりも小さく、好ましくは10mmよりも小さく、さらに好ましくは1mmよりも小さく、極めて好ましくは0.1mmよりも小さく、最も好ましくは0.01mmよりも小さい。以下において、「コンタクティング」とは、一般に同心的なコンタクティングを意味するものとする。「中心」とは、広義の意味において好ましくは、必要に応じて非対称性分だけ補償された、基本となる理想的な物体の幾何学的な中心点を意味する。すなわち、ノッチを有する工業的に汎用されているウェーハにおいて、中心は、ノッチを有しない理想的なウェーハを取り囲む円の円中心点である。フラット(平らに面取りされた面)を有する工業的に汎用のウェーハでは、中心は、フラットを有しない理想的なウェーハを取り囲む円の円中心点である。同様の考えは、任意に成形された基板にも適用される。しかし、特殊な構成では、「中心」が基板の重心を意味することが有益になり得る。正確な同心的な点状のコンタクティングを保証するためには、中心の孔部と、この孔部内で並進的に運動可能なピンとを備えた上側のマウント装置(基板ホルダ)に、放射対称的な位置固定部が装備される。ピンの代わりに流体、好ましくはガスを加圧のために使用するノズルを使用することも考えられる。さらに、それどころか、両基板のうちの少なくとも一方の基板、好ましくは上側の基板が、重力に基づいて他方の基板の方向に付与された湾曲を有し、したがって前記並進的な接近において、相応する第2の基板に対する十分に小さな間隔において自動的にコンタクティングするというさらに別の前提条件下に、両基板を並進運動によって互いに接近させることのできる装置が設けられると、このようなエレメントの使用を完全に不要にすることができる。 A characteristic process in the present invention during bonding, especially permanent bonding, preferably fusion bonding, is as concentric punctate contacting of both substrates as possible. In particular, the contacting of both substrates may be performed non-concentrically. Bonding waves propagating from non-concentric contact points reach different locations on the edge of the substrate at different times. Correspondingly, the complete mathematical and physical description of the bonding wave characteristics and the resulting "runout" error compensation is complicated. In particular, the contacting point is not located so far from the center of the substrate, so the effect that may be produced from this is negligible, at least at the edges. The distance between possible non-concentric contacting points and the center of the substrate is preferably less than 100 mm, preferably less than 10 mm, even more preferably less than 1 mm, and very preferably less than 0.1 mm. It is small, most preferably smaller than 0.01 mm. In the following, "connecting" generally means concentric contacting. "Center", in a broad sense, preferably means the geometric center point of the underlying ideal object, compensated for asymmetry as needed. That is, in an industrially general-purpose wafer with a notch, the center is the center point of a circle surrounding an ideal wafer without a notch. For industrially general purpose wafers with flats (flat chamfered surfaces), the center is the circular center point of the circle surrounding the ideal wafer without flats. Similar ideas apply to arbitrarily molded substrates. However, in special configurations, it can be beneficial for the "center" to mean the center of gravity of the substrate. To ensure accurate concentric point contacting, a central hole and an upper mounting device (board holder) with translationally movable pins within this hole are radially symmetrical. Equipped with a fixed position. It is also conceivable to use nozzles that use fluid, preferably gas, for pressurization instead of pins. Moreover, on the contrary, at least one of the two substrates, preferably the upper substrate, has a curvature imparted in the direction of the other substrate based on gravity, and thus in said translational approach, the corresponding first. The use of such elements is complete when a device is provided that allows the two boards to be translated into close proximity to each other under yet another precondition of automatically contacting the two boards at sufficiently small intervals. Can be made unnecessary.

放射対称的な位置固定部/保持部は、設けられた真空穴部、円形の真空リップまたは上側の基板を位置固定することのできる比較可能な真空エレメントである。静電気式のマウント装置の使用も考えられる。上側の基板ホルダに設けられた中心の孔部内のピンは、位置固定された上側の基板の制御可能な撓みのために用いられる。 A radiatingly symmetric position / hold is a comparable vacuum element capable of locating a provided vacuum hole, a circular vacuum lip or an upper substrate. The use of electrostatic mounting devices is also conceivable. A pin in the central hole provided in the upper substrate holder is used for controllable deflection of the positioned upper substrate.

本発明によるさらに別の実施形態では、第1および/または第2の基板が、試料ホルダにおける過圧および/または負圧の生成によって凹面状および/または凸面状に湾曲されるように、マウント装置を構成することができる。このためにマウント装置には、好ましくは真空通路、および/または、流体流通可能または排気可能な中空空間が設けられている。ピンポイントに加圧するためのノズルの使用は、全体的に構築される圧力に有利になるように、とりわけ省略することが可能である。本発明によれば、基板を封止する実施形態、および/または、他の方法では基板のとりわけ縁部を位置固定する実施形態が考えられる。たとえばマウント装置が、外部雰囲気に対して負圧を形成するように構成されている場合には、基板縁部での密閉で充分である。基板を外側に向かって、すなわち凸面状に湾曲させるためにマウント装置の内部で過圧が形成される場合には、基板は、好ましくは縁部側でとりわけ機械的に位置固定される。基板に裏側から負圧または過圧を加えることによって、基板の湾曲を精確に設定することが可能である。 In yet another embodiment according to the invention, the mounting device is such that the first and / or second substrate is curved in a concave and / or convex shape due to the generation of overpressure and / or negative pressure in the sample holder. Can be configured. For this purpose, the mounting device is preferably provided with a vacuum passage and / or a hollow space capable of fluid flow or exhaust. The use of nozzles for pinpoint pressurization can be omitted, among other things, in favor of the overall pressure built. According to the present invention, an embodiment of sealing the substrate and / or another embodiment of fixing the position of the edge of the substrate in particular can be considered. For example, if the mounting device is configured to create a negative pressure with respect to the external atmosphere, sealing at the edge of the substrate is sufficient. If an overpressure is formed inside the mounting device to bend the substrate outwards, i.e. convexly, the substrate is preferably positioned, especially mechanically, on the edge side. By applying negative pressure or overpressure to the substrate from the back side, it is possible to accurately set the curvature of the substrate.

両基板の中心同士のコンタクティングが行われた後に、上側の基板ホルダの位置固定が、とりわけ制御された状態で少しずつ解除される。上側の基板は、一方では重力により、他方ではボンディングウェーブに沿って両基板の間に作用するボンディング力により、下方へ落下する。上側の基板は、半径方向で中心から側縁部に向かって下側の基板に結合される。こうして、特に中心から側縁部に向かって延びる放射対称的なボンディングウェーブの本発明における形成が行われる。ボンディング過程の間、両基板は、両基板の間に存在するガス、特に空気を、ボンディングウェーブの前方から押し出し、これによってガス封入物なしのボンディング境界面を生ぜしめる。上側の基板は落下時に実質的に一種のガスクッション上に落下する。 After the contacting between the centers of both boards is performed, the position fixing of the upper board holder is gradually released in a particularly controlled state. The upper substrate falls downward on the one hand due to gravity and on the other hand due to the bonding force acting between the two substrates along the bonding wave. The upper substrate is coupled to the lower substrate in the radial direction from the center toward the side edges. In this way, a radiation-symmetrical bonding wave extending particularly from the center toward the side edge portion is formed in the present invention. During the bonding process, both substrates push gas, especially air, present between the substrates from the front of the bonding wave, thereby creating a bonding interface without gas inclusions. The upper substrate falls onto a kind of gas cushion when dropped.

第1/上側の基板は、ボンディング開始個所におけるボンディングの開始後に付加的な位置固定を受けない、つまりボンディング開始個所における位置固定は別として、自由に運動し、かつ歪むこともできる。本発明において進行するボンディングウェーブ(波)と、ボンディングウェーブフロントに生じる応力状態と、存在するジオメトリ的(幾何学的)な境界条件とにより、その半径方向の厚さに関して無限小に小さい如何なる円セグメントも歪みを受ける。しかし、基板は剛性的な物体であるので、歪みは中心からの間隔の関数として合計される。このことは、本発明による方法および本発明による装置により取り除くべき「ランアウト」誤差を招く。 The first / upper substrate is not subject to additional position fixation after the start of bonding at the bonding start site, i.e., apart from the position fixation at the bonding start site, can freely move and be distorted. Any circular segment that is infinitesimally small with respect to its radial thickness due to the bonding wave (wave) traveling in the present invention, the stress state generated at the bonding wave front, and the existing geometrical boundary conditions. Is also distorted. However, since the substrate is a rigid object, the strain is summed as a function of the distance from the center. This leads to a "runout" error to be eliminated by the method according to the invention and the apparatus according to the invention.

したがって本発明は、ボンディングされた両基板の間の「ランアウト」誤差を、特に熱力学的および/または機械的な補償メカニズムによって、ボンディングの際に減少させるか、またはそれどころか完全に回避するための方法および装置にも関する。さらに、本発明は、本発明による装置および本発明による方法を用いて製造される、相応する製品を扱う。 Accordingly, the present invention is a method for reducing or even avoiding "runout" errors between both bonded substrates during bonding, especially by thermodynamic and / or mechanical compensation mechanisms. And also the equipment. In addition, the invention deals with corresponding products manufactured using the apparatus according to the invention and the method according to the invention.

「ランアウト」誤差は、とりわけ基板表面に沿った基板における位置に関連している。とりわけ「ランアウト」誤差は、基板の中心から周辺部に向かって増大することが判っている。このような放射対称的なランアウトは、特に基板がヒュージョン接合される場合に生じ、これらの基板同士は、ピン(pin)によって中心でコンタクトされ、これらの基板のボンディングウェーブは、コンタクティングの後に自律的に、とりわけ放射状に伝播する。 The "runout" error is particularly related to position on the substrate along the surface of the substrate. In particular, the "runout" error has been found to increase from the center of the substrate towards the periphery. Such radial symmetric runouts occur, especially when the substrates are fused together, the substrates are centered by pins, and the bonding waves of these substrates are autonomous after contacting. In particular, it propagates radially.

「ランアウト」誤差は、とりわけボンディングウェーブ速度に関連している。一般に、ボンディングウェーブ速度が速くなればなるほど「ランアウト」誤差は大きくなる。したがって本発明によれば、好ましくは100mm/秒よりも遅い、好ましくは50mm/秒よりも遅い、さらに好ましくは10mm/秒よりも遅い、極めて好ましくは1mm/秒よりも遅い、最も好ましくは0.1mm/秒よりも遅い、ボンディングウェーブ速度が設定される。本発明による特別な1つの実施形態では、ボンディングウェーブ速度が測定手段によって検出される。 The "runout" error is particularly related to the bonding wave speed. In general, the faster the bonding wave speed, the greater the "runout" error. Therefore, according to the present invention, it is preferably slower than 100 mm / sec, preferably slower than 50 mm / sec, more preferably slower than 10 mm / sec, extremely preferably slower than 1 mm / sec, most preferably 0. A bonding wave speed is set that is slower than 1 mm / sec. In one particular embodiment according to the invention, the bonding wave velocity is detected by the measuring means.

「ランアウト」誤差は、とりわけ(プレ)ボンディングプロセスの開始直前における両基板の間の間隔(gap)に関連している。とりわけ上側の第1の基板が変形手段によって第1の力Fで変形される限り、基板同士の間の間隔は、位置の関数である。とりわけ基板同士の間の間隔は、縁部において最も大きい。最も小さい間隔は、変形された基板の凸面状の最大値の領域に位置している。したがって、変形された基板の形状も「ランアウト」誤差に対して影響を与える。縁部における基板同士の間の間隔(基板縁部間隔D)は、ボンディング直前にはとりわけ5mmよりも小さく、好ましくは2mmよりも小さく、さらに好ましくは1mmよりも小さく、極めて好ましくは0.5mmよりも小さく、最も好ましくは0.1mmよりも小さく設定される。凸面状の最大値の下側における基板同士の間の間隔は、ボンディング直前にはとりわけ1mmよりも小さく、好ましくは100μmよりも小さく、さらに好ましくは10μmよりも小さく、極めて好ましくは1μmよりも小さく、最も好ましくは100nmよりも小さく設定される。「ランアウト」誤差は、とりわけ試料ホルダの形式と、これにより得られる各基板の位置固定部/保持部の形式とに関連している。国際公開第2014/191033号(WO2014/191033A1)は、好ましい試料ホルダの複数の実施形態を開示しており、この点に関してこの文献が参照される。本開示のプロセスでは、位置固定の解除後、とりわけ真空固定の解除後に、基板を試料ホルダから解離することが極めて重要である。試料ホルダの表面粗さは、そのうねりができるだけ小さくなるようにできるだけ大きく選択される。大きな表面粗さは、試料ホルダ表面と基板との間のコンタクト個所をできるだけ少なくする。したがって、試料ホルダからの基板の分離が最小限のエネルギコストで実施される。うねりは、好ましくは試料ホルダ表面によって「ランアウト」のための新たな供給源が形成されないようにするために最小限に抑えられる。この点に関して、うねりに関する記述は、試料ホルダ表面が全体としても湾曲してはならないということを意味するわけではないことを述べておく。 The "runout" error is particularly related to the gap between the two substrates just before the start of the (pre) bonding process. The spacing between the substrates is a function of position, especially as long as the upper first substrate is deformed by the deforming means with the first force F1. In particular, the distance between the substrates is the largest at the edges. The smallest spacing is located in the region of the convex maximum value of the deformed substrate. Therefore, the shape of the deformed substrate also affects the "runout" error. The spacing between the substrates at the edges (board edge spacing D) is particularly less than 5 mm, preferably less than 2 mm, more preferably less than 1 mm, and extremely preferably less than 0.5 mm immediately before bonding. Is also small, most preferably set smaller than 0.1 mm. The spacing between the substrates below the convex maximum is particularly less than 1 mm, preferably less than 100 μm, more preferably less than 10 μm, very preferably less than 1 μm, just before bonding. Most preferably, it is set to be smaller than 100 nm. The "runout" error is particularly related to the type of sample holder and the type of position fixing / holding part of each substrate thus obtained. WO 2014/191033 (WO2014 / 191033A1) discloses multiple embodiments of preferred sample holders, with reference to this document. In the process of the present disclosure, it is extremely important to dissociate the substrate from the sample holder after the release of position fixation, especially after release of vacuum fixation. The surface roughness of the sample holder is selected as large as possible so that its waviness is as small as possible. The large surface roughness minimizes the contact points between the sample holder surface and the substrate. Therefore, separation of the substrate from the sample holder is performed with minimal energy cost. Waviness is preferably minimized to prevent the sample holder surface from forming a new source for "runout". In this regard, it should be noted that the description of waviness does not mean that the surface of the sample holder should not be curved as a whole.

粗さは、平均粗さ、二乗粗さ、または平均粗さ深さのいずれかとして表される。平均粗さの算出値、二乗粗さの算出値、および平均粗さ深さの算出値は、一般に、測定経路または測定面が同一でもそれぞれ異なっているが、同じ桁数範囲内にある。したがって、粗さに関する以下の数値範囲は、平均粗さ、二乗粗さ、または平均粗さ深さのいずれかの値であるとして理解すべきである。粗さは、とりわけ10nmよりも大きく、好ましくは100nmよりも大きく、さらに好ましくは1μmよりも大きく、極めて好ましくは10μmよりも大きく、最も好ましくは100μmよりも大きく設定される。「ランアウト」誤差は、とりわけ時間的な側面に関連している。ボンディングウェーブは非常に迅速に伝播するので、ボンディングウェーブの直後および/または最中および/または直前に、基板の材料が互いに最適に結合するための充分な時間は与えられない。したがって、ボンディングウェーブを時間に関連して制御することも極めて重要であり得る。 Roughness is expressed as either average roughness, square roughness, or average roughness depth. The calculated value of the average roughness, the calculated value of the square roughness, and the calculated value of the average roughness depth are generally different even if the measurement path or the measurement surface is the same, but they are within the same digit number range. Therefore, the following numerical range for roughness should be understood as one of the values of average roughness, square roughness, or average roughness depth. The roughness is set to be particularly greater than 10 nm, preferably greater than 100 nm, still more preferably greater than 1 μm, extremely preferably greater than 10 μm, and most preferably greater than 100 μm. The "runout" error is particularly related to the temporal aspect. Since the bonding wave propagates so quickly, there is not enough time for the substrate materials to optimally bond to each other immediately after and / or during and / or immediately before the bonding wave. Therefore, controlling the bonding wave in relation to time can also be extremely important.

「ランアウト」誤差は、とりわけ試料ホルダの上に基板を装填する過程に関連している。基板の装填時および位置固定時には基板が歪むおそれがあり、この歪みは、位置固定によって維持され、(プレ)ボンディング中に基板スタックの中に一緒に取り込まれる。したがって基板は、エンドエフェクタによってできるだけ歪みなしに試料ホルダの上に運ばれる。 The "runout" error is particularly related to the process of loading the substrate onto the sample holder. The board may be distorted during board loading and position fixation, and this distortion is maintained by the position fixation and is incorporated into the board stack during (pre) bonding. Therefore, the substrate is carried onto the sample holder by the end effector with as little distortion as possible.

「ランアウト」誤差は、とりわけ両基板の間の温度差および/または温度変動に関連している。各基板は、それぞれ異なるプロセスステップまたはそれぞれ異なるプロセスモジュールからボンディングモジュールに供給される。これらのプロセスモジュールでは、それぞれ異なる処理がそれぞれ異なる温度で実施されていた可能性がある。さらには、上側の試料ホルダと下側の試料ホルダとは、それぞれ異なる構造、それぞれ異なる構成、ひいてはそれぞれ異なる物理的特性、とりわけそれぞれ異なる熱的特性を有し得る。たとえば、各試料ホルダの熱質量および/または熱伝導率が互いに異なっていることが考えられる。これにより、装填温度がそれぞれ異なってしまうか、または(プレ)ボンディングの時点の温度がそれぞれ異なってしまう。したがって、本発明によるプロセスを実施するための試料ホルダには、少なくとも一方の(好ましくは両方の)基板の温度を精確に設定できるようにするために、加熱および/または冷却システムが装備される。とりわけ、両基板の温度をそれぞれ異なる値に適合させて、両基板の少なくとも一方に熱を加えることで、基板を全体的に熱によって歪ませることが考えられる。こうして、とりわけ「ランアウト」誤差の成分R1を補償するために、基板を所望の初期状態に適合させることができる。 The "runout" error is particularly related to temperature differences and / or temperature fluctuations between the two substrates. Each substrate is fed to the bonding module from different process steps or different process modules. In these process modules, different processes may have been performed at different temperatures. Furthermore, the upper sample holder and the lower sample holder may have different structures, different configurations, and thus different physical properties, especially different thermal properties. For example, the thermal mass and / or thermal conductivity of each sample holder may be different from each other. As a result, the loading temperature will be different, or the temperature at the time of (pre) bonding will be different. Therefore, the sample holder for carrying out the process according to the invention is equipped with a heating and / or cooling system to allow accurate setting of the temperature of at least one (preferably both) substrates. In particular, it is conceivable to adjust the temperatures of both substrates to different values and apply heat to at least one of the two substrates to distort the substrate as a whole by heat. Thus, the substrate can be adapted to the desired initial state, especially to compensate for the component R1 of the "runout" error.

「ランアウト」誤差は、とりわけ周囲圧力に関連している。周囲圧力の作用については、国際公開第2014/191033号(WO2014/191033A1)に詳細に説明および開示されている。この点に関してこの文献が参照される。 The "runout" error is particularly related to ambient pressure. The action of ambient pressure is described and disclosed in detail in WO2014 / 191033 (WO2014 / 191033A1). This document is referred to in this regard.

「ランアウト」誤差は、とりわけシステムの対称性に関連しており、したがって、好ましくはできるだけ多くの(さらに好ましくは少なくとも大多数の)構成要素が、対称的に構成および/または配置される。とりわけ、各基板の厚さはそれぞれ異なっている。さらには、各基板上には、それぞれ異なる機械的特性を有するそれぞれ異なる材料の層をそれぞれ異なる順序で設けることができ、またこのことを考慮するべきであろう。さらには、基板の一方は好ましくは変形され、その一方で他方の基板は試料ホルダの上にフラットに載置される。非対称性をもたらす全ての特性、パラメータ、および実施形態が、とりわけ「ランアウト」誤差に対して作用を及ぼす。これらの非対称性の中には、回避することができないものもある。たとえば基板の厚さ、基板上の層、および機能ユニットは、プロセスおよび顧客仕様によって決められている。本発明によれば、とりわけそれ以外の変更可能なパラメータを変化させることによって「ランアウト」を大幅に最小化すること、とりわけ完全に除去することが試みられる。 The "runout" error is particularly related to the symmetry of the system, so preferably as many (more preferably at least the majority) components as possible are symmetrically configured and / or arranged. In particular, the thickness of each substrate is different. Furthermore, layers of different materials with different mechanical properties can be provided on each substrate in different order, and this should be taken into consideration. Furthermore, one of the substrates is preferably deformed, while the other substrate is placed flat on the sample holder. All properties, parameters, and embodiments that result in asymmetry affect, among other things, "runout" errors. Some of these asymmetries are unavoidable. For example, the thickness of the board, the layers on the board, and the functional units are determined by the process and customer specifications. According to the present invention, it is attempted to significantly minimize, especially completely eliminate, "runout", especially by varying other modifiable parameters.

「ランアウト」誤差は、とりわけ位置に関連している。本発明による手段の目標は、とりわけどの位置においても、10μmよりも小さく、好ましくは1μmよりも小さく、さらに好ましくは100nmよりも小さく、極めて好ましくは10nmよりも小さく、最も好ましくは1nmよりも小さい「ランアウト」誤差を維持することである。 The "runout" error is particularly position related. The goal of the means according to the invention is, especially at any position, less than 10 μm, preferably less than 1 μm, even more preferably less than 100 nm, very preferably less than 10 nm, most preferably less than 1 nm. To maintain the "runout" error.

試料ホルダ
本発明による実施形態のために使用することが好ましい試料ホルダは、位置固定部を使用する。位置固定部は、位置固定力または対応する位置固定圧力を用いて基板を保持するために使用される。位置固定部は、とりわけ:
●機械式の位置固定部、とりわけクランプ、もしくは、
●真空固定部、とりわけ
○個々に制御可能な真空通路、または、
○互いに接続された真空通路
を備える真空固定部、もしくは、
●電気式の位置固定部、とりわけ静電気式の位置固定部、もしくは、
●磁気式の位置固定部、もしくは、
●接着式の位置固定部、とりわけ
○ゲルパック位置固定部、または、
○とりわけ制御可能な接着表面を備える位置固定部
とすることができる。
Sample Holder A sample holder that is preferably used for embodiments according to the present invention uses a fixed position. The position-fixing section is used to hold the substrate using a position-fixing force or a corresponding position-fixing pressure. The position fixing part is especially:
● Mechanical position fixing part, especially clamp or
● Vacuum fixing part, especially ○ Individually controllable vacuum passage or
○ A vacuum fixing part with a vacuum passage connected to each other, or
● Electric position fixing part, especially electrostatic position fixing part, or
● Magnetic position fixing part or
● Adhesive position fixing part, especially ○ Gel pack position fixing part, or
○ In particular, it can be a position fixing part having a controllable adhesive surface.

位置固定部は、とりわけ電子的に制御可能である。真空固定部は、好ましい位置固定部の形式である。真空固定部は、好ましくは複数の真空通路からなり、これらの真空通路は、試料ホルダの表面にて現れ出る。真空通路は、好ましくは個々に制御可能である。技術的に好ましい適用例では、いくつかの真空通路が、各真空通路セグメントに統合されており、各真空通路セグメントは、個々に制御可能であり、すなわち個別に排気可能または注気可能である。各真空セグメントは、好ましくは他の真空セグメントから独立している。これにより、個々に制御可能な真空セグメントを構成する手段が得られる。真空セグメントは、好ましくはリング状に構成されている。これによって基板を、放射対称的に、とりわけ内側から外側に向かって狙い通りに位置固定すること、および/または、試料ホルダから解離させることが可能となり、またはその逆も可能となる。 The fixed position is particularly electronically controllable. The vacuum fixing part is a preferred type of position fixing part. The vacuum fixation section preferably consists of a plurality of vacuum passages, which appear on the surface of the sample holder. The vacuum passages are preferably individually controllable. In a technically preferred application, several vacuum passages are integrated into each vacuum passage segment, where each vacuum passage segment is individually controllable, i.e. individually evacuable or inflatable. Each vacuum segment is preferably independent of the other vacuum segments. This provides a means of constructing individually controllable vacuum segments. The vacuum segment is preferably configured in a ring shape. This allows the substrate to be positioned radially symmetrically, especially from the inside to the outside, and / or dissociated from the sample holder, and vice versa.

可能な試料ホルダは、国際公開第2014/191033号(WO2014/191033A1)、国際公開第2013/023708号(WO2013/023708A1)、国際公開第2012/079597号(WO2012/079597A1)、および国際公開第2012/083978号(WO2012/083978A1)に開示されている。この点に関してはこれらの文献が参照される。 Possible sample holders are International Publication No. 2014/191033 (WO2014 / 191033A1), International Publication No. 2013/023708 (WO2013 / 023708A1), International Publication No. 2012/079597 (WO2012 / 079597A1), and International Publication No. 2012. / 083978 (WO2012 / 083978A1). These documents are referred to in this regard.

ボンディングウェーブの監視
本発明による少なくとも1つの、好ましくは全てのプロセスステップの間、ボンディングウェーブの進行状況またはボンディングウェーブの少なくとも1つの状態を検出し、これによって、所定の時点におけるボンディングウェーブの進行状況またはボンディングウェーブの少なくとも1つの状態を求めることが有利である。このために、とりわけカメラを有する測定手段を設けることが好ましい。監視は、好ましくは:
●カメラ、とりわけ視覚カメラまたは赤外線カメラ、および/または
●導電率測定器具
を用いて実施される。
Bonding Wave Monitoring According to the present invention, during at least one, preferably all process steps, the progress of the bonding wave or at least one state of the bonding wave is detected, whereby the progress of the bonding wave or the progress of the bonding wave at a predetermined time point is detected. It is advantageous to find at least one state of the bonding wave. For this purpose, it is particularly preferable to provide a measuring means having a camera. Monitoring is preferably:
● Performed using cameras, especially visual or infrared cameras, and / or ● conductivity measuring instruments.

カメラを用いてボンディングウェーブの特定を実施する場合には、どの時点においてもボンディングウェーブの位置、とりわけボンディングウェーブの進行状況を検出することが可能である。カメラは、好ましくはデータをデジタル化してコンピュータに送信する赤外線カメラである。これに基づいて、コンピュータは、デジタルデータの評価、とりわけボンディングウェーブの位置、ボンディングされた面の大きさ、またはさらに別のパラメータの特定を可能にする。 When the bonding wave is specified using a camera, it is possible to detect the position of the bonding wave, particularly the progress of the bonding wave, at any time point. The camera is preferably an infrared camera that digitizes the data and sends it to the computer. Based on this, the computer allows the evaluation of digital data, in particular the location of the bonding wave, the size of the bonded surface, or the identification of yet another parameter.

ボンディングウェーブの進行状況を監視するさらに別の手段は、ボンディングウェーブが進行するにつれて変化する表面導電率を測定することである。このためには、このような測定に対する必要条件が与えられていなければならない。表面導電率の測定は、とりわけ基板の、互いに向かい合っている2つの位置における2つの電極のコンタクティングによって実施される。本発明による特別な1つの実施形態では、電極は、基板の縁部とコンタクティングし、但し、縁部における基板のボンディングを妨げない。あまり好ましくない本発明による第2の実施形態では、ボンディングウェーブが基板の側縁部に到達する前に、基板から電極が引き戻される。 Yet another means of monitoring the progress of a bonding wave is to measure the surface conductivity, which changes as the bonding wave progresses. To do this, the requirements for such measurements must be given. The measurement of surface conductivity is carried out, among other things, by the contacting of two electrodes at two positions facing each other on the substrate. In one particular embodiment according to the invention, the electrodes contact the edges of the substrate, but do not interfere with the bonding of the substrate at the edges. In a less preferred second embodiment of the invention, the electrodes are pulled back from the substrate before the bonding wave reaches the side edges of the substrate.

以下ではプロセスについて説明する。これらのプロセスは、好ましくは記載された順序で、とりわけ別個のステップとして進行する。別段の言及がない限り、プロセスステップおよび開示内容は、それが当業者にとって技術的に実施可能である場合には、それぞれある1つの実施形態から他の実施形態へと転用することが可能である。 The process will be described below. These processes proceed, preferably in the order described, in particular as separate steps. Unless otherwise stated, process steps and disclosures can be diverted from one embodiment to another, respectively, where technically feasible for one of ordinary skill in the art. ..

本発明の第1の実施形態によるプロセス
本発明による方法の第1の実施形態の第1のプロセスステップでは、2つの基板のうちの一方の基板が、第1の/上側の試料ホルダの上に、そして第2の基板が、第2の/下側の試料ホルダの上に位置決めされ、位置固定される。この場合、基板の供給は手動で実施してもよいが、好ましくはロボットによって、すなわち自動で実施することができる。上側の試料ホルダは、好ましくは、上側の第1の基板を第1の力Fによって狙い通りに、とりわけ制御可能に変形させるための変形手段を使用する。上側の試料ホルダは、とりわけ少なくとも1つの開口部を有し、変形手段、とりわけピン(pin)は、この開口部を通して上側の第1の基板を機械的に変形させることが可能である。このような試料ホルダは、好ましくは国際公開第2013/023708号(WO2013/023708A1)に開示されている。
Process According to First Embodiment of the Invention In the first process step of the first embodiment of the method according to the invention, one of the two substrates is placed on the first / upper sample holder. , And the second substrate is positioned and fixed on the second / lower sample holder. In this case, the substrate may be supplied manually, but preferably by a robot, that is, automatically. The upper sample holder preferably uses a deforming means for deforming the upper first substrate as intended, especially in a controllable manner, by the first force F1. The upper sample holder has at least one opening in particular, and the transforming means, in particular the pin, is capable of mechanically deforming the upper first substrate through this opening. Such sample holders are preferably disclosed in International Publication No. 2013/023708 (WO2013 / 023708A1).

第2のプロセスステップでは、変形手段、とりわけピンが、上側の第1の基板の裏側にコンタクトして、若干の変形、とりわけ変形手段の側から(すなわち上から)凹面と呼ばれる撓みを形成する。変形手段は、とりわけ1mNよりも大きく、好ましくは10mNよりも大きく、さらに好ましくは50mNよりも大きく、極めて好ましくは100mNよりも大きく、とりわけ5000mNよりも大きい第1の力Fを第1の基板に加える。この力は、上側の第1の基板を試料ホルダから解離させるためには弱すぎるが、本発明による撓みを形成するためには充分な強さである。力は、基板に対して好ましくはできるだけ点状に作用する。点状の作用は実際には存在しないので、力は、好ましくは非常に小さい面積に作用する。この面積は、とりわけ1cmよりも小さく、好ましくは0.1cmよりも小さく、さらに好ましくは0.01cmよりも小さく、最も好ましくは0.001cmよりも小さい。0.001cmの面積に作用する場合には、作用する力は、本発明によればとりわけ1MPaよりも大きく、好ましくは10MPaよりも大きく、さらに好ましくは50MPaよりも大きく、極めて好ましくは100MPaよりも大きく、最も好ましくは1000MPaよりも大きい。開示したこれらの圧力範囲は、上で開示したさらに別の面にも適用される。 In the second process step, the deforming means, especially the pins, contact the back side of the upper first substrate to form some deformation, especially from the side of the deforming means (ie, from above), a deflection called a concave surface. The transforming means applies a first force F 1 to the first substrate, particularly greater than 1 mN, preferably greater than 10 mN, even more preferably greater than 50 mN, very preferably greater than 100 mN, and particularly greater than 5000 mN. Add. This force is too weak to dissociate the upper first substrate from the sample holder, but is strong enough to form the deflection according to the present invention. The force preferably acts on the substrate in dots as much as possible. The force preferably acts on a very small area, as the punctate action does not actually exist. This area is particularly smaller than 1 cm 2 , preferably smaller than 0.1 cm 2 , more preferably smaller than 0.01 cm 2 , and most preferably smaller than 0.001 cm 2 . When acting on an area of 0.001 cm 2 , the acting force is particularly greater than 1 MPa, preferably greater than 10 MPa, still more preferably greater than 50 MPa, and extremely preferably greater than 100 MPa, according to the present invention. Large, most preferably greater than 1000 MPa. These disclosed pressure ranges also apply to yet another aspect disclosed above.

第3のプロセスステップでは、とりわけ試料ホルダ同士を相対的に接近させることによって、両基板の相対的な接近が実施される。好ましくは下側の試料ホルダが持ち上げられ、これによって下側の第2の基板が、上側の第1の基板に向かって能動的に接近される。しかし、上側の試料ホルダを下側の試料ホルダに向かって能動的に接近させることも、または、2つの試料ホルダを互いに向かって同時に接近させることも考えられる。両基板の接近は、とりわけ1μm~2000μm、好ましくは10μm~1000μm、さらに好ましくは20μm~500μm、極めて好ましくは40μm~200μmの間の間隔になるまで実施される。この間隔は、2つの基板の各表面点の間の最も小さい垂直方向距離として定義されている。 In the third process step, the relative proximity of the two substrates is achieved, especially by bringing the sample holders closer together. Preferably the lower sample holder is lifted so that the lower second substrate is actively approached towards the upper first substrate. However, it is also conceivable to actively bring the upper sample holder closer to the lower sample holder, or to bring the two sample holders closer to each other at the same time. The proximity of the two substrates is particularly carried out until an interval of 1 μm to 2000 μm, preferably 10 μm to 1000 μm, more preferably 20 μm to 500 μm, and extremely preferably 40 μm to 200 μm. This spacing is defined as the smallest vertical distance between each surface point on the two substrates.

第1および/または第2の基板は、ボンディングまたはプレボンディング、もしくはコンタクティングの前に加熱手段によって加熱され、および/または、冷却手段によって冷却され、すなわち温度調節される。 The first and / or second substrate is heated by heating means and / or cooled by cooling means prior to bonding or prebonding, or contacting, i.e. temperature controlled.

第4のプロセスステップでは、上側の第1の基板にさらに別の力が加えられる。本発明による第1の実施態様では、とりわけ100mNよりも大きく、好ましくは500mNよりも大きく、さらに好ましくは1500mNよりも大きく、極めて好ましくは2000mNよりも大きく、最も好ましくは3000mNよりも大きい、変形手段の第2の力Fが、第1の基板に加えられる。こうすることにより、上側の第1の基板と下側の第2の基板との第1のコンタクティングが引き起こされるか、または少なくとも支援される。発生させることが好ましい圧力の計算は、仮定される最も小さい面積である0.001cmで力を除算することによって改めて実施される。第5のプロセスステップでは、加熱手段、とりわけ下側の試料ホルダ内に組み込み配置された、下側の試料ホルダのヒータがスイッチオフされる。 In the fourth process step, yet another force is applied to the upper first substrate. In the first embodiment according to the invention, of the transforming means, particularly greater than 100 mN, preferably greater than 500 mN, even more preferably greater than 1500 mN, very preferably greater than 2000 mN, most preferably greater than 3000 mN. A second force F 2 is applied to the first substrate. By doing so, a first contacting between the upper first substrate and the lower second substrate is triggered or at least assisted. The calculation of the pressure that is preferred to be generated is re-performed by dividing the force by the assumed smallest area of 0.001 cm 2 . In the fifth process step, the heating means, especially the heater of the lower sample holder, which is built and arranged in the lower sample holder, is switched off.

第6のプロセスステップでは、とりわけ進行中のボンディングウェーブの伝播が監視される(上記の「ボンディングウェーブの監視」も参照のこと)。この監視は、ボンディングウェーブの進行状況を追跡し、ひいてはボンディング過程の進行状況を、とりわけ1秒より長く、好ましくは2秒より長く、さらに好ましくは3秒より長く、極めて好ましくは4秒より長く、最も好ましくは5秒より長い期間にわたって追跡する。所定の時間間隔にわたってボンディング過程を追跡/制御する代わりに、ボンディングウェーブの追跡を、ボンディングウェーブの位置、とりわけ半径方向位置に関して定めることも可能である。ボンディング過程の追跡は、とりわけボンディングウェーブが、基板の直径の少なくとも0.1倍、好ましくは少なくとも0.2倍、さらに好ましくは少なくとも0.3倍、極めて好ましくは少なくとも0.4倍、最も好ましくは0.5倍に相当する半径方向位置に存在する間、実施される。ボンディングの進行状況の追跡を、表面導電率の測定によって測定することが望ましい場合には、ボンディングの進行を、ボンディングされた表面またはボンディングされていない表面のパーセンテージの割合によって実施することも可能である。その場合、本発明によるボンディングの進行状況の監視は、とりわけ面積の1%より多く、好ましくは4%より多く、さらに好ましくは9%より多く、極めて好ましくは16%より多く、最も好ましくは25%より多くがボンディングされるまでの間、実施される。これに代わる形態では、監視が連続的に実施される。 In the sixth process step, the propagation of the bonding wave in progress is monitored, among other things (see also "Monitoring the Bonding Wave" above). This monitoring tracks the progress of the bonding wave and thus the progress of the bonding process, especially longer than 1 second, preferably longer than 2 seconds, even more preferably longer than 3 seconds, and very preferably longer than 4 seconds. Most preferably follow for a period longer than 5 seconds. Instead of tracking / controlling the bonding process over a predetermined time interval, it is also possible to determine the tracking of the bonding wave with respect to the position of the bonding wave, especially the radial position. The tracking of the bonding process is such that the bonding wave is at least 0.1 times, preferably at least 0.2 times, more preferably at least 0.3 times, very preferably at least 0.4 times, most preferably the diameter of the substrate. It is carried out while being in a radial position corresponding to 0.5 times. If it is desirable to track the progress of the bond by measuring the surface conductivity, it is also possible to perform the bond progress as a percentage of the bonded or unbonded surfaces. .. In that case, the monitoring of the progress of bonding according to the present invention is particularly more than 1%, preferably more than 4%, more preferably more than 9%, extremely preferably more than 16%, most preferably 25% of the area. It is carried out until more are bonded. In an alternative form, monitoring is performed continuously.

プロセスシーケンスの制御は、好ましくは上記の値の範囲内における監視から、規定/設定された値または設定可能な値に基づいて実施される。ここから、ボンディングウェーブの進行のための、次のプロセスステップの開始までの第1の待機時間が判明する。 Control of the process sequence is preferably carried out from monitoring within the range of the above values, based on specified / set or configurable values. From this, the first waiting time until the start of the next process step for the progress of the bonding wave is known.

第7のプロセスステップでは、とりわけ上側の第1の試料ホルダの位置固定部がスイッチオフされる。位置固定を狙い通りに解除することによって上側の第1の基板を解離させることも考えられる。とりわけ個々に制御可能な複数の真空通路からなる真空固定部の場合には、とりわけ中心から縁部に向かって連続的に真空を解除していくことによって、位置固定の狙い通りの解除が実施される。第7のプロセスステップは、とりわけ、測定手段のパラメータの1つが規定/設定された値または設定可能な値に到達した時点tに開始される(とりわけ第6のプロセスステップを参照のこと)。 In the seventh process step, in particular, the position fixing portion of the upper first sample holder is switched off. It is also conceivable to dissociate the upper first substrate by releasing the position fixing as intended. Especially in the case of a vacuum fixing part consisting of a plurality of individually controllable vacuum passages, the vacuum is released continuously from the center to the edge, so that the position fixing is released as intended. To. The seventh process step, among other things, begins at t1 when one of the parameters of the measuring instrument reaches a defined / set or configurable value (see, among other things, the sixth process step).

一般的に言えばまたは言い換えれば、ボンディング中の時点tには、とりわけ第1の基板が第1の試料ホルダから解離されるまで、保持力FH1が低減される。 Generally speaking or in other words, at time point t1 during bonding, the holding force F H1 is reduced, especially until the first substrate is dissociated from the first sample holder.

第8のプロセスステップでは、とりわけ進行中のボンディングウェーブの伝播が、測定手段によって改めてまたは引き続き監視される。この監視は、ボンディングウェーブの進行状況を追跡し、ひいてはボンディング過程の進行状況を、とりわけ5秒より長く、好ましくは10秒より長く、さらに好ましくは50秒より長く、極めて好ましくは75秒より長く、最も好ましくは90秒より長い期間にわたって追跡する。所定の時間間隔にわたってボンディング過程を追跡する代わりに、ボンディングウェーブの追跡を、ボンディングウェーブの位置、とりわけ半径方向位置に関して測定することも可能である。この場合、ボンディング過程の追跡は、とりわけボンディングウェーブが、基板の直径の少なくとも0.3倍、好ましくは少なくとも0.4倍、さらに好ましくは少なくとも0.5倍、極めて好ましくは少なくとも0.6倍、最も好ましくは0.7倍に相当する半径方向位置に存在する間、実施される。ボンディングの進行状況の追跡が、表面導電率の測定によって実施可能であることが望ましい場合には、ボンディングの進行を、ボンディングされた表面またはボンディングされていない表面のパーセンテージの割合によって実施することも可能である。その場合、本発明によるボンディングの進行状況の監視は、とりわけ面積の9%より多く、好ましくは16%より多く、さらに好ましくは25%より多く、極めて好ましくは36%より多く、最も好ましくは49%より多くがボンディングされるまでの間、実施される。これに代わる形態では、監視が連続的に実施される。 In the eighth process step, in particular, the propagation of the ongoing bonding wave is again or continuously monitored by the measuring means. This monitoring tracks the progress of the bonding wave and thus the progress of the bonding process, especially longer than 5 seconds, preferably longer than 10 seconds, even more preferably longer than 50 seconds, and very preferably longer than 75 seconds. Most preferably, it is tracked over a period longer than 90 seconds. Instead of tracking the bonding process over a predetermined time interval, it is also possible to measure the bonding wave tracking with respect to the position of the bonding wave, especially the radial position. In this case, the tracking of the bonding process is such that the bonding wave, in particular, is at least 0.3 times, preferably at least 0.4 times, more preferably at least 0.5 times, very preferably at least 0.6 times the diameter of the substrate. Most preferably carried out while present in a radial position corresponding to 0.7 times. If it is desirable that tracking of the progress of the bonding be possible by measuring the surface conductivity, the progress of the bonding can also be carried out by a percentage of the bonded or unbonded surfaces. Is. In that case, the monitoring of the progress of bonding according to the present invention is particularly more than 9%, preferably more than 16%, more preferably more than 25%, extremely preferably more than 36%, most preferably 49% of the area. It is carried out until more are bonded. In an alternative form, monitoring is performed continuously.

プロセスシーケンスの制御は、好ましくは上記の値の範囲内における監視から、規定/設定された値または設定可能な値に基づいて実施される。ここから、ボンディングウェーブの進行のための、次のプロセスステップの開始までの第2の待機時間が判明する。 Control of the process sequence is preferably carried out from monitoring within the range of the above values, based on specified / set or configurable values. From this, the second waiting time until the start of the next process step for the progress of the bonding wave is known.

第9のプロセスステップでは、変形手段の使用が停止される。変形手段がピンである場合には、ピンが引き戻される。変形手段が1つまたは複数のノズルである場合には、流体の流れが遮断される。変形手段が電場および/または磁場である場合には、電場および/または磁場がスイッチオフされる。第9のプロセスステップは、とりわけ、測定手段のパラメータの1つが規定/設定された値または設定可能な値に到達した時点に開始される(とりわけ第8のプロセスステップを参照のこと)。 In the ninth process step, the use of the transforming means is stopped. If the transforming means is a pin, the pin is pulled back. If the transforming means is one or more nozzles, the fluid flow is blocked. If the transforming means is an electric and / or magnetic field, the electric and / or magnetic field is switched off. The ninth process step is started, among other things, when one of the parameters of the measuring means reaches a specified / set value or a configurable value (see especially the eighth process step).

第10のプロセスステップでは、とりわけ進行中のボンディングウェーブの伝播が改めてまたは引き続き監視される。この監視は、ボンディングウェーブの進行状況を追跡し、ひいてはボンディング過程の進行状況を、とりわけ5秒より長く、好ましくは10秒より長く、さらに好ましくは50秒より長く、極めて好ましくは75秒より長く、最も好ましくは90秒より長い期間にわたって追跡する。所定の時間間隔にわたってボンディング過程を追跡する代わりに、ボンディングウェーブの追跡を、ボンディングウェーブの位置、とりわけ半径方向位置に関して定めることも可能である。この場合、ボンディング過程の追跡は、とりわけボンディングウェーブが、基板の直径の少なくとも0.6倍、好ましくは少なくとも0.7倍、さらに好ましくは少なくとも0.8倍、極めて好ましくは少なくとも0.9倍に相当する半径方向位置に存在する間、実施される。基板が縁部断面形状部を有する場合には、最も外側の縁部までボンディング過程を追跡することはできない。なぜならば、縁部断面形状部に基づき、約3~5mmはボンディングされないからである。ボンディングの進行状況の追跡が、表面導電率の測定によって実施可能であることが望ましい場合には、ボンディングの進行を、ボンディングされた表面またはボンディングされていない表面のパーセンテージの割合によって実施することも可能である。その場合、本発明によるボンディングの進行状況の監視は、とりわけ面積の36%より多く、好ましくは49%より多く、さらに好ましくは64%より多く、極めて好ましくは81%より多く、最も好ましくは100%(より多く)がボンディングされるまでの間、実施される。これに代わる形態では、監視が連続的に実施される。 In the tenth process step, in particular, the propagation of the ongoing bonding wave is monitored again or continuously. This monitoring tracks the progress of the bonding wave and thus the progress of the bonding process, especially longer than 5 seconds, preferably longer than 10 seconds, even more preferably longer than 50 seconds, and very preferably longer than 75 seconds. Most preferably, it is tracked over a period longer than 90 seconds. Instead of tracking the bonding process over a predetermined time interval, it is also possible to determine the tracking of the bonding wave with respect to the position of the bonding wave, especially the radial position. In this case, the tracking of the bonding process is such that the bonding wave is at least 0.6 times, preferably at least 0.7 times, more preferably at least 0.8 times, very preferably at least 0.9 times the diameter of the substrate. Performed while present in the corresponding radial position. If the substrate has an edge cross-sectional shape, the bonding process cannot be traced to the outermost edge. This is because about 3 to 5 mm is not bonded based on the cross-sectional shape of the edge. If it is desirable that tracking of the progress of the bonding be possible by measuring the surface conductivity, the progress of the bonding can also be carried out by a percentage of the bonded or unbonded surfaces. Is. In that case, the monitoring of the progress of bonding according to the present invention is particularly more than 36%, preferably more than 49%, more preferably more than 64%, extremely preferably more than 81%, and most preferably 100% of the area. It is carried out until (more) is bonded. In an alternative form, monitoring is performed continuously.

プロセスシーケンスの制御は、好ましくは上記の値の範囲内における監視から、規定/設定された値または設定可能な値に基づいて実施される。ここから、ボンディングウェーブの進行のための、次のプロセスステップの開始までの第3の待機時間が判明する。 Control of the process sequence is preferably carried out from monitoring within the range of the above values, based on specified / set or configurable values. From this, the third waiting time until the start of the next process step for the progress of the bonding wave is known.

第1の実施形態のプロセスシーケンスの例を、以下に挙げる:
●基板を装填する
●ボンディングを開始することなく、ピンをウェーハにコンタクトさせる(ウェーハに100mNの力)
●2つのウェーハを互いに向かって相対的に接近させる(間隔40~200μm)
●両基板の間のヒュージョン接合を開始するために、ウェーハに力を加える(1500~2800mNの力)
●ヒータを停止する
●ボンディングウェーブが充分に伝播するまで待機する(典型的には1~5秒)-第1の待機時間
●ウェーハ表面の真空吸着をスイッチオフ(排気)する(とりわけ両ゾーンを同時に)
●ボンディングウェーブがさらに伝播するまで待機する(とりわけ2~15秒)-第3の待機時間
●ピンを引き戻す
●ボンディングウェーブが完全に伝播するまで待機する(とりわけ5~90秒)-第4の待機時間。
An example of the process sequence of the first embodiment is given below:
● Load the substrate ● Contact the pin to the wafer without starting bonding (100mN force on the wafer)
● Make the two wafers relatively close to each other (interval 40-200 μm)
● Apply force to the wafer to initiate fusion bonding between the two substrates (force of 1500-2800 mN)
● Stop the heater ● Wait until the bonding wave propagates sufficiently (typically 1-5 seconds) -First standby time ● Switch off (exhaust) the vacuum suction on the wafer surface (especially in both zones) at the same time)
● Wait for the bonding wave to propagate further (especially 2 to 15 seconds) -Third wait time ● Pull back the pin ● Wait for the bonding wave to propagate completely (especially 5 to 90 seconds) -Fourth wait time.

個々の方法ステップは、上記の一般的な技術的教示によって一般化することが可能である。 The individual method steps can be generalized by the general technical teachings described above.

本発明の第2の実施形態によるプロセス
第2の実施形態によるプロセスは、第1の実施形態の第1~第7のプロセスステップに相当する。
Process according to the second embodiment of the present invention The process according to the second embodiment corresponds to the first to seventh process steps of the first embodiment.

第8のプロセスステップでは、とりわけ下側の第2の試料ホルダの保持力が低減されるか、または位置固定部がスイッチオフされる。位置固定を狙い通りに解除することによって下側の第2の基板を解離させることも考えられる。とりわけ個々に制御可能な複数の真空通路からなる真空固定部の場合には、とりわけ中心から縁部に向かって連続的に真空を解除していくことによって、位置固定の狙い通りの解除が実施される。本発明による第8のプロセスステップは、「ランアウト」誤差を低減させるための重要な過程である。本発明によれば、下側の第2の試料ホルダの保持力を低減させることによって、または位置固定部をスイッチオフすることによって、下側/第2の基板を上側の第1の基板に適合させることが可能となる。位置固定の解除によって、ボンディング過程を制限し得る追加的な(数学的・機械的)境界条件がいわば除去される。 In the eighth process step, in particular, the holding force of the lower second sample holder is reduced or the position fixation is switched off. It is also conceivable to dissociate the lower second substrate by releasing the position fixing as intended. Especially in the case of a vacuum fixing part consisting of a plurality of individually controllable vacuum passages, the vacuum is released continuously from the center to the edge, so that the position fixing is released as intended. To. The eighth process step according to the invention is an important process for reducing the "runout" error. According to the present invention, the lower / second substrate is adapted to the upper first substrate by reducing the holding force of the lower second sample holder or by switching off the position fixing portion. It is possible to make it. Unpositioning removes, so to speak, additional (mathematical and mechanical) boundary conditions that can limit the bonding process.

一般的に言えばまたは言い換えれば、ボンディング中の時点tには、とりわけ第2の試料ホルダの上の第2の基板が変形可能となるまで、保持力FH2が低減される。 Generally speaking or in other words, at time t2 during bonding, the holding force F H2 is reduced, especially until the second substrate above the second sample holder is deformable.

第9のプロセスステップは、第1の実施形態の第8のプロセスステップに相当する。 The ninth process step corresponds to the eighth process step of the first embodiment.

本発明による第10のプロセスステップでは、とりわけ既に部分的にボンディングされた第2の基板が、下側の第2の試料ホルダに再び位置固定される。本発明による第10のプロセスステップも、「ランアウト」誤差を低減させるための重要な過程である。改めて位置固定することにより、とりわけ真空吸着を改めてスイッチオンすることにより、ボンディングの進行が再び(数学的・機械的)境界条件によって制限される。 In the tenth process step according to the invention, especially the already partially bonded second substrate is repositioned to the lower second sample holder. The tenth process step according to the invention is also an important process for reducing the "runout" error. Bonding progress is again limited by (mathematical and mechanical) boundary conditions by repositioning, especially by switching on vacuum suction again.

一般的に言えばまたは言い換えれば、時点tに、とりわけボンディング後に、保持力FH2が増加される。 Generally speaking or in other words, the holding force HF2 is increased at time point t4 , especially after bonding.

第11のプロセスステップは、第1の実施形態による第9のプロセスステップに相当し、第12のプロセスステップは、第1の実施形態による第10のプロセスステップに相当する。 The eleventh process step corresponds to the ninth process step according to the first embodiment, and the twelfth process step corresponds to the tenth process step according to the first embodiment.

本発明による非常に特別な1つの実施形態では、第8のプロセスステップによる位置固定部のスイッチオフと、第10のプロセスステップによる位置固定部の改めてのスイッチオンとを、ボンディング過程の終了前に複数回繰り返すことができる。とりわけそれどころか、スイッチオフと改めての位置固定とを空間分解的に実施することも可能である。本発明によれば、このことは特に、既に本開示において説明した個々に制御可能な真空通路または真空セグメントと共に機能する。すなわち理想的なケースでは、下側/第2の基板の解除または位置固定が、位置分解的および/または時間分解的に実施される。 In one very specific embodiment according to the present invention, the position fixing portion is switched off by the eighth process step and the position fixing portion is switched on again by the tenth process step before the end of the bonding process. Can be repeated multiple times. On the contrary, it is also possible to switch off and fix the position again in a spatially decomposed manner. According to the invention, this works in particular with the individually controllable vacuum passages or vacuum segments already described herein. That is, in the ideal case, the release or position fixing of the lower / second substrate is performed in a position-decomposable and / or time-decomposition manner.

第2の実施形態のプロセスシーケンスの例を、以下に挙げる:
●基板を装填する
●ボンディングを開始することなく、ピン(変形手段)をウェーハにコンタクトさせる(とりわけウェーハに100mNの力)-ピンの第1の力
●2つのウェーハを互いに向かって相対的に接近させる(とりわけ間隔40~200μm)-第1の間隔
●両基板の間のヒュージョン接合を開始するために、ウェーハを押圧する(とりわけ1500~2800mNの力)-ピンの第2の力
●ヒータを停止する
●ボンディングウェーブが充分に伝播するまで待機する(とりわけ1~5秒)-第1の待機時間
●上側のウェーハのための真空吸着をスイッチオフ(排気)する(とりわけ両ゾーンを同時に)
●下側のウェーハのための真空吸着をスイッチオフ(排気)する
●ボンディングウェーブがさらに伝播するまで待機する(とりわけ2~15秒)-第3の待機時間
●下側のウェーハのための真空吸着をスイッチオンする-第1の真空
●ピンを引き戻す
●ボンディングウェーブが完全に伝播するまで待機する(とりわけ5~90秒)-第4の待機時間。
An example of the process sequence of the second embodiment is given below:
● Loading the substrate ● Bringing the pin (deformation means) into contact with the wafer (especially the force of 100 mN on the wafer) -the first force of the pin ● The two wafers are relatively close to each other Allow (especially spacing 40-200 μm) -First spacing ● Press the wafer to initiate fusion bonding between the two substrates (especially 1500-2800 mN force) -Second force on the pin ● Stop the heater ● Wait until the bonding wave propagates sufficiently (especially 1 to 5 seconds) -First standby time ● Switch off (exhaust) vacuum adsorption for the upper wafer (especially both zones at the same time)
● Switch off (exhaust) vacuum suction for the lower wafer ● Wait for the bonding wave to propagate further (especially 2-15 seconds) -Third standby time ● Vacuum suction for the lower wafer Switch on-first vacuum ● pull back the pin ● wait for the bonding wave to propagate completely (especially 5 to 90 seconds) -fourth wait time.

個々の方法ステップは、上記の一般的な技術的教示によって一般化することが可能である。 The individual method steps can be generalized by the general technical teachings described above.

本発明の第3の実施形態によるプロセス
第3の実施形態によるプロセスは、第2の実施形態の第1~第9のプロセスステップに相当する。第9のプロセスステップでは、各パラメータが、好ましくは第2の実施形態よりも10~40%だけ小さく設定される。こうすることにより、第10のプロセスステップまでの待機時間が短縮され、第3の実施形態では、追加的な待機時間が導入されるか、または第2の待機時間が分割される。
Process according to the third embodiment of the present invention The process according to the third embodiment corresponds to the first to ninth process steps of the second embodiment. In the ninth process step, each parameter is preferably set 10-40% smaller than in the second embodiment. By doing so, the waiting time to the tenth process step is shortened, and in the third embodiment, an additional waiting time is introduced or the second waiting time is divided.

本発明による第10のプロセスステップでは、下側の第2の試料ホルダと、その上に実際には位置固定されていない状態で載置されている下側/第2の基板との間の空間が、所定の圧力で換気される。この場合における「圧力」とは、絶対圧力であると理解すべきである。この場合、1バールの絶対圧力は、雰囲気圧力に相当する。すなわち、本発明による過程を実施するためには、チャンバを事前に真空状態にしておき、その後、雰囲気に開放する、すなわち換気する必要がある。こうすることによって、基板の自由な運動性を促進することができ、これによって、第1の基板に対する歪みがさらに最小化される。圧力は、とりわけ1ミリバール~1000ミリバール、好ましくは2.5ミリバール~800ミリバール、さらに好ましくは5ミリバール~600ミリバール、極めて好ましくは7.5ミリバール~400ミリバール、最も好ましくは10ミリバール~200ミリバールの間である。本発明によるさらに別の実施形態では、本発明による実施形態を、当該第10のプロセスステップまでは雰囲気圧力下で実施し、その後、コンプレッサによってチャンバ内に過圧を形成することが考えられる。このケースでは、圧力は、とりわけ1バール~3バール、好ましくは1バール~2.5バール、さらに好ましくは1バール~2バール、極めて好ましくは1バール~1.5バール、最も好ましくは1バール~1.2バールの間にある。 In a tenth process step according to the invention, the space between the lower second sample holder and the lower / second substrate resting on it in an unfixed state. However, it is ventilated at a predetermined pressure. It should be understood that "pressure" in this case is absolute pressure. In this case, the absolute pressure of 1 bar corresponds to the atmospheric pressure. That is, in order to carry out the process according to the present invention, it is necessary to evacuate the chamber in advance and then open it to the atmosphere, that is, to ventilate it. By doing so, the free mobility of the substrate can be promoted, which further minimizes the strain on the first substrate. The pressure is particularly between 1 millibar and 1000 millibars, preferably 2.5 millibars to 800 millibars, more preferably 5 millibars to 600 millibars, very preferably 7.5 millibars to 400 millibars, most preferably between 10 millibars and 200 millibars. Is. In yet another embodiment according to the invention, it is conceivable that the embodiment according to the invention is carried out under atmospheric pressure up to the tenth process step, after which an overpressure is formed in the chamber by a compressor. In this case, the pressure is particularly 1 bar to 3 bar, preferably 1 bar to 2.5 bar, more preferably 1 bar to 2 bar, very preferably 1 bar to 1.5 bar, most preferably 1 bar to. It is between 1.2 bars.

第11のプロセスステップでは、とりわけ進行中のボンディングウェーブの伝播が、測定手段によって改めてまたは引き続き監視される。この監視は、ボンディングウェーブの進行状況を追跡し、ひいてはボンディング過程の進行状況を、とりわけ1秒より長く、好ましくは2秒より長く、さらに好ましくは5秒より長く、極めて好ましくは10秒より長く、最も好ましくは15秒より長い期間にわたって追跡する。所定の時間間隔にわたってボンディング過程を追跡する代わりに、ボンディングウェーブの追跡を、ボンディングウェーブの位置、とりわけ半径方向位置に関して定めることも可能である。この場合、ボンディング過程の追跡は、とりわけボンディングウェーブが、基板の直径の少なくとも0.3倍、好ましくは少なくとも0.4倍、さらに好ましくは少なくとも0.5倍、極めて好ましくは少なくとも0.6倍、最も好ましくは0.7倍に相当する半径方向位置に存在する間、実施される。ボンディングの進行状況の追跡が、表面導電率の測定によって測定可能であることが望ましい場合には、ボンディングの進行を、ボンディングされた表面またはボンディングされていない表面のパーセンテージの割合によって実施することも可能である。その場合、本発明によるボンディングの進行状況の監視は、とりわけ面積の9%より多く、好ましくは16%より多く、さらに好ましくは25%より多く、極めて好ましくは36%より多く、最も好ましくは49%より多くがボンディングされるまでの間、実施される。これに代わる形態では、監視が連続的に実施される。 In the eleventh process step, the propagation of the bonding wave in progress is monitored again or continuously by the measuring means. This monitoring tracks the progress of the bonding wave and thus the progress of the bonding process, especially longer than 1 second, preferably longer than 2 seconds, even more preferably longer than 5 seconds, and very preferably longer than 10 seconds. Most preferably follow for a period longer than 15 seconds. Instead of tracking the bonding process over a predetermined time interval, it is also possible to determine the tracking of the bonding wave with respect to the position of the bonding wave, especially the radial position. In this case, the tracking of the bonding process is such that the bonding wave, in particular, is at least 0.3 times, preferably at least 0.4 times, more preferably at least 0.5 times, very preferably at least 0.6 times the diameter of the substrate. Most preferably carried out while present in a radial position corresponding to 0.7 times. If it is desirable that the tracking of the progress of the bonding be measurable by measuring the surface conductivity, the progress of the bonding can also be carried out as a percentage of the bonded or unbonded surfaces. Is. In that case, the monitoring of the progress of bonding according to the present invention is particularly more than 9%, preferably more than 16%, more preferably more than 25%, extremely preferably more than 36%, most preferably 49% of the area. It is carried out until more are bonded. In an alternative form, monitoring is performed continuously.

プロセスシーケンスの制御は、好ましくは上記の値の範囲内における監視から、規定/設定された値または設定可能な値に基づいて実施される。ここから、ボンディングウェーブの進行のための、次のプロセスステップの開始までの第1の待機時間が判明する。 Control of the process sequence is preferably carried out from monitoring within the range of the above values, based on specified / set or configurable values. From this, the first waiting time until the start of the next process step for the progress of the bonding wave is known.

本発明による第12のプロセスステップでは、とりわけ既に部分的にボンディングされた第2の基板が、下側の第2の試料ホルダに再び位置固定される。 In the twelfth process step according to the invention, especially the already partially bonded second substrate is repositioned to the lower second sample holder.

一般的に言えばまたは言い換えれば、時点tに、とりわけボンディング後に、保持力FH2が増加される。 Generally speaking or in other words, the holding force HF2 is increased at time point t4 , especially after bonding.

第13のプロセスステップは、第1の実施形態による第9のプロセスステップに相当し、第14のプロセスステップは、第1の実施形態による第10のプロセスステップに相当する。 The thirteenth process step corresponds to the ninth process step according to the first embodiment, and the fourteenth process step corresponds to the tenth process step according to the first embodiment.

第3の実施形態のプロセスシーケンスの例を、以下に挙げる:
●基板を装填する
●ボンディングを開始することなく、ピンをウェーハにコンタクトさせる(とりわけウェーハに100mNの力)-ピンの第1の力
●2つのウェーハを互いに向かって相対的に接近させる(とりわけ間隔40~200μm)-第1の間隔
●両基板の間のヒュージョン接合を開始するために、ウェーハを押圧する(とりわけ1500~2800mNの力)-ピンの第2の力
●ヒータを停止する
●ボンディングウェーブが充分に伝播するまで待機する(とりわけ1~5秒)-第1の待機時間
●上側のウェーハのための真空吸着をスイッチオフ(排気)する(とりわけ両ゾーンを同時に)
●下側のウェーハのための真空吸着をスイッチオフ(排気)する
●ボンディングウェーブがさらに伝播するまで待機する(とりわけ1~10秒)-第2の待機時間
●下側のウェーハとチャック(下側の試料ホルダ)との間の空間を、所定の期間、所定の圧力(とりわけ10~200ミリバール)で換気する-第1の圧力
●ボンディングウェーブがさらに伝播するまで待機する(とりわけ2~15秒)-第3の待機時間
●下側のウェーハのための真空吸着をスイッチオンする-第1の真空
●ピンを引き戻す
●ボンディングウェーブが完全に伝播するまで待機する(とりわけ5~90秒)-第4の待機時間。
An example of the process sequence of the third embodiment is given below:
● Loading the substrate ● Contacting the pins to the wafer without initiating bonding (especially a force of 100 mN on the wafer) -First force of the pins ● Bringing the two wafers closer together (especially spacing) 40-200 μm)-First spacing ● Press the wafer to initiate fusion bonding between the two substrates (especially 1500-2800 mN force) -Second force of the pin ● Stop the heater ● Bonding wave Waits for sufficient propagation (especially 1-5 seconds) -First standby time ● Switch off (exhaust) vacuum adsorption for the upper wafer (especially both zones at the same time)
● Switch off (exhaust) vacuum suction for the lower wafer ● Wait for the bonding wave to propagate further (especially 1-10 seconds) -Second standby time ● Lower wafer and chuck (lower) Ventilate the space between the sample holder) at a given pressure (especially 10-200 millibars) for a given period-first pressure ● wait for the bonding wave to propagate further (especially 2-15 seconds). -Third standby time ● Switch on vacuum suction for the lower wafer-First vacuum ● Pull back the pin ● Wait for the bonding wave to propagate completely (especially 5 to 90 seconds) -Fourth Waiting time.

個々の方法ステップは、上記の一般的な技術的教示によって一般化することが可能である。 The individual method steps can be generalized by the general technical teachings described above.

後処理
記載されたプロセスは、とりわけさらなるプロセスモジュールにおいて継続することができる。
Post-processing The described process can be continued, especially in additional process modules.

考えられる第1の継続過程では、形成された基板スタックが、とりわけ計測モジュールにおいて検査される。この検査は、特に:
●アライメント誤差、とりわけ
○全体的なアライメント誤差、および/または、
○ランアウト誤差、ならびに/もしくは、
●欠陥、とりわけ
○空隙、および/または、
○気泡(bubbles)、および/または、
○亀裂、
を確認するための接合界面の測定を含む。
In the first possible continuation process, the formed substrate stack is inspected, especially in the instrumentation module. This test is especially:
● Alignment error, especially ○ Overall alignment error and / or
○ Runout error and / or
● Defects, especially ○ voids and / or
○ Bubbles and / or
○ Cracks,
Includes measurement of the junction interface to confirm.

基板スタックの検査が許容できない程の誤差を有している場合には、この基板スタックは、好ましくは再び分離される。この場合、分離は、好ましくは欧州特許第2697823号明細書(EP2697823B1)および国際公開第2013/091714号(WO2013/091714A1)で開示された方法および装置によって実施される。この点に関してはこれらの文献が参照される。接合界面の検査は、とりわけ後続の熱処理の前に実施される。 If the inspection of the board stack has an unacceptable error, the board stack is preferably separated again. In this case, the separation is preferably carried out by the methods and devices disclosed in European Patent No. 2697823 (EP2697823B1) and WO 2013/091714 (WO2013 / 091714A1). These documents are referred to in this regard. Inspection of the joint interface is performed, among other things, prior to subsequent heat treatment.

考えられる第2の後続過程では、形成された基板スタックが熱処理される。熱処理により、とりわけ基板スタックの基板同士の間に形成されたボンディングが強化される。熱処理は、とりわけ25℃より高い温度、好ましくは100℃より高い温度、さらに好ましくは250℃より高い温度、極めて好ましくは500℃より高い温度、最も好ましくは750℃より高い温度で実施される。この温度は、実質的に加熱温度Tに相当する。形成されたボンディング強度は、とりわけ1.0J/mよりも大きく、好ましくは1.5J/mよりも大きく、さらに好ましくは2.0J/mよりも大きく、最も好ましくは2.5J/mよりも大きい。熱処理は、好ましくは真空下で実施される。真空圧力は、とりわけ1バールよりも小さく、好ましくは800ミリバールよりも小さく、さらに好ましくは10-3ミリバールよりも小さく、極めて好ましくは10-5ミリバールよりも小さく、最も好ましくは10-8ミリバールよりも小さい。 In the second possible subsequent process, the formed substrate stack is heat treated. The heat treatment in particular strengthens the bonds formed between the substrates in the substrate stack. The heat treatment is carried out in particular at a temperature higher than 25 ° C., preferably higher than 100 ° C., more preferably higher than 250 ° C., very preferably higher than 500 ° C., and most preferably higher than 750 ° C. This temperature substantially corresponds to the heating temperature TH . The bonded bonding strength formed is particularly greater than 1.0 J / m 2 , preferably greater than 1.5 J / m 2 , more preferably greater than 2.0 J / m 2 , and most preferably 2.5 J / m 2. Greater than m 2 . The heat treatment is preferably carried out under vacuum. The vacuum pressure is particularly less than 1 bar, preferably less than 800 mbar, even more preferably less than 10 -3 mbar, very preferably less than 10-5 mbar, most preferably less than 10-8 mbar. small.

しかし、熱処理を保護ガス雰囲気中で実施することも考えられる。このことは、とりわけ使用される保護ガスが熱伝達を容易にする場合には有利である。保護ガスの熱伝導率は、とりわけ0W/(m・K)よりも高く、好ましくは0.01W/(m・K)よりも高く、さらに好ましくは0.1W/(m・K)よりも高く、極めて好ましくは1W/(m・K)よりも高い。ヘリウムの熱伝導率は、たとえば約0.15W/(m・K)~0.16W/(m・K)の間にある。保護ガスは、とりわけ:
●希ガス、とりわけヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、および/またはキセノン
●分子ガス、とりわけ二酸化炭素および/または窒素
●上記のガスからの任意の組み合わせ
である。
However, it is also conceivable to carry out the heat treatment in a protective gas atmosphere. This is especially advantageous if the protective gas used facilitates heat transfer. The thermal conductivity of the protective gas is particularly higher than 0 W / (m · K), preferably higher than 0.01 W / (m · K), and even more preferably higher than 0.1 W / (m · K). Very preferably higher than 1 W / (m · K). The thermal conductivity of helium is, for example, between about 0.15 W / (m · K) and 0.16 W / (m · K). Protective gas is especially:
● Noble gases, especially helium, neon, argon, krypton, and / or xenon ● Molecular gases, especially carbon dioxide and / or nitrogen ● Any combination from the above gases.

好ましくは、基板は、ほぼ同一の直径D1,D2を有する。直径D1,D2は、とりわけ5mmよりも少ないだけ、好ましくは3mmよりも少ないだけ、さらに好ましくは1mmよりも少ないだけ、互いに異なる。 Preferably, the substrate has substantially the same diameters D1 and D2. The diameters D1 and D2 differ from each other, especially less than 5 mm, preferably less than 3 mm, and even more preferably less than 1 mm.

本発明のさらに別の、とりわけ独立した構成では、変形が、機械的な作動手段および/または第1および/または第2のマウント装置の温度制御により行われる。 In yet another, especially independent configuration of the invention, the deformation is carried out by mechanical actuation means and / or temperature control of the first and / or second mounting devices.

第1および/または第2の基板が、側壁の範囲においてのみ第1のマウント面および/または第2のマウント面の位置固定されることにより、本発明における変形は一層容易に実現可能となる。 The deformation in the present invention can be more easily realized by fixing the position of the first mounting surface and / or the second mounting surface only within the range of the side wall of the first and / or the second substrate.

本発明によるプロセスの結果は、基板または周囲環境と直接対応付けることができる多数の物理的パラメータに関連している。本開示の以下の記載では、最も重要ないくつかのパラメータと、これらのパラメータが「ランアウト」誤差に与える影響とについて説明される。パラメータは、大ざっぱには、シングルパラメータとペアパラメータとに区別される。シングルパラメータは、対称側に、とりわけ基板に対応付けることができない。ペアパラメータは、一方の対称側、とりわけ第1の基板において、それぞれ向かい合って位置する対称側、とりわけ第2の基板における値とは異なる値を有することができる。第1の上側の対称側と、第2の下側の対称側とが存在する。シングルパラメータの例は、ボンディングウェーブ速度vまたはガス(混合物)圧力pである。ペアパラメータの例は、基板の厚さd1およびd2である。 The results of the process according to the invention relate to a number of physical parameters that can be directly associated with the substrate or surrounding environment. The following description of this disclosure describes some of the most important parameters and their effect on the "runout" error. Parameters are roughly divided into single parameters and paired parameters. Single parameters cannot be associated with the symmetric side, especially the substrate. The pair parameters can have different values on one symmetric side, especially on the first substrate, on the opposite symmetric sides, especially on the second substrate. There is a first upper symmetric side and a second lower symmetric side. Examples of single parameters are bonding wave velocity v or gas (mixture) pressure p. Examples of pair parameters are substrate thicknesses d1 and d2.

以下の記載において、ペアパラメータがボンディング結果に与える影響について説明される場合には、別段の言及がない限り、各ペアパラメータの他の全ての値は好ましくは同じであることが前提にされる。以下の例を例示的に挙げておく。2つのそれぞれ異なる基板の厚さd1およびd2がボンディング結果に与える影響について説明される場合には、両基板の両弾性率E1およびE2は同じであることが前提にされる。 In the following description, when the effect of pair parameters on bonding results is described, it is assumed that all other values of each pair parameter are preferably the same, unless otherwise stated. The following example is given as an example. When the effects of the thicknesses d1 and d2 of two different substrates on the bonding result are described, it is assumed that the elastic moduli E1 and E2 of both substrates are the same.

目標は、計算されたおよび/または実験により求められた、とりわけ時間に関連した最適な湾曲線によって、「ランアウト」誤差を最小化すること、または完全に除去することである。この場合の「湾曲線」とは、基板の表面位置、すなわち基板表面を、位置座標、とりわけ動径座標の関数としてマッピングする一次元の関数の、対称性を低くした表現であると理解される。「対称性を低くした」とは、両基板の放射対称的な対称性に基づき、「ランアウト」誤差を上述したように最小化するまたは完全に除去するような、基板同士の二次元のコンタクティングを帰納的に推測するためには、一次元の湾曲線を計算すれば充分であるということを意味している。簡単に言うと、基板の湾曲線は、とりわけ接合界面に面した基板表面であると説明することができる。好ましくは、第1の基板に関する湾曲線の説明は、第2の基板にも適用される。 The goal is to minimize or completely eliminate "runout" errors, especially with time-related optimal curves calculated and / or experimentally determined. The "curved line" in this case is understood to be a less symmetric representation of the surface position of the substrate, that is, a one-dimensional function that maps the substrate surface as a function of position coordinates, especially radial coordinates. .. "Lower symmetry" is two-dimensional contacting between substrates that minimizes or completely eliminates "runout" errors based on the radial symmetry of both substrates. It means that it is enough to calculate the one-dimensional curved line in order to infer inductively. Simply put, the curved lines of the substrate can be described as being the surface of the substrate facing the bonding interface in particular. Preferably, the description of the curved line with respect to the first substrate also applies to the second substrate.

湾曲線、すなわち基板表面は、本発明によれば、とりわけ以下の1つまたは複数のパラメータによって主な影響を受ける。 Curved lines, or substrate surfaces, are primarily affected by one or more of the following parameters, according to the invention.

基板の厚さd1,d2は、体積V1,V2および密度p1,p2によって、両基板の質量m1,m2と、ひいては重力G1,G2と結び付けられる。第1の基板の重力G1は、第1の上側の基板の、第2の下側の基板の方向への加速挙動に対して直接的な影響を与える。下側の位置固定部がスイッチオフされている場合には、重力G2は、第2の下側の基板の慣性力に対する尺度であり、ひいては、第2の下側の基板がボンディングウェーブに沿って第1の上側の基板とは反対方向に移動しようとする力、または耐久しようとする力、または留まろうとする力に値する尺度である。 The thicknesses d1 and d2 of the substrate are combined with the masses m1 and m2 of both substrates and thus the gravity G1 and G2 by the volumes V1 and V2 and the densities p1 and p2. The gravity G1 of the first substrate directly affects the acceleration behavior of the first upper substrate in the direction of the second lower substrate. When the lower position fixing part is switched off, gravity G2 is a measure of the inertial force of the second lower substrate, and thus the second lower substrate is along the bonding wave. It is a measure worthy of a force to move, a force to endure, or a force to stay in the direction opposite to the first upper substrate.

弾性率E1,E2は、基板の剛性に対する尺度である。弾性率E1,E2は、湾曲線に決定的な影響を与えるものであり、したがって、基板同士が互いに向かってどのように移動するのかを記述可能にするための関数を共に定義する。 The elastic moduli E1 and E2 are measures for the rigidity of the substrate. The elastic moduli E1 and E2 have a decisive influence on the curved line, and therefore together define a function for making it possible to describe how the substrates move toward each other.

力F1およびF2は、両基板がとりわけ中心において互いに結合される面積に対して影響を与える。点状のコンタクティングは理想的なケースでしか存在しないので、両基板のコンタクティングは、中心において面状に実施されるということを常に前提にしなければならない。面の大きさは、主に力F1およびF2によって設定される。コンタクト面の大きさは、境界条件に対して決定的である。 The forces F1 and F2 affect the area where both substrates are coupled to each other, especially at the center. Since point-like contacting exists only in the ideal case, it must always be assumed that the contacting of both substrates is performed in a planar manner in the center. The size of the surface is mainly set by the forces F1 and F2. The size of the contact surface is decisive for the boundary conditions.

両基板の温度T1,T2によって、基板の全体的な熱膨張状態に影響を与えることができる。これによって本発明によれば、基板が基準温度に対して熱膨張によってどれくらい強く歪むかを設定することができる。したがって、上側および/または下側の基板の正確な温度調節は、「ランアウト」をできるだけ精確に完全に補償するための重要な特徴である。好ましくは、両基板の温度をそれぞれ異なるように設定することができる。とりわけ基板が、互いにボンディングされるべき構造体同士が互いに合同である膨張状態になるように、すなわち「ランアウト」誤差が消滅している膨張状態(ボンディング時に、上に既に挙げたパラメータによって追加的な「ランアウト」誤差が構築されないことを仮定した場合)になるように、温度が設定される。このために必要な温度は、測定手段によっておよび/または実験によって求めることができる。 The temperatures T1 and T2 of both substrates can affect the overall thermal expansion state of the substrates. Thereby, according to the present invention, it is possible to set how strongly the substrate is distorted by thermal expansion with respect to the reference temperature. Therefore, accurate temperature control of the upper and / or lower substrate is an important feature to fully compensate for "runout" as accurately as possible. Preferably, the temperatures of both substrates can be set differently. In particular, the substrate is in an expanded state in which the structures to be bonded to each other are congruent with each other, that is, the expanded state in which the "runout" error disappears (at the time of bonding, additional by the parameters already listed above). The temperature is set so that (assuming no "runout" error is built). The temperature required for this can be determined by measuring means and / or by experiment.

ガス(混合物)圧力pは、互いに向かって移動する基板に対して雰囲気が与える抵抗に影響を与える。ガス(混合物)圧力により、ボンディングウェーブ速度vに対して直接的な影響を与えることができる。この点に関しては、国際公開第2014/191033号(WO2014191033A1)が参照される。 The gas (mixture) pressure p affects the resistance of the atmosphere to the substrates moving towards each other. The gas (mixture) pressure can have a direct effect on the bonding wave velocity v. In this regard, International Publication No. 2014/191033 (WO2014191033A1) will be referred to.

保持力FH1,FH2は、特に本来のボンディング過程の前に基板を位置固定するために使用される。保持力FH1は、第1~第6のプロセスステップのための境界条件であるが、位置固定部のスイッチオフ後には、湾曲線を決定する境界条件の影響を失う。同様にして、保持力FH2は、下側の位置固定が作動中の時点にのみ境界条件として利用される。したがって、弾性理論に基づいて計算するために、遅くとも第7のプロセスステップからは、相応にして新しい境界条件を作成する必要がある。 The holding forces F H1 and F H2 are used especially for fixing the position of the substrate before the original bonding process. The holding force F H1 is a boundary condition for the first to sixth process steps, but loses the influence of the boundary condition that determines the curved line after the position fixing portion is switched off. Similarly, the holding force F H2 is used as a boundary condition only when the lower position fixation is in operation. Therefore, in order to calculate based on the elasticity theory, it is necessary to appropriately create new boundary conditions from the seventh process step at the latest.

初期曲率半径r10,r20は、本発明によるプロセスを実施する前における基板の初期半径である。初期曲率半径r10,r20は、位置の関数であるが、とりわけ位置に関して一定である。本発明による特別な第1の実施形態では、第2の下側の基板の初期曲率半径r10は、無限大である。なぜならば、第2の下側の基板は、本発明によるプロセスの開始時にはフラットに載置されているからである。本発明によるさらに別の特別な第2の実施形態では、第2の下側の基板の初期曲率半径r10は、一定の凸面状または凹面状の湾曲に応じた有限の正または負の定数である。このケースでは、第2の下側の基板は、本発明によるプロセスの開始時には凸面状または凹面状に湾曲した形状で存在している。このような試料ホルダは、国際公開第2014/191033号(WO2014191033A1)に記載されており、この点に関してこの文献が参照される。とりわけ、少なくとも第2の下側の基板の初期曲率半径r10は、第2の基板が載置される第2の下側の試料ホルダの表面と一致する。 The initial radii of curvature r10 and r20 are the initial radii of the substrate before carrying out the process according to the present invention. The initial radii of curvature r10, r20 are a function of position, but are particularly constant with respect to position. In a particular first embodiment according to the invention, the initial radius of curvature r10 of the second lower substrate is infinite. This is because the second lower substrate is placed flat at the beginning of the process according to the invention. In yet another particular second embodiment according to the invention, the initial radius of curvature r10 of the second lower substrate is a finite positive or negative constant depending on the constant convex or concave curvature. .. In this case, the second lower substrate is present in a convex or concave curved shape at the beginning of the process according to the invention. Such sample holders are described in WO 2014/191033 (WO2014191033A1), which is referred to in this regard. In particular, at least the initial radius of curvature r10 of the second lower substrate coincides with the surface of the second lower sample holder on which the second substrate is placed.

ボンディングウェーブに沿った両基板の基板曲率半径r1,r2は、弾性理論に基づく方程式を、上記のパラメータを考慮して解いた結果である。基板曲率半径r1,r2は、とりわけ位置および時間の関数である。 The radius of curvature r1 and r2 of both substrates along the bonding wave are the results of solving the equation based on the elastic theory in consideration of the above parameters. The radii of curvature r1 and r2 of the substrate are, among other things, a function of position and time.

ボンディングウェーブ速度は、上記のパラメータの結果である。 The bonding wave velocity is the result of the above parameters.

本発明のさらなる利点、特徴、および詳細は、好ましい実施例に関する以下の記載から、図面に基づいて明らかとなる。 Further advantages, features, and details of the present invention will become apparent with reference to the drawings from the following description of preferred embodiments.

本発明による方法の第1の実施形態の第1のプロセスステップの、縮尺通りでない概略横断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the first process step of the first embodiment of the method according to the invention, not in scale. 第2のプロセスステップの、縮尺通りでない概略横断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the second process step, not in scale. 第3のプロセスステップの、縮尺通りでない概略横断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the third process step, not in scale. 第4のプロセスステップの、縮尺通りでない概略横断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the fourth process step, not in scale. 第5のプロセスステップの、縮尺通りでない概略横断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the fifth process step, not in scale. 第6のプロセスステップの、縮尺通りでない概略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the sixth process step, not in scale. 第7のプロセスステップの、縮尺通りでない概略横断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the seventh process step, not in scale. 第8のプロセスステップの、縮尺通りでない概略横断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the eighth process step, not in scale. 第9のプロセスステップの、縮尺通りでない概略横断面図である。9 is a schematic cross-sectional view of the ninth process step, not in scale. 第10のプロセスステップの、縮尺通りでない概略横断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the tenth process step, not in scale. 本発明による方法の第3の実施形態の追加的なプロセスステップの、縮尺通りでない概略横断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an additional process step of a third embodiment of the method according to the invention, not in scale. 任意選択の追加的なプロセスステップの、縮尺通りでない概略横断面図である。Schematic cross-sectional view of an optional additional process step that is not in scale. 2つの基板の、縮尺通りでない概略横断面図である。It is a schematic cross-sectional view of two substrates not according to the scale.

図面中、同一の構成部分および同一機能を有する構成部分は、同じ符号で示されている。 In the drawings, the same components and the components having the same function are indicated by the same reference numerals.

図1aは、第1のプロセスステップを示す。第1のプロセスステップでは、第1の、とりわけ上側の基板2を、第1の、とりわけ上側の試料ホルダ1の試料ホルダ表面1oに位置固定されている。位置固定は、位置固定手段3を介して保持力FH1によって実施される。 FIG. 1a shows a first process step. In the first process step, the first, especially the upper substrate 2, is positioned and fixed to the sample holder surface 1o of the first, especially the upper sample holder 1. The position fixing is carried out by the holding force HF1 via the position fixing means 3.

第1の試料ホルダ1は、とりわけ中心にある貫通開口部、とりわけ孔部4を有する。貫通開口部は、第1の基板2を変形させるための変形手段6(図1b)を貫通挿入するために使用される。 The first sample holder 1 has a through opening, particularly a hole 4, which is particularly central. The through opening is used for penetrating and inserting the deforming means 6 (FIG. 1b) for deforming the first substrate 2.

ここに示されていない有利な1つの実施形態では、第1の試料ホルダ1は、複数の穴部5を有しており、これらの穴部5を通して測定手段によってボンディングの進行状況を観察することができる。穴部5は、好ましくは縦長の切欠部である。 In one advantageous embodiment not shown herein, the first sample holder 1 has a plurality of holes 5 through which the measuring means observes the progress of bonding. Can be done. The hole 5 is preferably a vertically long notch.

第2の、とりわけ下側の試料ホルダ1’の上に、第2の基板2’が装填され、位置固定される。位置固定は、位置固定手段3’を介して保持力FH2によって実施される。 The second substrate 2'is loaded and positioned on the second, especially the lower sample holder 1'. The position fixing is carried out by the holding force HF2 via the position fixing means 3'.

位置固定手段3,3’は、好ましくは真空固定部である。 The position fixing means 3, 3'are preferably a vacuum fixing portion.

試料ホルダ1,1’は、とりわけヒータ11(加熱手段)を有する。図面では見易くするために、ヒータ11を第2の下側の試料ホルダ1’にのみ概略的に図示するものとする。 The sample holders 1 and 1'have, among other things, a heater 11 (heating means). In the drawings, for the sake of clarity, the heater 11 is shown schematically only in the second lower sample holder 1'.

基板2,2’の特性を記述する、または基板2,2’に影響を与える、上に挙げた全てのパラメータまたは力は、一般に位置および/または時間の関数である。パラメータの例として、両基板2,2’の温度T1およびT2が挙げられる。温度T1またはT2は、一般に位置に関連し得るので、温度勾配が存在する。この場合には温度を、位置および/または時間の陽関数として表すことが有利である。力の例としては、2つの重力G1およびG2が挙げられる。これら2つの重力G1およびG2は、図面では、基板2,2’に作用する全重力を表している。しかし、両基板2,2’を無限小の(質量)部分dmに分解できること、および、重力の影響をこれらの質量部分dmのそれぞれに適用できることは、当業者には自明である。したがって重力は、一般に位置および/または時間の関数として表すべきであろう。 All parameters or forces listed above that describe the properties of the substrates 2, 2'or affect the substrates 2, 2'are generally functions of position and / or time. Examples of parameters include temperatures T1 and T2 of both substrates 2, 2'. There is a temperature gradient as the temperature T1 or T2 can generally be location related. In this case it is advantageous to express the temperature as an explicit function of position and / or time. Examples of forces include two gravitational forces G1 and G2. These two gravitational forces G1 and G2 represent the total gravitational force acting on the substrates 2, 2'in the drawings. However, it is obvious to those skilled in the art that both substrates 2, 2'can be decomposed into infinitesimal (mass) portions dm, and that the influence of gravity can be applied to each of these mass portions dm. Gravity should therefore generally be expressed as a function of position and / or time.

同様の考えは、その他の全てのパラメータおよび/または力に関しても適用される。 Similar ideas apply for all other parameters and / or forces.

図1bは、本発明による第2のプロセスステップを示す。第2のプロセスステップでは、変形手段6、とりわけピンが、第1の基板2の裏側2iに圧力を加えて、第1の基板2の変形を引き起こす。この場合、第1の基板2の変形は、第1の力Fによって実施される。 FIG. 1b shows a second process step according to the present invention. In the second process step, the deforming means 6, especially the pins, exerts pressure on the back side 2i of the first substrate 2 to cause the first substrate 2 to be deformed. In this case, the deformation of the first substrate 2 is carried out by the first force F1.

図1cのプロセスステップでは、所定の間隔が得られるまで両試料ホルダ1,1’、ひいては両基板2,2’が相対的に接近される。この接近は、第2のプロセスステップ中に実施することも、または第2のプロセスステップ前に実施することも可能である。 In the process step of FIG. 1c, both sample holders 1, 1'and thus both substrates 2, 2'are relatively close to each other until a predetermined interval is obtained. This approach can be carried out during the second process step or before the second process step.

図1dのプロセスステップでは、第2の力Fによってボンディング(接合)、とりわけプレボンディングが開始される。第2の力Fは、さらなる、とりわけ無限小に小さい撓みをもたらし、両基板2,2’をさらに接近させ、最終的にはコンタクト点7においてコンタクティングを行う。 In the process step of FIG. 1d, the second force F2 initiates bonding, especially prebonding. The second force F 2 brings about further, especially infinitesimal, small deflections that bring the substrates 2, 2'closer together and finally contacting at the contact point 7.

ボンディングウェーブ、より詳細にはボンディングウェーブフロント8は、コンタクト点7からボンディングウェーブ速度vで、とりわけ放射対称的に、好ましくは同心状に伝播を開始する。ボンディングウェーブ速度vは、さらなるプロセスステップの経過中に変化させることができ、したがってこのボンディングウェーブ速度vを、位置(または時間)の関数として定義することができる。ボンディングウェーブ速度vには、種々の手段によって影響を与えることができる。 The bonding wave, more particularly the bonding wave front 8, initiates propagation from the contact point 7 at the bonding wave velocity v, particularly radially symmetrically, preferably concentrically. The bonding wave velocity v can be varied during the course of further process steps, and thus this bonding wave velocity v can be defined as a function of position (or time). The bonding wave speed v can be influenced by various means.

図1eのさらなるプロセスステップでは、第1および/または第2の試料ホルダ1,1’のヒータ11がスイッチオフされ、これにより、第1および/または第2の基板2,2’の以後の加熱が中断される。図1fのさらなるプロセスステップでは、ボンディングウェーブフロント8が、測定手段9によって、とりわけ光学系、好ましくは赤外線光学系によって監視される。測定手段9は、(少なくとも1つの、好ましくは光学系の個数と一致した個数の)穴部5を通して、第1の基板2の基板裏側2i、さらに好ましくは両基板2,2’の間の接合界面、ひいてはボンディングウェーブフロント8を検出する。接合界面の検出は、とりわけ電磁放射に対して感受性を有する測定手段9において実施される。なお、この電磁放射は、大幅に減衰されることなく両基板2,2’を貫通することができるものである。好ましくは、試料ホルダ1’の上側および/または下側および/または内部に光源12が配置される。光源12の電磁放射は、試料ホルダ1’および/または基板2,2’を照射および/または透過し、これを測定手段9によって検出することができる。このようにして撮影された画像は、好ましくは白黒画像である。輝度の違いにより、ボンディングされている領域とボンディングされていない領域とを一義的に識別することが可能である。2つの領域の移行領域が、ボンディングウェーブである。このような測定によって、とりわけボンディングウェーブフロント8の位置を特定することが可能であり、ひいては、とりわけこのような位置を複数の特定する場合には、ボンディングウェーブ速度vを求めることも可能である。 In a further process step of FIG. 1e, the heaters 11 of the first and / or second sample holders 1, 1'are switched off, thereby heating the first and / or second substrates 2, 2'afterwards. Is interrupted. In a further process step of FIG. 1f, the bonding wavefront 8 is monitored by the measuring means 9, especially the optical system, preferably the infrared optical system. The measuring means 9 is a junction between the substrate backside 2i of the first substrate 2, more preferably both substrates 2, 2'through the holes 5 (at least one, preferably in a number consistent with the number of optical systems). The interface, and thus the bonding wavefront 8, is detected. The detection of the junction interface is carried out in the measuring means 9, which is particularly sensitive to electromagnetic radiation. It should be noted that this electromagnetic radiation can penetrate both substrates 2, 2'without being significantly attenuated. Preferably, the light source 12 is arranged above and / or below and / or inside the sample holder 1'. The electromagnetic radiation of the light source 12 irradiates and / or transmits the sample holder 1'and / or the substrate 2, 2', which can be detected by the measuring means 9. The image taken in this way is preferably a black-and-white image. It is possible to uniquely distinguish between the bonded region and the unbonded region by the difference in brightness. The transition region between the two regions is the bonding wave. By such measurement, it is possible to specify the position of the bonding wavefront 8, and it is also possible to obtain the bonding wave speed v, especially when a plurality of such positions are specified.

図1gは、さらなる第7のプロセスステップを示す。第7のプロセスステップでは、保持力FH1を少なくとも低減させることによって、第1の試料ホルダ1の位置固定3が解除される。位置固定部3が真空固定部である場合、さらに好ましくは別個に制御可能な複数の真空セグメントを有する(複数の保持力FH1による)真空固定部である場合には、とりわけ内側から外側に向かって複数の真空セグメントを狙い通りにスイッチオフしていく(もしくは1つまたは複数の保持力FH1を狙い通りに低減させていく)ことによって解離が実施される。 FIG. 1g shows a further seventh process step. In the seventh process step, the position fixing 3 of the first sample holder 1 is released by at least reducing the holding force F H1 . When the position fixing portion 3 is a vacuum fixing portion, more preferably a vacuum fixing portion having a plurality of separately controllable vacuum segments (due to a plurality of holding forces HF1 ), particularly from the inside to the outside. Dissociation is performed by switching off the plurality of vacuum segments as intended (or reducing one or more holding forces F H1 as intended).

図1hは、さらなるプロセスステップを示す。このプロセスステップでは、第1の基板ホルダ1から解離された後のボンディングウェーブフロント8が、測定手段9によって監視される。 FIG. 1h shows a further process step. In this process step, the bonding wavefront 8 after being dissociated from the first substrate holder 1 is monitored by the measuring means 9.

図1iは、さらなるプロセスステップを示す。このプロセスステップでは、変形手段6が第1の基板2に与えている作用が中断される。変形手段6が機械的な変形手段である場合、とりわけピンである場合には、これを引き戻すことによって中断が実施される。ノズルを使用する場合には、流体の流れを遮断することによって中断が実施される。電場および/または磁場の場合には、電場および/または磁場をスイッチオフすることによって中断が実施される。 FIG. 1i shows a further process step. In this process step, the action given by the transforming means 6 to the first substrate 2 is interrupted. If the transforming means 6 is a mechanical transforming means, especially if it is a pin, the interruption is performed by pulling it back. If a nozzle is used, the interruption is performed by blocking the flow of fluid. In the case of an electric and / or magnetic field, the interruption is performed by switching off the electric and / or magnetic field.

図1jは、さらなるプロセスステップを示す。このプロセスステップの後には、両基板2,2’は互いに完全にボンディングされた状態となっている。とりわけこのプロセスステップでは、ボンディングが終了するまで、測定手段9によってボンディングウェーブフロント8(この過程状態ではボンディングは既に終了したのでもはや図示されていない)が引き続き監視され、ボンディングの終了時には、第1および第2の基板2,2’から形成された基板スタック10が完成された状態となっている。 FIG. 1j shows a further process step. After this process step, both substrates 2, 2'are completely bonded to each other. In particular, in this process step, the measuring means 9 continues to monitor the bonding wavefront 8 (which is no longer shown because the bonding has already been completed in this process state) until the bonding is completed, at which time the first and first and the bonding are completed. The substrate stack 10 formed from the second substrates 2, 2'is in a completed state.

図2は、任意選択のプロセスステップを示す。とりわけ図1gのプロセスステップの後に位置するこのプロセスステップでは、第2の下側の試料ホルダ1’の第2の下側の位置固定部3’の保持力FH2が低減される。とりわけ保持力FH2は、0まで低減される。すなわち位置固定が解除される。これによってとりわけ第2の基板2’は、妨げられることなく移動可能となり、とりわけ下側の試料ホルダ表面1o’に沿って横方向に移動可能となる。 FIG. 2 shows an optional process step. In particular, in this process step, which is located after the process step of FIG. 1g, the holding force F H2 of the second lower position fixing portion 3'of the second lower sample holder 1'is reduced. In particular, the holding force F H2 is reduced to 0. That is, the position fixing is released. This allows, among other things, the second substrate 2'to be movable unimpeded, especially laterally along the lower sample holder surface 1o'.

さらに別の有利な実施形態では、第2の基板2’が、第2の下側の試料ホルダ1’からとりわけ局所的に浮き上がるまで持ち上げられる。このことは、とりわけ第2の試料ホルダ1’から第2の基板2’に圧力を加えることによって引き起こされる。 In yet another advantageous embodiment, the second substrate 2'is lifted from the second lower sample holder 1', especially until locally lifted. This is caused especially by applying pressure from the second sample holder 1'to the second substrate 2'.

重力G2は、ボンディングプロセスの全期間にわたって第2の基板2’の持ち上がりに対抗し、ひいては両基板2,2’のコンタクティング、ひいては「ランアウト(run-out)」にも影響を与える。 Gravity G2 counteracts the lifting of the second substrate 2'during the entire duration of the bonding process and thus affects the contacting of both substrates 2 and 2'and thus the "run-out".

図3は、本発明による任意選択のプロセスステップを示す。このプロセスステップでは、完全にボンディングされた基板スタック10が形成される前に、本発明による過程が進められているチャンバが換気される。この換気は、とりわけボンディングウェーブフロント8の進行を制御するために使用される。影響を与える手段についての詳細な説明は、国際公開第2014/191033号(WO2014/191033A1)に開示されており、この点に関してこの文献が参照される。換気は、ガスまたはガス混合物によって実施される。とりわけ換気は、弁を周囲雰囲気に開放することによって実施され、これによってチャンバは、周囲ガス(混合物)によって換気される。周囲雰囲気に対して換気する代わりに、ガスまたはガス混合物によってチャンバに過圧を加えることも考えられる。 FIG. 3 shows an optional process step according to the present invention. In this process step, the chamber in which the process according to the invention is proceeding is ventilated before the fully bonded substrate stack 10 is formed. This ventilation is used specifically to control the progression of the bonding wavefront 8. A detailed description of the means of influence is disclosed in WO 2014/191033 (WO2014 / 191033A1), which is referred to in this regard. Ventilation is carried out by gas or gas mixture. Ventilation in particular is carried out by opening the valve to the ambient atmosphere, whereby the chamber is ventilated by the ambient gas (mixture). Instead of ventilating the ambient atmosphere, it is possible to overpressure the chamber with a gas or gas mixture.

図4は、2つの基板2,2’の、縮尺通りでない概略横断面図であり、これら2つの基板2,2’は、多数のパラメータによって定義される。基板表面2o,2o’は、所定の時点における、第1の上側の基板2または第2の下側の基板2’の湾曲線に相当する。基板表面2o,2o’は、主に上記のパラメータによって定義される。基板表面2o,2o’の形状は、本発明によるボンディング過程の間、時間の関数として変化する。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of two substrates 2, 2'not in scale, and these two substrates 2, 2'are defined by a number of parameters. The substrate surfaces 2o and 2o'correspond to the curved lines of the first upper substrate 2 or the second lower substrate 2'at a predetermined time point. The substrate surfaces 2o and 2o'are mainly defined by the above parameters. The shapes of the substrate surfaces 2o, 2o'change as a function of time during the bonding process according to the present invention.

1,1’ 試料ホルダ
1o,1o’ 試料ホルダ表面
2,2’ 基板
2o,2o’ 基板表面
2i 基板裏側
3,3’ 位置固定部
4 孔部
5 穴部
6 変形手段
7 コンタクト点
8 ボンディングウェーブフロント
9 測定手段
10 基板スタック
11 ヒータ
12 光源
,F
H1,FH2 保持力
v ボンディングウェーブ速度
加熱温度
T1,T2 基板の温度
E1,E2 基板の弾性率
d1,d2 基板の厚さ
V1,V2 基板の体積
m1,m2 基板の質量
p1,p2 基板の密度
G1,G2 基板の重力
r1,r2 基板の曲率半径
r10,r20 基板の初期曲率半径
D 基板縁部間隔
1,1'Sample holder 1o, 1o'Sample holder surface 2,2' Substrate 2o, 2o' Substrate surface 2i Substrate back side 3,3' Position fixing part 4 Hole part 5 Hole part 6 Deformation means 7 Contact point 8 Bonding wave front 9 Measuring means 10 Board stack 11 Heater 12 Light source F 1 , F 2 force F H1 , F H2 Holding force v Bonding wave speed TH Heating temperature T1, T2 Board temperature E1, E2 Board elastic modulus d1, d2 Board thickness V1, V2 Board volume m1, m2 Board mass p1, p2 Board density G1, G2 Board gravity r1, r2 Board curvature radius r10, r20 Board initial curvature radius D Board edge spacing

Claims (15)

第1の基板(2)と第2の基板(2’)とをボンディングするためのデバイスであって、
前記デバイスは、測定手段(9)を備え、前記測定手段(9)は、
前記第1および第2の基板(2、2’)のコンタクトの間、前記第1および第2の基板(2、2’)のボンディングされていない表面または前記第1および第2の基板(2、2’)のボンディングされた表面のパーセンテージ量を検出し、
検出した前記パーセンテージ量を介して、前記第1および第2の基板(2、2’)の間のボンディングウェーブの進行を監視し、前記ボンディングウェーブの制御を可能にし、
前記デバイスは、
第1の保持力F H1 によって前記第1の基板(2)を保持するように構成される第1の試料ホルダ(1)と、
第2の保持力F H2 によって前記第2の基板(2’)を保持するように構成される第2の試料ホルダ(1’)と、
をさらに備え、
前記第1の保持力F H1 および前記第2の保持力F H2 の少なくとも一方は、前記ボンディングウェーブを制御するために0まで減少し、
前記第1および第2の試料ホルダ(1、1’)は、前記第1および第2の試料ホルダ(1、1’)からそれぞれ適用される真空によって、前記第1および第2の基板(2、2’)をそれぞれ前記第1および第2の試料ホルダ(1、1’)に固定し、
前記第1および第2の試料ホルダ(1、1’)からそれぞれ適用される前記真空は、前記第1の保持力F H1 および前記第2の保持力F H2 を与え、前記第1および第2の基板(2、2’)をそれぞれ前記第1および第2の試料ホルダ(1、1’)に固定し、
前記真空は、減少され、前記第1の保持力F H1 を減少し、前記第1の試料ホルダ(1)から前記第1の基板(2)の解離を制御する、および/または、前記第2の保持力F H2 を減少し、前記第2の試料ホルダ(1’)から前記第2の基板(2’)の解離を制御し、
前記第2の試料ホルダ(1’)の表面の加熱温度T は、ボンディング中に低減する、
デバイス。
A device for bonding the first substrate (2) and the second substrate (2').
The device comprises a measuring means (9), wherein the measuring means (9) is provided.
Between the contacts of the first and second substrates (2, 2'), the unbonded surface of the first and second substrates (2, 2') or the first and second substrates (2). 2,') Detect the percentage amount of bonded surface,
Through the detected percentage amount, the progress of the bonding wave between the first and second substrates (2, 2') is monitored, and the bonding wave can be controlled .
The device is
A first sample holder (1) configured to hold the first substrate (2) by a first holding force HF1 and a first sample holder (1).
A second sample holder (1') configured to hold the second substrate (2') by a second holding force HF2 , and a second sample holder (1').
Further prepare
At least one of the first holding force F H1 and the second holding force F H2 is reduced to 0 in order to control the bonding wave.
The first and second sample holders (1, 1') are subjected to the first and second substrates (2) by the vacuum applied from the first and second sample holders (1, 1'), respectively. 2') are fixed to the first and second sample holders (1, 1'), respectively.
The vacuum applied from the first and second sample holders (1, 1') gives the first holding force F H1 and the second holding force F H2 , respectively, and the first and second holding forces F H2. The substrate (2, 2') is fixed to the first and second sample holders (1, 1'), respectively.
The vacuum is reduced, the first holding force HF1 is reduced, the dissociation of the first substrate (2) from the first sample holder (1) is controlled, and / or the second. The holding force F H2 is reduced to control the dissociation of the second substrate (2') from the second sample holder (1').
The heating temperature TH on the surface of the second sample holder (1') is reduced during bonding.
device.
前記測定手段(9)は、前記ボンディングウェーブの状態を検出するようにさらに構成される、
請求項1に記載のデバイス。
The measuring means (9) is further configured to detect the state of the bonding wave.
The device according to claim 1.
前記測定手段(9)は、前記パーセンテージ量を検出し、前記進行を監視するように構成される導電率測定手段を備える、
請求項1に記載のデバイス。
The measuring means (9) comprises a conductivity measuring means configured to detect the percentage amount and monitor the progress.
The device according to claim 1.
前記測定手段(9)は、前記ボンディングウェーブの位置および前記第1および第2の基板(2、2’)間のボンディングエリアのサイズの少なくとも1つを検出し、前記ボンディングウェーブの前記進行を監視するように構成される光学系およびカメラの少なくとも1つをさらに備える、
請求項1に記載のデバイス。
The measuring means (9) detects at least one of the position of the bonding wave and the size of the bonding area between the first and second substrates (2, 2'), and monitors the progress of the bonding wave. Further equipped with at least one of an optical system and a camera configured to.
The device according to claim 1.
前記ボンディングウェーブの前記進行は、1秒より長い期間にわたって監視される、
請求項4に記載のデバイス。
The progress of the bonding wave is monitored over a period of more than 1 second.
The device according to claim 4 .
前記ボンディングウェーブの前記進行は、前記第1および第2の基板(2、2’)のそれぞれの直径の少なくとも0.1倍に対応する前記ボンディングウェーブの半径方向位置を介して監視される、
請求項4に記載のデバイス。
The progression of the bonding wave is monitored via a radial position of the bonding wave that corresponds to at least 0.1 times the diameter of each of the first and second substrates (2, 2').
The device according to claim 4 .
前記ボンディングウェーブは、前記測定手段(9)によって得られた値を考慮して制御される、
請求項1に記載のデバイス。
The bonding wave is controlled in consideration of the value obtained by the measuring means (9).
The device according to claim 1.
前記ボンディングウェーブは、真空を連続的に解除することによって、固定手段を狙い通り解除することによって制御される、
請求項1に記載のデバイス。
The bonding wave is controlled by releasing the fixing means as intended by continuously releasing the vacuum.
The device according to claim 1.
前記測定手段(9)は、前記パーセンテージ量が1%より大きくなるまで、前記進行を監視するようにさらに構成される、
請求項1に記載のデバイス。
The measuring means (9) is further configured to monitor the progress until the percentage amount is greater than 1%.
The device according to claim 1.
前記測定手段(9)は、前記パーセンテージ量が4%より大きくなるまで、前記進行を監視するようにさらに構成される、
請求項1に記載のデバイス。
The measuring means (9) is further configured to monitor the progress until the percentage amount is greater than 4%.
The device according to claim 1.
前記測定手段(9)は、前記パーセンテージ量が9%より大きくなるまで、前記進行を監視するようにさらに構成される、
請求項1に記載のデバイス。
The measuring means (9) is further configured to monitor the progress until the percentage amount is greater than 9%.
The device according to claim 1.
前記測定手段(9)は、前記パーセンテージ量が16%より大きくなるまで、前記進行を監視するようにさらに構成される、
請求項1に記載のデバイス。
The measuring means (9) is further configured to monitor the progress until the percentage amount is greater than 16%.
The device according to claim 1.
前記測定手段(9)は、前記パーセンテージ量が25%より大きくなるまで、前記進行を監視するようにさらに構成される、
請求項1に記載のデバイス。
The measuring means (9) is further configured to monitor the progress until the percentage amount is greater than 25%.
The device according to claim 1.
第1の基板(2)と第2の基板(2’)とを両基板(2、2’)のそれぞれのコンタクト面でボンディングするためのデバイスであって、前記デバイスは、第1の試料ホルダ(1)と、第2の試料ホルダ(1’)と、測定手段(9)と、を備え、
前記第1の試料ホルダ(1)は、前記第1の試料ホルダ(1)の第1の真空によって適用される第1の保持力FH1によって、前記第1の基板(2)を前記第1の試料ホルダ(1)の表面に保持するように構成され、
前記第2の試料ホルダ(1’)は、前記第2の試料ホルダ(1’)の第2の真空によって適用される第2の保持力FH2によって、前記第2の基板(2’)を前記第2の試料ホルダ(1’)の表面に保持するように構成され、
前記測定手段(9)は、
前記第1および第2の基板(2、2’)のコンタクトの間、前記第1および第2の基板(2、2’)のボンディングされていない表面または前記第1および第2の基板(2、2’)のボンディングされた表面のパーセンテージ量を検出し、
検出した前記パーセンテージ量を介して、前記第1および第2の基板(2、2’)の間のボンディングウェーブの進行を監視し、前記ボンディングウェーブの制御を可能にする、
ように構成され
前記第1の保持力F H1 および前記第2の保持力F H2 の少なくとも一方は、前記ボンディングウェーブを制御するために0まで減少し、
前記第1の真空を減少し、前記第1の保持力F H1 を減少し、前記第1の試料ホルダ(1)から前記第1の基板(2)の解離を制御する、および/または、前記第2の真空を減少し、前記第2の保持力F H2 を減少し、前記第2の試料ホルダ(1’)から前記第2の基板(2’)の解離を制御し、
前記第2の試料ホルダ(1’)の表面の加熱温度T は、ボンディング中に低減する、
デバイス。
A device for bonding a first substrate (2) and a second substrate (2') on the respective contact surfaces of both substrates (2, 2'), wherein the device is a first sample holder. (1), a second sample holder (1'), and a measuring means (9) are provided.
The first sample holder (1) attaches the first substrate (2) to the first by the first holding force HF1 applied by the first vacuum of the first sample holder (1). It is configured to hold on the surface of the sample holder (1) of
The second sample holder (1') holds the second substrate (2') by the second holding force HF2 applied by the second vacuum of the second sample holder (1'). It is configured to hold on the surface of the second sample holder (1').
The measuring means (9) is
Between the contacts of the first and second substrates (2, 2'), the unbonded surface of the first and second substrates (2, 2') or the first and second substrates (2). 2,') Detect the percentage amount of bonded surface,
Through the detected percentage amount, the progress of the bonding wave between the first and second substrates (2, 2') is monitored, and the bonding wave can be controlled.
Is configured as
At least one of the first holding force F H1 and the second holding force F H2 is reduced to 0 in order to control the bonding wave.
The first vacuum is reduced, the first holding force F H1 is reduced, the dissociation of the first substrate (2) from the first sample holder (1) is controlled, and / or said. The second vacuum is reduced, the second holding force F H2 is reduced, and the dissociation of the second substrate (2') from the second sample holder (1') is controlled.
The heating temperature TH on the surface of the second sample holder (1') is reduced during bonding.
device.
第1の基板(2)と第2の基板(2’)とをボンディングするための方法であって、前記方法は、
前記第1の基板(2)と前記第2の基板(2’)との間のコンタクトを開始するステップと、
コンタクトした前記第1および第2の基板(2、2’)のボンディングされていない表面またはコンタクトした前記第1および第2の基板(2、2’)のボンディング表面のパーセンテージ量を検出するステップと、
検出した前記パーセンテージ量を介して、コンタクトした前記第1および第2の基板(2、2’)の間のボンディングウェーブの進行を監視し、前記ボンディングウェーブの制御を可能にするステップと、
第1の保持力F H1 によって前記第1の基板(2)を第1の試料ホルダ(1)により保持するステップと、
第2の保持力F H2 によって前記第2の基板(2’)を第2の試料ホルダ(1’)により保持するステップと、
前記第1の保持力F H1 および前記第2の保持力F H2 の少なくとも一方を、前記ボンディングウェーブを制御するために0まで減少するステップと、
前記1の試料ホルダ(1)に含まれる第1の真空を減少し、前記第1の試料ホルダ(1)によるコンタクトした前記第1の基板(2)の保持を減少し、および/または、前記第2の試料ホルダ(1’)内に含まれる第2の真空を減少し、前記第2の試料ホルダ(1’)によるコンタクトした前記第2の基板(2’)の保持を減少し、その間の前記ボンディングウェーブを制御するステップと、
前記第2の試料ホルダ(1’)の表面の加熱温度T を、ボンディング中に低減するステップと、
を含む方法。
It is a method for bonding the first substrate (2) and the second substrate (2'), and the above method is
A step of initiating contact between the first substrate (2) and the second substrate (2'),
With the step of detecting the percentage amount of the unbonded surface of the contacted first and second substrates (2, 2') or the bonded surface of the contacted first and second substrates (2, 2'). ,
A step of monitoring the progress of the bonding wave between the contacted first and second substrates (2, 2') through the detected percentage amount and enabling control of the bonding wave.
A step of holding the first substrate (2) by the first sample holder (1) by the first holding force FH1 and a step of holding the first substrate (2) by the first sample holder (1).
The step of holding the second substrate (2') by the second sample holder (1') by the second holding force HF2 , and
A step of reducing at least one of the first holding force F H1 and the second holding force F H2 to 0 in order to control the bonding wave.
The first vacuum contained in the first sample holder ( 1 ) is reduced, the retention of the first substrate ( 2) in contact by the first sample holder ( 1) is reduced, and /. Alternatively, the second vacuum contained in the second sample holder (1') is reduced to reduce the retention of the contacted second substrate (2') by the second sample holder (1'). In the meantime, the step of controlling the bonding wave and
A step of reducing the heating temperature TH of the surface of the second sample holder (1') during bonding, and
How to include.
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