KR20170137050A - 2개의 기판을 결합하기 위한 기판 홀더 및 방법. - Google Patents

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토마스 와겐네이트너
토마스 프라츠
주링거 마이클 슈스
주르겐 말링거
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Abstract

기판(11, 11')을 고정하기 위한 고정 표면(4o)을 갖는 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV)가 제안된다.

Description

2개의 기판을 결합하기 위한 기판 홀더 및 방법.
본 발명은 기판 홀더, 이러한 기판 홀더를 갖는 시스템, 이러한 기판 홀더의 사용, 2개의 기판을 결합하기 위한 방법, 제품, 및 제품, 특히 이러한 방법을 사용하여 제조된 기판 스택, 및 또한 이러한 방법을 위한 기판 홀더의 사용과 관련된다.
반도체 산업에서, 기판, 특히 웨이퍼는 다양한 방법을 이용하여 서로 정렬되고 연결된다. 연결 공정은 결합으로 불린다. 연결되는 재료에 따라 다양한 결합 기술이 최적의 결과를 구현하기 위하여 적용되어야 한다.
따라서, 금속은 실온에서 결합을 위한 기술이 최근에 더욱 더 확립될지라도 예를 들어 고온 및 고압에서 확산 공정에 의해 서로 결합된다.
원자가 바람직하게는 공유 결합을 형성하는 표면을 갖는 기판은 접착력에 의해 서로 직접 연결된다. 그러나 접착력은 처음에는 반 데르 발스 결합이기 때문에 표면 간의 최대 연결 강도를 나타내지 않는다. 적절한 공정, 특히 열처리를 통해 이 유형의 반 데르 발스 결합은 공유 결합으로 변환될 수 있다. 공유 결합 화합물을 형성함으로써 2개의 표면이 연결되는 결합 공정을 융합 결합 공정이라 한다. 최근에는 접촉 표면을 최대화하는 것이 그러한 결합을 향상시키는 데 결정적으로 기여한다는 것이 점점 더 명백해진다. 이것은 실온에서도, 특히 열처리 없이 또는 매우 작은 온도 상승만으로도 이러한 유형의 표면을 서로 연결할 수 있는 완전히 새로운 가능성을 야기한다. 최근에, 측정은 서로 연결될 재료의 이론 강도에 가까운 연결 강도가 이러한 최적화를 통해 달성될 수 있음을 나타낸다.
융합 결합의 경우, 두 기판 중 어느 것도 특히 열적 로딩으로 인해 정렬 전에 및/또는 도중에 및/또는 정렬 후에 연신되지 않아야 한다. 연신은 기판의 크기의 확대 또는 감소로 이어지며, 따라서 서로 정렬되는 기판의 특징, 특히 칩의 변위 및/또는 오정렬로 이어진다. 이 변위 및/또는 오-배향은 일반적으로 중심에서 에지로 이어진다. 결과적인 결함은 선행 기술에서 알려져 있지만, 특히 반도체 산업에서, 명성의 붕괴로 알려져 있다. 결과적인 결함(fault)은 종래 기술, 특히 런 아웃으로 반도체 산업에서 공지되었다. 이 결함은 다음에서보다 정확하게 설명된다.
두 기판의 영구 연결과 관련된 가장 큰 기술적 문제점들 중 한 문제점은 개별 기판들 사이의 기능 유닛들의 정렬 정확도이다. 기판들이 정렬 시스템에 의해 서로에 대해 정렬될 수 있을지라도, 결합 공정 자체 동안에 기판들의 비틀림이 발생할 수 있다. 이 방식으로 발생하는 이러한 비틀림으로 인해, 기능 유닛들은 모든 위치들에서 서로에 대해 반드시 정확하게 정렬될 필요는 없다. 기판 상의 한 특정 지점에서 정렬 정확도는, 비틀림, 스케일링 결함, 렌즈 결함(배율 또는 축소 에러) 등에 따를 수 있다. 반도체 산업에서, 이러한 문제점들을 다루는 모든 주제들은 용어 "오버레이(overlay)" 하에서 포함된다. 상기 요지에 대한 적절한 개요는 예를 들어 문헌 [Mack, Chris. Fundamental Principles of Optical Lithography - The Science of Microfabrication. WILEY, 2007, Reprint 2012]에서 찾아볼 수 있다.
각각의 기능 유닛은 실제 제조 공정 전에 컴퓨터로 설계된다. 예를 들어, 전도체 트랙, 마이크로칩, MEMS, 또는 마이크로시스템 기술의 도움으로 제조가능한 그 밖의 임의의 구조물은 CAD(컴퓨터 이용 설계 디자인)으로 설계된다. 그러나, 기능 유닛들의 제조 동안, 컴퓨터로 설계된 이상적인 기능 유닛들과 청정실에서 제조되는 실제 기능 유닛들 간에 항상 편차가 존재하는 것을 볼 수 있다. 이러한 차이는 주로 하드웨어의 제한 즉 엔지니어링-관련 문제점들 때문이지만, 종종 물리적인 제한 때문에도 발생한다. 따라서, 포토리소그래피 공정(photolithographic process)에 의해 제조되는 구조물의 해상도 정확성(resolution accuracy)은 사용되는 광의 파장과 포토마스크(photomask)의 구멍(aperture) 크기에 의해 제한된다. 마스크 비틀림은 포토레지스트(photoresist)에 직접 전달된다. 기계장치의 선형 모터(linear motor)는 주어진 허용오차 등 내에서 재형성 가능한 위치들에만 접근될 수 있다. 따라서, 기판의 기능 유닛들이 컴퓨터로 설계된 구조물들에 정확하게 똑같을 수 없다는 사실은 놀라운 일이 아니다. 심지어, 결합 공정 전에도, 모든 기판들은 이상적인 상태로부터 무시할 수 없는 편차를 가진다.
두 기판들 중 그 어느 기판도 연결 공정에 의해 비틀리지 않는다고 가정했을 때, 두 기판들의 맞은편에 배열된 2개의 기능 유닛들의 위치 및/또는 형태들을 비교해 보면, 일반적으로, 위에서 기술된 에러들로 인해 이상적인 컴퓨터 모델로부터 발산되기 때문에 기능 유닛들 사이의 일치에는 이미 결함이 존재한다. 가장 통상적인 결함이 도 8에 도시된다(http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Overlay_-_typical_model_terms_DE.svg 24.05.2013 and Mack, Chris. Fundamental Principles of Optical Lithography - The Science of Microfabrication. Chichester: WILEY, p. 312, 2007, Reprint 2012). 도면들에 따르면, 전체적 및 국부적인 대칭 및 비대칭 오버레이 결합은 서로 대략적으로 구분될 수 있다. 전체적인 오버레이 결함이 균질하며 따라서 지점(site)에 무관하다. 이는 위치에 무관하게 두 맞은편 기능 유닛들 간에 동일한 편차를 형성한다. 일반적인 전체 오버레이 결함은 서로에 대한 두 기판의 병진운동(translation) 또는 회전운동에 의해 형성되는 결함(I 및 II)이다. 두 기판의 병진운동 또는 회전운동은 그 순간 기판 상에서 반대인(opposite) 모든 기능 유닛들에 대한 상응하는 병진 운동 또는 회전운동 결함을 발생시킨다. 국부적인 오버레이 결함은 위치에 따라, 이 경우에서는, 연속적으로 진행되는 결합파(bonding wave)에 의해 주로 야기되는 탄성 및/또는 소성에 의해 발생된다. 위에서 기술된 오버레이 결함들 중에서, 결함(III 및 IV)이 주로 런-아웃 결함(run out fault)으로 지칭된다. 이러한 결함들은 결합 공정 동안 하나 이상의 기판의 비틀림에 의해 주로 발생한다. 또한, 제2 기판의 기능 유닛들에 대해 제1 기판의 기능 유닛들도 하나 이상의 기판의 비틀림에 의해 비틀려진다. 하지만, 결합 공정에 의해 결함(I 및 II)도 발생할 수 있으나, 이러한 결함들은 일반적으로 결함(III 및 IV)에 의해 상당히 오버레이되어 상당히 어렵게 인식되고 측정될 수 있다.
두 개의 기판을 서로 더 근접하게 배치할 때 가장 큰 문제점은 일반적으로 환경이 일반적으로 기판과의 열역학적 균형(thermodynamic balance)이 맞지 않는다는 사실에 있다. 열역학적 균형은 항상 모든 열역학 변수, 특히 특정 온도에서 모든 하위 시스템을 고려할 때 항상 존재한다. 많은 경우에, 기판들 중 하나, 특히 하부 기판 홀더 상에 고정 된 기판은 상승된 온도를 갖는다.
많은 경우에, 제어된 방식으로 기판의 전술한 런 아웃 결함을 보상하기 위해, 상부 기판에 존재하는 것보다 하부 기판에 대해 상이한, 특히 더 높은 온도를 설정하는 것이 바람직하거나 또는 심지어 의도된다. 이 경우, 하부 기판을 그에 따라 템퍼링, 특히 가열 또는 냉각시키는 것이 필요할 수 있다.
그 다음, 본 발명에 따른 기판 홀더 상에 고정된 제1의 상부 기판을 제2의 하부 기판을 이동시키는 경우, 특히 제2 하부 기판, 특히 또한 전체 하부 기판 홀더가 제1 상부 기판을 가열시킬 수 있고 이를 열적으로 팽창시킬 수 있으며, 주요하게는 매우 복잡한 가열 프로파일을 제공한다. 가열 프로파일은 온도/시간 곡선에 의해 결정된다. 이 경우, 제1 기판과 제2 기판 사이의 매우 작은 온도 차이의 경우에도 상부, 제1 기판의 상당한 팽창을 야기할 수 있거나 또는 상부 제1 기판은 복합적인 온도 곡선에 따라 가열될 수 있다. 상부 기판의 온도는 2개의 기판 사이의 거리가 증가함에 따라 증가하고, 포화 영역에서 단시간 동안 일정하게 유지되고, 그 후에 감소하고, 특히 지수적으로, 변화하지 않은 경계 조건의 경우에도 이후의 공정으로 인하여 일정한 상태로 유지된다. 종래 기술은 주로 온도가 시간의 함수로서 변화하는 온도 영역에서 기판이 서로 결합되는 문제점을 갖는다. 따라서 결합 파(bond wave)는 서로 다른 시간에 다른 온도에 노출되거나 또는 다른 위치에 다른 방식으로 배치되기 때문에 위에서 언급한 런 아웃 오류를 발생시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 극복하고 특히 개선된 기판 홀더 및 개선된 방법을 제시하는데, 그 도움으로 런 아웃 결함이 보상될 수 있고, 특히 완전히 방지될 수 있다. 이 목적은 본 발명에 따른 기판 홀더, 본 발명에 따른 시스템, 본 발명에 따른 사용, 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 제품뿐만 아니라 청구항의 본 발명에 따른 사용에 따라 달성된다.
본 발명의 선호되는 개선점은 종속항에서 특정된다. 본 명세서, 청구항 및/또는 도면들에 제공된 특징들 중 2개 이상의 특징들을 조합한 모든 특징들은 본 발명의 범위 내에 있다. 주어진 값 범위에 대해, 지시된 한계값(limit) 내에 있는 값들은 경계값들로 간주되어야 하며 이들의 임의의 조합도 가능한 것으로 고려되어야 한다.
특히, 본 발명의 코어는, 특히 본 발명에 따른 상부 기판 홀더(하기에서 제1 기판 홀더로 지칭됨)를 설계하는 것으로 구성되는데, 여기서 기판 홀더의 후방 측면에 대해 흡수되는 임의의 열이 열 교환기에 의해 방출되고 제어된 방식으로 분산되어 고정된, 특히 상부 기판(또한 하기에서 제1 기판으로 지칭됨)의 가열이 목표화 방식으로 설정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 중요한 양태는 온도 차이(△T)의 본 발명에 따른 목표화된 설정을 가능하게 하기 위해 시스템의 열 저항의 목표된 최적화로 구성된다.
특히, 열 저항의 적절한 선택에 의해 하부 기판과 상부 기판 사이에 원하는 온도 차이(△T)를 설정하는 것이 본 발명의 중요한 양태이다. 이 온도 차이(ΔT)는 일반적으로 두 기판 간의 시간 또는 거리의 함수이다. 그러나, 하부 기판의 온도 포화의 온도 영역에서의 온도 차이(△T)는 본 발명에 따라 우세하게 관련되며, 이 온도 영역은 특허 명세서의 나머지 부분에서 d로 표시된다. 온도 편차(ΔT)는 이 온도 영역에서 일정하게 유지되어야 한다. 온도 차이(ΔT)의 목표 설정 및 유지를 통해 바람직하지 못한 "런 아웃"결함을 최소화하거나 전적으로 제거할 수 있다.
이에 따라 특히 온도 포화 영역(d)에서의 온도 차이(△T)는(i) 열 저항에 의해 및/또는(ii) 하부 기판 홀더 내에서 가열 요소, 특히 가열 장치에 의해 및/또는 냉각 요소, 특히 냉각 유체에 의해 목표화된 방식으로 설정될 수 있다. 본 발명에 따라서, 기판 홀더는 기판을 고정하기 위한 고정 표면을 가지며, 기판 홀더는 고정 표면을 향하여 열을 공급하고 및/또는 고정 표면으로부터 열을 분산시키기 위한 열 전도 몸체를 갖는다.
본 발명의 추가 요지는 2개의 기판들 중 적어도 하나를 고정하기 위하여 전술된 실시예들 중 하나에 따라 적어도 하나의 기판 홀더를 가지며, 제1 기판을 제2 기판에 결합하기 위한 시스템에 관한 것이다. 이를 위해, 특히 기판 홀더에 대한 구현이 참조된다. 본 발명의 추가 요지는 상부 기판 홀더와 같이 본 발명에 따른 기판 홀더의 사용에 관한 것이다.
본 발명의 다양한 요지는 제1 기판을 제2 기판에 결합하기 위한 방법에 관한 것으로, 기판은 제1 단계에서 서로 근접해지며 이에 따라 제1 기판의 온도가 증가되고, 제2 단계에서 기판이 근접해지는 것이 중단되고 기판 사이의 거리(d3)가 제1 기판의 일정한 거리, 일정 기간, 일정한 온도가 설정되도록 일정하게 유지되고, 제3 단계에서 제1 기판의 일정한 온도에서 일정 기간 내에 2개의 기판이 적어도 일시적으로 서로 결합된다.
이 상황은 2개의 기판 사이의 온도 차이(ΔT)가 적절히 한정된 온도 영역(d)에서 일정하도록 기술될 수 있다. 또한, 온도 차이(ΔT)의 크기는 열 저항을 정확하게 선택하여 설정할 수 있다. 본 발명의 상이한 요지는 제1 기판 및 제2 기판을 갖는 제품, 특히 기판 스택에 관한 것이며, 상기 기판은 본 발명에 따른 방법을 사용하여 서로 결합된다.
본 발명의 다양한 요지는 이러한 방법 중에 기판을 고정하기 위한 이러한 기판 홀더의 사용에 관한 것이다.
일반적으로, 특히 상부의 기판 홀더는 가능한 주위 온도에 열적으로 결합되어야 한다. 이로 인해 열의 공급 및/또는 소산이 야기될 수 있다. 두 개의 기판을 결합시킴으로써, 특히 상부 기판은 하부 기판 또는 하부 기판 홀더에 의해 가열된다. 특히 상부의 기판 홀더의 큰 열 질량 및 가능한 높은 이의 열 전도성은 특히 상부 기판으로부터 열을 방출한다. 본 발명에 따른 기판 홀더는 그 온도 프로파일, 특히 상부 기판의 온도 프로파일이 하부 기판 또는 하부 기판 홀더에 접근할 때 목표화된 방식으로 설정될 수 있는 방식으로 설계된다.
본 발명에 따른 기판 홀더의 열 저항은 이 경우에 있어서, 열 전도 몸체 및 따라서 냉각 유체에 대한 상부 기판의 온도 적응이 가능한 신속하고 효율적으로 수행될 수 있는 방식으로 구성된다. 그러므로, 열 저항은 바람직하게 최소화된다. 냉각 유체는 바람직하게는 주위 대기이다. 따라서, 냉각 유체의 온도는 바람직하게는 실온이다.
특히 상부, 기판 홀더 또는 특히 상부 기판에서의 온도/시간 곡선에 대한 인식은 특히 결합의 최적 시간을 결정하는 것을 가능하게 하며 동시에 산출량의 증가를 수반한다. 대응하는 공정 또는 대응하는 방법은 마찬가지로 본 발명에 따른 본 발명의 중요한, 특히 독립적인 양태를 구성한다.
특허 명세서에 개시된 모든 온도 프로파일은 기판 홀더 상의 기판의 온도 프로파일 또는 기판 홀더의 온도 프로파일로서 간주될 수 있다. 기판 홀더에 대한 기판의 열 커플링은 바람직하게는 온도 편차가 무시될 수 있을 만큼 효율적이다. 실제로, 하부 기판의 온도는 하부 기판 홀더의 경우 하부 기판 홀더의 온도보다 약간 낮을 수 있다. 상부 기판의 온도는 일반적으로 본 발명에 따른 상부 기판 홀더의 온도보다 약간 더 높다. 약간의 온도 차이는 기판 홀더와 기판 사이의 영이 아닌 열 저항과 연관된다.
본 발명에 따른 기판 홀더는 또한 후술하는 샘플 홀더로 지칭되며, 전술한 바와 같이 제어된 방식으로 후방으로 발생하는 임의의 양의 열을 방출하며, 이는 열 교환기에 의해 변환되고 본 발명에 따른 기판 홀더에 의해 배출된다. 또한, 특히 상부 기판 홀더의 큰 열 질량은, 특히 상부 기판의 온도 안정화를 보장하여, 국부적인 환경의 열 변동이 가능한 최대로 최소화되도록 한다. 본 발명에 따른 추가 주요한 양태에 있어서, 비교적 큰 열적 질량이 결합 공정 중에 상부 기판과 하부 기판 사이의 온도 차이(ΔT) 또는 상부 기판의 온도를 안정화시킨다.
또한, 본 발명에 따른 기판 홀더를 통한 열 방출에 대한 기술에 따라, 특히 상부 기판 홀더 또는 상부 기판에 대한 온도/시간 그래프를 결정할 수 있고, 본 발명에 따른 기판 홀더의 파라미터에 대해 변경에 의해 이를 변경할 수 있다. 본 발명에 따른 기판 홀더는 상부 및/또는 하부 기판 홀더로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 기판 홀더는 특히 상부 기판 홀더로서 구성되어, 고정된 상부의 제1 기판이 고정되지 않는 한 중력 방향으로 특히 전체 영역에 걸쳐 변형된다.
하기에서 표면의 거칠기가 다수회 참조된다. 거칠기는 평균 거칠기, 2차 거칠기(quadratic roughness) 또는 평균 표면 거칠기로 특정된다. 평균 거칠기, 2차 거칠기 및 평균 표면 거칠기의 평균값들은 일반적으로 똑같은 측정 섹션(measurement section) 또는 측정 영역에 대해 상이하지만 계산 차수(order of magnitude)에 있어서 똑같은 범위에 있다. 따라서, 거칠기에 대한 수치 값의 하기 범위는 평균 거칠기, 2차 거칠기 또는 평균 표면 거칠기에 대한 값으로 이해된다.
본 발명에 따른 기판 홀더는 특히 상부 제1 기판을 가열 및/또는 냉각할 수 있다. 열 전도 몸체에 의해, 열이 특히 상부 제1 기판으로부터 방출될 수 있고 바람직하게는 냉각 유체로 전달된다. 이 경우, 열 전도 몸체는 열 싱크일 수 있다. 그러나 유체가 열 전달 몸체에 열을 방출하여 상부 제1 기판을 가열하는 가열 유체 인 것으로 고려될 수 있다. 이 경우, 열 전달 몸체는 가열 몸체일 수 있다.
냉각 유체는 바람직하게는 주변 대기이다. 냉각 유체의 온도는 바람직하게는 실온이다.
선호되는 실시예에서, 열 전도 몸체는 특히 고정 표면(하기에서 후방 측면으로 지칭됨)으로부터 이격되는 방향으로 향하는 측면에서 열을 방출 및/또는 공급하기 위한 립을 갖는다. 특히, 립은 열 전도 몸체의 전체 후방 측면에 배열될 수 있고, 그 결과 열 교환이 개선될 수 있다.
열은 립를 통해 더 넓은 표면 영역, 즉 립 표면을 가로질러 분산될 수 있다. 립은 특히 고정 표면에 수직으로 배치될 수 있다. 립은 바람직하게는 서로 평행하게 배열된다. 히트 싱크로 제공되는 열 전도 몸체가 사용되는 경우, 이는 최적의 방식으로 열 전도 몸체 내로 그리고 유체로부터 열을 전조하는 립 가열 립으로 지칭될 수 있다. 단지 립은 하기에서 재차 언급된다. 냉각이 주로 다음과 같이 논의되고 명시적으로 언급되지 않는 한, 열 전도 몸체는 열 싱크로 간주되며 립은 냉각 립으로 간주되며 유체는 냉각 유체로 간주된다.
기판 홀더의 본 발명에 따른 실시예는 바람직하게는 립이 캡슐화, 예를 들어 하우징 내에 배치되는 방식으로 구성된다. 캡슐화는 바람직하게는 적어도 2개의 접근 지점을 갖는다. 접근 지점 중 하나는 유체를 공급하기 위해 사용되며 다른 하나는 배출을 위해 사용된다. 그 결과, 열 전도 몸체의 립 상에 유체가 연속적으로, 특히 주위와 공간적으로 분리되게 흐르게 하는 것이 가능해진다. 이러한 컴팩트한 설계는 또한 본 발명에 따른 실시예를 그 주변의 구성 요소로부터 분리할 수 있게 한다. 냉각이 가스 냉각, 특히 공기를 이용한 냉각인 경우, 효율적 냉각을 보장하기 위해 팬에 의한 가스 유동, 특히 공기 유동에 의한 립으로의 유동이 충분할 수 있다. 특히 선호되는 실시예에서, 냉각 립은 주변 대기에 의해서만 냉각된다.
유체의 유동 속도는 바람직하게는 제어될 수 있다. 이 경우에, 유동 속도는 1 mm/s 초과, 바람직하게는 1 cm/s 초과, 더욱 바람직하게는 10 cm/s 초과, 가장 바람직하게는 1 m/s 초과이다. 유체는 또한 컴팩트한 캡슐화에 의해 가압될 수 있다. 이 경우에 유체의 압력은 바람직하게는 주위 압력에 대응한다. 그러나, 유체는 또한 과압하에 있을 수 있다. 그 뒤에, 압력은 1 바 초과, 바람직하게는 2바 초과, 더욱 바람직하게는 5바 초과, 가장 바람직하게는 10 바 초과, 더욱 더 바람직하게는 20 바 초과이다. 캡슐화 및 이에 따라 립 내로 유체의 공급은 바람직하게는 접근 지점에 연결된 호스 시스템에 의해 수행된다.
선택적 냉각 및 가열 요소
후방 측면에서 열 교환기 및 하부에 있는 열 전도 몸체에 추가로, 본 발명에 따른 기판 홀더는 추가 능동 제어가능한 냉각 및/또는 가열 요소를 가질 수 있다. 이들 추가 냉각 및/또는 가열 요소는 바람직하게는 본 발명에 따른 기판 홀더, 특히 열 전도 몸체 내에 배열된다. 가능한 균일하게 열 전도 몸체에 열을 잔류하게 하고 추가로 내장된 구성요소로 인해 임의의 열 불균일을 생성하지 않도록 열 전도 몸체의 주연부 상에 냉각 및/또는 가열 요소를 부착하는 것이 고려된다.
가열 요소는 바람직하게는 유도 히터이다. 그러나 상대적으로 작은 온도 차이에 대해서만 온도 보상이 이루어지기 때문에, 열 전도 몸체의 측면에 적외선 소스를 설치하는 것이 고려될 수 있고, 이에 따라 방사열에 의해 수 섭씨 온도 범위 내에서 열 전도 몸체의 온도를 증가시킬 수 있고 더욱 정확하고, 신속하며 효과적으로 제어될 수 있다.
냉각 요소는 본 발명에 따른 기판 홀더의 추가 냉각을 가능하게 하는 추가로 설치된 펠티에(Peltier) 요소, 특히 본 발명에 따른 실제 열 전도 몸체와 독립적으로 열 전도 몸체의 추가 냉각을 가능하게 한다. 펠티에 요소는 열 전도 몸체의 재료 동질성을 파괴하지 않도록 바람직하게 열 전도 몸체 외부에 부착된다. 열 전도 몸체는 본 발명에 따른 본 발명의 실제 양태를 구성한다.
열 전도 몸체
열 전도 몸체는 열 질량이 가능한 큰 구성요소이다. 열 질량은 비열 용량 및 몸체 질량의 곱이다. 일정한 밀도 분포의 경우, 질량을 밀도와 부피의 곱으로 대체할 수 있다.
Figure pct00001
용어 열 질량은 엔지니어링 과학 분야에서 주로 사용된다. 과학에서는 주로 보편적으로 사용되는 용어인 열 용량을 사용한다. 열용량 단위는 J/K이다. 이는 몸체가 특정 온도에서 열을 저장할 수 있는 능력에 대한 값이다. 열 용량이 큰 몸체는 버퍼 요소로서 사용될 수 있는 열 스토어(heat store)이다.
일반적으로, 사용된 냉각 유체의 온도(Tk)가 상부 기판의 온도와 상이한 경우 열 전도 몸체로 온도 구배가 떨어진다. 평균 온도가 온도 구배 대신 고려될 수 있습니다. 온도 구배 또는 평균 온도는 특허 명세서의 나머지 부분에서 Tw로 지정된다. 냉각 유체의 온도는 바람직하게는 본 발명에 따른 공정 동안 일정하게 유지되는 반면, 온도 구배 또는 평균 온도 Tw는 일반적으로 변화한다. 온도(Tw)는 바람직하게는 항상 상부 기판의 온도에 상응하고 이로부터 약간만이 범위를 벗어난다.
2개의 기판들 사이의 열 저항(Rth4)이 무한히 큰 경우, 본 발명에 따른 열 전도 몸체 및 상부 기판 또는 본 발명에 따른 전체 상부 기판 홀더의 온도가 냉각 유체의 온도, 즉 특히 대기 온도에 대응한다는 것이 본 발명에 따른 중요한 발견이다. 그러나, 열 저항(Rth4)의 유한 값에 의해 하부 기판으로부터 상부 기판으로의 열 유동이 가능하다.
본 발명에 따르면, 특히 온도 간격(d) 동안의 온도 차이(ΔT)가 공지되었고, "런 아웃" 결함을 최소화하거나 바람직하게는 완전히 제거하기 위해 목표화된 방식으로 설정될 수 있다는 것이 중요하다.
본 발명에 따른 실시예의 목적은 가능한 제어된 방식으로 기판에서의 온도를 방출하는 동시에 대응하는 강한 방식으로 기판을 안정화시키는 데 있으며 이에 따라 열 전도 몸체는 가능한 높은 열 용량을 갖는다. 열 전도 몸체의 열 용량은 열의 효율적인 저장을 가능하게 하고 가능한 효율적으로 열적 변동을 보상하기 위해 가능한 크다. 온도 안정성은 또한 온도 차이(△T)의 안정성에도 반영된다. 대부분의 중실 몸체의 경우 적당한 온도와 압력에서 일정한 부피의 열 용량은 일정한 압력의 열 용량과 단지 약간 상이하다. 따라서, 이하에서는 2개의 열 용량은 구별되지 않는다. 또한 비열 용량이 특정된다. 열 전도 몸체의 비열 용량은 특히 0.1 kJ/(kg*K) 초과, 바람직하게는 0.5 kJ/(kg*K) 초과, 보다 바람직하게는 1 kJ/(kg*K) 초과, 가장 바람직하게는 10 kJ/(kg*K) 초과, 가장 더 바람직하게는 20 kJ/(kg*K) 초과이다. 열 전도 몸체의 밀도와 기하학적 형상이 알려지면, 비열 용량은 위 공식을 사용하여 절대 열 용량으로 변환될 수 있다.
열이 가능한 신속히 방출되어야 하기 때문에, 열 전도 몸체 재료는 가능한 높은 열 전도성을 가져야 한다. 열 전도도는 0.1 W/(m*K) 내지 5000 W/(m*K), 바람직하게는 1 W/(m*K) 내지 2500 W/(m*K), 더욱 바람직하게는 10 W/(m*K) 내지 1000 W/(m*K), 가장 바람직하게는 100 W/(m*K) 내지 450 W/(m*K)이다. 구리, 열을 방출하기 위해 가장 빈번하게 사용되는 구조 재료는 예를 들어 대략 400 W/(m*K)의 열 전도도를 갖는다. 열 전도도는 주어진 온도 차이에 대한 경로를 통하여 단위 시간 당 얼마나 많은 에너지가 전달되는지를 결정하기 위하여 사용된다. 단위 시간 당 전달된 에너지 또는 열의 양은 열 유동으로 지칭된다. 열 유동은 1 J/s 초과, 바람직하게는 10 J/s 초과, 더욱 바람직하게는 100 J/s 초과, 가장 바람직하게는 J/s 초과, 가장 더 바람직하게는 500 J/s 초과이다.
열 전도 몸체는 그 후방 측면에서 능동적으로 또는 수동적으로 냉각되는 것이 바람직하다. 수동 냉각은 특히 가능한 넓은 표면을 통해 열을 방출시킴으로써 수행된다. 능동 냉각은 냉각 유체를 사용하여 수행된다. 냉각 유체는 가스 또는 액체일 수 있다. 예를 들어, 다음이 허용될 수 있다:
● 액체, 특히
o 물
o 오일
● 가스, 특히
o 노블 가스
■ 헬륨
■ 아르곤
● 분자 가스
o HCFC
o HFC
o CFC
o PFC
o CO2
o N2
o O2
● 가스 혼합물, 특히
o 공기, 특히
■주위 공기
냉각 유체는 열 전달 몸체에 의해 열을 흡수하고, 이에 의해 가열되고 열 전달 몸체를 냉각한다. 가열된 냉각 유체는 바람직하게는 냉각 회로에서 순환되고 회로 시스템의 상이한 지점에서 열을 방출하고, 공정에서 다시 냉각되어 냉각 회로에 다시 공급된다. 바람직하게는, 냉각 가스는 다루기가 더 쉽기 때문에 사용된다. 냉각 유체가 주위 공기인 경우, 열 전도 몸체로부터 열을 주위 공기로 방출함으로써 냉각이 수행된다. 국부적으로 가열된 주위 공기는 주변 대기에서 전달되므로 온도 균등화 및 냉각이 구현된다.
더 넓은 표면 영역에 걸쳐 열의 분산으로 인해, 냉각 유체에 대한 열 전달 또는 방출 효율이 증가된다. 표면 영역은 추가로 넓어질 수 있고 표면의 거칠기는 증가된다. 이 경우에 거칠기는 10 nm 초과, 바람직하게는 100 nm 초과, 더욱 바람직하게는 1 ㎛ 초과, 가장 바람직하게는 10 ㎛ 초과, 더욱 바람직하게는 100 ㎛ 초과이다.
또한, 립이 없는 열 전도 몸체의 사용이 고려될 수 있고 그 결과 열 전도 몸체의 제조가 간략화될 수 있다.
본 발명의 추가 실시예에서, 개방 다공성을 갖는 열 전도 몸체의 적어도 상부 측면을 제공하는 것이 고려될 수 있다. 이 경우에, 공극 크기는 100 nm 초과, 바람직하게는 1 ㎛ 초과, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 초과, 가장 바람직하게는 100 ㎛ 초과, 가장 더 바람직하게는 대략 1 mm이어야 한다. 냉각 유체는 넓은 표면 영역으로 인해 더욱 효과적으로 열을 흡수하는 공정에서 및 개방 다공성을 통해 유동한다. 또한 립의 표면 영역을 추가로 증가시키기 위하여 개방 다공성을 립에 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 홀더의 주요 목적에 있어서 열 전도 몸체는 상부 기판과 하부 시판 사이에서 온도 차이 안정성 및 온도 차이 설정 또는 기판의 온도 설정 및 온도 안정화로 구성된다. 본 발명에 따른 기판 홀더는 기판이 냉각 및/또는 가열되어야 하는지에 따라 이 단부에 대해 기판에 열을 공급하고 및/또는 열을 방출한다. 특히, 본 발명에 따른 기판 홀더는 상부 기판과 하부 기판 사이의 최대 온도 또는 온도 차이(△T)의 목표 설정을 가능하게 하고, 최대 온도 또는 온도 차이(△T)의 온도 안정성을 일정 기간 동안 보장하며, 이는 특히 두 기판을 결합하는데 필요한 시간보다 길다.
섹션의 나머지 부분에서, 적어도 하나의 특징에 의해 서로 상이한 본 발명에 따른 다수의 구현이 언급된다. 언급된 본 발명에 따른 모든 실시예는 언급된 복수의 특징을 조합하는 본 발명에 따른 대응하는 다른 실시예가 구현될 수 있는 방식으로 임의로 서로 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 예시적인 실시예에서, 본 발명에 따른 기판 홀더는 열 전도 몸체가 배치되는 별도의 고정 부분을 갖는다. 따라서 열 전도 몸체 및 고정 부분은 서로 분리되어 있지만 상호 연결된 구성요소이다. 가능한 효율적인 두 구성요소의 열 커플링은 가능한 평면인 표면을 통해 수행된다. 열 전도 몸체 및 고정 부분의 상호 접촉된 표면의 거칠기는 각각 이 경우에 100 ㎛ 미만, 바람직하게는 10 ㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 1 ㎛ 미만, 가장 바람직하게는 100 ㎛ 미만, 가장 더 바람직하게는 10 ㎛ 미만이다. 열 전달의 추가 개선은 열 전도 경로의 사용에 의해 수행된다.
다양한 선호되는 실시예에서, 고정 표면은 열 전도 몸체와 단일 부분으로 구성된다. 즉, 열 전도 몸체 자체는 고정 부분으로 구성된다. 열 전도 몸체 및 고정 부분 또는 고정 표면은 단일 부분으로 구성된다. 기판 홀더는 추가로 기재되거나 또는 도시되거나 또는 고려되지 않은 추가 구성요소를 가질 수 있으며, 이는 본 발명의 기능에 결정적으로 영향을 미치지 않기 때문이다. 향상된 열 전도는 본 발명에 따른 실시예에 의해 구현되며, 이는 열 전도 몸체와 고정 부분 사이에 경계 표면이 없기 때문이다.
일체형 또는 단일 부분 열 전도 몸체의 본 발명에 따른 실시예가 본 발명에 따른 최적의 실시예이기 때문에, 이하의 모든 변형이 기본형으로 언급된다. 따라서 고정 부분과 열 전도 몸체는 아래에서 동의어로 사용된다.
본 발명에 따른 다양한 선호되는 실시예에서, 기판 홀더는 기판을 변형시키기 위한 이동가능한 바람직하게는 구동가능한 적어도 하나의 변형 요소를 가지며, 적어도 하나의 변형 요소가 바람직하게는 기판 홀더의 중심에 배열된다. 적어도 하나의 변형 요소는 특히 고정 표면 또는 고정된 기판에 수직으로 이동가능하고, 특히 구동가능할 수 있다. 적어도 하나의 변형 요소는 바람직하게는 기판이 고정 표면으로부터 변형될 수 있도록 구성된다. 기판 홀더 또는 열 전도 몸체는 특히 중심에 설치되고 및/또는 연속적으로 이어지는 홀을 가질 수 있고, 이 홀 내에서 적어도 하나의 변형 요소가 이동가능한 특히 바람직하게는 구동가능한 방식으로 배열되거나 또는 홀에 따라 적어도 하나의 변형 요소의 접근을 허용하고 이를 이용하여 고정된 기판이 변형될 수 있다.
적어도 하나의 변형 요소는 예를 들어,
● 핀
● 로드
● 볼
● 노즐, 특히
o 가스 노즐
변형 요소는 목표화된 제어에 의해 적어도 국부적으로 바람직하게는 중심에서 기판을 변형시킬 수 있는 방식으로 작동되거나 또는 제어된다. 이 경우의 변형은 변형 요소의 측면에서 볼 때 오목한 형상이다. 변형은 특히 고정 부분 또는 고정 표면으로부터 기판을 분리하는 공정에 사용된다.
본 발명의 추가 실시예에서, 열 전도 몸체는 열 전도 몸체의 재료 또는 고정 표면과 기판의 가능한 작은 접촉을 보장하기 위하여 고정 표면 내에 적어도 하나의 리세스 및/또는 오목부를 갖는다. 결과적으로, 효과적인 고정 표면으로 알려진 것이 감소된다. 유효 고정 표면은 실제로 기판과 접촉하는 고정 표면의 영역이다. 적어도 하나의 리세스가 고정 표면에 배치되어, 기판이 고정 표면으로부터 이격되어 유지될 수 있다. 본 발명에 따른 이 실시예의 이점은 열 전달 몸체의 표면으로 인한 기판의 오염이 감소되는 것으로 구성된다. 열전달을 효율적으로 수행하기 위해, 이에 대응하여 높은 열 전도도 및 그에 따른 높은 열 용량을 갖는 가스가 적어도 하나의 리세스 및/또는 오목부 내로 도입되어 특히 유입될 수 있다. 그 뒤 기판은 몇개의 고정 요소에서만 고정되며 특히 주변 및/또는 중심에 배치된다. 이 유형의 실시예는 공개된 문서 제WO2013/023708A1호에 개시되어 있으며, 그 개시 내용은 이 실시예와 관련하여 본 출원의 개시 내용에 명백하게 포함된다.
본 발명의 추가 실시예에서, 너브 형태(너브) 및/또는 니들 형태 및/또는 페데스탈-형태 요소는 하나의 오목부 내에 배열되어 기판이 특히 기판의 방향으로 테이퍼지는 이들 요소에 의해 고정 표면으로부터 이격된 상태로 유지될 수 있다. 고정 요소는 열 전도 몸체의 표면까지 도달되며 고정 기판을 지지한다. 제1 기판과 열 전도 몸체 사이에 열 커플링을 보장하기 위하여 본 발명에 따른 실시예에서 높은 열 용량의 유체로 너브 및/또는 니들 및/또는 페데스탈의 중간 공간의 플러싱이 가능하다.
고정 요소
본 발명에 따른 모든 개시된 실시예는 기판, 특히 웨이퍼, 더욱 바람직하게는 반도체 웨이퍼를 고정할 수 있다. 고정은 이 경우에 임의의 원하는 고정 요소에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게는 기판을 고정하기 위한 고정 요소가 고정 표면 내에, 고정 표면에 및/또는 이 상의 전체 영역에 걸쳐 배열된다. 다음이 고려될 수 있다:
● 진공 고정
● 전자기 고정
● 자기 고정
● 기계식 고정, 특히
o 클램프
● 접착 고정, 특히
o 접착제 필름에 의한 고정
특히, 고정 표면의 전체 영역에 걸쳐 분배 방식으로 배열된 진공 고정 또는 진공 경로(또한 하기에서는 진공 채널로 지칭됨)가 특히 선호된다. 진공 고정은 기판 홀더의 고정 표면 상의 진공 개구 내에서 말단을 이루는 복수의 진공 채널로 구성된다.
본 발명에 따른 다양한 실시예에서, 적어도 개별 진공 채널이 서로 연결되어 진공 채널의 배출 및/또는 플러싱이 동시에 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 적어도 개개의 진공 채널은 서로 연결되어 대응하는 진공 채널 그룹을 형성한다. 각각의 진공 채널 그룹은 이 경우 개별적으로 제어가능하여 기판의 단계별 고정 및/또는 분리가 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 특정 실시예에서, 복수의 진공 개구가 복수의 중심에 배치된 원 내에 배열되며, 이는 반경이 상이하여 진공 채널 그룹을 형성한다. 그 반경이 다른 복수의 중심 중심에 배치되어 진공 채널 그룹을 형성한다. 바람직하게는, 동일 원의 모든 진공 채널이 동시에 제어됨으로써, 기판의 고정 및/또는 분리가 중심에서 시작하여 방사상 대칭 방식으로 외측을 향하여 제어될 수 있다. 이는 기판의 제어된 고정 및/또는 분리를 위한 효율적인 가능성을 초래한다.
열 저항: 균등 회로도
본 발명에 따른 본 발명의 또 다른 중요한 양태는 특히 본 발명에 따른 기판 홀더를 통한 열 유동의 최적화로 구성된다. 열원과 히트 싱크 사이의 열 유동은 열 저항에 의해 결정적으로 영향을 받는다. 각각의 정적 많은 입자 시스템, 따라서 가스 및 액체 및 고체와 같은 유체는 열 저항성을 갖는다. 당업자는 열 저항성의 정의를 알고 있다. 열 저항은 순전히 물질 매개 변수는 아니다. 열 저항은 열 전도도, 두께 및 단면에 의존된다.
Figure pct00002
공개된 문헌의 나머지 부분에서는 열 유동이 항상 동일한 단면을 통해 유동하여 일정한 단면에서의 열 저항이 각각 고려된 재료의 두께 및 열전도도의 함수로 고려되는 것으로 가정된다. 열 저항은 Rth와 지수로 도면에서 생략된다. 본 발명에 따르면, 특히 8 개의 관련된 열 저항이 있다. Rth1 내지 Rth8은(i) 하부 기판 홀더,(ii) 하부 기판 홀더와 하부 기판 사이의 유체 또는 진공,(iii) 하부 기판,(iv) 2개의 기판 사이의 유체 또는 진공(v) 상부 기판,(vi) 상부 기판과 상부 기판 홀더 사이의 유체 또는 진공(vii) 열 전달 몸체(viii) 냉각 립들 사이에서 유동하는 유체의 열 저항이다.
열 유동은 열원과 열 싱크 사이의 적용된 온도 차이에 정비례한다. 열 저항은 비례 상수입니다. 따라서 다음이 적용된다:
Figure pct00003
본 발명에 따른 본 발명의 또 다른 중요한 측면은 특히 기판 위 및/또는 아래의 열 저항을 최소화하고 기판 사이의 열 저항을 최대화하는 것이다. 따라서, 본 발명에 따르면, 열 저항은 특히 다음과 같이 구성된다:
-- 특히 높은 열 전도도를 갖는 재료를 선택함으로써 Rth1이 최소화됨,
-- 특히 높은 열 전도도를 갖는 유체를 선택함으로써 Rth2이 최소화됨,
-- 특히 높은 열 전도도를 갖는 기판을 선택함으로써 Rth3이 최소화됨,
-- 낮은 열 전도도의 가스로의 플러싱 및/또는 진공 및/또는 최적화된 공정 관리에 의해, 특히 거리의 선택에 의해 Rth4이 최대화됨,
-- 특히 높은 열 전도도를 갖는 기판을 선택함으로써 Rth5이 최소화됨,
-- 특히 높은 열 전도도를 갖는 유체를 선택함으로써 Rth6이 최소화됨,
-- 특히 높은 열 전도도를 갖는 재료를 선택함으로써 Rth7이 최소화됨,
-- 특히 높은 열 전도도를 갖는 유체를 선택함으로써 Rth8이 최소화됨.
특히, 본 발명에 따른 실시예의 주요한 양태는 목표화된 방식으로 상부 기판과 하부 기판 사이의 온도 차이(△T) 또는 상부 기판의 온도를 설정할 수 있고 이를 결합 공정 중에 가능한 일정하게 유지할 수 있다. 이는 열 저항의 정확한 선택에 의해 본 발명에 따라 수행된다. 열 저항(Rth4)을 최대화함으로써 상부 기판으로 하부 기판으로부터의 열 유동이 최소화되고 바람직하게는 심지어 완벽히 차단된다. 그러나, 열 유동의 완벽한 차단이 실질적으로 달성될 수 없기 때문에, 이는 상부 기판의 온도 선택을 실질적으로 야기할 것이다. 온도 차이(△T)는 특히 20°C 미만, 바람직하게는 10 °C 미만, 더욱 바람직하게는 5°C 미만, 가장 바람직하게는 1 °C 미만, 가장 더 바람직하게는 0.1 °C 미만이다.
다른 한편으로, 특히 하부 기판의 온도가 하부 기판 홀더의 가열 장치에 의해 정확히 설정될 수 있어야 한다. 특히, 하부 기판의 온도는 하부 기판 홀더의 온도와 일치해야 한다. 하부 기판 홀더는 100 °C 미만, 바람직하게는 75 °C 미만, 더욱 바람직하게는 50 °C 미만, 가장 바람직하게는 30 °C 미만이다.
또한, 상부 기판의 온도는 특히 냉각 유체 및/또는 열 전도 몸체의 온도에 대응해야 한다. 본 발명에 따른 매우 특별한 실시예에서, 냉각 유체의 온도는 실질적으로 주위 온도에 대응한다. 이는 대기 자체가 냉각 유체로 사용되는 경우이다. 냉각 유체는 특히 100°C 미만, 바람직하게는 75 °C 미만, 더욱 바람직하게는 50 °C 미만, 가장 바람직하게는 30 °C 미만으로 테이퍼진다. 본 발명에 따른 매우 특별한 실시예에서, 대기는 냉각 유체로서 사용되며, 따라서 실온 또는 주변 온도를 갖는다.
기판의 직경은 변경되지 않을 수 있다. 사용된 기판의 열 전도성 및 두께는 대부분 제조 조건에 의해 미리결정되고, 대부분이 또한 본 발명에 따른 최적화를 요구할 수 없다. 본 발명에 따른 열 저항의 정확한 선택에 의해 하부 기판으로부터 상부 기판으로의 열 유동은 최소화되고 상부 기판으로부터 냉각 유체로의 열 유동은 최대화된다. 따라서, 온도 차이(△T)가 본 발명에 따라 일정하게 유지된다.
본 발명에 따른 열 저항의 선택의 또 다른 목적은 주요하게는 상부 기판의 온도를 일정하게 특히 주위 온도로 유지하여 다른 열원, 특히 하부 기판의 열원으로 인한 영향을 최소화하는데 있다. 일정하게 유지되는 하부 기판 홀더, 이에 따라 하부 기판의 온도에서, 이는 온도 범위(d)에서의 결합 공정 중에 상부 기판과 하부 기판 사이의 온도 차이(△T)를 유지하는 것과 동의어이다. 이는 주로 기판 사이의 열 저항(Rth4)을 최대화함으로써 수행된다. 대조적으로, 가열 장치에 의해 가능한 한 효율적으로 하부 기판의 온도(T1u)를 조절할 수 있어야 한다. 이 경우, 하부 기판 홀더의 온도는 Tp로 지정된다. 바람직하게는, 하부 기판 홀더의 온도(Tp)는 임의의 지점에서의 하부 기판의 온도(T1u)와 동일하다. 히터로부터 하부 기판으로의 열 전달은 주로 열 저항(Rth1 및 Rth2)의 최소화에 의해 수행된다.
공정
본 발명에 따른 방법 또는 본 발명에 따른 공정은 온도/시간 그래프로서 공지된 것에 기초하여 기술될 수 있다. 온도/시간 그래프에서, 본 발명에 따른 기판 홀더에 고정되는 기판에서의 온도(T), 특히 온도(T)는 특히 시간(t)(온도 그래프)의 함수로서 설명된다. 이 경우 온도는 온도/시간 그래프의 왼쪽 가장자리에 세로 좌표로 표시된다. 온도/시간 그래프에 거리/시간 곡선(거리 그래프)을 표시할 수 있고, 이로부터 두 기판의 거리가 어느 지점에서 얼마나 큰지를 판독할 수 있다. 이 경우, 온도/시간 세로 좌표는 온도/시간 그래프의 오른쪽 가장자리에 도시된다. 온도/시간 곡선은 온도/시간 그래프의 오른쪽 가장자리에 도시된다. 거리/온도 곡선은 mm에서 nm 범위까지의 거리를 보여주기 때문에 바람직하게는 대수적으로 스케일링된다. 명료함을 위해, 거리/시간 곡선은 선형 스케일로 도면에 도시된다. 단순화를 위해, 단지 온도/시간 그래프 또는 간결성을 위해 T-t 그래프가 다음과 같이 설명된다. 고정 기판에 대한 T-t 그래프 이외에, T-t 그래프도 본 발명에 따른 기판 홀더에 대해 기재될 수 있다. 그러나 2개의 T-t 그래프는 온도 축을 따른 최소 편차를 기준으로 단지 다소 상이하다. 따라서, 특허 명세서의 나머지 부분에서, T-t 그래프는 본 발명에 따른 고정된 기판 및/또는 기판 홀더의 온도/시간 그래프와 동의어로 사용된다. 이 가정은 열 저항(Rth2 및 Rth6)이 최소인 경우 정당화된다. 이 경우, 기판 홀더와 기판 사이의 열 커플링은 매우 양호하여 그 온도가 다소 동일하다고 가정될 수 있다.
각각의 그래프는 일반적으로 6개의 섹션, 특히 시간 섹션으로 분할될 수 있다.
제1 초기 섹션(a)에서, 기판이 비교적 긴 거리로부터 더 근접해진다. 이 섹션(a)에서, 2개의 기판들 사이의 거리는 1 mm 초과, 바람직하게는 2 mm 초과, 더욱 바람직하게는 3 mm 초과, 가장 바람직하게는 10 mm 초과, 가장 더 바람직하게는 20 mm 초과이다. 섹션(a) 내에서의 기판의 이동은 일반적으로 실온보다 높은 온도로 가열될 수 있는 다른, 특히 낮은 제2 기판 또는 다른, 특히 하부의 제2 기판 홀더에 기인하여 온도 상승을 야기하지 않는다. 두 개의 기판 사이의 거리가 제2, 하부 기판 또는 제2의 하부 기판 홀더의 열 방출 및/또는 상부의 제1 기판에서의 주변 가스의 열 대류로 인한 영향이 감소되는 정도까지 감소되면 상부의 제1 기판에서의 온도가 적절히 증가한다. 적절한 온도 증가의 이 영역(b)은 거친 접근 영역으로 지칭된다. 여기서 2개의 기판 사이의 거리는 10 mm 내지 0 mm, 바람직하게는 5 mm 내지 0 mm, 더욱 바람직하게는 1 mm 내지 0 ㎛, 가장 바람직하게는 100 ㎛ 내지 0 ㎛이다.
기판이 서로 근접해지면, 거친 접근 영역(b)의 단부에서 상부의 제1 기판의 온도가 급격히 상승한다. 일 유형의 열 커플링이 두 기판 사이에서 수행된다. 기판 직경에 대한 기판 거리의 작은 거리/직경 비로 인해, 열이 상부의 제1 기판의 가열을 야기한다. 열 방출에 의해 가열된 주위 가스는 두 기판의 중간 공간 외부로 더 이상 신속하게 확산될 수 없으므로 하부의 제2 기판으로부터 직접적으로 상부의 제1 기판으로 열이 전달된다. 유사 고려 사항이 열 방출을 위해 적용되는데, 실제적으로 추가적으로 상부의 제1 기판의 표면에 도달할 수 있는 옵션이 있다. 기판의 강한 가열 영역을 근접 접근 영역(c)이라고 한다. 여기서 두 기판의 거리는 1mm s내지 0mm, 바람직하게는 100㎛ 내지 0㎛, 더욱 바람직하게는 10㎛ 내지 0㎛, 가장 바람직하게는 1㎛ 내지 0㎛이다.
근접한 접근 영역(c)의 온도 프로파일로부터 온도 포화 영역(d)으로 알려진 온도 프로파일로의 전이는 수학적 용어로 가능한 안정화되지만 미분할 수 없는 전이에 의해 수행된다. 또한, 전이가 연속적으로 수행되며 c 및 d 영역의 분리가 명백하게 취해질 수 없다. 온도/시간 그래프의 형태는 "상어 지느러미" 처럼 보인다. 그러나 다른 형태가 고려될 수 있다.
본 발명에 따른 결합 공정은 온도 포화 영역(d)에서 수행된다. 기판들의 병진 이동은 중단되고, 즉 기판들 간의 거리는 일정하게 유지된다. 이 때, 상부 제1 기판은 온도 포화 영역(d)의 길이에 대응하는 적절히 한정된 시간 주기(t1) 동안 일정한 온도(T4o)를 갖는다. 일정한 온도(T4o)는 최대 4K, 바람직하게는 최대 3K, 더 바람직하게는 최대 2K, 가장 바람직하게는 최대 1K, 가장 더 바람직하게는 최대 0.1K의 최대 온도 변동을 의미한다. 2개의 기판들 사이의 거리는 이 영역에서 일정하며, 1 mm 내지 0 mm, 바람직하게는 100 ㎛ 내지 0 ㎛, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 내지 0 ㎛, 가장 바람직하게는 1 ㎛ 내지 0 ㎛이다. 본 발명에 따른 특정 실시예에서, 영역(d)에서의 2개의 기판이 근접해지는 것이 또한 추가로 가능하다. 그러나, 실제 결합 공정에 대해 충분한 시간이 남아 있음이 충분하다. 또한, 하부 기판과 상부 기판 사이의 온도 차이(△T)가 온도 포화 영역(D)에서 일정하다. 온도 차이(△T)의 변동은 이 경우에 4 K 미만, 바람직하게는 3K 미만, 더욱 바람직하게는 2K 미만, 가장 바람직하게는 1K 미만, 가장 더 바람직하게는 0.1 K 미만이다. 온도 차이(△T)는 특히 열 저항 및/또는 열원, 하부 기판 홀더의 히터 및/또는 열 싱크, 특히 냉각 유체를 선택함으로써 정확하고 재현성있게 설정될 수 있다.
특히, 일정 온도(T4)가 일정 거리(d3)로 설정되는 기간(t1)은 5초 초과, 바람직하게는 10초 초과, 더 바람직하게는 15초 초과, 심지어 더 바람직하게는 20초 초과, 가장 바람직하게는 40초 초과이다. 그 결과, 결합 공정에 유리하게 충분한 시간이 남아있게 된다.
또한, 특히, 시간(t1), 거리(d3) 및/또는 일정 온도(T4o)는 제1 단계 이전에 결정되며, 경험적으로, 제2 기판의 온도, 기판 홀더, 열 전도 몸체 및/또는 기판의의 재료, 및/또는 접근 속도를 고려하여 결정된다. 따라서, 상기 방법의 최적의 파라미터가 결정될 수 있는 방식으로 상기 제1 단계 이전에 상기 방법을 결정하거나 교정하는 것이 특히 유리하게 가능하다.
결합 공정, 특히 융합 결합 공정은 시간(t1)보다 작거나 같은 시간(t2)을 필요로 한다. 결합 공정은 주어진 온도(T4o)에서 온도 포화 영역(d)의 기간 내에서 수행되는 것이 본 발명에 따른 중요한 양태이다. 이는 제1 기판의 온도가 변하지 않고 결합 공정이 수행될 수 있는 이점을 가지며, 그 결과 전술된 런 아웃 결함이 방지되고 적어도 감소될 수 있다.
후속 영역(d)에서, 상부의 제1 기판이 특히 지수적으로 냉각된다.
후속 영역(f)에서, 결합 공정 이전에 제1 섹션에서 상부 제1 기판의 초기 온도보다 높은 일정한 포화 온도가 최종적으로 설정된다. 그러나, 이는 일반적으로 하부 제2 기판 또는 기판 홀더의 온도보다 낮다. 또한, 온도(T6o)에서 영역(f)에서 결합 공정을 수행하는 것도 고려될 수 있다.
바람직하게는, 온도/시간 그래프에 대한 정확한 결론을 도출할 수 있게 하는 모든 필요한 물리적 파라미터는 본 발명에 따른 방법의 사용 전에 설정된다. 본 발명에 따른 방법은 양 기판을 서로 최적으로 결합시키고 또한 대응 처리량을 유도하도록 실제 결합 공정 중에 발생되는 온도/시간 프로파일이 보장될 때까지 물리적 파라미터를 변경시킴으로써 변화된다. 대응 열 질량, 정확한 냉각 유체, 정확한 냉각 유체 압력, 정확한 냉각 유체 유량, 정확한 접근 프로파일 등을 갖는 대응하는 열 전도체를 사용함으로써, 영역(d) 내의 포화 온도(T4o), 영역(d)의 기간(t1) 및 온도/시간 그래프의 모든 다른 원하는 영역이 이에 따라 설정될 수 있다.
일단 시스템이 온도/시간 거동에 대해 보정되면, 또한 상부의 제1 기판이 적절히 한정된 시점에서 적절히 한정된 온도를 가지며, 이 온도에 도달된 시점부터 시작하여, 특히 진공 수단에 의해 야기된, 고정의 굽힘 및/또는 분리에 의한 실제 결합 공정을 수행하기 위해 정해진 시간이 이용될 수 있다. 본 발명의 근본적으로 중요한 두 측면은 영역(d)의 신속한 결합 가능성을 야기한다. 첫째로, 결합을 조기에 개시할 수 있으므로 처리량이 상당히 증가하고, 두 번째로 적절히 한정된 시간 내에 기판이 매우 일정한 온도를 유지된다. 결과적으로, 본 발명에 따르면, 종래 기술에 매우 잘 공지된 런 아웃 문제를 완전히 방지할 수 있다. 두 기판이 영역(d)의 기간 중에 실질적으로 일정한 온도를 가지며, 결합 공정 동안 실질적으로 이들의 온도를 변화시키지 않도록 보장된다. 이러한 맥락에서, 일정 온도의 상기 환경이 두 기판이 동일한 온도를 가져야 하는 것을 의미하지 않는다. 원하는 바람직한 강제 열 팽창에 의해, 2개의 기판 중 적어도 하나를 미리 더 높거나 또는 낮은 온도로 가열 또는 냉각하여 원하는 강제 기판 크기를 설정하는 것이 매우 바람직할 수 있고, 이에 따라 2개의 기판의 두 기능적 유닛이 조화가 야기된다. 그러나 본 발명에 따르면, 결합 공정 중에 일단 설정되면 이들 온도를 일정하게 유지한다.
기재된 각각의 방법에서, 기판들이 사전 및/또는 사후 처리될 수 있다. 주요하게는 다음과 같이 사전 처리가 고려된다:
● 세척, 특히
o 화학적 공정에 의해, 특히
■ 액체에 의해, 특히
● 물에 의해
o 물리적 공정, 특히
■ 스퍼터링에 의해, 특히
● 이온에 의해, 특히
o 플라스마 활성화에 의해
● 비전하 입자(uncharged particle)
● 그라인딩
● 폴리싱
● 정렬, 특히
o 기계적 정렬 및/또는
o 광학 정렬
● 증착
다음이 사후-처리로서 고려된다:
● 세척, 특히
o 화학적 공정에 의해, 특히
■ 액체에 의해, 특히
● 물에 의해
o 물리적 공정, 특히
■ 스퍼터링에 의해, 특히
● 이온에 의해, 특히
● 비전하 입자
● 그라인딩
● 폴리싱
● 조사, 특히
o 결합 인터페이스, 특히
■ 공극에 대해
■ 정렬 결함에 대해, 특히
● 런 아웃 결함
● 열 처리, 특히
o 오븐 내에서
o 가열 플레이트 상에서
● 특히 공개 문헌 제WO2013/091714A1호의 방법에 의해 기판의 재차 분리.
무엇보다도, 종래 기술에 공지된 런 아웃 결함에 대한 보상은 본 발명에 따른 실시예에 의해 가능해진다. 정렬 정확도가 충분하게 최소화되도록 보장하기 위해, 양 기판의 결합 이후의 결합 인터페이스의 조사는, 적절하다면, 특정 방법, 특히 공개된 문헌 WO2013/091714A1호로부터의 방법에 의해 기판을 서로 분리하는 것이 중요하다. 따라서, 두 기판 또는 전체 기판 스택의 손실이 방지되고, 필요하다면, 기판은 서로 재정렬되어 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 공정 또는 본 발명에 따른 시스템에 의해 구현될 수 있는 정렬 정확도는 100 ㎛보다 높고, 바람직하게는 10㎛보다 높고, 더욱 바람직하게는 500 nm보다 높고, 가장 바람직하게는 200 nm보다 높고, 가장 더 바람직하게는 100 nm보다 높다. 정렬 정확도는 특히 기판 스택의 모든 위치에서 동일하며, 이것은 성공적인 런 아웃 결함 보상에 대해 결정적이고 특징적인 특징이다. 기판 스택의 모든 정렬 결함을 평균화함으로써 결정되는 정렬 정확도의 표준 편차는 1 ㎛ 미만, 바람직하게는 500 nm 미만, 더욱 바람직하게는 250 nm 미만, 가장 바람직하게는 100 nm 미만, 가장 더 바람직하게는 50 nm 미만이다.
본 발명에 따른 결합 공정 및 선택적이지만 바람직한 포지티브 조사 후에, 기판은 필요하다면 열처리된다. 열처리는 특히 융합 결합 기판에 대해 필요하다. 이 경우, 열 처리는 더 이상 파괴될 수 없는 두 기판의 영구 결합의 생성을 야기한다. 본 발명에 따른 결합 공정 후에 기판의 열처리가 더 이상 필요하지 않으면, 이에 상응하여 제거된다.
본 발명에 따른 방법에서, 2개의 기판의 결합은 특히 상부의 제1 기판을 변형시킴으로써 영역(d)에서 수행된다. 변형은 바람직하게는 전술된 변형 요소에 의해 중심에서 수행된다. 본 발명에 따른 제1 공정의 이점은 주로 처리량으로 구성된다. 결합 공정이 섹션(d)에서 이미 수행되고 상부의 제1 기판의 냉각을 기다릴 필요가 없기 때문에 처리량(따라서 본 발명에 따른 실시예를 사용하여 단위 시간당 처리될 수 있는 기판의 수)은 종래 기술에 비해 증가될 수 있다. 상부의 제1 기판의 냉각은 주변 대기 및/또는 하부의 제2 기판 또는 하부의 제2 기판 홀더에 의해 미리결정되는 주변 온도에 적응하는 공정이다.
본 발명에 따른 다양한 공정에서, 2개의 기판의 결합은 특히 상부의 제1 기판을 변형시킴으로써 영역(f)에서 수행된다. 변형은 바람직하게는 전술된 변형 요소에 의해 중심에서 수행된다.
온도(T4o, T6o)는 본 발명에 따른 기판 홀더에 의해, 특히 열 질량, 냉각 요소 및 장치, 냉각 공정, 냉각 유체 등에 의해 변화될 수 있고 최적으로 조절될 수 있다.
도 1은 기판 홀더의 본 발명에 따른 제1 실시예의 실측이 아닌 도식적인 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 제2 실시예의 실측이 아닌 도식적인 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 제3 실시예의 실측이 아닌 도식적인 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 제4 실시예의 실측이 아닌 도식적인 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 제5 실시예의 실측이 아닌 도식적인 단면도.
도 6a는 본 발명에 따른 방법의 제1 단계의 실측이 아닌 도식적인 단면도.
도 6b는 제2 단계의 실측이 아닌 도식적인 단면도.
도 6c는 제2 단계의 실측이 아닌 도식적인 단면도.
도 6d는 제4 단계의 실측이 아닌 도식적인 단면도.
도 6e는 제5 단계의 실측이 아닌 도식적인 단면도.
도 7a는 제1 온도/시간 및 거리/시간 그래프의 도식적인 도면.
도 7b는 제2 온도/시간 및 거리/시간 그래프의 도식적인 도면.
도 8은 가능한 오버레이 결함의 도식적인 도면.
도 9는 제3 균등 회로 다이어그램의 도식적인 도면.
도면들에서, 동일한 구성요소들과 동일한 기능을 가진 구성요소들은 동일한 도면부호들로 표시된다.
도 1은 고정 부분(4) 및 열 전도 몸체(2)를 갖는 기판 홀더(1)의 본 발명에 따른 제1 실시예를 도시한다. 고정 부분(4)은 고정 요소(5), 특히 진공 경로, 더욱 바람직하게는 개별적으로 제어가능한 진공 경로를 가지며, 도시되지 않은 제1 기판(11)이 상기 진공 경로의 도움으로 고정 표면(4o) 상에 고정될 수 있다. 열 전도 몸체(2)는 립 표면(3o)을 통하여 도시되지 않은 유체에 열을 방출할 수 있는 복수의 립(3)을 갖는다. 열 전도 몸체(2)는 경계 표면(6)을 통하여 고정 요소(4)에 연결된다.
도 2는 고정 부분으로서 동시에 기능을 하는 열 전도 몸체(2')를 갖는, 본 발명에 따른 기판 홀더(1')의 본 발명에 따른 제2 선호되는 실시예를 도시한다. 즉, 열 전도 몸체(2')와 고정 부분은 도 1의 실시예와는 대조적으로 단일 부분, 즉 일체로 구성된다. 따라서, 열 전도 몸체(2')와 고정 부분 사이에 경계 표면이 없고, 이에 따라 립(3) 주위에서 유동하는 유체(도시되지 않음)에 도시되지 않은 제1 기판(11)으로부턴 열의 분산을 방지하는 열 장벽(thermal barrier)이 없다.
도 3은 열 전도 몸체(2") 내에 홀(7)을 갖는 본 발명에 따른 기판 홀더(1")의 본 발명에 따른 제3의 더욱 선호되는 실시예를 도시한다. 홀(7)에 따라 도시되지 않은 기판(11)의 도시되지 않은 후방 측면(11o)에 변형 요소(8), 특히 로드의 접근을 허용한다. 즉, 이 실시예는 도 2에 대응하며 이 도면의 설명이 참조된다.
도 4는 본 발명에 따른 기판 홀더(1''')의 본 발명에 따른 제4 실시예를 도시하며, 도 3에서 언급 된 특징들에 추가하여 고정 표면(4o)에 오목부(9)를 또한 가지며, 도시되지 않은 제1 기판(11)의 후방 측면(도시하지 않음)과의 접촉이 최소화된다. 이러한 최소화는 고정 표면(4o)에 의한 기판의 특히 금속 오염을 방지하기 위해 제공된다. 또한, 이는 입자에 의한 기판의 국부적 변형을 방지하기 위해 제공된다. 열 커플링을 증가시키기 위해, 오목부(9)는 높은 열 용량 및/또는 열 전도성의 유체로 범람할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 기판 홀더(1IV)의 본 발명에 따른 제5 실시예를 도시하며, 도 3에서 언급된 특징에 추가하여 너브 및/또는 니들 및/또는 페데스탈(pedestal)로 채워진 오목부(9)를 가지며, 이에 따라 가능한 최대 크기로 전체 영역에 걸쳐 제1 기판(11)의 지지를 보장하고 도시되지 않은 제1 기판(11')의 도시되지 않은 후방 측면 사이에 접촉이 최소화된다. 이러한 최소화는 특히 금속 오염을 방지하기 위해 제공된다. 오목부(9)는 높은 열 용량 및/또는 열전도를 가진 유체로 범람하여 열 커플링을 증가시킬 수 있다.
도 6a는 초기에 제1 상부 기판(11)이 제2 하부 기판(11')으로부터 거리(d1)에 있는 본 발명에 따른 예시적인 방법의 제1 단계를 도시한다. 이 공정 단계는 연관된 T-t 그래프의 이전에 한정된 영역(a)에서 수행된다. 기판(11, 11')은 서로 접근하며, 하부의 제2 기판(11') 또는 하부 기판 홀더(14)에 의한 상부의 제1 기판(11)의 열적 영향이 전술된 바와 같이 상당히 긴 거리로 인해 가능한 최대로 배제된다.
2개의 기판(11, 11')을 거리(d2)로 결합시키는 것은 후속 단계에서 수행된다. 이 시점에서, 시스템은 이전에 이미 한정된 영역(b), 즉 상부의 제1 기판(11)의 상대적으로 작은 가열이, 특히 하부 기판(11 ')의 방열에 의해 수행되는 소위 접근 영역이다.
후속 단계에서, 2개의 기판(11, 11')은 전술된 바와 같이 잘 한정된 거리(d3)까지 서로 접근한다. 이 시점에서, 시스템은 상부의 제1 기판(11)의 급격한 가열이 특히 열 방사 및 열 대류에 의해 수행되는 소위 근접 접근 영역으로 전술된 영역(c) 내에 있다.
2개의 기판(11, 11')의 결합 공정은 도 6d에 따른 후속 단계에서 수행된다. 기판(11, 11')은 거리(d3)로 일정하게 유지된다. 이 시점에서, 기판(11, 11')은 온도(T4o)가 시간(t1) 동안 일정한 소위 결합 영역인 전술된 영역(d)에 있다.
도 6e에 따른 후속 단계에서, 기판(11) 및/또는 기판(11')의 냉각은 전술된 영역(e)에서 수행된다. 냉각은 차례로 주변 온도, 특히 주변 분위기의 온도 및/또는 하부의 제2 기판(11') 또는 하부 기판 홀더(14)의 온도로 상부 제1 기판(11)의 온도를 적응시키는 공정이다. 그러나, 2개의 기판(11, 11')의 연결은, 그러나 특히 프리-본드(pre-bond)에 의해 이 시점에서 수행된다.
더 중요한 이해가 그로부터 얻을 수 없으므로 추가 도면을 이용하여, 전술 한 영역(f)의 도시가 생략된다. 설명의 개시에 이미 개시된 바와 같이, 결합 공정은 또한 영역(f)의 일정 온도 영역에서 발생할 수 있다.
도 7a는 전술된 6개의 특성 온도 영역(a, b, c, d, e, f)을 갖는 전술된 온도/시간 그래프를 도시하며, 이는 상부 수평축 상에 표시되어 있다. 시간(t)은 수평 축에서 초 단위로 표시되고 온도(T)는 좌측 수직 축에 켈빈(Kelvin)으로 삽입된다. 2개의 기판(11, 11') 사이의 스케일링되지 않은 거리 d(a.u.)는 우측 수직 축 상에 삽입된다. 또한, 4개의 온도 그래프(12, 12', 12", 12"')가 도시되어 있다. 온도 그래프(12)는 제1 기판(11)의 온도를 나타낸다. 온도 그래프(12')는 냉각 유체의 온도(Tk)와 대략 일치되는 열 전도 몸체(2, 2', 2'', 2''', 2IV)의 온도를 나타낸다. 2개의 기판(11, 11')을 함께 보내기 전에, 이는 또한 상부 기판(11)의 온도(T1o)와 대략 일치된다. 온도 그래프(12")는 제2 기판(11')의 온도를 나타낸다. 온도 그래프(12"')는 하부 기판 홀더(14)의 온도를 나타낸다. 하부 기판 홀더(14)와 제2 기판(11') 사이의 열 커플링이 충분히 큰 경우, 이들 2개의 온도는 실질적으로 동일하다.
2개의 기판(11, 11') 사이의 거리(d)를 특정하는 거리 그래프(13)도 도시된다. 거리 그래프(13)는 전적으로 상징적으로 해석되어야 하며, 실제로는 기판이 네거티브하게 가속, 즉 감속되어야 하기 때문에 영역(c)으로부터 영역(d)으로 더 매끄러운 전이부를 나타낼 것이다. 특히, 기판은 또한 접근 단계에서 이의 속도를 변경할 수 있다. 온도 포화 영역(d)에서 하부 기판의 온도와 상부 기판의 온도 사이의 온도 차이(ΔT)는 열 저항 및/또는 열원, 특히 하부 샘플 홀더(14) 내의 힐터 및/또는 열 싱크, 특히 냉각 유체에 의해 정확하고 재현가능하게 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 예시적인 방법 동안의 온도 그래프(12) 및 거리 그래프(13)의 곡선은 다음을 도시된다: 이 방법의 시작 시에, 즉 라벨링된 영역(a)(소위 온도 영역(a))의 시간 스케일 상에서 가장 왼쪽에서, 두 개의 기판(11, 11')은 서로 더 근접하게 되어,(11, 11') 사이의 간격(d)이 감소된다. 이 방법의 시작에서, 2개의 기판(11, 11') 사이의 거리는 d1이며, 이는 연속적으로 감소된다. 온도 영역(a)에서, 제1 또는 상부 기판(11)의 온도는 실질적으로 일정하게 T1o이다.
시간적으로 도시된 바와 같이, 온도 영역(a)의 다음에는 기판(11, 11') 사이의 거리(d)가 더 감소되는 동안 기판(11)의 온도가 상대적으로 약간 증가하는 온도 영역(b)이 이어진다(온도 곡선 섹션(T2o)).
시간적으로 도시된 바와 같이, 온도 영역(b) 다음에는 기판(11, 11') 사이의 거리(d)가 더 감소되는 동안에 기판(11)의 온도가 온도 영역(b)에 비해 상대적으로 강하게 상승하는 온도 영역(c)이 이어진다(온도 곡선 섹션(T3o)). 기판(11, 11 ') 사이의 실질적으로 일정한 최종 거리(d)는 온도 영역(c)의 끝에 도달된다.
온도 영역(c) 다음에는 거리(d)가 일정하게 유지되고 제1 기판(11)의 온도(T4o)가 실질적으로 일정한 온도 영역(d)이 이어진다. 이는 하부 기판(11')과 상부 기판(11) 사이의 온도 차이(ΔT)에 대해서도 동일하다. 이 일정 온도(T4o)는 시간(t1) 동안 유지된다. 특히, 온도 영역(c)(소위 근접 접근 영역(c))으로부터 온도 영역(d)(소위 결합 영역(d))으로의 전이가 급작스럽게 수행된다는 것이 지적되어야한다.
온도 영역(d) 다음에는 기판(11)의 온도가 떨어지는 온도 영역(e)(온도 곡선 섹션(T5o))이 이어지고, 거리(d)는 실질적으로 일정하게 유지된다. 후속하는 온도 영역(f)에서, 실질적으로 일정한 온도의 기판(11)이 제공된다(온도 곡선 섹션(T6o) 참조).
도 7b는 이전에 미리한정된 6개의 특성 온도 영역(a, b, c', d', e, f)을 갖는 상이한 온도/시간 그래프를 도시한다. 거리 그래프(13)는 도 7a의 그래프와 동일하다. 온도 그래프(12)는 온도 영역(a, b, c, f)에서 도 7a로부터의 그래프에 대응하고, 이들 영역에 대해도 7a에 대한 설명이 참조된다. 도 7a와의 차이는 도 7a의 영역(c, d)에 비교된 영역(c', d')에서 발견된다. 이 예에서, 근접 접근 영역(c')으로부터 결합 영역(d')으로의 전이는 도 7a에서와 같이 급작스럽게 수행되지 않지만 오히려 연속적으로 발생한다.
이미지 Ⅰ 내지 Ⅶ에서, 도 8은 상부 기판(11)의 상부 구조물(15)과 하부 기판(11')의 하부 구조물(15') 사이에 전술되거나 또는 상기에서 한정된 복수의 가능한 오버레이 결함을 도시하고, 이의 적어도 일부는 본 발명을 사용하여 방지될 수 있다. 오버레이 결함 중 일부는 런 아웃 결함으로 공지되었다.
도 8.I에 따른 오버레이 결함은 런 아웃 결함의 전형적인 결과로서 하부 구조물(15')과 상부 구조물(15)의 불-일치 오버레이이다. 구조물(15, 15')은 동일한 형상을 갖지만, 이들은 일치되지 않는다. 이러한 유형의 결함의 원인은(i) 기판(11, 11') 상의 구조물(15, 15')의 기본적으로 부정확한 제조 및/또는(ⅱ) 결합 이전에 구조물(15, 15')의 비틀림, 및/또는(iii) 특히 결합 중에 기판(11, 11')의 비틀림으로 인해 구조물(15, 15')의 비틀림으로 인함이다. 또 다른 가능성은 서로에 대한 2개의 기판(11, 11')의 전체적인 변위에 있다. 그러나 이 경우, 2개의 기판이 서로에 대해 전체적으로 정렬되는 기본적인 정렬 문제가 있을 수 있고, 이는 런 아웃와 거의 관련되지 않는다.
도 8-II는 서로에 대해 회전되는 2 개의 구조물(15, 15')의 추가 오버레이 결함을 도시한다. 2개의 구조물(15, 15')의 서로에 대한 회전은 과장된 방식으로 도시되어 있고 실제로는 단지 몇도, 특히 수십 분의 일도만을 구성한다. 이는(i) 2개의 구조물(15, 15')이 2개의 기판(11, 11') 상에 정확하게 제조되지 않은 경우 및.또는(ii) 구조물(15, 15) 주변에서 특히 국부적인 비틀림이 결합 공정 이전에 존재하여 서로에 대한 2개의 구조물(15, 15')의 대응하는 국부적 회전을 야기하는 경우 및/또는(ⅲ) 특히 국부적인 비틀림이 결합 공정 동안에 구조물(15, 15')의 주변에서 발생하여 특히 서로에 대한 2개의 구조물(15, 15')의 국부적인 회전을 야기하는 경우에 발생된다. 추가 가능성이 서로에 대해 2개의 기판(11, 11')의 전체적인 트위스팅으로 구성된다. 이 경우에, 유형 8-II의 오버레이 결함은 특히 내측으로부터 외측을 향하여 반경방향으로 증가되도록 2개의 기판(11, 11') 사이의 복수의 위치에서 검출되어야 한다.
도 8-III 내지 8-VII에 따른 오버레이 결함은(i) 결합 이전에 기판(11, 11')의 비틀림으로 인해 구조물(15, 15')의 부정확한 제조 및/또는(ii) 비틀림 및/또는(ii) 결합 중에 기판(11, 11')의 비틀림으로 인해 구조물(15, 15')의 비틀림으로 인해 발생되는 주요하게 스케일링 결함이다. 이는 전형적으로 런 아웃 결함으로 지칭되지 않는다.
도 9는 전술된 바와 같이 열 저항(Rth1 내지 Rth8)의 등가 회로도를 갖는 본 발명에 따른 기판 홀더의 개략적인 단면도를 나타내며, 실제 척도는 아니다. 열 저항(Rth1 내지 Rth3)은 특히 가열 장치(도시되지 않음)를 갖는 하부 기판 홀더(14)로부터 하부 기판(11')으로 최대의 열전도를 가능하게 하기 위해 최소화되어야 한다. 결과적으로, 본 발명에 따라 하부 기판(11')의 효율적이고 신속한 가열이 가능해진다. 또한, 하부 기판(11')의 온도(T1u)의 변화는 최소 열 저항 체인에 의해 매우 신속하게 달성될 수 있다.
열 저항(Rth4)은 본 발명에 따라 최대이어야 한다. 무한히 큰 열 저항(Rth4)의 순수하게 이론적인 이상적인 경우에, 열의 양은 하부 기판(11')으로부터 상부 기판(11)에 도달하지 않을 수 있다. 열 저항(Rth4)의 유한한 속성으로 인해, 소량이 아닌 열은 항상 하부 기판(11')으로부터 상부 기판(11)에 도달한다. 열 저항(Rth4)은 2개의 기판(11, 11 ') 사이의 진공 또는 특정 가스 혼합물을 선택함으로써 비교적 쉽고 정확하게 설정될 수 있다.
따라서, 열 저항(Rth5 내지 Rth8)은 냉각 유체, 특히 대기와 상부 기판(11) 사이에서 가능한 최대의, 따라서 효율적인 열전도를 가능하게 하기 위해, 본 발명에 따라 최소화되어야 한다. 온도 포화 영역(d)에서 결합 공정 중에 상부 기판(11)의 온도(T4o)와 하부 기판(11')의 온도(T1u) 사이의 온도 차이(△T) 또는 상부 온도(T4o)의 정확하고 목표화되며 재현가능한 설정은 본 발명에 따라 중요하다. 이는 주로(i) 열 저항(Rth1 내지 Rth8) 중 적어도 하나의 목표화된 선택 및/또는(ii) 하부 기판 홀더(14) 내에서 특히 가열 장치에 의해 낮은 온도(T1u 내지 Tp)의 설정 및/또는(iii) 특히 본 발명에 따라 냉각 유체에 의한 상부 온도(T1o-Tk)의 설정에 의해 주요하게는 본 발명에 따라 달성된다.
1, 1', 1'', 1''', 1IV 기판 홀더
2, 2', 2'', 2''', 2IV 열 전도 몸체
3 립
30 립 표면
4 고정 부분
4o 고정 표면
5 고정 요소
6 경계 표면
7 홀
8 변형 요소
9 오목부
10 너브/니들
11, 11' 기판
12, 12', 12'', 12''' 온도 그래프
13 거리 그래프
14 하부 기판 홀더
15, 15' 구조물
d1, d2, d3 기판 거리
t1 기간
T1o, T2o, T3o 온도/온도-곡선-섹션
T4o, T5o 온도/온도-곡선-섹션
Tp 기판 홀더 온도
Tw 열 전도 몸체 온도
Tk 냉각 유체 온도
a, b, c, c', d, d', e, f 온도 영역

Claims (19)

  1. 기판(11, 11')을 고정하기 위한 고정 표면(4o)을 갖는 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV)로서, 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV)는 고정 표면(4o)으로부터 열을 분산시키기 위하여 열 전도 몸체(2, 2', 2'', 2''', 2IV)를 갖는 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV).
  2. 제1항에 있어서, 열 전도 몸체(2, 2', 2'', 2''', 2IV)는 고정 표면(4o)으로부터 이격되는 방향으로 향하는 측면에서 열을 분산시키기 위한 립(3)을 갖는 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV).
  3. 제2항에 있어서, 립(3)은 서로 평행하고 및/또는 고정 표면(4o)에 수직으로 배열되는 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 열 전도 몸체(2, 2', 2'', 2''', 2IV)는 고정 표면(4o)에 열을 공급하도록 구성되는 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 고정 표면(4o)은 열 전도 몸체(2, 2', 2'', 2''', 2IV)와 단일 부분으로 구성되는 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV)는 기판(11, 11')을 변형시키기 위한 변형 요소(8)를 갖는 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV).
  7. 제6항에 있어서, 변형 요소(8)는 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV) 내에 중심에 배열되는 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV).
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 변형 요소(8)는 기판(11, 11')이 고정 표면(4o)으로부터 변형될 수 있도록 구성되는 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 기판(11, 11')을 고정하기 위한 고정 요소(5)는 고정 표면(4o) 내에, 고정 표면에 및/또는 이 상에 배열되는 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV).
  10. 제9항에 있어서, 고정 요소(5)는 일부가 진공 경로인 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 열 전도 몸체(2, 2', 2'', 2''', 2IV)의 비열 용량은 0.1 kJ/(kg*K) 초과, 바람직하게는 0.5 kJ/(kg*K) 초과, 더욱 바람직하게는 1 kJ/(kg*K) 초과, 가장 바람직하게는 10 kJ/(kg*K) 초과, 가장 더 바람직하게는 20 kJ/(kg*K) 초과인 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV).
  12. 2개의 기판(11, 11')들 중 적어도 하나를 고정하기 위하여 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의, 특히 상부 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV)를 갖는 제2 기판(11')에 제1 기판(11)을 결합하기 위한 시스템.
  13. 상부 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV)로서 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 상부 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV)의 사용.
  14. 제1 기판(11)을 제2 기판(11')에 결합하기 위한 방법으로서,
    기판(11, 11')은 제1 단계에서 서로 근접해지며 이에 따라 제1 기판(11)의 온도(T2o, T3o)가 증가되고, 제2 단계에서 기판(11, 11')이 근접해지는 것이 중단되고 기판(11, 11') 사이의 거리(d3)가 제1 기판의 일정한 거리(d3), 일정 기간(t1), 일정한 온도(T4o)가 설정되도록 일정하게 유지되고, 제3 단계에서 제1 기판(11)의 일정한 온도(T4o)에서 일정 기간(t1) 내에 2개의 기판(11, 11')이 적어도 일시적으로 서로 결합되는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 일정한 온도(T4o)가 소정 기간(t1) 동안에 설정되는 거리(d3)는 1 mm 내지 0 mm이고, 바람직하게는 100 ㎛ 내지 0 ㎛, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 내지 0 ㎛, 가장 바람직하게는 1 ㎛ 내지 0 ㎛인 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 일정한 온도(T4o)가 일정한 거리(d3)에서 설정되는 기간(t1)은 5 초 초과, 바람직하게는 10초 초과, 더 바람직하게는 15초 초과, 더욱 바람직하게는 20초 초과, 가장 바람직하게는 25초 초과인 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 단계 이전에, 특히 바람직하게는 제2 기판(11')의 온도, 기판 홀더(14, 1, 1', 1", 1"', 1IV), 열 전도 몸체(2, 2', 2'', 2''', 2IV) 및/또는 기판(11, 11')의 재료 및/또는 접근 속도를 고려하여 소정 기간(t1), 거리(d3) 및/또는 일정한 온도(T4o)가 결정되는 방법.
  18. 제1 기판(11) 및 제2 기판(11')을 갖는 제품, 특히 기판 스택으로서, 기판(11, 11')이 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 서로에 대해 결합되는 기판 스택.
  19. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 방법 중에 기판(11, 11')을 고정하기 위한 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 기판 홀더(1, 1', 1", 1"', 1IV)의 사용.
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