TW202118639A - 用於接合基板之方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於使用下列步驟，特定言之下列序列將一第一基板(35)之一第一接觸表面(35k)接合至一第二基板(36)之一第二接觸表面(36k)的方法及相應裝置： -  將自該第一基板(35)及該第二基板(36)形成且在該等接觸表面(35k、36k)上對準之一基板堆疊(14)配置於一第一加熱系統(30)的一第一加熱表面(15)與一第二加熱系統(26)的一第二加熱表面(19)之間，藉此 (a)   該第一加熱表面(15)經配置面向該第一基板(35)之一第一基板表面(35o)，背向該第一接觸表面(35k)， (b)   該第二加熱表面(19)經配置面向該第二基板之一第二基板表面(36o)，背向該第二接觸表面(36k)， (c)   在該第一基板表面(35o)與該第一加熱表面(15)之間存在＞0 µm之一分隔距離A，及 (d)   在該第二基板表面(36o)與該第二加熱表面(19) 之間存在＞0 µm之一分隔距離B， -  加熱該等加熱表面(15、19)且藉由將該等分隔距離A及B減小至0 µm使該基板堆疊(14)接近該等加熱表面(15、19)， -  藉由該基板堆疊(14)之至該等表面(35o、36o)上之加壓而在該第一接觸表面(35k)與該第二接觸表面(36k)之間形成一接合。

Description

用於接合基板之方法及裝置
本發明係關於一種用於使一第一基板之一第一接觸表面與一第二基板之一第二接觸表面接合的方法及一種之相應裝置。
已知對準系統，其中該等基板之彼此對準在一正常環境下發生。彼此對準之基板在對準系統中仍臨時彼此附接且隨後被傳送至一高真空接合系統且在真空下永久接合於該處，藉此由熱源產生接合所需之溫度。 熱源與相應壓板一起定位於待接合之基板上方或下方。上部熱源與上部壓板經設計係可移動。處於高真空接合系統底部上之下部熱源及樣本固持器經設計靜止。 在對準系統中，待彼此對準之兩個基板附接至一接合卡盤(英文：bond chuck)。在此情況下，於多數情況下使用機械夾具實施附接。接著將收納於接合卡盤中且彼此對準之基板輸送至高真空接合系統。接合卡盤布層於下部熱源上。 由於結構不斷變小，所以歸因於熱作用而發生之基板變形在接合結果上具有一負面影響。
因此，本發明之目的係指示用於改良接合結果之一方法。 在附屬項中指示本發明之有利的進一步發展。此外，由說明書、申請專利範圍及/或圖式中所指示之特徵的至少二者組成之全部組合處在本發明之範疇內。在所指示之值域中，亦將揭示處於上文所提及之限度內的值為邊界值且可主張其等呈任意組合。 本發明之基本構想係從基板之待加熱的兩個表面(背向接觸表面之側面)平緩地且均勻地加熱在基板用於特定言之在接合系統中永久接合的接觸表面處對準之基板堆疊的基板，以最小化或完全避免特定言之兩個基板之不同變形。 本發明特定言之描述一模組化裝置及一處理鏈，其使得可實施用於對準及用於臨時將兩個或更多個基板連接至一基板堆疊的一對準系統。在此情況下，將在本文中對準之基板傳送至考慮跨一高真空傳送區段(即，無真空中斷)的一尤其敏感的路徑之一接合系統。在該接合系統中，耐久地且不可分離地(即，永久地)結合(接合)基板，而不使基板遭受過度或不同膨脹及變形。 較佳地以此一方式設計對準系統，即為在傳送至一接合系統中之前將基板堆疊附接於對準單元中，提供不污染基板堆疊且臨時將基板堆疊固持在一起之連接元件。在接合之後可將連接元件移除而無殘餘。 在本發明之一項實施例中，在一真空傳送區段內處理基板堆疊以針對減少表面氣體及/或水分改良一或多個系統之接合結果。 特定言之，本發明涉及一種用於對稱地加熱或可對稱地加熱基板堆疊之單元或裝置及方法。基板堆疊之基板之經接觸的接觸表面特定言之用作對稱面。換言之，自兩個側面等熱地加熱基板堆疊。 本發明因此特定言之涉及一種用於加熱及接合一基板堆疊之方法及裝置。特定言之藉由紅外線輻射以較佳地完成對稱加熱。 根據本發明之另一態樣，根據本發明之組件係特定言之以模組化形式設計的一單元之整合部分，特定言之一高真空群集。在高真空群集中，可實施一處理鏈直至接合一基板堆疊。在高真空群集中，特別注意待接合之基板的敏感處置。敏感處置特定言之係關於均勻、特定言之對稱地將熱量引入至待由不同加熱區處理的基板中，此較佳地由一上部可動態移動之加熱系統及相關卡盤(英文：chuck)及一下部、特定言之剛性或靜態加熱系統達成。 藉由以一受控方式使上部加熱系統靠近下部加熱系統較佳地使得可進行一尤其平緩的接合程序。 較佳地運行根據本發明之程序步驟，同時保持/維持在對準單元中、特定言之亦在藉由具有一真空傳送腔室、特定言之一高真空傳送腔室之真空傳送區段的傳送期間產生的真空。 在裝置之一特殊實施例中，特定言之一高真空接合裝置中，可想像，除對稱地引入熱量外，較佳地藉由均勻地使加熱系統之相對加熱表面接近待處理的基板，以特定言之亦在使用不同類型之材料時，基於其等材料的類型及其等之厚度控制基板及/或考慮膨脹係數控制熱量的引入以避免不同之變形，特定言之膨脹及/或扭曲。特定言之，對稱加熱用以確保基板堆疊之兩個側面加熱均勻(即，均一)。 重要之處理參數特定言之係加熱速率及/或加熱輸出。加熱速率界定每單位時間內基板所加熱之度數。特定言之，將加熱速率設定在介於1°C/分鐘與1,000°C/分鐘之間的一值。較低加熱速率將係可能的，但其等在目標溫度上不再經濟，因為加熱程序將花費過多時間。高於1,000°C/分鐘之加熱速率將以可發生對基板之損壞及/或基板之間的對準誤差之此一方式快速加熱基板。熱量輸出指示加熱一物件至一預設溫度所需之每單位時間內熱量的量。藉由主要電操作之特定言之配置於接合卡盤中的加熱元件施加熱量輸出。在理想條件之假設下，且因此完全沒有功率損失且所引入之電能100%轉換為熱能，可計算必需(至少使具有一特定直徑及一特定厚度的一基板在一所要之時間內達到所要之溫度必需的)(電)輸出之一下限。熱量輸出對應於每時間單位內引入至一基板中之能量。引入之能量特定言之對應於引入之熱量。將一主體自一初溫加熱至一終溫所需之熱量對應於待克服之溫差、特定加熱能力及主體之重量的積。可以一給定密度及尺寸計算主體之重量。基板較佳地係圓形且通常係單晶。因此，其等具有待計算之幾何形狀及一均一密度。可採取根據本發明之一自動方式完成依據幾何參數，特定言之厚度及直徑之重量之計算。接著其中克服相應溫差所要之最小時間分割因此判定之熱量的量。此導致熱量輸出。接著相應地選擇電功率。因為未將全部電功率轉換為熱量輸出，因此相應地將待引入之實際電功率選擇為更高以補償功率損失。
材料參數 處理參數
C5 密度 密度 t d V 質量 ∆T Q t L
J kg-1 K-1 g cm-3 kg m-3 m m m3 kg K J 分鐘 瓦特
710 2.336 2336.000 0.000725 0.200 2.27765E-05 0.053 475.000 17943.72795 1 299.062
710 2.336 2336.000 0.000725 0.200 2.27765E-05 0.053 475.000 17943.72795 5 59.812
710 2.336 2336.000 0.000725 0.200 2.27765E-05 0.053 475.000 17943.72795 10 29.906
710 2.336 2336.000 0.000725 0.200 2.27765E-05 0.053 475.000 17943.72795 . 15 19.937
710 2.336 2336.000 0.000725 0.200 2.27765E-05 0.053 475.000 17943.72795 20 14.953
710 2.336 2336.000 0.000725 0.200 2.27765E-05 0.053 475.000 17943.72795 25 11.962
710 2.336 2336.000 0.000725 0.200 2.27765E-05 0.053 475.000 17943.72795 30 9.969
710 2.336 2336.000 0.000725 0.200 2.27765E-05 0.053 475.000 17943.72795 35 8.545
710 2.336 2336.000 0.000725 0.200 2.27765E-05 0.053 475.000 17943.72795 40 7.477
710 2.336 2336.000 0.000725 0.200 2.27765E-05 0.053 475.000 17943.72795 45 6.646
710 2.336 2336.000 0.000725 0.200 2.27765E-05 0.053 475.000 17943.72795 50 5.981
710 2.336 2336.000 0.000725 0.200 2.27765E-05 0.053 475.000 17943.72795 55 5.437
710 2.336 2336.000 0.000725 0.200 2.27765E-05 0.053 475.000 17943.72795 60 4.984
表格展示在所指示之時間中將具有200 mm之一直徑及725 μm之一厚度的一矽基板自25°C加熱至525°C所需之最小電功率。基於功率損失，實際電功率將更高。所使用之加熱器的電功率特定言之高於100 W，較佳地高於1,000瓦特，仍更佳地高於5,000瓦特，最佳地高於10,000瓦特，且所有之中更佳地高於20,000瓦特。 根據本發明，特定言之由一第一壓板之一第一壓力面(較佳地同時係第一加熱表面)實施第一基板的加壓。特定言之由一第二壓板之一第二壓力面(較佳地同時係第二加熱表面)實施第二基板的加壓。 根據本發明，就此方面，特定言之使用將提前判定且固定的公式或程序序列，其等較佳地考慮待接合基板之特定材料性質及/或特定條件，特定言之材料強度。除公式之一可能之充分自動處理外，亦可想像所述系統之一半自動使用及此外一手動使用。 若待接合之基板由極強地反射熱輻射且因此大大減慢或阻礙一所要之熱量引入的材料組成，則公式相應地匹配。然而，相反地，亦將可想像藉由相應高吸收材料及/或表面條件增加熱輻射之吸收，藉此公式，特定言之加熱時間將相應地縮短。 根據本發明之系統特定言之能夠，特定言之藉由感測器偵測影響加熱的因素，且在程序序列中考慮此等因素及/或就後續步驟或後續基板堆疊而言調整此等因素。 此外，根據本發明之系統使得可以一較佳之方式藉由對流處理基板及/或有利地處理各個加熱區，使得達成一均勻的熱量引入。較佳地經由引入至接合系統中，特定言之接合卡盤中，仍更佳地一帶有短柱的卡盤(英文：studded chuck)(特定言之作為本發明之一獨立態樣所揭示)中之一氣體的對流完成基板加熱。儘管氣體藉由對流提供熱傳送，然較佳地連續對接合系統抽氣，使得在接合腔室中設定小於10-2 毫巴之一壓力，仍更佳地小於10-3 毫巴之一壓力。特定言之在對接合系統抽氣之前及/或期間完成氣體引入。可較佳地相對於基板堆疊及/或接合卡盤或壓板藉由接合卡盤及/或一壓板之一線以自外部導引氣體。就根據本發明使用具有一帶有短柱的接觸表面，特定言之加熱系統之加熱表面的一接合卡盤而言，最佳地基於所界定之形貌使氣體分佈於基板固持器及/或壓板與基板堆疊之間。 儘管彼此對準之基板堆疊處於接合器中(特定言之一帶有短柱的卡盤上)且對圍繞基板的周圍區域抽氣，然確保(帶有短柱的)接合卡盤與基板堆疊之間之熱量傳導的一氣體(特定言之自帶有短柱的卡盤)流動。圍繞外部完成抽氣，且在基板堆疊與(帶有短柱的)接合卡盤之間完成沖洗。藉由沖洗，接合腔室中由真空系統所施加之壓力相應地減小。 根據本發明之最重要態樣中之一者在於防止基板之加熱實施基板朝向彼此之一移位，藉此再次失去基板彼此的對準。就物理角度觀察，本發明特定言之在於確保在一溫度改變的情況下發生之兩個基板的熱膨脹通常相同。若兩個基板由相同材料組成，則兩個基板因此較佳地經均等地回火。 在本發明的進一步發展中，加熱系統因此在加熱及會聚期間以此一方式控制，即至少在會聚週期之絕大部分期間，第一基板之平均溫度與第二基板之平均溫度之間的差值小於5°C，特定言之小於1°C，較佳地小於0.5°C且仍更佳地小於0.1°C。若彼此對準之兩個基板應特定言之由相同材料組成但具有不同厚度，則可發生在兩個基板之一者中，特定言之在具有較大厚度的基板中溫度改變慢於另一基板，特定言之具有較小厚度之一者。在此一情況中，可因此在加熱程序期間發生兩個基板之一移位，儘管材料特性相同但幾何形狀特性不同。然而，在理想情況下，在完全加熱基板之後，將正確地調整由一對準單元提前產生之對準。若兩個基板之材料且因此材料特性，特定言之熱膨脹係數或熱膨脹張量及/或導熱性及/或熱容量應不同，則結果係基板朝向彼此的一非所要之移位。此可由根據本發明之方法補償。在此情況下，在加熱及會聚期間以此一方式控制加熱系統，即至少在會聚週期之絕大部分期間，第一基板之平均溫度與第二基板之平均溫度之間的差值大於0.1°C，特定言之大於0.5°C，較佳地大於1°C且仍更佳地大於5°C以補償兩個基板之熱膨脹之間的差異，使得亦可保持對準。 作為一替代或另外，在加熱及接近期間以此一方式控制加熱系統可係有利的，即在接近期間撞擊第一表面之第一加熱表面的輻射能量與撞擊第二表面之第二加熱表面的輻射能量相同。 根據本發明之另一有利實施例，藉由特定言之在真空傳送區段內且甚至在到達實際接合系統之前自接合上游加熱基板且因此附隨一放氣達成接合結果的一改良。 在到達接合系統之後且甚至在實際接合程序之前，較佳地執行調適至個別需求的一均勻或均一(對稱或不對稱)之基板加熱。就此而言，大大避免歸因於基板內之不均勻膨脹的(熱)應力，此對於所要之接合結果具有一正面影響。矽之熱膨脹係數處於(例如)2.6 10-6 K-1 之範圍中。若兩個基板由材料矽製成，則兩者亦具有相同(平均)熱膨脹係數(在兩個基板具有相同晶體定向之假設下，其中在多數情況下，可假設多數矽晶圓具有一結晶(100)定向，且在基板平面中之熱膨脹係各向同性之假設下)。因此，均等地熱負載之基板亦將經歷相同熱膨脹。若材料不同，則其等之熱膨脹係數一般而言不同。可根據本發明補償此等不同之熱膨脹。 根據本發明之另一、較佳的態樣，提供用於至少在接合期間收納基板堆疊之一收納系統。收納系統特定言之適用於收納基板堆疊，特定言之於周邊上或於一周邊區域中。更佳地，收納系統適於將基板一起固持於接觸表面上且將其等固持於對準位置中直至接合基板為止。收納系統，特定言之帶有短柱的接合卡盤，較佳地壓縮或接觸基板背向接觸表面之表面的一較小區段；收納系統較佳地很少或完全不覆蓋基板將載有輻射熱量之表面。換言之，基板表面之大部分，特定言之至少¾，較佳地至少90%使以一定距離配置的加熱系統之加熱表面曝露。 歸因於基板藉由收納系統接觸之表面之一減小，基板之一非所要的污染減少。另外，使用所描述之程序，通量增加，因為可消除各接合程式之後的先前費時且必需之對主要覆蓋至少一個表面之收納系統的完全加熱及冷卻。 根據本發明之實施例的另一態樣在於在至少主要藉由熱輻射及/或熱對流，特定言之藉由自然熱對流加熱至接合溫度期間在兩側上完成基板堆疊之一加熱。此特定言之藉由使基板表面與加熱表面隔開產生。 藉由距離在加熱期間減小，相對於由熱對流引入之熱量輸出，由熱輻射引入之熱量輸出增加。加熱表面(較佳地同步)一接觸基板之各別表面，即至少傳送部分熱量輸出，較佳地主要藉由表面與加熱表面之間的熱傳導。較佳地，在實施熱傳導及/或加壓之前，至少高達接合溫度之¾。 來自上方及下方之一可能的熱對流具有優勢，即在接合程序期間可大大減小或完全排除阻礙均勻且有利地加熱基板之既有不規則性。 在一特殊、特定言之根據本發明之單獨接合卡盤及/或加熱表面的實施方案中，其等包括短柱以確保基板表面污染之可能最低。除在加壓期間供應對流必需之氣體外，此亦可使得其係可能的。 特定言之可以一炸彈形方式設計帶有短柱的表面之短柱以進一步減小加熱表面與基板表面之接觸表面。 在一較佳實施例中使帶有短柱的表面藉由一密封環限制之加熱表面或加壓表面之整個徑向周邊區域進一步發展。就此，防止或減少導引至帶有短柱的壓板中之氣體之一逸出。上部及下部帶有短柱的壓板之周邊區域特定言之以一可靠的方式密封待處理之基板且因此防止氣體逸出。 根據本發明，可想像提供較佳地採取一閥之形式的一通道，該通道有利地在限制整個徑向側面區域之臂與待處理的基板之間延伸且可特定言之以一受控方式將過多氣體自帶有短柱的表面經由其排出。 仍未知曉程序加速方法，諸如藉由特定言之採取一支撐表面之形式的定位於具有一尤其相異收納系統之一真空傳送區段中的一程序機器人以減少污染自動傳送對準於對準單元中之基板，該傳送提供僅於徑向周邊上之一基板接觸。此外，此收納系統可另外遭受一靜電力以進一步增加程序機器人之受力。 此外，可將上游及/或下游之對準程序(諸如基板之回火)視為本發明之一有利實施例以在引入至真空接合系統中之前移除表面氣體及/或水分且因此改良接合結果。 作為另一、特定言之單獨發明，揭示一真空中，特定言之一高真空中之自對準直至接合的一連續處理，該連續處理繼續在全部、特定言之模組化組件上進行，其中極大地排除外來原子及基板材料之反應(特定言之氧化)兩者。 根據本發明之實施例之另一優勢係一製成接合的精確度增加。在下文中，應瞭解由對準單元達成之基板之若干個結構相對於彼此的定位準確度不因接合器中之熱處理失去。在此項技術之狀態中，發生變形特定言之在於非均一加熱的基板堆疊(例如基於由不同材料且因此不同熱膨脹係數組成之基板)移位或在接合程序結束，即，加壓程序開始或啟動之前變形。然而，本發明允許保持高達且超過實際接合程序之對準系統在若干個結構之間的調整準確度。根據本發明，直至完成接合所達成且保持之對準準確度，即，對準基板堆疊之相對基板上的結構之間的最大移位係特定言之小於10 μm，較佳地小於1 μm，更佳地小於100 nm且最佳地小於10 nm。 在等溫操作中，根據本發明之實施例允許通量增加，因為加熱器且因此接合卡盤及壓板較佳地未經持續加熱且冷卻，但反之可特定言之至少主要地，較佳地特定地藉由定位中之一改變在基板堆疊上產生一溫度改變。可在幾乎全接合溫度下將接合器之組件，特定言之壓板的至少一者移動至一待命位置中且可於該處等待下一基板堆疊，不需冷卻。 基板堆疊之基板污染較少，因為基板堆疊之大部分在存在加壓之前不處於待加熱之表面上而是保持處於暫時擱置中且因此實際上不與污染材料接觸。根據本發明，在接觸用於加壓之情況下，較佳地特定言之亦將一帶有短柱的接合卡盤用作一壓板及/或加熱表面，其甚至在加壓之情況下最小化至基板之有效接觸表面。根據本發明之帶有短柱的接合卡盤的帶有短柱的表面(或固持面)特定言之小於基板表面的90%，較佳地小於50%，更佳地小於25%，最佳地小於5%且最偏好的係小於1%。 根據本發明之裝置特定言之由一模組化設計系統/單元組成，該模組化設計系統/單元在一第一實施例中由將獨立於彼此受控之至少三個模組組成，即一對準單元(英文：aligner)、具有一整合處置系統之一真空傳送區段，特定言之用於處置基板的程序機器人及一接合系統。出於處理之原因，可補充額外模組。特定言之，可以多個方式提供諸多模組用於加速及平行處理。 手動實施具有至少兩個待對準之基板的對準單元之裝載，但可較佳地半自動或甚至更佳地以一全自動之方式完成。 基板較佳地係晶圓。該等晶圓係具有經很好界定、標準化直徑之標準化半導體基板。基板可具有任意形狀。特定言之，基板可係矩形或圓形。若基板係圓形，則基板之直徑亦可係任意尺寸但在多數情況下係1英寸、2英寸、3英寸或4英寸及125 nm、150 nm、200 nm、300 nm或450 nm之標準化直徑。 在下文中，在專利說明書中，一般而言指代基板。然而，特定言之，根據本發明之實施例主要係關於晶圓。 基板彼此對準且形成一基板堆疊。基板堆疊由至少兩個基板組成。然而，兩個以上，較佳地五個以上，更佳地十個以上且最佳地15個以上之基板亦可彼此對準且可臨時連接至一基板堆疊。基板可由任意材料組成。較佳地，涉及用於半導體產業中之材料。其等較佳地包含半導體(諸如矽、鍺)、玻璃(諸如，例如石英)、半導體異質結構(諸如GaAs)或陶瓷。此外，將可想像使用聚合物基板或金屬基板。基板之厚度在10,000 μm與50 μm之間變化，藉此藉由磨削及拋光程序在各別厚度中產生具有相應較小的厚度之基板。僅用於支撐其他基板(所謂的產品基板)之載體基板具有較大之厚度，而產品基板通常更加薄以藉由堆疊以在產品基板中達成功能單元之一相應較高的封裝密度。一載體基板之厚度大於200 μm，較佳地大於500 μm，最佳地大於700 μm且最偏好的係大於1,000 μm。一產品基板之厚度小於1,000 μm，較佳地小於500 μm，更佳地小於100 μm且最偏好的係小於50 μm。 另外，對準單元裝備有用於收納且附接基板之一裝置，此允許在對準之後使基板彼此附接。 特定言之，對準單元包括一裝置，該裝置使得基板可相對於彼此對準且因此使用一附接構件使其等臨時附接，使得經由一真空傳送區段自對準單元至另一模組，特定言之一接合系統的一輸送係可能的，而此輸送對對準之基板不具有一負面影響。尤其較佳地，如在就此而言進行參考之公開案PCT/EP 2013/056620中所描述，附接單元係用於磁性附接基板堆疊的一裝置。替代地，可由機械夾具完成夾持，該等機械夾具於一較小周邊區段中夾緊基板之側面且不再需附接至一接合卡盤。將亦可想像基板藉由基板表面之間之一靜電引力以於彼此下方附接。黏著(縫合)表示使得基板彼此附接之另一可想像的方式。此涉及藉由施加一集中點力，特定言之較佳地藉由一雷射產生之一集中電流或非常高熱量之一極大受限衝擊以局部接合或黏合兩個基板。兩個基板之表面之間的此局部受限應力至少提供一局部附接，此足以能夠輸送兩個基板而不造成兩個基板朝向彼此之一移位。 根據本發明，個別模組特定言之裝備有連接鎖，該等連接鎖定位於至個別模組之各別通道中，且使用其等可提供對後續程序具有一正面影響之經界定環境。 根據本發明，一鎖係一區域，特定言之一空間，其由來自彼此分隔但連接至該等鎖之兩個額外區域，特定言之空間的兩個泄水閘門連接。泄水閘門提供自及/或藉由鎖進入兩個空間之一者中及/或自兩個空間之一者出來之出入口。特定言之個別地觸發泄水閘門。特定言之將泄水閘門設計為閥或閘閥。在下文中，未在泄水閘門及/或鎖之間進行明確區別。就此而言，應意謂當使用字詞泄水閘門時，特定言之亦一整個鎖時，可因此意謂具有兩個泄水閘門的一區域，特定言之一空間。 在個別模組中，因此可基於各別程序的需求產生不同之環境。另外，可控制真空傳送模組中能夠加速整個接合程序的程序。就此，可想像自接合上游完成之一加熱使得可預熱待接合之基板以將隨後回火之基板輸送至真空腔室模組。因此，大大縮減接合系統之加熱系統的費時加熱，其對於預期之通量具有一直接影響。 另外，可想像特定言之用於基板獨立於彼此之預調節的一上游加熱。在引入至對準單元中之前，可較佳地將基板加熱至＞100°C。在此情況下，可最大化針對表面上之分子的自由路徑長度。例如，可於至一腔室壁之一較大距離(＞1 cm、＞5 cm、＞10 cm)處加熱基板。在此情況下產生之較大自由路徑長度需要將外來原子及氣體輸送遠離基板表面。在於對準單元中輸送個別基板期間，溫度較佳地再次降至室溫。 特定言之在高真空條件下在對準單元中實施基板之對準，該等高真空條件較佳地基本上對應於接合系統中之壓力條件。在對準基板之後，經由一程序機器人實施自對準單元至一真空傳送模組的一自動輸送，其中可實施用於計畫於程序之後續過程中之接合的預備方法。 在將基板堆疊自真空傳送區段模組傳送至接合模組內之後，機器人將基板堆疊布層於可移除裝載銷上。僅部分實施裝載銷與基板堆疊之間之一直接接觸。根據本發明，使用至多三十個，較佳地小於20個，更佳地小於10個，最佳地小於5個且在多數情況下較佳地準確地三個裝載銷。 待接合之基板堆疊因此在可移至基板的一動態第一加熱表面及壓板與一特定言之靜態、第二加熱表面之間浮動。第一(特定言之上部)及第二(特定言之下部)加熱系統兩者及壓板有利地具有與待處理之基板大約相同或更大之直徑。可對稱地及不對稱地將第一加熱表面及壓板移回至基板。在不對稱地加熱基板之情況下，即使在動態地將第一加熱表面及壓板移至定位於基板收納構件中的基板時，分隔距離仍不等於基板收納構件之第二加熱表面與壓板之間的分隔距離，該基板收納構件定位於第一加熱表面與第二加熱表面之間或於待加熱之基板表面。 在裝載程序期間，第一及/或第二加熱表面與基板堆疊之間的分隔距離特定言之大於1 mm，較佳地大於5 mm，更佳地大於10 mm且最佳地大於30 mm。 在裝載期間，第一及/或第二加熱表面之溫度特定言之高於25°C，較佳地高於100°C且更佳地高於300°C。 基板堆疊之加熱速率特定言之由第一加熱表面及/或第二加熱表面相對於基板堆疊或相對於各別表面之分隔距離A及/或分隔距離B控制。因此，根據本發明，特定言之可操作溫度程式及/或循環，無需持續冷卻或加熱加熱系統且因此接合卡盤及/或壓板。已在專利說明書PCT/EP2013/064151中使用一相似之程序以藉由定位一加熱器來加熱一液體，而無需持續加熱或冷卻加熱器。歸因於根據本發明之此實施例，可將一加熱器加熱至一特定溫度，特定言之接合溫度以建立其之位置，然而在裝載程序期間使該位置遠離基板堆疊之裝載面使得最初以一非常小程度加熱裝載基板堆疊(即，特定言之在裝載期間)。僅藉由接近以實施根據邊界條件所規定之基板的一相應受控、特定言之對稱的加熱。根據本發明之此程序特定言之在至少主要，較佳地特定地由熱輻射，而非經由熱對流實施加熱基板堆疊時作用。特定言之，根據本發明之此程序在真空下具有最大有效性。 在對稱地加熱基板之情況下，在動態地將第一加熱表面及壓板移至基板期間的分隔距離A等於第二、特定言之靜態、第二加熱表面的分隔距離B。此特定言之由受控且特定言之連續地將第一加熱表面移至第二加熱表面達成，藉此同時，使收納基板堆疊之收納系統靠近第二加熱表面。較佳地使第一加熱表面以正好係基板堆疊兩倍之速度移動至第二加熱表面。 在一替代實施例中，收納系統與基板堆疊保持固定，且使兩個加熱表面自相對於基板堆疊之上方及下方移動，特定言之以相同速度且以相同之對稱地減小的分隔距離A及B。 針對對稱及不對稱加熱兩者，特定言之經驗性提前或藉由量測判定之公式儲存於一控制系統中且提供對考慮既有參數的基板之一最佳化加熱。作為參數，主要考慮材料之類型、厚度、加熱溫度及接合方法。 不對稱接近或定位主要具有使得可將一不同熱量輸入至基板中以能夠補償具有不同材料之兩個基板之熱膨脹的目的。一般言之，各材料具有一單獨之熱膨脹係數。為達成兩個基板之一均等膨脹，在此情況下將具有較高熱膨脹係數的基板加熱至比具有較低熱膨脹係數的基板更低之一溫度。根據本發明，此可藉由第一加熱表面及第二加熱表面上之不同溫度及/或藉由不同分隔距離A及B實施。 根據本發明之另一態樣在於在使第一壓板及第二壓板與基板堆疊接觸或使接合卡盤與基板堆疊接觸之後防止氣體輸入基板堆疊的接觸表面之間，且接著將一氣體引入至接合系統中。氣體在基板堆疊之粗糙表面與接合卡盤或壓板之間傳播且熱性地遵循表面不均勻性。 將熱閉合界定為經引入氣體用作一熱傳送系統以盡可能快地將熱量經由接合卡盤或壓板自加熱器引入至基板堆疊中。在此情況下，接合卡盤與基板堆疊之間的氣壓特定言之＞ 0.01毫巴，較佳地＞ 0.1毫巴，更佳地＞ 1毫巴且最偏好的係＞ 3毫巴。此氣壓特定言之由較佳地＞ 1 sccm，更佳地＞ 5 sccm且更佳地＞ 20 sccm之較小氣體量(流速)達成。 歸因於特定言之每秒幾百公升的高泵排量，同時可保持接合腔室中之一高真空，特定言之＜ 0.001毫巴，較佳地＜ 0.0001毫巴且更佳地＜ 0.00001毫巴。 在此情況下，防止一橫向移位之一力特定言之在基板堆疊上作用。所施加之接合力較佳地介於1 N與200 kN之間，更佳地介於1 kN與100 kN之間。 自此時起，實施在此項技術之狀態中已知的一個一般接合程序。在此情況下，此可係一臨時接合或一永久接合。將可想像具有臨時黏合劑之臨時接合、永久接合(諸如共晶接合)、陽極接合、玻璃料接合、熔化接合、金屬(擴散)接合或具有永久黏合劑之接合。 儘管可使用幾乎全部接合卡盤執行根據本發明之實施例及根據本發明之程序，然偏好一帶有短柱的接合卡盤(本發明之獨立態樣)。將一帶有短柱的接合卡盤界定為其之表面不平坦但反之由若干個較小突出部組成之一接合卡盤，該等突出部，即短柱形成一固持面且承載其上之基板堆疊。此等短柱實質上減小相對於基板堆疊之接觸表面且因此亦減小污染基板之可能性。設計帶有短柱的接合卡盤使得其耐受所施加之接合力。 短柱之高度特定言之小於1 mm，較佳地小於0.1 mm，更佳地小於0.01 mm且最佳地小於0.001 mm。尤其較佳地，壓板亦具有短柱，使得壓板係具有與帶有短柱的接合卡盤相同之根據本發明之性質的一帶有短柱的壓板。 在另一特殊實施例中，較佳地經同步設計為一接合卡盤之加熱系統的至少一者具有由若干個區域組成之一加熱表面。可較佳地個別地致動加熱表面之此等區域。加熱器之該等區域較佳地係彼此同心地定位之圓環。區域之目標致動可產生局部解析之溫度量變曲線。區域之數目大於1，較佳地大於5，更佳地大於10，最佳地大於20，最佳地大於50且最偏好的係大於100。 所描述之全部模組係其中可基於基板之材料及針對各別接合方法之要求以一可再生之方式產生特殊環境的模組。另外，特定言之可以一無限可變之方式調整獨立於彼此的模組。作為一替代，可操作個別模組，甚至無需一真空，即，於常壓下。此外，兩個鄰近模組之環境同步可能夠加速基板自一模組至係程序內之下游的一模組中之移動。 真空區段內及/或對準系統內及/或接合系統內之壓力特定言之小於1毫巴，較佳地小於10-3 毫巴，更佳地小於10-5 毫巴，最佳地小於10- 7 毫巴且最偏好的係小於10-9 毫巴。
在圖式中，使用相同參考編號識別相同之或具有相同影響之特徵。 圖1a展示特定言之經設計為一真空群集，較佳地一高真空群集之一單元38的一示意概觀。根據本發明，單元38精確地由附接至一真空傳送腔室4的兩個模組組成，即具有一對準系統1之一模組及具有一接合系統6之一模組。特定言之經設計為一程序機器人之一機器人34自一裝載容器39牽引基板35、36 (在此係相同的)且特定言之同時沿著一真空傳送區段5將第一基板35及第二基板36傳送至對準單元1中。裝載容器39亦可特定言之係一鎖或可充當一鎖。兩個基板35、36彼此對準且特定言之臨時地附接至第一基板35之一第一接觸表面35k及第二基板36之一第二接觸表面36k上，以形成一基板堆疊14。作為一對準單元，可使用(例如)來自專利說明書PCT/EP 2013/075831或PCT/EP 2013/062473之單元。接著在將要彼此對準之結構，特定言之亦對準標記根據產業中已知的疊對模型最佳地彼此裝配時，提供一最佳對準。在專利說明書PCT/EP 2013/061086中發現此一覆蓋模型之一相應描述。 接著，特定言之藉由將第一基板35收納於一第一基板表面35o上或將第二基板36收納於一第二基板表面36o上，機器人34在接合系統6中輸送經附接且經對準基板堆疊14。表面35o、36o在各情況下背向接觸表面35k、36k。 根據圖1b之單元38'展示由被一真空傳送腔室4'連接之若干個模組組成的一真空群集。模組在其等之功能性上可彼此不同。特定言之，可想像用於加熱或冷卻基板或基板堆疊之模組、淨化模組、電漿模組、具有離心式搪瓷裝置或噴霧搪瓷裝置的搪瓷模組、接合器1及剝離器、塗布模組及對準模組6。較佳地圍繞一真空傳送腔室4'以一圓形或星形之方式配置該等模組。 經由閥2將真空傳送腔室4'連接至各個模組。模組及真空傳送腔室4'可獨立於彼此經閥2抽氣，但通常較佳地定位於相同真空位準上，較佳地於接合系統6之高真空位準上。 圖2至圖9中描繪處於各種處理狀態中之接合系統6。 接合系統6經設計處於採取一底板之形式的一靜態支撐結構23上且於附接至底板之柱上。接合腔室10附接至該等柱。 接合腔室10具有可使用閥2鎖上的用於裝載接合腔室10之一腔室開口6o。 閥2由支撐於底板上之特定言之採取一致動器的形式之一鎖驅動裝置24形成。鎖驅動裝置24用以打開且閉合由鎖驅動裝置24所驅動之一泄水閘門27，泄水閘門27係藉由一槽6s以打開且閉合腔室開口6o之一泄水閘門。閥2具有用於在閥2之閉合狀態中將接合腔室10密封隔離周圍區域之密封件28。 另外，接合系統6包括用於收納基板堆疊14之一收納系統18。收納系統18包括具有一基面E之一基板基座，基板堆疊14以第二基板表面36o布層於其上，使得第二基板表面36o處於基面E上。 基板基座由貫穿接合腔室10之在實施例中展示為四個裝載銷21的至少兩個裝載銷21形成。接合腔室10由環繞裝載銷21之密封件20相對於接合腔室10之周圍區域密封。密封件20同步用於滑動、平移引導裝載銷21。 將密封件20附接於處於裝載銷21之與基板基座相對之末端上之一特定言之共用調整板21p上。裝載銷21較佳地藉由調整板21p以彼此機械地耦合且藉由特定言之在調整板21p上在中心作用之一調整驅動裝置22或作為一替代藉由若干個裝載銷致動器來以一平移之方式橫向移動至基面E，一調整驅動裝置22較佳地採取一單一裝載銷致動器之形式。 在裝載銷21內，一第二加熱系統26經配置用於加熱第二基板表面36o及第二加熱系統26上之一特定言之全表面、經附接第二壓板25。第二壓板25具有一第二加熱表面19，第二加熱表面19可經配置處於基面E下方且與其平行。加熱系統26及壓板25牢固地連接至接合腔室10且係靜態的，即，不可相對於基面E移動。 相對於第二加熱表面19，一第一加熱表面15可經配置平行於基面E且處於其上方。第一加熱表面15經配置處於一第一壓板29上，第一壓板29繼而附接至一第一加熱系統30，特定言之於全表面上。 驅動構件可將加熱系統30橫向調整至基面。加熱系統30附接至貫穿接合腔室10之一調整桿。使調整桿在來自一位置致動器8之與加熱系統30相對的末端上移動以控制位置，特定言之自第一加熱表面15至第一加熱表面15之第一基板表面35o的一分隔距離A。針對加壓，特定言之在使第一基板表面35o與第一加熱表面15接觸且使第二基板表面36o與第二加熱表面19接觸之後，使用可施加接合所需之較高壓縮力的一力致動器9。相對於周圍區域，接合腔室10被密封驅動構件之密封件31密封。 驅動構件懸掛於由一蓋板及支撐該蓋板之柱組成的一支撐結構7上。 下文基於圖2至圖9描述根據本發明之程序。 根據圖2，在根據本發明之一第一個步驟中，使機器人34與基板堆疊14移動，特定言之傳送至接合系統6之一接合腔室10內。在第一個步驟中，根據本發明之收納系統18定位於一啟動位準上以用於收納基板堆疊14。在啟動位準中，較佳地將相對於接觸表面35k、36k之基板堆疊14對稱地定位於第一加熱表面15及第二加熱表面19。當第二壓板25及/或第一壓板29經其之相應加熱系統26、30預熱時，此對稱啟動位置極其重要。 根據圖3，在根據本發明之一第二個步驟中，完成將基板堆疊14定位於此一位置中，即可將用於附接基板堆疊之附接件11，特定言之磁性夾具11與隨後移至一起的加熱表面15、19精確地收納於出於此目的所提供之壓板25、29的凹槽中。 另外，需關注，將基板堆疊14盡可能在中心裝載且定位於裝載銷21以防止滑動或滑移。 根據圖4，在根據本發明之一第三個步驟中，自基板堆疊14移除機器人34使得基板堆疊14處於裝載銷21上。第二基板表面36o現處於基面E上。 根據圖5，在根據本發明之一第四個步驟中，實施自接合腔室10移除機器人34及閉合鎖27。在閉合之後，若針對接合程序應將充滿鄰接真空傳送腔室4中之真空設定為過低，則可經由一泵16以一仍更高之真空對接合系統6之內部抽氣。 根據圖6，在根據本發明之一第五個步驟中，現實施對稱地加熱基板堆疊14背向彼此之兩個表面35o、36o。當然亦將可想像，在插入基板堆疊14之前已設定兩個加熱器26及30且使其等保持於接合溫度，此實際上將壓板25、29及加熱系統26、30之加熱時間減少至零。 由加熱系統26、30所產生且經由加熱表面15、19作為輻射熱17釋放之熱輸出完成加熱。 特定言之在此程序步驟中展示根據本發明之構想。藉由基板堆疊14之對稱定位，可以一完全等效之方式設定基板堆疊14上方及下方的溫度場，前提係使用相同輸出及相同參數控制兩個加熱系統26、30且壓板25、29具有相同或至少非常相似之性質及幾何形狀/尺寸。 基板堆疊14特定言之在其之徑向熱膨脹中不被一摩擦力限制於整個表面上，而是僅周邊部分處於裝載銷21上。因此，其可幾乎對稱地自由浮動膨脹，不造成應力或凸起。 一進一步顯著優勢在於至少在加熱程序期間避免基板堆疊14之兩個基板35、36與兩個加熱表面15、19接觸。 根據圖7，在根據本發明之一第六個步驟中，實施使基板堆疊14對稱地接近至第二加熱表面19及第一加熱表面15上。第二壓板25 (特定言之接合卡盤)在此情況下係靜態的且不移動。反之，藉由裝載銷致動器22以使裝載銷21移動至第一加熱表面15上。同時，使第一加熱表面15移動至第二加熱表面19或基板堆疊14。 為使基板堆疊14與第一加熱表面15之間的分隔距離A等於基板堆疊14與第二加熱表面19之間的分隔距離B，以係裝載銷21之速度之兩倍之速度移動第一加熱表面。然而，亦將可想像另一速度量變曲線，以產生一特定分離函數且因此基板堆疊上之溫度函數且因此一至少部分不對稱之接近。 根據本發明，亦將可想像一反轉，其中第一加熱表面15經設計為靜態且裝載銷21及第二加熱表面19在第一加熱表面15之方向上移動。 在一特殊實施例中，亦可將想像在靜態裝載銷21之情況下兩個加熱表面15、19的一特定言之相同速度、反向之移動。 根據圖8，在根據本發明之一第七個步驟中，最終使加熱表面15、19與基板堆疊14接觸。就此由位置致動器8所施加之力足以強力地將基板35及36兩者壓於彼此上使得因此產生之摩擦力不再允許沿著基面E的一相互移位(摩擦連接)。 現可使用氣體沖洗接合系統6。 較佳地，當使用具有短柱37的一第一壓板29及/或第二壓板25或各經施加於壓板上之一額外帶有短柱的壓板42、42'時，氣體藉由第二壓板25及/或第一壓板29內介於短柱37之間之流道32引入且分佈。 可由一臂40阻擋饋入短柱37之間的氣體，臂40定位於處於壓板25、29之側面上的短柱37上且跨整個徑向側面區域延伸。該臂40特定言之以一可靠之方式將待處理的基板35、36密封於其之周邊側面。 另外，可想像提供具有一通道41之臂40，通道41使得可自帶有短柱的表面受控地洩漏過多之氣體。通道41之直徑有利地小於10 μm，較佳地小於7 μm且更佳地小於5 μm。 若不使用短柱37或帶有短柱的壓板42、42'，則替換短柱37，由加熱表面15、19之既有表面粗糙度分佈氣體。 圖12展示使用具有一短柱高度H之若干個短柱37附接至第一壓板29之帶有短柱的壓板42的不按比例之一示意俯視圖。在圖11及圖12中，保持短柱37之密度非常低以增加清晰度。 較佳地，帶有短柱的壓板42、42'在各情況下具有至少50個，特定言之規則地及/或均等地分佈之短柱37，更較佳地在各情況下具有至少100個，更佳地在各情況下具有至少200個且更佳地在各情況下具有至少400個。 圖11展示根據圖10之交線A-A之一示意截面圖，其中第二壓板25具有帶有短柱的壓板42'。在此繪圖中，應認知，並非基板35、36之整個表面皆處於短柱37上，藉此減小污染基板35、36之可能性。 將分隔距離A及B減小至零，使得帶有短柱的壓板42、42'之加熱表面15、19與表面35o、36o之間存在接觸。
1:對準系統/對準單元/接合器 2:閥 3:密封環 4、4':真空傳送腔室 5:真空傳送區段 6:接合系統/對準模組 6o:腔室開口 6s:槽 7:支撐結構 8:位置致動器 9:力致動器 10:接合腔室，特定言之真空腔室 11:附接件/磁性夾具 14:基板堆疊 15:第一加熱表面/加熱表面/加熱基板 15':第一加熱表面 16:泵 17:輻射熱/輻射能量 18:收納系統，特定言之基板基座 19:第二加熱表面/加熱表面/加熱基板 19':第二加熱表面 20:密封件 21:裝載銷 21p:調整板 22:調整驅動裝置，特定言之裝載銷致動器 23:支撐結構/靜態支撐結構 24:鎖驅動裝置 25:第二壓板/壓板 26:第二，特定言之下部加熱系統/加熱系統/加熱器 27:閥/泄水閘門/鎖 28:鎖密封件/密封件 29:第一壓板/第二加熱表面/壓板 30:第一，特定言之上部加熱系統/加熱系統/加熱器/壓板/第二壓板 31:密封件 32:流道 34:機器人，特定言之程序機器人 35:第一，特定言之上部基板/基板 35k:第一接觸表面/接觸表面 35o:第一基板表面/表面 36:第二，特定言之下部基板/基板 36k:第二接觸表面/接觸表面 36o:第二基板表面/表面 37:短柱 38、38':單元，特定言之真空群集，較佳地高真空群集 39:鎖/裝載容器 40:臂 41:通道/開口 42、42':帶有短柱的壓板 A:分隔距離 B:分隔距離 E:基面 H:短柱高度
本發明之額外優勢、特徵及細節遵循較佳實施例之隨後的描述且基於附圖。附圖在以下中展示： 圖1a具有特定言之兩個附接模組之一真空群集的一第一實施例之一示意概觀， 圖1b具有七個附接模組之一真空群集之一第二實施例的一示意概觀， 圖2在裝載一基板堆疊之前之一接合系統的根據本發明之一實施例之一示意橫截面， 圖3當將基板堆疊放置於裝載銷上時，根據圖2之實施例之一示意橫截面， 圖4在將一機械臂自基板堆疊移除之情況下，根據圖2之實施例的一示意橫截面， 圖5在將機械臂自模組移除之情況下，根據圖2之實施例的一示意橫截面， 圖6根據圖2之實施例的一示意橫截面，其中使用兩個加熱系統對稱地加熱基板， 圖7在使加熱系統相對於基板堆疊對稱地接近之情況下，根據圖2之實施例的一示意橫截面， 圖8在使加熱系統相對於使用根據本發明之裝載銷之部分與第一加熱系統接觸的基板對稱地接近之情況下，根據圖2之實施例的一示意橫截面， 圖9當使基板堆疊對稱地接觸時，根據圖2之實施例之一示意橫截面， 圖10一帶有短柱的接合卡盤及一帶有短柱的壓板之環繞區域之一橫截面的一側視圖， 圖11根據本發明之一帶有短柱的接合卡盤之一俯視圖，及 圖12根據本發明之一帶有短柱的壓板之一俯視圖。
6:接合系統/對準模組
7:支撐結構
9:力致動器
10:接合腔室，特定言之真空腔室
14:基板堆疊
15:第一加熱表面/加熱表面/加熱基板
16:泵
18:收納系統，特定言之基板基座
19:第二加熱表面/加熱表面/加熱基板
20:密封件
21:裝載銷
22:調整驅動裝置，特定言之裝載銷致動器
23:支撐結構/靜態支撐結構
24:鎖驅動裝置
25:第二壓板/壓板
26:第二，特定言之下部加熱系統/加熱系統/加熱器
27:閥/泄水閘門/鎖
28:鎖密封件/密封件
29:第一壓板/第二加熱表面/壓板
30:第一，特定言之上部加熱系統/加熱系統/加熱器/壓板/第二壓板
31:密封件

Claims (19)

  1. 一種用於固持具有一基板表面之基板之卡盤，該卡盤包括： 一固持面，用於承載該5基板，該固持面由複數短柱形成，其中該各短柱係一突出部。
  2. 如請求項1之卡盤，其中該固持面小於該基板之基板表面之90%。
  3. 如請求項1之卡盤，其中流道位在複數短柱之間用於接受氣體以對流方式對該基板加熱。
  4. 如請求項3之卡盤，其中該短柱之高度小於1 mm。
  5. 一種用於接合基板之壓板，該壓板包括： 一壓力面，用於接觸一基板之基板表面以對其施加壓力，該壓力面由複數短柱所形成，其中該短柱各為一突出部。
  6. 如請求項5之壓力面，其中該壓力面小於該基板之基板表面之90%。
  7. 如請求項5之壓力面，其中流道位在複數短柱之間用於接受氣體以對流方式對該基板加熱。
  8. 如請求項7之壓力面，其中該短柱之高度小於1 mm。
  9. 一種接合系統用於將一第一基板接合至一第二基板，該系統包括： 一第一壓板，包含一第一帶有短柱之表面，用以接觸該第一基板之基板表面；及 一第二壓板，包含一第二帶有短柱之表面，用以接觸該第二基板之基板表面， 其中該第一帶有短柱之表面及該第二帶有短柱之表面之至少一者係由複數短柱所形成，該短柱各為一突出部。
  10. 如請求項9之接合系統，其中該第一及第二壓板係接合卡盤，以各別地固持及/或施加壓力至該第一及第二基板。
  11. 如請求項9之接合系統，其中該第一及第二壓板施加壓力至該第一及第二基板。
  12. 如請求項9之接合系統，其中該第一帶有短柱之表面由複數短柱所形成，該第一帶有短柱之表面小於該基板表面之90%。
  13. 如請求項9之接合系統，其中該第二帶有短柱之表面由複數短柱所形成，該第二帶有短柱之表面小於該基板表面之90%。
  14. 如請求項9之接合系統，其中流道位在該複數短柱之間。
  15. 如請求項14之接合系統，其中該短柱之高度小於1 mm。
  16. 如請求項14之接合系統，其中氣體被引入該流道以提供對流加熱。
  17. 如請求項9之接合系統，其中該接合系統進一步包括一密封環限制形成該第一及第二帶有短柱之表面之至少一者。
  18. 如請求項9之接合系統，其中該接合系統包含至少50個短柱。
  19. 如請求項9之接合系統，其中該複數短柱係均等地分佈。
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