WO1996009167A1 - Verfahren und vorrichtung zum justieren und verbinden von mehreren übereinander angeordneten scheiben - Google Patents

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WO1996009167A1
WO1996009167A1 PCT/EP1995/003675 EP9503675W WO9609167A1 WO 1996009167 A1 WO1996009167 A1 WO 1996009167A1 EP 9503675 W EP9503675 W EP 9503675W WO 9609167 A1 WO9609167 A1 WO 9609167A1
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disks
spacers
bores
centering
centering pins
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PCT/EP1995/003675
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Inventor
Franz Rauch
Original Assignee
Karl Süss Kg Präzisionsgeräte Für Wissenschaft Und Industrie -Gmbh & Co.
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Application filed by Karl Süss Kg Präzisionsgeräte Für Wissenschaft Und Industrie -Gmbh & Co. filed Critical Karl Süss Kg Präzisionsgeräte Für Wissenschaft Und Industrie -Gmbh & Co.
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/50—Multistep manufacturing processes of assemblies consisting of devices, each device being of a type provided for in group H01L27/00 or H01L29/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/18—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine for positioning only
    • B23Q3/183—Centering devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for adjusting and connecting a plurality of disks arranged one above the other, which can be used in particular in microsystem technology.
  • structured panes eg silicon, pyrex
  • the position of the structures relative to one another must be maintained with an accuracy of 10 to 1 ⁇ m.
  • Common connection methods include anodic bonding, silicon fusion bonding (silicon-fusion-bonding), glass-sealing-bonding and gluing.
  • the disks are connected in a process chamber which can contain a vacuum or a process gas. Usually the disks are first adjusted to one another outside the process chamber and then transported into the process chamber by a transport device. With certain joining methods, the panes must not touch each other before the joining procedure begins, ie they have to be transported at a distance from one another.
  • a vacuum or a certain gas atmosphere is created between the panes, the chamber usually being evacuated before the introduction of a process gas.
  • a minimum distance between the panes is required, in particular, for the evacuation of the inter-pane spaces.
  • the disks are then joined together and connected to one another with the aid of pressure, high temperature or high voltage.
  • the pressure prevailing in the chamber or the process gas is enclosed between the disks.
  • the distance between the disks before the connection is maintained in that thin spacers are arranged on the disk circumference.
  • the disks are clamped together (bent) in the middle, for example by a bonding device, and the spacers are pulled out radially mechanically.
  • the discs snap together. With a larger pane distance, the distance is ensured by electrostatic brackets.
  • GB-A-2 274 201 a method for aligning semiconductor plates relative to one another is also known.
  • the alignment takes place by means of a ball which is arranged in corresponding recesses in a lower and an upper semiconductor wafer.
  • the semiconductor wafers cannot be kept at a distance between adjustment and connection, as is the case e.g. before joining in a process chamber or with Silicon Direct Fusion.
  • adjustment and connection of several panes is not described.
  • page 106 describes a method for bonding silicon and glass.
  • a silicon wafer can be adjusted relative to a glass pane by moving and rotating a carrier. The adjustment is carried out by two CCD cameras with variable distance on a split Field screen projected. After the adjustment has been completed, magnetic clamps which hold the silicon wafer are released and the wafer is pressed against the glass plate. It is not possible to adjust and connect a plurality of disks, and the radial disk fixing carried out does not permit exact adjustment.
  • JP-1-246 815 A2 An IR adjustment method is disclosed in JP-1-246 815 A2 (abstract).
  • the adjustment of two silicon wafers takes place by means of positioning marks which are etched into the wafers and which are arranged one above the other after oxidation of the wafer by means of IR sensors.
  • this method cannot adjust more than two disks at the same time.
  • a method for aligning and connecting two wafers is known from US Pat. No. 5,131,968.
  • the first wafer is arranged on a flat holder and the second wafer is fastened on a holder which has a cavity, so that a convex pressure gradient can be exerted on the second wafer.
  • the two wafers are pressed together with air pressure.
  • JP 5-82 493 A2 A method for bonding wafers is known from JP 5-82 493 A2 (abstract). An elastic member presses a wafer onto a plate for bonding.
  • US 4,883,215 discloses a method for bubble free bonding of silicon wafers.
  • the wafers are spaced one above the other and cleaned in the resulting intermediate space before being connected with a fluid.
  • the spacers between the wafers are then pulled out radially and the wafers are brought into contact with one another.
  • US Pat. No. 5,314,107 relates to an automated method for connecting wafers. Two packs of wafers are adjusted laterally in the slot of a holder and brought into contact with each other. A double-sided alignment method of wafers is known from JP 63-24 617 A2 (abstract). Two continuous windows are etched out in a wafer, which serve as reference marks during alignment.
  • JP 2-186 619 A2 (abstract) relates to a method for positioning a wafer, a hole being arranged in the center of the wafer, one side of which has a crystal orientation, as a result of which the wafer can be aligned in this crystal direction.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for connecting a plurality of disks arranged one above the other and adjusted to one another, wherein several disks can be connected to one another very precisely and the disks are treated very gently.
  • the invention is based on the basic idea of centering the disks by means of centering devices and spacing them apart with spacers which can be shortened in length under pressure and which penetrate the respective lower disks.
  • the distance between the disks is eliminated by pressure against the spacers, and the disks are brought into contact with one another very gently and without a snap effect and with high accuracy.
  • the invention has the following advantages.
  • the method according to the invention is independent of the disk material.
  • the transport of the disks is not critical, since they are held by positive locking.
  • Zen Trierstatte and center holes By attaching Zen Trierstatte and center holes, the thermal expansion of the discs can be calculated.
  • Expensive electrostatic holders can be dispensed with in order to separate the panes in the chamber.
  • the disks can have sensitive microsystem technical elements, for example fine sensitive membranes, since there is no "snap effect" which could damage the elements.
  • the centering bores can be made in the disks both by mechanical processing and by etching after photolithography. In comparison to the known methods, the method according to the invention and the device according to the invention can be produced very easily or at low cost.
  • La shows a cross section along the line A-A 'in Fig. Lb through a first embodiment of the invention
  • FIG. 1b shows a plan view of a disk with bores according to the invention
  • FIG. 2a shows a cross section along the line B-B 'in Fig. 2b through a second embodiment of the invention
  • FIG. 2c shows a cross section through the embodiment according to the invention according to FIG. 2a along the line C-C in FIG. 2b, and
  • FIG. 2d shows the embodiment according to the invention according to FIG. 2a in the compressed state.
  • FIGS. 1 a to 1 c show a first embodiment according to the invention of a device with which two disks 1 Q , 1 lying one above the other can be connected to one another.
  • the device has a carrier plate 5, in the two Centering pins 6- ⁇ , 6 2 and a set of three spacers 7-L are arranged.
  • the two disks 1 Q , 1-L are arranged spaced apart between an upper plate 9, which can be lowered downwards, with bores 10 into which the centering pins 6-6 6 2 can be inserted.
  • the disks have a central bore 2 and an elongated hole 3, which are penetrated by the centering pins 6- ⁇ or 6 2 .
  • the lower disk Fig.
  • Lb are three through-holes arranged in addition 4 Q, -_ be penetrated for the upper disk 1 1, the tern of the Abstandshal-!.
  • the spacers 7- L are arranged in bores 11 of the carrier plate 5 on compression springs 12.
  • the carrier plate 5 rests on a lower plate or base plate 8, which can optionally be heated.
  • the plates 8 and 9 can optionally be a heating plate, electrode, pressure plate or a combination thereof.
  • the upper plate 9 Before the two disks 1 Q , 1- ⁇ are connected, the upper plate 9 is pressed down, the upper disk 1-_ sliding downward on the centering pins 6 17 6 2 against the spring force of the spacers 1 ⁇ , the spacers 7 1 are sunk into the bores 11 of the carrier plate 5, and the upper disc l ⁇ _ comes into contact with the lower disc 1 Q.
  • the upper plate 9 can be designed as a heating plate, pressure plate or high-voltage electrode.
  • Fig. 2a shows a cross section along the line BB 'in Fig. 2b through a second embodiment according to the invention, in which three disks 1 Q to 1 2 are arranged one above the other.
  • the spacer 7 2 is arranged above the cutting plane.
  • two sets of three spacers 7, 7, 7 2 are provided, which space the two upper disks 1 1 # 1 2 from one another and from the lower disk 1 Q.
  • the spacers 7 1 and 7 2 of each set have have the same length with each other so that the spaced disks are parallel to each other.
  • the Abstands ⁇ halter l lf 7 2 different sets have a under ⁇ Kunststoffliche length, wherein the length difference of the Abstands ⁇ holder l is dimensioned lt 7 2 different sets so that equal distances of the superposed sheets are achieved Q 1 to 1 second
  • FIG. 2b shows the top view of the lowermost pane 1Q .
  • This has the largest number of through holes 4 Q , since all spacers 7- ⁇ , 7 2 for the upper disks 1- ⁇ 1 2 must be passed through the bottom disk 1 Q.
  • the central bore 2 and the elongated hole 3 are arranged in the disc 1 Q , which are provided in all discs 1 Q to 1 2 .
  • FIG. 2c shows a cross section through the embodiment according to the invention according to FIG. 2a along the line CC in FIG. 2b.
  • Two spacers 7 1 # 7 2 lie above the cutting plane.
  • the disks 1 Q to 1 2 are brought closer to one another and brought into contact by pressure on the upper plate 9 (FIG. 2d).
  • the spacers 7- ⁇ , 7 2 are pressed down against the force of the springs 12 in the holes 11, sunk into the support plate 5, and the centering pins 6- L , 6 2 slide into the hole 10 of the upper plate 9th
  • the disks 1 Q to 1 2 to be connected are first provided with a central bore 2 and an elongated hole 3. All to be arranged under a top disk l-> Q discs 1, 1 ⁇ are then additionally zu ⁇ according to their stacking order with fürgangsboh ⁇ stanchions 4 Q, provided for respective sets of spacers li, 7 2 4- ⁇ . Then the disks 1 Q to 1 2 are arranged on the carrier plate 5 on the centering pins 6 1 # 6 2 and corresponding sets of spacers 7 ⁇ , 7 2 which support the disks 1- ⁇ , l 2 . Then the transport takes place into a process chamber, for example by means of a transport slide, and the carrier plate 5 is placed on the lower plate 8.
  • the upper plate 9 which can optionally be designed as a heating plate, pressure plate or electrical electrode, is arranged above the disks 1 Q to 1 2 and centered with the centering pin 6 in the central bore 2.
  • the gap between the discs 1 from 0 to 1 2 is set so ein ⁇ that a sufficient evacuation and filling can be carried out with a process gas of the disc space.
  • the upper plate 9 is pressed down and the panes 1 Q to 1 2 come into contact with one another. Due to the centering via the centering pins 6 lt 6 2 , a high centering accuracy of 5 to 10 ⁇ m is maintained.
  • the panes 1 Q to 1 2 are connected to one another by means of energy supply, for example by means of heating or a high-voltage electrode.
  • energy supply for example by means of heating or a high-voltage electrode.
  • the disks 1 Q to 1 2 together with the carrier plate 5 are moved out of the process chamber again, the spacers 7- ⁇ , 7 2 the package of the connected disks 1, still guided by the centering pins 6- ⁇ , 6 2 , automatically lift off the carrier plate 5.
  • the method and the device according to the invention are preferably used for bonding in microsystem technology.
  • the device according to the invention can also be used for other connection methods, such as, for example, gluing objects arranged one above the other and adjusted to one another.

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Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Justieren und Verbinden von mehreren übereinander angeordneten Scheiben zur Verfügung gestellt. Die Scheiben sind bevorzugt zwischen einer Trägerplatte und einer oberen Platte in Zentrierstiften und auf federnden Abstandshaltern angeordnet. Dadurch wird ein z.B. zum Evakuieren vor dem Verbinden hinreichender Abstand zwischen den Scheiben erzeugt, und zum Verbinden können die Scheiben mit hoher Justierungsgenauigkeit und schonend durch Zusammendrücken der Vorrichtung miteinander in Kontakt gebracht werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Justieren und Verbinden von mehreren übereinander angeordneten Scheiben
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Justieren und Verbinden von mehreren übereinander ange¬ ordneten Scheiben, die insbesondere in der Mikrosystemtech- nik zum Einsatz kommen können.
In der Mikrosystemtechnik werden häufig strukturierte Schei¬ ben (z.B. Silicium, Pyrex) miteinander verbunden. Dabei muß die Lage der Strukturen zueinander mit einer Genauigkeit von 10 bis 1 μm eingehalten werden. Übliche Verbindungsverfahren sind unter anderem anodisches Bonden, Silicium-Fusions-Bon- den (silicon-fusion-bonding) glass-sealing-bonding und Kle¬ ben. Das Verbinden der Scheiben erfolgt in einer Prozeß- kam-äer, die Vakuum oder ein Prozeßgas enthalten kann. Übli¬ cherweise werden die Scheiben zuerst außerhalb der Proze߬ kammer zueinander justiert und dann mit einer Transportvor¬ richtung in die Prozeßkammer transportiert. Bei bestimmten Verbindungsverfahren dürfen sich die Scheiben vor Beginn des Verbindungsverfahrens nicht berühren, d.h. sie müssen in einem Abstand voneinander transportiert werden. In der Pro¬ zeßkammer wird zwischen den Scheiben ein Vakuum oder eine bestimmte Gasatmosphäre erzeugt, wobei vor dem Einführen eines Prozeßgases üblicherweise die Kammer auch evakuiert wird. Insbesondere für die Evakuierung der Scheibenzwischen¬ räume ist ein Mindestabstand zwischen den Scheiben erforder¬ lich. Danach werden die Scheiben zusammengefügt und mit Hilfe von Druck, hoher Temperatur oder Hochspannung mitein¬ ander verbunden. Der in der Kammer herrschende Druck bzw. das Prozeßgas wird dabei zwischen den Scheiben eingeschlos¬ sen. Bekannterweise wird der Abstand zwischen den Scheiben vor der Verbindung dadurch eingehalten, daß am Scheibenumfang dünne Abstandshalter angeordnet sind. Nach der Evakuierung der Prozeßkammer werden die Scheiben durch Aufsetzen z.B. einer Bondeinrichtung in ihrer Mitte zusammengeklemmt (durchgebogen) und die Abstandshalter mechanisch radial herausgezogen. Dabei schnappen die Scheiben zusammen. Bei einem größeren Scheibenabstand, wird der Abstand durch elektrostatische Halterungen gewährleistet.
Probleme bei dem genannten Verbindungsverfahren ergeben sich vor allem daraus, daß die Scheiben bis .zu 500°C aufgeheizt werden müssen, wobei die Scheiben unterschiedliche Ausdeh¬ nungskoeffizienten aufweisen können. Die Scheiben müssen in der Prozeßkammer gehaltert werden, wobei sich die Lage der Strukturen nach der Justage nicht verschieben soll bzw. eine Verschiebung berechenbar sein muß. Bei der gleichzeitigen Verbindung von mehr als zwei Scheiben führt das Zusammen¬ schnappen der Scheiben nach dem Entfernen der Abstandshalter zu Ungenauigkeiten in der Justage.
Weiterhin ist aus der GB-A-2 274 201 ein Verfahren zur Aus¬ richtung von Halbleiterplatten relativ zueinander bekannt. Die Ausrichtung geschieht durch eine Kugel, die in entspre¬ chenden Aussparungen einer unteren und einer oberen Halblei¬ terscheibe angeordnet ist. Die Halbleiterscheiben können je¬ doch nicht zwischen dem Justieren und Verbinden in Abstand gehalten werden, wie das z.B. vor dem Verbinden in einer Prozeßkammer oder bei der Silicon Direct Fusion nötig ist. Außerdem wird ein Justieren und Verbinden von mehreren Scheiben nicht beschrieben.
In Productronic 5-1981, Seite 106 wird ein Verfahren zum Bonden von Silicium und Glas beschrieben. Durch Verschieben und Drehen eines Trägers kann ein Siliciumwafer relativ zu einer Glasscheibe justiert werden. Die Justierung wird durch zwei CCD-Kameras mit veränderbarem Abstand auf einem Split- Field-Bildschirm projeziert. Nach vollendeter Justierung werden magnetische Klemmen, die den Siliciumwafer haltern, freigegeben und der Wafer wird gegen die Glasplatte gepreßt . Ein Justieren und Verbinden von mehreren Scheiben ist nicht möglich und die vorgenommene radiale Scheibenfixierung er¬ laubt keine exakte Justage.
In JP-1-246 815 A2 (Abstract) wird ein IR-Justierverfahren offenbart . Das Justieren zweier Siliciu scheiben erfolgt mittels Positionierungsmarken, die in die Scheiben eingeätzt werden und nach einer Oxidation der Scheibe mittels IR-Sen¬ sors übereinander angeordnet werden. Dieses Verfahren kann aber nicht mehr als zwei Scheiben gleichzeitig justieren.
Aus der US-5 131 968 ist ein Verfahren zum Ausrichten und Verbinden von zwei Wafern bekannt. Der erster Wafer ist auf einer flachen Halterung angeordnet und der zweite Wafer ist auf einem Halter befestigt, der eine Aushöhlung aufweist, so daß auf den zweiten Wafer ein konvexer Druckgradient aus¬ geübt werden kann. Die beiden Wafer werden mit Luftdruck aufeinandergepreßt .
Aus JP 5-82 493 A2 (Abstract) ist ein Verfahren zum Bonden von Wafern bekannt. Ein elastisches Glied preßt einen Wafer zum Bonden auf eine Platte.
Die US-4 883 215 offenbart ein Verfahren zum blasenfreien Bonden von Siliciumwafern. Dabei werden die Wafer beabstan¬ det übereinander angeordnet und in dem entstehenden Zwi¬ schenraum vor dem Verbinden mit einem Fluid gereinigt. Da¬ nach werden die Abstandshalter zwischen den Wafern radial herausgezogen und die Wafer miteinander in Kontakt gebracht.
Die US-5 314 107 bezieht sich auf ein automatisiertes Ver¬ fahren zum Verbinden von Wafern. Dabei werden Zweierpakete von Wafern seitlich im Schlitz einer Halterung justiert und miteinander in Kontakt gebracht . Aus der JP 63-24 617 A2 (Abstract) ist ein doppelseitiges Ausrichtungsverfahren von Wafern bekannt. Dabei werden in einem Wafer zwei durchgehende Fenster herausgeätzt, die bei der Ausrichtung als Referenzmarken dienen.
Die JP 2-186 619 A2 (Abstract) betrifft ein Verfahren zum Positionieren eines Wafers, wobei ein Loch im Zentrum des Wafers angeordnet ist, dessen eine Seite eine Kristallorien¬ tierung aufweist, wodurch der Wafer in diese Kristallrich¬ tung ausgerichtet werden kann.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von mehreren übereinander angeordneten und zueinander justierten Scheiben zur Verfügung zu stellen, wobei mehrere Scheiben sehr genau miteinander verbunden werden können und eine sehr schonende Behandlung der Scheiben erfolgt.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche ge¬ löst.
Bei der Lösung geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, die Scheiben durch Zentriereinrichtungen zu zentrieren und mit unter Druckeinwirkung in ihrer Länge verkürzbaren Ab¬ standshaltern, die die jeweils unteren Scheiben durchdrin¬ gen, voneinander zu beabstanden. Durch Druck gegen die Ab¬ standshalter wird der Abstand zwischen den Scheiben besei¬ tigt, und die Scheiben werden sehr schonend und ohne Schnappeffekt mit hoher Genauigkeit miteinander in Kontakt gebracht.
Die Erfindung hat folgende Vorteile.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig vom Scheiben¬ material. Der Transport der Scheiben ist unkritisch, da sie durch Formschluß gehaltert werden. Durch Anbringen von Zen- trierstiften und Zentrierbohrungen läßt sich die Wärmeaus¬ dehnung der Scheiben berechnen. Es kann auf teure elektro¬ statische Halterungen verzichtet werden, um die Scheiben in der Kammer zu separieren. Die Scheiben können empfindliche mikrosystemtechnische Elemente, z.B. feine empfindliche Mem¬ branen aufweisen, da kein "Schnappeffekt" auftritt, durch den eine Beschädigung der Elemente eintreten könnte. Die Zentrierbohrungen können sowohl durch mechanische Bearbei¬ tung als auch durch Ätzen nach einer Fotolithografie in die Scheiben eingebracht werden. Im Vergleich zu den bekannten Verfahren ist das erfindungsgemäße Verfahren und die erfin¬ dungsgemäße Vorrichtung sehr einfach durchführbar bzw. ko¬ stengünstig hergestellt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. la einen Querschnitt längs der Linie A-A' in Fig. lb durch eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform,
Fig. lb eine Draufsicht auf eine Scheibe mit erfindungsge¬ mäßen Bohrungen,
Fig. lc die erfindungsgemäße Ausführungsform gemäß Fig. la im zusammengedrückten Zustand,
Fig. 2a einen Querschnitt längs der Linie B-B' in Fig. 2b durch eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform,
Fig. 2b eine Draufsicht auf eine Scheibe mit weiteren erfin¬ dungsgemäßen Bohrungen,
Fig. 2c einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Ausfüh¬ rungsform gemäß Fig. 2a längs der Linie C-C in Fig. 2b, und
Fig. 2d die erfindungsgemäße Ausführungsform gemäß Fig. 2a im zusammengedrückten Zustand.
Figuren la bis lc zeigen eine erste erfindungsgemäße Ausfüh¬ rungsform einer Vorrichtung, mit der zwei übereinanderlie- gende Scheiben 1Q, 1-, miteinander verbunden werden können. Die Vorrichtung weist eine Trägerplatte 5 auf, in der zwei Zentrierstifte 6-^, 62 und ein Satz aus drei .Abstandshaltern 7-L angeordnet sind. Zwischen einer oberen, nach unten ab¬ senkbaren Platte 9 mit Bohrungen 10, in die die Zentrier¬ stifte 6-^ 62 eingeführt werden können, sind die zwei Schei¬ ben 1Q, 1-L beabstandet angeordnet. Gemäß Fig. lb weisen die Scheiben eine Zentralbohrung 2 und ein Langloch 3 auf, die von den Zentrierstiften 6-^ bzw. 62 durchdrungen werden. In der unteren Scheibe (Fig. lb) sind zusätzlich noch drei Durchgangsbohrungen 4Q angeordnet, die von den Abstandshal- tern !-_ für die obere Scheibe 11 durchdrungen werden. Die Abstandshalter 7-L sind in Bohrungen 11 der Trägerplatte 5 auf Druckfedern 12 angeordnet. Die Trägerplatte 5 ruht auf einer unteren Platte oder Basisplatte 8, die wahlweise ge¬ heizt werden kann.
Die Platten 8 und 9 können wahlweise Heizplatte, Elektrode, Druckplatte bzw. eine Kombination daraus sein.
Vor dem Verbinden der beiden Scheiben 1Q, 1-^ wird die obere Platte 9 nach unten gedrückt, wobei die obere Scheibe l-_ auf den Zentrierstiften 6l7 62 gegen die Federkraft der Ab¬ standshalter 1^ nach unten gleitet, die Abstandshalter 71 in die Bohrungen 11 der Trägerplatte 5 eingesenkt werden, und die obere Scheibe lη_ mit der unteren Scheibe 1Q in Kontakt kommt. Mittels Energiezufuhr über die obere Platte 9 bzw. zusätzlich noch über die untere Platte 8 können die Scheiben 1 an vorbestimmten Stellen gebondet werden. Die obere Platte 9 kann als Heizplatte, Druckplatte oder Hochspannungselek¬ trode ausgebildet sein.
Fig. 2a zeigt einen Querschnitt längs der Linie B-B' in Fig. 2b durch eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der drei Scheiben 1Q bis 12 übereinander angeordnet sind. Dabei ist der Abstandshalter 72 oberhalb der Schnittebene angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Sätze von je drei Abstandshaltern 7-^, 72 vorgesehen, die die zwei obe¬ ren Scheiben 11# 12 untereinander und zur unteren Scheibe 1Q beabstanden. Die Abstandshalter 71 bzw. 72 jedes Satzes wei- sen untereinander die gleiche Länge auf, so daß die beab- standeten Scheiben zueinander parallel sind. Die Abstands¬ halter ll f 72 unterschiedlicher Sätze haben eine unter¬ schiedliche Länge, wobei die Längendifferenz der Abstands¬ halter ll t 72 unterschiedlicher Sätze so bemessen ist, daß gleiche Abstände der übereinander angeordneten Scheiben 1Q bis 12 erreicht werden.
Fig. 2b zeigt die Draufsicht der untersten Scheibe 1Q. Diese weist die größte Zahl von Durchbohrungen 4Q auf, da durch die unterste Scheibe 1Q alle Abstandshalter 7-^ , 72 für die oberen Scheiben 1-^ 12 hindurchgeführt werden müssen. Wei¬ terhin sind in der Scheibe 1Q noch die Zentralbohrung 2 und das Langloch 3 angeordnet, die in allen Scheiben 1Q bis 12 vorgesehen sind.
Fig. 2c zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Ausführungsform gemäß Fig. 2a längs der Linie C-C in Fig. 2b. Zwei Abstandshalter 71# 72 liegen dabei oberhalb der Schnittebene. Wie bei der ersten erfindungsgemäßen Ausfüh¬ rungsform werden die Scheiben 1Q bis 12 durch Druck auf die obere Platte 9 einander genähert und in Kontakt gebracht (Fig. 2d) . Die Abstandshalter 7-^, 72 werden dabei gegen die Kraft der Federn 12 in den Bohrungen 11 nach unten gedrückt, in die Trägerplatte 5 eingesenkt, und die Zentrierstifte 6-L, 62 gleiten in die Bohrung 10 der oberen Platte 9.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die zu verbin¬ dende Scheiben 1Q bis 12 zuerst mit je einer Zentralbohrung 2 und einem Langloch 3 versehen. Alle unter einer obersten Scheibe l-> anzuordnende Scheiben 1Q, 1-^ werden dann noch zu¬ sätzlich entsprechend ihrer Stapelfolge mit Durchgangsboh¬ rungen 4Q, 4-^ für entsprechende Sätze von Abstandshaltern l-i , 72 versehen. Dann werden die Scheiben 1Q bis 12 auf der Trägerplatte 5 auf den Zentrierstiften 61# 62 und entspre¬ chenden Sätzen von Abstandshaltern 7^ , 72 die die Scheiben 1-^, l2 abstützen, angeordnet. Danach erfolgt der Transport in eine Prozeßkammer z.B. mittels eines Transportschiebers, und die Trägerplatte 5 wird auf der unteren Platte 8 abge¬ legt. Die obere Platte 9, die wahlweise als Heizplatte, Druckplatte oder elektrische Elektrode ausgebildet sein kann, wird oberhalb der Scheiben 1Q bis 12 angeordnet und mit dem Zentrierstift 6 in der Zentralbohrung 2 zentriert. Der Zwischenraum zwischen den Scheiben 10 bis 12 ist so ein¬ gestellt, daß eine hinreichende Evakuierung bzw. Füllung mit einem Prozeßgas des Scheibenzwischenraumes erfolgen kann. Nach einer entsprechenden Evakuierung und/oder Gasfüllung wird die obere Platte 9 nach unten gedrückt und die Scheiben 1Q bis 12 kommen miteinander in Kontakt. Durch die Zentrie¬ rung über die Zentrierstifte 6l t 62 wird dabei eine hohe Zentriergenauigkeit von 5 bis 10 μm eingehalten. Das Zusam¬ mendrücken der Scheiben über die gleichmäßig verteilten .Ab¬ standshalter 7-L, 72 gegen entsprechend dimensionierte Feder¬ kräfte gewährleistet eine schonende Behandlung der Scheiben, wobei auch dünne, empfindliche Membranen nicht beschädigt werden. Danach werden die Scheiben 1Q bis 12 mittels Ener¬ giezufuhr z.B. über Heizen oder eine Hochspannungselektrode miteinander verbunden. Mittels der Langlöcher 3 in den Scheiben lQ bis 12 können sich die Scheiben 1Q bis 12 bei den auftretenden Temperaturen von bis zu 500°C ungehindert ausdehnen. Nach ihrer Verbindung werden die Scheiben 1Q bis 12 zusammen mit der Trägerplatte 5 wieder aus der Pro¬ zeßkammer ausgefahren, wobei die Abstandshalter 7-^, 72 das Paket der verbundenen Scheiben 1, noch geführt durch die Zentrierstifte 6-^, 62, selbsttätig von der Trägerplatte 5 abheben.
Vorzugsweise kommen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung beim Bonden in der Mikrosystem- technik zum Einsatz. Darüber hinaus läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für andere Verbindungsverfahren, wie z.B. Kleben von übereinander angeordneten und zueinander justierten Gegen¬ ständen anwenden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zum Justieren und Verbinden von mehreren übereinander zentriert angeordneten, mit entsprechenden Bohrungen (2,3) versehenen Scheiben (1Q bis 12) , mit a) einer Zentriereinrichtung zum Ausrichten der Schei¬ ben d0 bis l ) zueinander, b) je einem Satz Abstandshalter (71# 72) für jede der über der unteren Scheibe (1Q) angeordneten Scheiben
<ll< ' wobei b-j^) der jeweilige Satz Abstandshalter ( 7^ , 72) die Scheiben (10 bzw. 1^) unter der zugehörigen Scheibe (1-L bzw. 12) durchdringt, und b2) der jeweilige Satz Abstandshalter (71, 72) unter Druckeinwirkung in seiner Länge verkürzbar ist, so daß die Scheiben (1Q) bis (12) miteinander in Kon¬ takt kommen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriereinrichtung zwei Zentrierstifte (6-^, 62) und zwei dazugehörige Bohrungen (2, 3) in den Scheiben (1Q bis 12) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Bohrungen in den Scheiben (1Q bis 12) für die Zentrierstifte ein Langloch (3) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß eine der Bohrungen für die Zentrierstifte eine Zentralbohrung (2) ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Satz Abstandshalter (7-^, 72) eine vorbestimmte Länge aufweist, wobei die Längendiffe¬ renz zwischen den Abstandshaltern (7-^ 72) verschiedener Sätze dem Abstand der Scheiben (lQ bis 12) entspricht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (7-^, 72) gegen die Kraft von Druckfedern (12) in ihrer Länge verkürzbar sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierstifte (6lf 62) auf einer Trägerplatte (5) stehen und die Abstandshalter (71; 72) in Bohrungen (11) der Trägerplatte einsenkbar sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Satz Abstandshalter
(7-j^, 72) die Scheiben (1Q bzw. 12) in Bohrungen (4Q bzw. 42) durchdringt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (4Q bis 42) auf einem zu den Scheiben kon¬ zentrischen Kreis am Rand der Scheiben (1Q bis 12) lie¬ gen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Satz von Abstandshaltern (71# 72) drei Abstandshalter aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Trägerplatte (5) eine Ba¬ sisplatte (8) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach .Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (8) eine Heizplatte ist, die Energie auf die Scheiben (lQ bis 12) überträgt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, gekenn¬ zeichnet durch eine obere Platte (9) , die Bohrungen (10) für die Zentrierstifte (61# 62) aufweist und unter Druck auf die Scheiben (1Q bis 12) absenkbar ist, und vorzugs¬ weise zur Übertragung von Energie auf die Scheiben (1Q bis 12) .
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (4Q bis 42) oder Aus¬ sparungen für die Abstandshalter (71# 72) am Scheiben¬ rand oder benachbart zu diesem angeordnet sind.
15. Verfahren zum Justieren und Verbinden von mehreren über¬ einander angeordneten Scheiben unter Verwendung der Vor¬ richtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit den Schritten: a) Montieren der Scheiben (1Q bis 12) auf der Vorrich¬ tung, b) Transportieren der Vorrichtung in eine Prozeßkammer, c) Einstellen eines Vakuums oder einer Gasatmosphäre in der Prozeßkammer, d) Zusammendrücken der Scheiben (10 bis 12) und e) Verbinden benachbarter Scheiben (1Q bis 12) an vor¬ bestimmten Abschnitten durch Energieübertragung.
16. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 15 beim anodi¬ schen Bonden oder Silizium-Fusions-Bonden (silicon- fusion-bonding) und glass-sealing-bonding und Kleben.
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