WO2022161636A1 - Substrathalter und verfahren zur herstellung eines substrathalters zum bonden - Google Patents

Substrathalter und verfahren zur herstellung eines substrathalters zum bonden Download PDF

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substrate holder
bonding
elevations
elevation
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Dominik ZINNER
Thomas PLACH
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Ev Group E. Thallner Gmbh
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    • H01L21/2003—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy characterised by the substrate
    • H01L21/2007—Bonding of semiconductor wafers to insulating substrates or to semiconducting substrates using an intermediate insulating layer

Definitions

  • the present invention relates to a substrate holder, a bonding device, a method for producing a substrate holder and a method for bottoming substrates, in particular for fusion bonding or hybrid bonding.
  • substrate holders have been constructed in recent years in which a fixed substrate does not rest over the entire surface, but only partially, in particular on elevations.
  • these elevations are sometimes also referred to as nubs or pins.
  • the word survey is used. These surveys have several different effects. On the one hand, they are intended to minimize rear-side contamination of the substrate. Substrates that do not come into full contact with a substrate holder, but only partially, only show dirt and contamination at the contact points. Another reason for using such substrate holders is the possibility of either evacuating the space between the elevations in order to provide a fixing element or flooding the space with a fluid, in particular a gas, in order to achieve a physical effect.
  • Some substrate holders delimit different areas in which such elevations are located from one another, so that one can speak of segmented substrate holders.
  • a segment is mainly produced by milling.
  • the elevations are milled out of the material, for example.
  • Several such segments can preferably be evacuated individually and/or flushed with a fluid.
  • some segments can fix the substrate arranged or placed on the elevations by generating a vacuum.
  • other segments can be flooded with a fluid, with an overpressure being generated in the respective segment and the substrate being able to be curved in a targeted manner.
  • a convexly curved or outwardly curved substrate can advantageously be contacted with a further substrate in a targeted manner in the area of the curvature and thus bonded. Contacting can take place, for example, by dropping a substrate onto a further substrate.
  • a so-called bond wave propagates from this initial point of contact between the two substrates, so that the two substrates are bonded along the bond wave.
  • a problem in the prior art is that during bonding, in particular in fusion bonding, an upper substrate and a lower substrate are distorted, in particular locally, as the bonding wave progresses, and the bonding result is not exact.
  • the error by which the upper substrate is shifted relative to the lower substrate can be described by a vector.
  • the errors are location-dependent, i.e. the spatial distribution of the errors can be described by a vector field.
  • There are several reasons for the local displacements of the two substrates during the bonding process One reason is the propagation of elastic and continuous waves associated with the bond wave. Another reason is that the upper substrate and the lower substrate are vibrated after bonding. In addition, these particularly elastic vibrations also influence the bonding result of the bonded substrate stack made up of the lower and the upper substrate.
  • a top substrate would be aligned relative to a bottom substrate and then dropped, allowing the bonding wave to expand without an elastic wave of the top and/or bottom substrate.
  • the lower substrate in particular both substrates, begin to oscillate when the upper substrate is dropped and/or when both substrates come into contact.
  • the amplitude of the oscillation is in the submicron, particularly in the nanometer range, and is difficult to detect. However, errors or distortions that arise as a result of these vibrations can be detected.
  • the object of the present invention to provide a substrate holder, a bonding device, a method for producing a substrate holder and a method for bonding which at least partially eliminate, in particular completely eliminate, the disadvantages listed in the prior art.
  • the object of the invention is to provide an improved substrate holder, an improved bonding device, a method for producing a substrate holder and a method for bonding.
  • the object of the invention is to show a substrate holder, a bonding device, a method for producing a substrate holder and a method for bonding, with the help of which local distortions of the substrates, in particular as a result of vibrations of the substrate occurring during bonding, can be avoided or the substrate stack to be bonded, can be reduced, in particular prevented.
  • the invention relates to a substrate holder for bonding substrates, in particular for fusion bonding or hybrid bonding, at least having a substrate holder surface, a central elevation arranged on the substrate holder surface, in particular centrally on the substrate holder surface, with a first receiving surface and at least one supporting elevation arranged on the substrate holder surface with a second receiving area, wherein a substrate can be arranged on the first receiving area of the central elevation and on the second receiving area of the at least one supporting elevation, and wherein the first receiving area is larger than the second receiving area.
  • a central elevation with a larger first receiving area than the second receiving areas of the at least one supporting elevation leads to an improved bonding result.
  • one of the reasons for a poor bonding result is a recording area that is too small.
  • the bond begins at a contact point between the two substrates.
  • at least one of the two substrates is deformed for contacting with the aid of a deforming agent.
  • the deformation means must apply a force to the substrate, which also acts on the central elevation. If the central elevation is dimensioned too small, a relatively high pressure acts and deforms the central elevation elastically or, in the worst case, even plastically.
  • the bonding wave cannot be optimally initiated and an error is already built in during the bonding initiation, which in the worst case spreads to the entire bonding result, ie over the entire surface.
  • the ratio of the central survey to the other surveys is decisive for the bond result. If the receiving surface of the central elevation is dimensioned correspondingly large, the pressure acting on the central elevation is lower with the same force. As a result, the central elevation or the substrate is less elastically and/or plastically deformed.
  • the local distortions in the bonded substrate stack can be reduced and at the same time the advantages of a substrate holder with elevations can be used in which the substrate only partially rests.
  • a substrate arranged on the substrate holder according to the invention is preferably contacted with a further substrate in such a way that the central elevation is aligned with an initial contact point. Vibrations in the substrate or in the substrate stack that occur during bonding can be reduced particularly effectively by the central elevation or by the first receiving surface.
  • the substrate which rests on the substrate holder according to the invention on the first receiving surface and the second receiving surface, can also themselves are formed by a substrate stack that is preferably already bonded.
  • Support elevation preferably aligns horizontally with the first receiving surface, so that the substrate can be kept particularly flat.
  • the central elevation and the at least one support elevation can generally be configured in any way.
  • the contours of the first receiving surface and the second receiving surface can also be configured as desired.
  • receiving surface means, in particular, an upper part of the respective elevation (central elevation and supporting elevation) that protrudes from the substrate holder surface and on which the substrate rests in the arranged state. During bonding, the substrate or the substrate stack being bonded is supported by the elevations.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the substrate holder has at least three, preferably at least four, most preferably at least eight or more supporting elevations. If the substrate is supported by a number of supporting elevations, the bonding result can advantageously be further improved.
  • the support elevations each have a second receiving surface.
  • the respective second receiving areas of the support elevations are each smaller than the first receiving area of the central elevation. If the support elevations are controllable or vertically and/or horizontally movable support elevations, the support behavior of the substrate holder can also be controlled in this way.
  • a vertical movement of the support elevations, which can preferably be moved individually, can advantageously result in an alignment of the respective second receiving surface. In this way, the support bumps can support the substrate particularly flat.
  • individual support elevations can be dismantled or so far in the direction of the substrate holder surface or below it be arranged so that the substrate is unsupported by individual bumps of support. If a support elevation can be moved vertically, the exact position of the support of the substrate can advantageously be determined. In this way, the bonding error can advantageously be further reduced, since the positions of the support can be matched individually to the bonding process by the respective support elevations.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the first recording area of the central elevation is at least 1.1 times, preferably at least 1.2 times, more preferably at least 1.5 times, most preferably at least 2 times, most preferably at least 3 times larger as the second receiving surface of the at least one support bump.
  • the first receiving surface of the central elevation can thus advantageously support the substrate over a larger area.
  • the first receiving surface of the central elevation is circular.
  • the central elevation is preferably also round.
  • the circular receiving surface of the central elevation advantageously allows a radially symmetrical support of the substrate in the area of the first receiving surface. In particular when round wafers are bonded, a circular first receiving surface can lead to an improved bonding result.
  • At least two, preferably at least three, most preferably four or more support elevations are arranged in a radial position around a center point of the central elevation.
  • Two or more supporting elevations can also be arranged in each case on a plurality of radial positions.
  • the focal point is in particular the theoretical one Center of gravity of the first recording surface.
  • the center point is formed by an arbitrarily positioned reference point. If the first receiving surface of the central elevation is circular and the central elevation is arranged centrally on the wafer, the center point in the vertical direction is preferably aligned with the center point of the substrate holder surface. In this case, particularly round substrates can advantageously be bonded from the inside out.
  • a radial position is thus defined by a specific distance from the center point or the reference point. At least two support elevations are arranged at this radial position or at the specific distance. In this way, the substrate can be advantageously supported by the substrate holder at specific positions at a distance from the center during bonding. In particular when the substrate is excited above the center point or the reference point during bonding, a vibration of the substrate can be picked up radially symmetrically by the support elevations, in particular at the same point in time.
  • the second receiving surfaces of the respective support elevations arranged in a radial position are of the same design.
  • the substrate can be supported particularly uniformly by the respective support elevations at the respective radial position.
  • an oscillation of the substrate with increasing distance from the center is not changed differently or is influenced as equally as possible by the identically designed support elevations on a radial position.
  • the support elevations arranged on a radial position follow the same circle along a circle defined by the respective radial position distance from each other.
  • the circular arc lines between the support elevations along the circle or on the radial position are therefore of equal length. In this way, the substrate on the substrate holder can be supported particularly evenly by the support elevations.
  • the respective second receiving surfaces of the support elevations in a first radial position are larger than the respective second receiving surfaces of the support elevations in a second radial position, with the first radial position having a smaller distance from the center point of the central elevation.
  • the first radial position is therefore closer to the center point or to the reference point.
  • the size of the respective second recording areas decreases with a greater distance from the central elevation.
  • the substrate can be supported particularly effectively.
  • an overall contact area or an overall contact area can advantageously be kept particularly small.
  • At least one radial position are aligned with an oscillation amplitude of the substrate, preferably an oscillation amplitude in the direction of the substrate holder surface of the substrate.
  • the substrate is only supported by the substrate holder at well-defined points at which a maximum downward deflection of the specific substrate in the direction of the substrate holder surface occurs.
  • the vibration behavior during bonding is determined beforehand, or the vibration behavior is determined on the basis of a bonding error of a previously performed bonding process. It is also conceivable that the vibration behavior of the substrate stack to be bonded is determined.
  • the support elevations are arranged on the substrate holder so that the substrate can be supported particularly effectively. In addition, the bond result is further improved. If the support elevations or the at least one support elevation can be moved horizontally, the substrate holder can advantageously be adjusted to the specific substrate or to the bonding process of the substrate stack.
  • the invention relates to a bonding device for bonding substrates, the bonding device having at least one substrate holder according to the invention.
  • Both substrate holders can also be substrate holders according to the invention. It is particularly important that one of the substrates is held or supported by a substrate holder according to the invention during bonding. The bonding result can be improved in this way. Furthermore, the local distortions between two substrates to be bonded can be reduced.
  • the invention relates to a method for producing a substrate holder for bonding substrates, having at least the following steps: i) providing a substrate holder, ii) producing a central elevation with a first receiving surface, iii) producing at least one supporting elevation with a second receiving surface, the first receiving surface is larger than the second receiving surface.
  • the substrate holder produced can advantageously support a substrate on the larger first receiving surface of the central boss.
  • the central survey in step ii) and the at least one support survey in step iii) can be generated in different ways. In this case, the elevations are raised relative to the substrate holder surface after they have been produced. The central survey and the at least one Support elevations thus protrude from the substrate holder surface, so that a substrate can be arranged on the first receiving surface and the second receiving surface.
  • the method for producing a substrate holder additionally has the following steps: a) determining a vibration behavior of a substrate, b) determining positions of the vibration amplitudes in the direction of the substrate holder of the substrate during bonding, with the generation of the at least one support survey in step iii) takes place at one of the positions determined according to step b).
  • Several support surveys can also be carried out on several positions determined in step b). The positions are in particular radial positions. Determining the vibration behavior of the substrate in step a) can also include the overall vibration behavior of the substrate stack to be bonded, consisting of the determined first substrate, which is to be arranged on the substrate holder to be produced, and a wide substrate.
  • the vibration behavior is preferably determined by means of calculations based on the theory of elasticity for a specific substrate or the substrate stack to be bonded. Generating the support elevations at the positions at which the vibration amplitudes occur in the direction of the substrate holder thus enables improved support of the substrate or of the substrate stack by the substrate stack produced on the ground.
  • the method for producing a substrate holder additionally has the following steps: iv) bonding the substrate to another substrate to form a substrate stack, v) determining a bonding error in the substrate stack, vi) determining positions of the vibration amplitudes of the substrate during bonding based on the bonding error, vii) positioning the at least one support elevation on one of the in step vi) determined position.
  • the positioning in step vii) includes in particular a new arrangement of the support elevations and a new generation of the support elevations, possibly also on a newly provided substrate holder.
  • the bonding error includes, in particular, local distortions between the substrate and the further substrate.
  • This bonding error can be determined, for example, as a vector of dislocation or relocation. On this basis, in particular the actually occurring vibration behavior of the substrate or the substrate stack during bonding is determined.
  • the vibration amplitudes determined in this way in the direction of the substrate holder serve as a basis for the positioning of the at least one support elevation or the support elevations.
  • the positions are preferably determined as radial positions. Steps iv) to vii) can then optionally be repeated until a desired bonding result is achieved. In this way, the bonding result can be further improved and the substrate or the substrate stack can be optimally supported during bonding by the substrate holder produced in this way.
  • the invention relates to a method for bonding substrates, in particular with a bonding device according to the invention, at least with the following steps: i) providing a substrate on a substrate holder according to the invention, ii) providing a further substrate on a further substrate holder, iii) bonding the substrate to the further substrate to form a substrate stack, the substrate and/or the substrate stack being supported by the first receiving surface of the central elevation during the bonding in step iii).
  • the substrate is arranged on the substrate holder and thus on the first receiving surface of the central elevation and on the second receiving surface/the second receiving surfaces of the at least one supporting elevation/supporting elevations.
  • the larger first receiving area of the central elevation supports the substrate during the bonding process and thus also the substrate stack that is being formed. In this way, an improved bonding result can be achieved in the bonding method.
  • the at least one support elevation or the support elevations support the substrate/the substrate stack at a position at which a maximum deflection in the direction of the substrate holder occurs.
  • a plurality of supporting elevations support the substrate or the substrate stack at each radial position at which an oscillation amplitude occurs. In this way, the bonding result can be further improved.
  • One aspect of the invention consists in manufacturing the elevations, ie the central elevation and the supporting elevations, of the substrate holder in such a way that the positions of the elevations on the substrate holder are identical are respectively arranged in the same area as the positions at which the amplitudes of the vibrations of the substrates to be bonded or the resulting substrate stack occur.
  • the positions of the elevations can first be calculated theoretically for a specific substrate or the vibration behavior of the substrate stack is simulated for different positions. Sub strate are then bonded with at least one correspondingly manufactured substrate holder and the bond result is then measured.
  • the positions of the elevations can then be adjusted or optimized, if necessary, so that the elevations only support the resulting substrate stack during bonding in the range of the amplitudes or the maximum deflections. In this way, the bonding result can be improved and the local distortions in the substrate stack can at least be reduced.
  • One advantage is that known concepts for substrate holders can be used and the shape and/or the position of the elevations in a substrate holder can be adapted with little effort. Although corresponding substrate holders have to be newly manufactured, better bonding results are achieved with these new substrate holders. In particular, the local distortions can be reduced.
  • the idea is that at least one substrate holder is constructed in such a way that the substrate lying on it is only supported by the elevations at well-defined points.
  • the positions of the elevations are selected in such a way that the substrate rests on the elevations precisely at the points or areas at which the amplitudes of an elastic deformation of a continuous elastic wave occur.
  • a vibration is understood to mean an elastic, in particular time-dependent, distortion of a substrate.
  • the vibration is in particular a solution of an elasticity-theoretical differential equation or a differential equation system for plates, in particular at least partially round plates, since the substrates can be regarded as plates.
  • a wave is understood to mean an elastic, in particular time- and position-dependent, distortion of a substrate.
  • the wave is in particular a solution of an elasticity-theoretical differential equation or a differential equation system for plates, in particular at least partially round plates.
  • waves are also position-dependent. They are able to propagate spatially, especially as wave packets.
  • the oscillations are damped, that is to say their amplitude decreases as a function of time.
  • the amplitude also decreases as a function of location, particularly from the center of the preferably round substrate to the edge.
  • the substrate holder has one zone. Since there are no different zones, they do not have to be separated from one another and the elevations are the only support points for the substrate. These can now be constructed particularly preferably at exactly the points at which the amplitudes of the vibrations, in particular in the direction of the substrate holder, of the sub strate arise during the bonding process.
  • the substrate holder is a zone substrate holder.
  • a zone substrate holder is a substrate holder that has functional areas called zones. Zones generally have a function, specifically the task of fixation. Since the zones can be controlled individually, the fixation can also be controlled individually, in particular depending on the location.
  • the substrate holder has at least 2, preferably at least 4, more preferably at least 6, most preferably at least 8, most preferably at least 12 zones.
  • the zones are preferably arranged symmetrically, preferably as segments of a circle.
  • n zones are arranged, preferably along the same angular ranges along an angular coordinate line.
  • the zones then have n-fold symmetry along the angular coordinate line at a radial coordinate. Multiple angular coordinate lines at different radial coordinates are possible.
  • a zone preferably has several elevations. Zone substrate holders are, for example, in the references
  • the substrate holder can be made of any material.
  • the substrate holder consists of several components that are made of several materials.
  • the use of the following material classes is particularly advantageous or materials for the components that form the surveys
  • Substrate holders made from silicon nitride according to the invention show particularly good results. Accordingly, the use of silicon nitride as the material for the elevations is preferred. Silicon nitride has a Young's modulus of around 300 GPa. The modulus of elasticity of pure titanium is around 105 GPa, the modulus of elasticity of a tool steel is around 210-250 GPa. The elevations are preferably made from a material with the highest possible modulus of elasticity. In particular, materials with a high modulus of elasticity generally also have relatively high hardness values.
  • Elevations protrude from the substrate holder surface and, through the first receiving surface and the second receiving surface, form a support surface for supporting the substrate and for reducing local distortions.
  • the central bump and support bumps are bumps that are placed at well-defined locations to provide an improved bonding result.
  • the elevations are pins that can be inserted or screwed into prefabricated bores or threads. This makes it possible, in particular, to change the position of the elevations.
  • the elevations are switchable elements, in particular piezo elements, which can be brought to a well-defined level by a voltage. In this way, in particular, a dynamic adjustment of the position of the receiving surfaces of the elevations can be ensured. In this way, the corresponding substrate can be picked up evenly or evenly as desired.
  • the additional bumps may serve the purpose of further supporting the substrate in the static state so as to prevent or at least minimize excessive sagging between bumps.
  • the additional elevations have much smaller bearing surfaces or diameters than the elevations. Since the additional elevations do not absorb the amplitudes of the oscillating substrates, but only have a supporting effect, the additional elevations are preferably dimensioned and constructed correspondingly narrower.
  • the additional elevations have additional bearing surfaces. Together with the bearing surfaces of the elevations, the further bearing surfaces of the additional elevations form an overall receiving surface or an overall bearing surface for a substrate that can be arranged on the substrate holder.
  • the additional elevations have less than 1.0 times, preferably less than 0.8 times, more preferably less than 0.5 times, most preferably less than 0.1 times, most preferably less than 0.05 times the Recording area or the diameter of the central elevation.
  • the additional elevations are made of a different material than the elevations. It is conceivable, for example, that the additional elevations are produced from a polymer as part of an insert mat. This insert mat can then be easily installed or inserted into the substrate holder with corresponding recesses for the elevations. The mat insert with the additional elevations is then preferably an injection molded part. Polymers advantageously have a particularly low level of contamination with respect to semiconductor materials.
  • a first exemplary method for producing a substrate holder includes in particular the following steps.
  • the vibration parameters of a given substrate or a substrate stack are calculated as a function of location and/or time.
  • the calculation is carried out analytically, but preferably numerically, in particular with FEM programs.
  • the FEM programs are preferably already integrated in the design software, which is also used to design the substrate holder.
  • a calculation of the substrate or the substrate stack based on the theory of elasticity in relation to the substrate holder to be produced can thus be implemented in a particularly simple and efficient manner.
  • the initial and boundary conditions must be known. These include in particular
  • the substrate holder is manufactured.
  • the central elevation which has a larger receiving surface, is preferably produced at a position at which an initial contact of the substrate that can be arranged on the substrate holder with a further substrate is to take place.
  • care is taken to ensure that the elevations, in particular the at least one supporting elevation or the supporting elevations, are located precisely at the positions at which, according to the calculations based on theory of elasticity, the amplitudes of the elastic oscillation occur during the bonding process.
  • a bonding process is carried out between two substrates with the substrate holder produced.
  • the bond is checked using appropriate metrology systems.
  • the metrology systems should be able to detect the smallest local distortions. Should the bonding result with the substrate holder produced deliver fewer and/or smaller defects in the bond than with a conventional or reference substrate holder, in which the elevations in particular do not correspond to the calculations according to the first Process step are distributed. Should distortions nevertheless be detectable during the examination, the positions and/or strengths of the distortions can be used in order to optimize the manufactured substrate holder, in particular the position and/or the diameter or the size of the recording areas of the elevations.
  • the substrate holder produced can be adapted or another substrate holder can be produced which has the improved arrangement of the elevations determined according to the fourth method step, in particular of the at least one support elevation, and the optimized dimensions of the contact surfaces of the elevations.
  • the metrology system is preferably an interferometer, more preferably an interferometer that can measure the front and back simultaneously.
  • the production method is preferably carried out several times in succession for a specific bonding process with similarly or identically designed substrates to be bonded.
  • a first substrate is loaded onto a first, in particular upper, substrate holder.
  • a second substrate is loaded onto a second, in particular lower, substrate holder.
  • both substrate holders are substrate holders according to the invention.
  • the upper substrate is only fixed in order to be dropped onto the lower substrate in a controlled manner, especially after a bend.
  • the vibration therefore occurs in particular during the process of contacting the upper substrate with the lower substrate, so that preferably only the lower substrate holder is a substrate holder according to the invention.
  • the vibration initiated by the contact is dampened by the central elevation of the lower substrate holder.
  • the first receiving area of the central elevation supports the substrate on a larger area than the at least one supporting elevation in the area of the smaller second receiving area.
  • the upper substrate is brought into contact with the lower substrate, in particular in a controlled manner.
  • Controlled means that there is a curvature of the upper substrate in particular in order to contact the lower substrate, in particular centrically and in a point-like manner.
  • the point of contact is aligned with the center of the central elevation.
  • the lower substrate holder has means for curving the lower substrate. For the sake of simplicity, it is assumed that the lower substrate is located flat on the lower substrate holder according to the invention.
  • Controlled also means that the upper substrate is gradually detached, especially from the center to the edge.
  • the formation of an elastic wave in the upper and/or lower substrate is already possible when the upper substrate is still partially fixed to the upper substrate holder.
  • each dynamic change in the state of one of the two substrates is associated with the formation of an elastic wave.
  • the upper substrate is completely detached from the upper substrate holder and left to its own devices. In particular, from this state it is completely subject to the influence of the gravitational force.
  • the formation of an elastic corrugation in the upper and/or lower substrate and thus an influencing of the bonding result is at its maximum. In particular, not only do the individual parts of the substrate parts not yet in contact with one another vibrate in the direction of the substrate edge, but also the entire, at least partially bonded, substrate stack.
  • Figure la is a schematic representation of an embodiment of a substrate holder according to the invention in a top view
  • FIG. 1b shows a schematic representation of a substrate holder according to the invention according to FIG. 1a in a side view
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a substrate holder according to the invention in a side view with an oscillating substrate stack.
  • Neither the substrate holder nor the bumps (central bump and support bumps), substrate stack, amplitudes or other features are shown to the correct scale.
  • the elevations and above all the amplitudes of the deformed substrates are shown many times larger in order to facilitate the presentation and to understand the desired effect of reducing local distortions to enhance.
  • only those features of the substrate holder are shown which serve to understand the invention.
  • superfluous features were not shown.
  • An actual substrate holder generally consists of more components.
  • FIG. 1a shows a plan view of a substrate holder 1 according to the invention.
  • a central elevation in the form of a central elevation 2 can be seen, which has a larger central elevation diameter d than the elevations in the form of supporting elevations 2', 2''.
  • Empirical measurements have shown that the contact point has the greatest distortions and amplitudes when two substrates 5, 5' (not shown) are bonded.
  • the first receiving area of the central elevation is larger than a second receiving area of a supporting elevation.
  • the receiving surfaces of the elevations, ie the central elevation 2 and the supporting elevations 2′, 2′′ are round.
  • the central elevation 2 has a larger first receiving area due to the larger central elevation diameter d in each case s than the second receiving areas of the supporting elevations 2', 2" with the supporting elevation diameters d', d".
  • a reference 4 is provided with respect to which a substrate 5, 5' is aligned. In most cases only the lower substrate 5 is compared to the reference 4 aligned while the upper substrate 5' is aligned relative to the lower substrate 5.
  • the reference 4 can be a positioning pin, for example, which is used to define the position of a notch in a substrate, in particular a wafer. A surface along which a flat side of a substrate, in particular a wafer, is positioned would also be conceivable. Also conceivable would be an alignment mark with respect to which a substrate 5 is positioned and oriented. Eight symmetrically arranged fixing elements 3 can also be seen.
  • each zone or each segment preferably has at least one fixing element.
  • a reference 4 is preferably omitted and the lower substrate 5 is aligned directly in relation to the elevations 2, 2', 2''.
  • the lower substrate 5 is placed on the substrate holder according to the invention.
  • the upper substrate 5' is positioned relative to the lower substrate 5 using optical alignment equipment.
  • the upper substrate 5′ approaches the lower substrate 5, preferably first centrically, in that a contacting element (not shown), for example a pin or the fluid flow of a nozzle, bends through the upper substrate 5′.
  • a contacting element for example a pin or the fluid flow of a nozzle
  • FIG. 1b shows a side view of a substrate holder 1 according to the invention with a centrally arranged central elevation 2 and several supporting elevations 2′, 2′′.
  • the elevations 2, 2′, 2′′ each have a diameter d, d′, d′′.
  • the support elevation diameters are constant or of equal size along a radial position x′, x′′.
  • the elevations 2, 2′, 2′′ can generally also have different shapes (not shown here).
  • The, having a larger first receiving surface, Central elevation 2 is positioned in the center of the round substrate holder surface in the illustrated embodiment. Starting from the center of the substrate holder 1 or the central elevation 2, the supporting elevations 2', 2'' are arranged in a specific radial position x', x''.
  • the support elevations 2', 2'' are distributed symmetrically.
  • the support elevations 2′ are arranged at a radial position x′ and the support elevations 2′′ at a radial position x′′ further away from the center.
  • the respective second receiving surfaces of the supporting elevations 2′ are smaller than the respective second receiving surfaces of the supporting elevations 2′′. In this respect, the size of the receiving area of the support elevations decreases towards the outside and thus with the radial position.
  • the radial positions x′, x′′ of the support elevations 2′, 2′′ are each arranged in such a way that they are aligned with a position of a maximum vibration of an elastic vibration occurring during bonding in the direction of the substrate holder. In this way, the substrate 5 or the substrate stack can be supported during bonding at the amplitudes of the vibration maxima at which the expected and preferably calculated and measured vibration maxima occur.
  • the exact position and number of the support elevations 2', 2" is determined in particular by empirical tests and/or theoretical vibration calculations.
  • FIG. 2 shows a side view of a substrate holder 1 according to the invention, on which a lower substrate 5 and an upper substrate 5' are bonded to one another.
  • the state can be seen directly after the two substrates 5, 5' have been fully contacted.
  • An upper substrate holder is not shown. It can be seen that due to the bonding process, in particular the dropping of the upper substrate 5', an oscillation process occurs.
  • the amplitude which decreases in particular from the center to the edge, is shown in an exaggerated manner. the actual Amplitudes are in the micrometer to nanometer range. However, it is recognizable that the amplitudes occur in the direction of the substrate holder 1 at the positions of the elevations 2, 2', 2''.
  • the greatest amplitude occurs in the direction of the substrate holder at the position of the central elevation 2 having the larger first receiving surface.
  • the support elevations 2′, 2′′ are also arranged in the areas where a maximum deflection of the vibration in the direction of the substrate holder occurs. In this way, the errors between the first substrate 5 and the second substrate 5' relative to each other are minimized.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Substrathalter, eine Bondvorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung eines Substrathalters sowie ein Verfahren zum Bonden.

Description

B e s c h r e i b u n g
Substrathalter und Verfahren zur Herstellung eines Substrathalters zum Bonden
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Substrathalter, eine Bondvorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung eines Substrathalters und ein Verfahren zum Boden von Substraten, insbesondere zum Fusionsbonden oder Hybridbonden.
Im Stand der Technik existiert eine Vielzahl von Substrathaltern. Insbesondere werden in den letzten Jahren Sub strathalter konstruiert, bei denen ein fixiertes Substrat nicht vollflächig, sondern nur partiell, insbesondere auf Erhebungen, aufliegt. Diese Erhebungen werden im Stand der Technik manchmal auch als Noppen oder Stifte bezeichnet. Im weiteren Verlauf des Textes wird das Wort Erhebung verwendet. Diese Erhebungen haben mehrere unterschiedliche Effekte. Einerseits sollen sie eine Rückseitenkontamination des Substrats minimieren. Substrate, die nicht vollflächig, sondern nur partiell mit einem Sub strathalter in Berührung kommen, weisen vorwiegend nur an den Kontaktstellen Verunreinigungen und Kontamination auf. Ein weiterer Grund für die Verwendung von solchen Substrathaltern besteht in der Möglichkeit, den Zwischenraum der Erhebungen entweder zu evakuieren, um ein Fixierelement bereitzustellen oder den Zwischenraum mit einem Fluid, insbesondere einem Gas, zu fluten, um einen physikalischen Effekt zu erzielen. Einige Substrathalter grenzen unterschiedliche Bereiche, in denen sich solche Erhebungen befinden, zueinander ab, so dass von segmentierten Substrathaltern gesprochen werden kann. Die Herstellung eines solchen Segments erfolgt hauptsächlich durch Fräsen. Die Erhebungen werden beispielsweise aus dem Material herausgefräst. Mehrere solcher Segmente können vorzugswei se einzeln evakuiert und/oder mit einem Fluid gespült werden. Insbesondere können einige Segmente das auf den Erhebungen angeordnete beziehungsweise aufgelegte Substrat durch Erzeugung eines Vakuums fixieren. Zudem können dabei andere Segmente mit einem Fluid geflutet werden, wobei ein Überdruck im j eweiligen Segment erzeugt wird und das Substrat gezielt gekrümmt werden kann. Dabei kann beispielsweise ein konvex gekrümmtes beziehungsweise nach außen gewölbtes Substrat vorteilhaft mit einem weiteren Substrat zielgerichtet im Bereich der Wölbung kontaktiert und somit gebondet werden. Ein Kontaktieren kann beispielsweise durch ein Fallenlassen eines Substrates auf ein weiteres Substrat erfolgen.
Von diesem initialen Berührpunkt der beiden Substrate ausgehend breitet sich eine sogenannte Bondwelle aus, so dass sich die beiden Substrate entlang der Bondwelle gebondet werden.
Ein Problem im Stand der Technik besteht darin, dass beim Bonden, insbesondere beim Fusionsbonden, sich ein oberes Substrat und ein unteres Substrat während dem Fortlaufen der Bondwelle, insbesondere lokal, verzerren und es so zu einem nicht exakten Bondergebnis kommt. Der Fehler, um den das obere Substrat relativ zum unteren Substrat verschoben i st, kann durch einen Vektor beschrieben werden. Insbesondere sind die Fehler ortsabhängig, das heißt die räumliche Verteilung der Fehler kann durch ein Vektorfeld beschrieben werden. Es gibt mehrere Gründe für die lokalen Verschiebungen der zwei Substrate während des Bondvorgangs. Ein Grund ist die mit der Bondwelle einhergehende Ausbreitung elastischer und fortlaufender Wellen. Ein weiterer Grund i st, dass das obere Substrat und das untere Substrat nach einer Kontaktierung in Schwingung versetzt werden. Zudem beeinflussen diese insbesondere elastischen Schwingungen auch das Bondergebnis des gebondeten Substratstapels aus dem unteren und dem oberen Sub strat.
In einem Idealzustand würde ein oberes Substrat relativ zu einem unteren Substrat ausgerichtet und dann fallengelassen werden, so dass sich die Bondwelle ohne eine elastische Welle des oberen und/oder unteren Substrats ausdehnen kann. Experimente und Berechnungen haben allerdings gezeigt, dass durch das Fallenlassen des oberen Substrats und/oder durch die Kontaktierung beider Substrate das untere Substrat, insbesondere beide Substrate, zu schwingen beginnen. Beide Substrate beziehungsweise der sich durch Ausbreiten der Bondwelle fusionierende Sub stratstapel aus dem oberen und dem unteren Substrat werden angeregt. Die Amplitude der Schwingung liegt im Submikrometer, insbesondere Nanometerbereich und ist schwer nachweisbar. Nachweisbar sind allerdings Fehler beziehungsweise Verzerrungen, die in Folge dieser Schwingungen entstehen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Sub strathalter, eine Bondvorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung eines Substrathalters sowie ein Verfahren zum Bonden aufzuzeigen, welche die im Stand der Technik aufgeführten Nachteile zumindest zum Teil beseitigen, insbesondere vollständig beseitigen. Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Substrathalter, eine verbesserte Bondvorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung eines Sub strathalters sowie ein Verfahren zum Bonden aufzuzeigen. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Substrathalter, eine Bondvorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung eines Substrathalters sowie ein Verfahren zum Bonden aufzuzeigen, mit deren Hilfe ein verbessertes Bondergebnis erzielt werden kann. Zudem ist Aufgabe der Erfindung einen Substrathalter, eine Bondvorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung eines Substrathalters sowie ein Verfahren zum Bonden aufzuzeigen, mit deren Hilfe lokale Verzerrungen der Substrate, insbesondere in Folge von beim Bonden entstehenden Schwingungen des Substrates beziehungsweise des zu verbondenden Sub stratstapels, reduziert werden können, insbesondere verhindert werden können.
Die vorliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei in der Beschreibung, in den Ansprüchen und/oder den Zeichnungen angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart gelten und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein.
Demnach betrifft die Erfindung einen Substrathalter zum Bonden von Substraten, insbesondere zum Fusionsbonden oder Hybridbonden, zumindest aufwei send eine Substrathalteroberfläche, eine auf der Substrathalteroberfläche, insbesondere mittig auf der Substrathalteroberfläche, angeordnete Zentralerhebung mit einer ersten Aufnahmefläche und mindestens eine auf der Substrathalteroberfläche angeordnete Unterstützungserhebung mit einer zweiten Aufnahmefläche, wobei auf der ersten Aufnahmefläche der Zentralerhebung und auf der zweiten Aufnahmefläche der mindestens einen Unterstützungserhebung ein Substrat anordbar ist, und wobei die erste Aufnahmefläche größer i st als die zweite Aufnahmefläche.
Es hat sich überraschend bei Experimenten gezeigt, dass eine Zentralerhebung mit einer größeren ersten Aufnahmefläche als die zweiten Aufnahmeflächen der mindestens einen Unterstützungserhebung zu einem verbesserten Bondergebnis führt. Im Folgenden wird einer der Gründe für ein schlechtes Bondergebnis durch eine zu kleine Aufnahmefläche dargestellt. Der Bond beginnt an einem Kontaktpunkt zwischen den beiden Substraten. Vorzugsweise wird mindestens eines der beiden Substrate für die Kontaktierung mit Hilfe eines Verformungsmittels verformt. Das Verformungsmittel muss dazu eine Kraft auf das Sub strat aufbringen, welche ebenfalls auf den Zentralerhebung wirkt. Ist der Zentralerhebung zu klein dimensioniert, wirkt ein relativ hoher Druck und verformt die Zentralerhebung elastisch oder im schlimmsten Fall sogar plastisch. Durch die Verformung der Zentralerhebung kann die Bondwelle nicht optimal initiiert werden und es wird bereits bei der Bondinitiierung ein Fehler eingebaut, der sich im schlimmsten Fall auf das gesamte Bondergebnis, d.h. über die gesamte Fläche, ausbreitet. Dabei hat sich überraschend herausgestellt, dass insbesondere das Verhältnis der Zentralerhebung zu den anderen Erhebungen für das Bondergebnis entscheidend ist. Wird die Aufnahmefläche der Zentralerhebung entsprechend groß dimensioniert, ist der auf die Zentralerhebung wirkende Druck bei gleicher Kraft geringer. Dadurch wird die Zentralerhebung beziehungsweise das Substrat weniger stark elastisch und/oder plastisch verformt.
Mit dem erfindungsgemäßen Substrathalter können insbesondere die lokalen Verzerrungen im gebondeten Substratstapel reduziert werden und gleichzeitig die Vorteile eines Substrathalters mit Erhebungen genutzt werden, bei welchem das Substrat nur partiell aufliegt. Vorzugsweise wird ein auf dem erfindungsgemäßen Substrathalter angeordnetes Substrat mit einem weiteren Substrat so kontaktiert, dass die Zentralerhebung mit einem initialen Kontaktpunkt fluchtet. Bei dem Bonden entstehende Schwingungen im Substrat beziehungsweise im Sub stratstapel können besonders effektiv von der Zentralerhebung beziehungsweise von der ersten Aufnahmefläche verringert werden.
Das Substrat, welches auf dem erfindungsgemäßen Substrathalter auf der ersten Aufnahmefläche und der zweiten Aufnahmefläche aufliegt, kann auch selbst durch einen, vorzugsweise bereits gebondeten, Sub stratstapel gebildet werden. Die zweite Aufnahmefläche der mindestens einen
Unterstützungserhebung fluchtet horizontal vorzugsweise mit der ersten Aufnahmefläche, so dass das Sub strat besonders eben gehalten werden kann. Die Zentralerhebung und die mindestens eine Unterstützungserhebung kann generell beliebig ausgebildet sein. Entsprechend können auch die Konturen der erste Aufnahmefläche und der zweite Aufnahmefläche beliebig ausgebildet sein. Mit Aufnahmefläche ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein oberer und der Substrathalteroberfläche vorstehender Teil der j eweiligen Erhebung (Zentralerhebung und Unterstützungserhebung) gemeint, auf dem das Substrat im angeordneten Zustand aufliegt. Beim Bonden wird das Substrat beziehungsweise der sich bondende Substratstapel von den Erhebungen gestützt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Substrathalter mindestens drei, bevorzugt mindestens vier, am bevorzugtesten mindestens acht oder mehr Unterstützungserhebungen aufweist. Wird das Substrat durch mehrere Unterstützungserhebungen gestützt, kann das Bondergebnis vorteilhaft weiter verbessert werden. Dabei weisen die Unterstützungserhebungen j eweils eine zweite Aufnahmefläche auf. Dabei sind die j eweiligen zweiten Aufnahmeflächen der Unterstützungserhebungen j eweils kleiner als die erste Aufnahmefläche der Zentralerhebung. Sollte es sich bei den Unterstützungserhebungen um regelbare beziehungsweise vertikal und/oder horizontal verfahrbare Unterstützungserhebungen handeln, kann auf diese Weise zusätzlich das Stützverhalten des Sub strathalters gesteuert werden. Durch ein vertikales Verfahren der vorzugsweise einzeln verfahrbaren Unterstützungserhebungen, kann vorteilhaft eine Ausrichtung der j eweiligen zweiten Aufnahmefläche erfolgen. Auf diese Weise können die Unterstützungserhebungen das Substrat besonders eben stützen. Zudem können einzelne Unterstützungserhebungen demontiert oder soweit in Richtung der Substrathalteroberfläche beziehungswei se unter dieser angeordnet werden, so dass das Substrat von einzelnen Unterstützungserhebungen nicht gestützt wird. Bei einer vertikalen Verfahrbarkeit einer Unterstützungserhebung, kann vorteilhaft die genaue Position der Stützung des Sub strates festgelegt werden. Auf diese Wei se kann vorteilhaft der Bondfehler weiter reduziert werden, da die Positionen der Stützung durch die j eweiligen Unterstützungserhebungen individuell auf den Bondvorgang abgestimmt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Aufnahmefläche der Zentralerhebung mindestens 1 .1 -mal, bevorzugt mindestens 1.2-mal, noch bevorzugter mindestens 1.5 -mal, am bevorzugtesten mindestens 2-mal, am allerbevorzugtesten mindesten 3 -mal größer ist als die zweite Aufnahmefläche der mindestens einen Unterstützungserhebung. Die erste Aufnahmefläche der Zentralerhebung kann das Substrat somit vorteilhaft in einem größeren Bereich stützen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Aufnahmefläche der Zentralerhebung kreisrund ausgebildet ist. In diesem Fall ist die Zentralerhebung vorzugsweise ebenfalls rund ausgebildet. Die kreisrunde Aufnahmefläche der Zentralerhebung erlaubt vorteilhaft eine radialsymmetrische Stützung des Sub strates im Bereich der ersten Aufnahmefläche. Insbesondere bei dem Bonden von runden Wafern kann eine kreisrund ausgebildete erste Aufnahmefläche zu einem verbesserten Bondergebnis führen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass j eweils mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, am bevorzugtesten vier oder mehr Unterstützungserhebungen auf einer Radialpositionen um einen Mittelpunkt der Zentralerhebung angeordnet sind. Dabei können auch auf mehreren Radialpositionen j eweil s zwei oder mehr Unterstützungserhebungen angeordnet sein. Der Mittelpunkt ist dabei insbesondere der theoretische Schwerpunkt der ersten Aufnahmefläche. Jedoch ist es auch denkbar, dass der Mittelpunkt durch einen beliebig positionierten Referenzpunkt gebildet wird. Ist die erste Aufnahmefläche der Zentralerhebung kreisrund ausgebildet und die Zentralerhebung mittig auf dem Wafer angeordnet, fluchtet der Mittelpunkt in vertikaler Richtung vorzugsweise mit dem Mittelpunkt der Substrathalteroberfläche. Dabei können besonders runde Substrate vorteilhaft von innen nach außen gebondet werden. Eine Radialposition ist somit durch einen bestimmten Abstand von dem Mittelpunkt beziehungsweise dem Referenzpunkt definiert. Auf dieser Radialposition beziehungsweise in dem bestimmten Ab stand sind mindestens zwei Unterstützungserhebungen angeordnet. Auf diese Weise kann das Sub strat bei Bonden von dem Substrathalter vorteilhaft an bestimmten Positionen im Abstand zum Mittelpunkt gestützt werden. Insbesondere bei einer Anregung des Substrates oberhalb des Mittelpunktes beziehungsweise des Referenzpunktes beim Bonden, kann eine Schwingung des Substrates radialsymmetri sch von den Unterstützungserhebungen, insbesondere zum gleichen Zeitpunkt, aufgenommen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweiten Aufnahmeflächen der j eweiligen auf einer Radialposition angeordneten Unterstützungserhebungen gleich ausgebildet sind. Auf diese Weise kann das Substrat an der j eweiligen Radialposition besonders gleichmäßig von den j eweiligen Unterstützungserhebungen gestützt werden. Insbesondere wird ein Schwingen des Sub strates mit zunehmendem Ab stand vom Mittelpunkt nicht unterschiedlich verändert beziehungswei se durch die gleich ausgebildeten Unterstützungserhebungen auf einer Radialposition möglichst gleich beeinflusst.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die auf einer Radialposition angeordneten Unterstützungserhebungen entlang eines durch die j eweilige Radialposition definierten Kreises denselben Abstand zueinander aufweisen. Die Kreisbogenlinien zwischen den Unterstützungserhebungen entlang des Kreises beziehungsweise auf der Radialposition sind somit gleich lang. Auf diese Weise kann das Sub strat auf dem Substrathalter von den Unterstützungserhebungen besonders gleichmäßig gestützt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die j eweiligen zweiten Aufnahmeflächen der Unterstützungserhebungen einer ersten Radialposition größer sind als die j eweiligen zweiten Aufnahmeflächen der Unterstützungserhebungen einer zweiten Radialposition, wobei die erste Radialposition einen geringeren Ab stand zum Mittelpunkt der Zentralerhebung aufweist. Die erste Radialposition ist somit näher am Mittelpunkt beziehungsweise an dem Referenzpunkt. In anderen Worten nimmt die Größe der j eweiligen zweiten Aufnahmeflächen mit einem größeren Abstand von der Zentralerhebung ab . Auf diese Weise kann das Sub strat besonders effektiv gestützt werden. Insbesondere kann vorteilhaft eine Gesamtkontaktfläche beziehungsweise eine Gesamtauflagefläche besonders geringgehalten werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Radialposition, bevorzugt alle Radialpositionen, mit einer Schwingungsamplitude des Substrates, vorzugsweise einer Schwingungsamplitude in Richtung der Substrathalteroberfläche des Substrates, fluchten. In anderen Worten wird das Substrat von dem Substrathalter nur an wohl definierten Stellen gestützt, an welchen eine maximale Auslenkung des bestimmten Substrates nach unten in Richtung der Substrathalteroberfläche auftritt. Für das auf dem Substrathalter angeordnete bestimmte Substrat wird insbesondere vorher das Schwingverhalten beim Bonden bestimmt oder auf Grundlage von einem Bondfehler eines vorher durchgeführten Bondvorgangs das Schwingverhalten bestimmt. Auch denkbar ist, dass das Schwingverhalten des zu bondenden Sub stratstapels bestimmt wird. An den j eweiligen Schwingungsamplituden in Richtung des Substrathalters sind die Unterstützungserhebungen angeordnet, so dass ein Stützen des Sub strates besonders effektiv durchführbar ist. Zudem wird das Bondergebnis weiter verbessert. Sind die Unterstützungserhebungen beziehungsweise die mindestens eine Unterstützungserhebung horizontal verfahrbar, kann der Sub strathalter vorteilhaft auf das bestimmte Substrat beziehungsweise auf den Bondvorgang des Sub stratstapels eingestellt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Bondvorrichtung zum Bonden von Substraten, wobei die Bondvorrichtung mindestens einen erfindungsgemäßen Substrathalter aufweist. Dabei können auch beide Substrathalter erfindungsgemäße Substrathalter sein. Entscheidend ist dabei insbesondere, dass beim Bonden eines der Substrate von einem erfindungsgemäßen Substrathalter gehalten beziehungsweise gestützt wird. Auf diese Wei se kann das Bondergebnis verbessert werden. Weiterhin können die lokalen Verzerrungen zwischen zwei zu bondenden Substraten verringert werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Substrathalters zum Bonden von Substraten, mit zumindest den folgenden Schritten : i) Bereitstellen eines Substrathalters, ii) Erzeugen einer Zentralerhebung mit einer ersten Aufnahmefläche, iii) Erzeugen mindestens einer Unterstützungserhebung mit einer zweiten Aufnahmefläche, wobei die erste Aufnahmefläche größer ist als die zweite Aufnahmefläche. Auf diese Wei se kann der hergestellte Substrathalter vorteilhaft ein Substrat auf der größeren ersten Aufnahmefläche der Zentralerhebung stützten. Das Erzeugen der Zentralerhebung in Schritt ii) und der mindestens einen Unterstützungserhebung in Schritt iii) kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Dabei sind die Erhebungen nach dem Erzeugen relativ zu der Substrathalterfläche erhöht. Die Zentralerhebung und die mindestens eine Unterstützungserhebung stehen somit der Substrathalteroberfläche vor, so dass ein Sub strat auf der ersten Aufnahmefläche und der zweiten Aufnahmefläche anordbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren zur Herstellung eines Substrathalters zusätzlich die folgenden Schritte aufweist: a) Bestimmen eines Schwingungsverhaltens eines Substrates, b) Ermitteln von Positionen der Schwingungsamplituden in Richtung des Substrathalters des Substrates beim Bonden, wobei das Erzeugen der mindestens einen Unterstützungserhebung in Schritt iii) an einer der gemäß Schritt b) ermittelten Positionen erfolgt. Dabei können auch mehrere Unterstützungserhebungen auf mehreren in Schritt b) ermittelten Positionen erfolgen. Die Positionen sind insbesondere Radialpositionen. Das Bestimmen des Schwingungsverhaltens des Substrates in Schritt a) kann auch das Gesamtschwingverhalten des zu bondenden Substratstapel s aus dem bestimmten ersten Substrat, welches auf dem herzustellenden Substrathalter angeordnet werden soll, und einem weiten Substrat umfassen. Das Schwingverhalten wird dabei vorzugswei se mittels elastizitätstheoreti schen Berechnungen für ein bestimmtes Substrat beziehungsweise den zu bondenden Substratstapel bestimmt. Das Erzeugen der Unterstützungserhebungen an den Positionen, an denen die Schwingungsamplituden in Richtung des Substrathalters auftreten, ermöglicht somit ein verbessertes Stützen des Sub strates beziehungsweise des Substratstapel s durch den hergestellten Substratstapel beim Boden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren zur Herstellung eines Sub strathalters zusätzlich die folgenden Schritte aufweist: iv) Bonden des Substrates mit einem weiteren Sub strat zu einem Substratstapel, v) Bestimmen eines Bondfehlers des Substratstapels, vi) Ermitteln von Positionen der Schwingungsamplituden des Substrates beim Bonden auf Grundlage des Bondfehlers, vii) Positionieren der mindestens einen Unterstützungserhebung an einer der in Schritt vi) ermittelten Position.
Das Positionieren in Schritt vii) umfasst dabei insbesondere ein erneutes Anordnen der Unterstützungserhebungen sowie ein erneutes Erzeugen der Unterstützungserhebungen, gegebenen Falls auch auf einem neu bereitgestellten Substrathalter. Der Bondfehler umfasst dabei insbesondere lokale Verzerrungen zwischen dem Sub strat und dem weiteren Substrat. Dieser Bondfehler kann beispielsweise als Vektor der Di slokation beziehungsweise Verlagerung bestimmt werden. Auf dieser Grundlage werden insbesondere das tatsächlich auftretende Schwingungsverhalten des Substrates beziehungsweise des Substratstapels beim Bonden bestimmt. Die auf diese Wei se ermittelten Schwingungsamplituden in Richtung des Sub strathalters dienen als Grundlage für die Positionierung der mindestens einen Unterstützungserhebung beziehungsweise der Unterstützungserhebungen. Vorzugswei se werden die Positionen als Radialpositionen ermittelt. Anschließend können optional die Schritte iv) bis vii) widerhold werden, bis ein gewünschtes Bondergebnis erreicht wird. Auf diese Weise kann das Bondergebnis weiter verbessert werden und das Sub strat beziehungsweise der Substratstapel beim Bonden von dem auf diese Weise hergestellten Substrathalter optimal gestützt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bonden von Substraten, insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Bondvorrichtung, zumindest mit den folgenden Schritten: i) Bereitstellen eines Substrates auf einem erfindungsgemäßen Substrathalter, ii) Bereitstellen eines weiteren Sub strates auf einem weiteren Substrathalter, iii) Bonden des Substrates mit dem weiteren Substrat zu einem Substratstapel, wobei das Substrat und/oder der Substratstapel bei dem Bonden in Schritt iii) von der ersten Aufnahmefläche der Zentralerhebung gestützt wird.
Das Substrat i st bei dem Bonden in Schritt iii) auf dem Substrathalter angeordnet und somit auf der ersten Aufnahmefläche der Zentralerhebung sowie auf der zweiten Aufnahmefläche/den zweiten Aufnahmeflächen der mindestens einen Unterstützungserhebung/ der Unterstützungserhebungen. Die größere erste Aufnahmefläche der Zentralerhebung stützt das Substrat bei dem Bondvorgang und somit auch den sich bildenden Substratstapel . Auf diese Weise kann bei dem Verfahren zum Bonden ein verbessertes Bondergebnis erzielt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei dem Verfahren zum Bonden das erste Substrat und/oder der Sub stratstapel bei dem Bonden in Schritt iii) zusätzlich von der mindestens einen Unterstützungserhebung an einer Position einer Schwingungsamplitude des ersten Substrates in Richtung des Substrathalters gestützt wird. Bei dem Bonden in Schritt iii) stützt die mindestens eine Unterstützungserhebung beziehungsweise stützen die Unterstützungserhebungen das Substrat/den Substratstapel an einer Position, an welcher eine maximale Auslenkung in Richtung des Substrathalters auftritt. Besonders bevorzugt stützen auf j eder Radialposition, auf welcher eine Schwingungsamplitude auftritt, mehrere Unterstützungserhebungen das Substrat beziehungsweise den Substratstapel . Auf diese Weise kann das Bondergebnis weiter verbessert werden.
Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, die Erhebungen, also die Zentralerhebung und die Unterstützungserhebungen, des Substrathalters so zu fertigen, dass die Positionen der Erhebungen auf dem Substrathalter identisch sind beziehungswei se im selben Bereich angeordnet sind wie die Positionen an denen die Amplituden der Schwingungen der zu verbondenden Sub strate beziehungsweise des entstehenden Substratstapels entstehen. Dabei können die Positionen der Erhebungen zunächst für ein bestimmtes Substrat theoretisch berechnet werden beziehungsweise es wird das Schwingverhalten des Sub stratstapels für verschiedene Positionen simuliert. Mit zumindest einem entsprechend gefertigten Substrathalter werden dann Sub strate gebondet und anschließend das Bondergebnis vermessen. Anhand der vermessenen Verzerrungen beziehungsweise des Fehler-Vektorfeldes können die Positionen der Erhebungen dann gegebenenfalls noch angepasst beziehungsweise optimiert werden, so dass die Erhebungen den entstehenden Substratstapel beim Bonden nur im Bereich der Amplituden beziehungsweise der maximalen Auslenkungen stützen. Auf diese Weise kann das Bondergebnis verbessert werden und die lokalen Verzerrungen im Substratstapel zumindest verringert werden.
Ein Vorteil besteht darin, dass bekannte Konzepte für Substrathalter verwendet werden können und mit geringem Aufwand die Form und/oder die Position der Erhebungen in einem Substrathalter anpassen kann. Zwar müssen entsprechende Substrathalter neu gefertigt werden, allerdings erzielt man mit diesen neuen Substrathaltern bessere Bondergebnisse. Insbesondere können die lokalen Verzerrungen reduziert werden.
Die Idee besteht insbesondere darin, dass mindestens einen Substrathalter so konstruiert wird, dass das aufliegende Substrat nur an wohldefinierten Stellen von den Erhebungen gestützt wird. Die Positionen der Erhebungen werden so gewählt, dass das Substrat genau an den Punkten beziehungsweise Bereichen auf den Erhebungen aufliegt, an denen die Amplituden einer elastischen Verformung einer fortlaufenden elastischen Welle entstehen. Zur Konstruktion eines solchen Substrathalters sind demnach elastizitätstheoretische Berechnungen und/oder Messungen der fortschreitenden elastischen Wellen durchzuführen. Unter einer Schwingung wird eine elastische, insbesondere zeitabhängige, Verzerrung eines Substrats verstanden. Die Schwingung ist insbesondere eine Lösung einer elastizitätstheoretischen Differentialgleichung beziehungsweise eines Differentialgleichungssystems für, insbesondere zumindest teilweise runde, Platten, da die Sub strate als Platten angesehen werden können.
Unter einer Welle wird eine elastische, insbesondere zeit- und positionsabhängige, Verzerrung eines Substrats verstanden. Die Welle ist insbesondere eine Lösung einer elastizitätstheoretischen Differentialgleichung beziehungsweise eines Differentialgleichungssystems für, insbesondere zumindest teilweise runde, Platten. Wellen sind also, im Gegensatz zu Schwingungen, auch noch positionsabhängig. Sie sind in der Lage, sich räumlich, insbesondere als Wellenpakete, auszubreiten.
Im weiteren Verlauf des Textes wird nicht weiter zwischen einer Schwingung und einer Welle unterschieden. Die zu kompensierenden Phänomene beim Bonden der Substrate zu einem Substratstapel weisen eher einen Schwingungscharakter und keinen Wellencharakter auf. Aus diesem Grund wird im weiteren Verlauf des Textes ausschließlich von Schwingungen gesprochen.
Die Schwingungen sind insbesondere gedämpft, das heißt ihre Amplitude nimmt als Funktion der Zeit ab . Im Allgemeinen nimmt die Amplitude auch als Funktion des Ortes ab, insbesondere vom Zentrum des vorzugsweise runden Substrates zum Rand.
Zonen/Segmente
Die unterschiedlichen Zonen beziehungswei se Segmente des Substrathalters sind bereits in anderen Druckschriften ausführlich erwähnt. Sehr wohl soll aber die Erweiterung der hier erwähnten Substrathalter in Verbindung mit Zonen beziehungsweise Segmenten offenbart sein.
Substrathalter
Im weiteren Ab schnitt werden unterschiedliche Ausführungsformen der Substrathalter beschrieben. In einer ersten Ausführungsform verfügt der Substrathalter über eine Zone. Da keine unterschiedlichen Zonen vorhanden sind, müssen diese auch nicht zueinander abgegrenzt werden und die Erhebungen sind die einzigen Stützstellen für das Substrat. Diese können nun besonders bevorzugt an genau den Stellen konstruiert werden, an denen die Amplituden der Schwingungen, insbesondere in Richtung des Substrathalters, der Sub strate beim Bondvorgang entstehen.
In einer zweiten Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrathalter um einen Zonensubstrathalter. Ein Zonensubstrathalter ist eine Substrathalter, der über funktionale Bereiche verfügt, die man als Zonen bezeichnet. Zonen haben im Allgemeinen eine Funktion, insbesondere die Aufgabe einer Fixierung. Da die Zonen einzeln angesteuert werden können, kann auch die Fixierung einzeln, insbesondere ortsabhängig, gesteuert werden.
Der Substrathalter verfügt über mindestens 2, vorzugsweise über mindestens 4, noch bevorzugter über mindestens 6, am bevorzugtesten über mindestens 8, am allerbevorzugtesten über mindestens 12 Zonen.
Die Zonen sind vorzugsweise symmetrisch, bevorzugt als Kreissegmente, angeordnet. Für eine Radialkoordinate werden beispielsweise n Zonen, vorzugsweise entlang gleicher Winkelbereiche entlang einer Winkelkoordinatenlinie, angeordnet. Die Zonen besitzen dann entlang der Winkelkoordinatenlinie an einer Radialkoordinate eine n-zählige Symmetrie. Mehrere Winkelkoordinatenlinien an unterschiedlichen Radialkoordinaten sind möglich. Eine Zone weist vorzugsweise mehrere Erhebungen auf. Zonensubstrathalter sind beispielsweise in den Druckschriften
WO20 17162272A1 , WO2018028801 Al und WO2019057286A1 beschrieben.
Der Substrathalter kann grundsätzlich aus j edem beliebigen Werkstoff hergestellt werden. Insbesondere besteht der Substrathalter aus mehreren Bauteilen, die aus mehreren Werkstoffen hergestellt wurden. Besonders vorteilhaft ist allerdings die Verwendung von folgenden Werkstoffklassen beziehungsweise Werkstoffen für die Bauteile, welche die Erhebungen ausbilden
• Keramiken, insbesondere o Siliziumnitrid (Si N^ o Siliziumkarbid
• Legierungen, insbesondere o Stahl o Titanlegierungen
• Metalle, insbesondere o Titan.
Erfindungsgemäße Substrathalter aus Siliziumnitrid zeigen besonders gute Ergebnisse. Entsprechend ist die Verwendung von Siliziumnitrid als Werkstoff für die Erhebungen bevorzugt. Siliziumnitrid besitzt einen E-Modul von ungefähr 300 GPa. Der E-Modul von reinem Titan liegt bei ungefähr 105 GPa, der E-Modul eines Werkzeugstahls bei ungefähr 210-250 GPa. Die Erhebungen werden vorzugsweise aus einem Werkstoff mit möglichst hohem E-Modul hergestellt. Insbesondere haben Werkstoffe mit einem hohen E - Modul im Allgemeinen auch relativ hohe Härtewerte.
Erhebungen
Erhebungen stehen der Substrathalteroberfläche vor und bilden durch die erste Aufnahmefläche und die zweite Aufnahmefläche eine Auflagefläche zur Unterstützung des Substrates und zur Reduzierung der lokalen Verzerrungen. Somit sind die Zentralerhebung und die Unterstützungserhebungen Erhebungen, welche an wohl definierten Stellen angeordnet sind, um ein verbessertes Bondergebnis zu bewirken.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei den Erhebungen um Stifte, die in vorgefertigte Bohrungen oder Gewinde gesteckt oder geschraubt werden können. Dadurch ist insbesondere eine Veränderung der Position der Erhebungen möglich. In einer anderen Ausführungsform handelt es sich bei den Erhebungen um schaltbare Elemente, insbesondere Piezoelemente, die durch eine Spannung auf eine wohldefinierte Höhe gebracht werden können. Dadurch kann insbesondere eine dynamische Anpassung der Position der Aufnahmeflächen der Erhebungen sichergestellt werden. Eine ebene beziehungsweise gewünscht gleichmäßige Aufnahme des entsprechenden Sub strates kann auf diese Weise erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform des Sub strathalters befinden sich neben den Erhebungen, welche dem gewünschten Effekt der Stützung der Substratamplituden dient, weitere Erhebungen, welche andere Aufgaben erfüllen. Diese weiteren Erhebungen werden im weiteren Text als zusätzliche Erhebungen bezeichnet. Die zusätzlichen Erhebungen können dem Zweck dienen, das Substrat im statischen Zustand weiter zu stützen, um so ein zu starkes Durchhängen zwischen den Erhebungen zu verhindern oder zumindest zu minimieren. Insbesondere besitzen die zusätzlichen Erhebungen viel geringere Auflageflächen beziehungsweise Durchmesser als die Erhebungen. Da die zusätzlichen Erhebungen nicht die Amplituden der schwingenden Substrate aufzunehmen, sondern nur eine stützende Wirkung haben, werden die zusätzlichen Erhebungen vorzugsweise entsprechend schmaler dimensioniert und konstruiert. Die zusätzlichen Erhebungen besitzen weitere Auflageflächen. Zusammen mit den Auflageflächen der Erhebungen bilden die weiteren Auflageflächen der zusätzlichen Erhebungen eine Gesamtaufnahmefläche beziehungsweise eine Gesamtauflage für ein auf dem Substrathalter anordbares Substrat.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die zusätzlichen Erhebungen weniger als 1 ,0 mal, vorzugsweise weniger als 0, 8 mal, noch bevorzugter weniger als 0,5 mal, am bevorzugtesten weniger als 0, 1 mal, am allerbevorzugtesten weniger als 0,05 mal die Aufnahmefläche beziehungsweise den Durchmesser der Zentralerhebung auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die zusätzlichen Erhebungen aus einem anderen Material als die Erhebungen hergestellt. Denkbar ist beispielsweise, dass die zusätzlichen Erhebungen aus einem Polymer als Teil einer Einlagematte erzeugt werden. Diese Einlagematte kann dann mit entsprechenden Ausnehmungen für die Erhebungen in den Substrathalter einfach eingebaut beziehungsweise eingelegt werden. Vorzugsweise handelt es sich dann bei der Einlagematte mit den zusätzlichen Erhebungen um ein Spritzgussteil . Polymere haben vorteilhaft ein besonders geringes Kontaminationsverhalten gegenüber Halbleitermaterialien.
Herstellungsverfahren
Eine erstes beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Substrathalters wird im Folgenden beschrieben und umfasst insbesondere die folgenden Schritte.
In einem ersten Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines Substrathalters werden die Schwingungsparameter eines vorgegebenen Substrats beziehungsweise eines Sub stratstapels, insbesondere die Amplitude, als Funktion des Ortes und/oder der Zeit berechnet. Die Berechnung erfolgt analytisch, vorzugsweise aber numerisch, insbesondere mit FEM Programmen. Die FEM Programme sind vorzugsweise bereits in der Konstruktionssoftware integriert, mit deren Hilfe auch der Substrathalter konstruiert wird. Damit ist eine elastizitätstheoretische Berechnung des Substrats beziehungsweise des Substratstapels in Bezug auf den herzustellenden Substrathalter besonders einfach und effizient realisierbar. Um das exakte Schwingungsverhalten eines Substrats zu bestimmen müssen die Anfangs- und Randbedingungen bekannt sein. Dazu zählen insbesondere
• Fixierung des Substrats, insbesondere o Anzahl der Fixierpunkte/Fixierflächen o Fixierkraft pro Fixierpunkt/Fixierfläche
• Umgebungsatmosphäre, insbesondere o Deren Zusammensetzung o Temperatur o Dichte
• Lösemittel, insbesondere o Bondstifte (engl . : bond pin), insbesondere
- Anpressdruck des Bondstifts
• Düsen, insbesondere
- Gasdruck der Düse
• Zeitliche und örtliche Vorgänge.
In einem zweiten Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines Substrathalters wird der Substrathalter hergestellt. Dabei wird die, eine größere Aufnahmefläche aufwei sende, Zentralerhebung vorzugsweise an einer Position erzeugt, an welcher eine initiale Kontaktierung des auf dem Substrathalter anordbaren Substrates mit einem weiteren Substrat erfolgen soll . Insbesondere wird darauf geachtet, dass sich die Erhebungen, insbesondere die mindestens eine Unterstützungserhebung beziehungsweise die Unterstützungserhebungen, genau an den Positionen befinden, an denen laut den elastizitätstheoretischen Berechnungen beim Bondvorgang die Amplituden der elastischen Schwingung entstehen.
In einem optionalen dritten Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines Substrathalters wird ein Bondvorgang zwischen zwei Substraten mit dem hergestellten Substrathalter durchgeführt.
In einem weiteren, optionalen vierten Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines Sub strathalters wird der Bond mit entsprechenden Metrologie Anlagen geprüft. Insbesondere sollten die Metrologie Anlagen in der Lage sein, kleinste lokale Verzerrungen zu detektieren. Sollte das Bondergebnis mit dem hergestellten Substrathalter weniger und/oder kleinere Fehler im Bond liefern als mit einem üblichen beziehungsweise Referenz-Substrathalter, bei dem die Erhebungen insbesondere nicht entsprechend der Berechnungen gemäß des ersten Verfahrensschritt verteilt sind. Sollten bei der Untersuchung dennoch Verzerrungen detektierbar sein, können die Positionen und/oder Stärken der Verzerrungen genutzt werden um den hergestellten Substrathalter, insbesondere die Position und/oder den Durchmesser beziehungsweise die Größe der Aufnahmeflächen der Erhebungen, zu optimieren. Im Idealfall werden also empirische Messungen und (erneute) elastizitätstheoretische Berechnungen miteinander kombiniert, um eine kontinuierliche Verbesserung eines hergestellten Substrathalters zu erreichen. Auf dieser Grundlage kann entweder der hergestellte Substrathalter angepasst werden oder ein weiterer Substrathalter hergestellt werden, welcher die gemäß dem vierten Verfahrensschritt ermittelten verbesserte Anordnung der Erhebungen, insbesondere des mindestens einen Unterstützungserhebung, sowie die optimierten Dimensionierungen der Auflageflächen der Erhebungen besitzt.
Bei der Metrologie Anlage handelt es sich vorzugsweise um ein Interferometer, noch bevorzugter um ein Interferometer, welches Vorder- und Rückseite gleichzeitig vermessen kann.
Sollten die gemessenen Fehler größer sein als gewünscht, werden die Daten aus der Vermessung verwendet, um die Simulation zu verbessern. Danach beginnt der Verbesserungsvorgang wieder beim ersten Verfahrensschritt. Das Herstellungsverfahren wird vorzugsweise mehrfach hintereinander für ein bestimmten Bondvorgang mit ähnlich beziehungsweise identi sch ausgelegten zu bondenden Sub straten durchgeführt.
Bondverfahren
Im Folgenden wird ein beispielhaftes Bondverfahren mit einem insbesondere erfindungsgemäßen Substrathalter beschrieben.
In einem ersten Verfahrensschritt eines beispielhaften Bondverfahrens wird ein erstes Substrat auf einen ersten, insbesondere oberen, Substrathalter geladen. In einem zweiten Verfahrensschritt eines beispielhaften Bondverfahrens wird ein zweites Substrat auf einen zweiten, insbesondere unteren, Substrathalter geladen.
Denkbar ist, dass beide Substrathalter erfindungsgemäße Substrathalter sind. Allerdings wird das obere Substrat nur fixiert um, insbesondere nach einer Krümmung, auf das untere Sub strat kontrolliert fallengelassen zu werden. Die Schwingung entsteht daher insbesondere während des Vorgangs der Kontaktierung des oberen Substrats mit dem unteren Substrat, sodass vorzugsweise nur der untere Substrathalter ein erfindungsgemäßer Substrathalter ist. Die durch die Kontaktierung initiierte Schwingung wird durch die Zentralerhebung des unteren Sub strathalters gedämpft. Dabei stützt die erste Aufnahmefläche der Zentralerhebung das Sub strat auf einer größeren Fläche als die mindestens eine Unterstützungserhebung im Bereich der kleineren zweiten Aufnahmefläche.
In einem dritten Verfahrensschritt eines beispielhaften Bondverfahrens wird das obere Substrat, insbesondere kontrolliert, mit dem unteren Sub strat in Kontakt gebracht. Kontrolliert bedeutet, dass es insbesondere zu einer Krümmung des oberen Substrats kommt, um das untere Substrat, insbesondere zentrisch und punktförmig, zu kontaktieren. Vorzugsweise fluchtet der Kontaktpunkt mit dem Mittelpunkt der Zentralerhebung. Denkbar ist auch, dass der untere Substrathalter über Mittel zur Krümmung des unteren Substrats verfügt. Der Einfachheit halber wird davon ausgegangen, dass sich das untere Substrat eben auf dem unteren, erfindungsgemäßen Substrathalter befindet.
Kontrolliert bedeutet des Weiteren, dass das obere Substrat schrittweise, insbesondere vom Zentrum zum Rand hin, losgelöst wird. Die Ausbildung einer elastischen Welle im oberen und/oder unteren Sub strat ist bereits dann möglich, wenn sich das obere Substrat noch teilweise am oberen Substrathalter fixiert befindet. Insbesondere ist j ede dynamische Änderung des Zustands von einem der beiden Substrate mit der Ausbildung einer elastischen Welle verbunden. In einem vierten Verfahrensschritt eines beispielhaften Bondverfahrens wird das obere Substrat vollständig vom oberen Sub strathalter gelöst und sich selbst überlassen. Insbesondere unterliegt es ab diesem Zustand vollständig dem Einfluss der Gravitationskraft. In diesem Verfahrensschritt ist die Ausbildung einer elastischen Well im oberen und/oder unteren Substrat und damit eine Beeinflussung des Bondergebnisses maximal . Insbesondere schwingen nicht nur die einzelnen Teile der noch nicht miteinander kontaktierten Substratteile in Richtung Substratrand, sondern auch der ganze, zumindest bereits partiell gebondete, Substratstapel .
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die zeigen schematisch in:
Figur l a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Substrathalters in einer Oberansicht,
Figur 1 b eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Substrathalters gemäß Figur l a in einer Seitenansicht,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Substrathalters in einer Seitenansicht mit einem schwingenden Substratstapel .
In den Figuren sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Weder ist der Substrathalter noch sind die Erhebungen (Zentralerhebung und Unterstützungserhebungen), der Substratstapel, die Amplituden oder andere Merkmal im richtigen Maßstab dargestellt. Insbesondere die Erhebungen und vor allem die Amplituden der verformten Substrate werden um ein Vielfaches größer dargestellt, um die Darstellung zu erleichtern und das Verständnis für den gewünschten Effekt der Verringerung der lokalen Verzerrungen zu verbessern. Vom Substrathalter sind insbesondere nur j ene Merkmale dargestellt, welche dem Verständni s der Erfindung dienen. Insbesondere wurde auf die Darstellung überflüssiger Merkmale verzichtet. Eine tatsächlicher Substrathalter besteht im Allgemeinen aus mehr Bauteilen.
Die Figur la zeigt eine Aufsicht eines erfindungsgemäßen Substrathalters 1. Erkennbar ist eine zentrische Erhebung in Form eines Zentralerhebung 2, die einen größeren Zentralerhebungsdurchmesser d besitzt als die Erhebungen in Form von Unterstützungserhebungen 2‘ , 2“ . Aus empirischen Messungen hat sich ergeben, dass der Kontaktpunkt bei einem Bondvorgang von zwei Substraten 5, 5 ‘ (nicht eingezeichnet) die größten Verzerrungen und Amplituden aufweist. Dabei hat sich überraschend gezeigt, dass ein besseres Bondergebnis erzielt werden kann, wenn die erste Aufnahmefläche der Zentralerhebung größer ist als eine zweite Aufnahmefläche einer Unterstützungserhebung. Im beispielhaft dargestellten erfindungsgemäßen Substrathalter 1 sind die Aufnahmeflächen der Erhebungen, also der Zentralerhebung 2 und der Unterstützungserhebungen 2' , 2“ , rund. Insofern weist die Zentralerhebung 2 durch den größeren Zentralerhebungsdurchmesser d j eweil s eine größere erste Aufnahmefläche auf als die zweiten Aufnahmeflächen der Unterstützungserhebungen 2‘, 2“ mit den Unterstützungserhebungsdurchmessern d‘ , d“ .
Über dem Substrathalter 1 sind mehrere Unterstützungserhebungen 2‘ , 2“ verteilt. Diese wurden so entlang der Substrathalteroberfläche angeordnet, dass auftretende Schwingungsmaxima, also die Amplituden, genau an deren Positionen auftreten, wenn ein bestimmtes oberes Substrat 5 ‘ relativ zu einem bestimmten unteren Substrat 5, gebondet wird (siehe Figur 2). Insbesondere ist die Position der Substrate 5 , 5 ‘ relativ zum Sub strathalter 1 bekannt. Erst dadurch können die wohl definierten Positionen der Unterstützungserhebungen 2‘ , 2“ eindeutig festgelegt werden.
In einer weniger bevorzugten Ausführungsform ist eine Referenz 4 vorgesehen, in Bezug zu der ein Substrat 5, 5 ‘ ausgerichtet wird. In den meisten Fällen wird nur das untere Substrat 5 relativ zur Referenz 4 ausgerichtet, während das obere Substrat 5 ‘ relativ zum unteren Sub strat 5 ausgerichtet wird. Bei der Referenz 4 kann es sich beispielsweise um einen Positions-Stift handeln, durch welchen die Position einer Kerbe (engl . : notch) eines Substrats, insbesondere Wafers, festgelegt wird. Denkbar wäre auch eine Oberfläche, entlang der eine Flachseite (engl . : flat) eines Sub strats, insbesondere eines Wafers, positioniert wird. Des Weiteren denkbar wäre eine Ausrichtungsmarke, in Bezug zu der ein Substrat 5 positioniert und orientiert wird. Erkennbar sind auch acht symmetrisch angeordnete Fixierelemente 3. Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um Vakuumöffnungen zur Erzeugung eines Vakuums zwischen den Erhebungen 2, 2‘ , 2“ . Eine Verwendung anderer Arten von Fixierelementen ist ebenfalls denkbar. Handelt es sich um einen Zonensub strathalter, weist vorzugsweise j ede Zone beziehungsweise j edes Segment mindestens ein Fixierelement auf.
Vorzugsweise wird auf eine Referenz 4 verzichtet und die Ausrichtung des unteren Sub strats 5 erfolgt direkt in Bezug zu den Erhebungen 2, 2‘ , 2“ . Das untere Substrat 5 wird auf dem erfindungsgemäßen Substrathalter abgelegt. Das obere Substrat 5 ‘ wird relativ zum unteren Substrat 5 mit Hilfe einer optischen Ausrichtungsanlage positioniert. Danach erfolgt eine Annäherung des oberen Substrats 5 ‘ mit dem unteren Substrat 5, vorzugswei se zuerst zentrisch, indem ein Kontaktierungselement (nicht eingezeichnet), beispielsweise ein Stift oder der Fluidstrom einer Düse, das obere Substrat 5 ‘ durchkrümmt. Derartige Kontaktierungsvorgänge, insbesondere für Fusionsbonds sind dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt und werden hier nicht näher beschrieben.
Die Figur 1b zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Substrathalters 1 mit einer mittig angeordneten Zentralerhebung 2 und mehreren Unterstützungserhebungen 2‘ , 2“ . Die Erhebungen 2, 2‘ , 2“ besitzen j eweil s einen Durchmesser d, d‘ , d“ . Dabei sind die Unterstützungserhebungsdurchmesser entlang einer Radialposition x‘ , x“ konstant beziehungsweise gleich groß. Die Erhebungen 2, 2‘ , 2“ können im Allgemeinen auch unterschiedliche Formen besitzen (hier nicht eingezeichnet). Die, eine größere erste Aufnahmefläche aufweisende, Zentralerhebung 2 ist in der dargestellten Ausführungsform mittig auf der runden Substrathalteroberfläche positioniert. Ausgehend von dem Mittelpunkt des Sub strathalters 1 beziehungsweise der Zentralerhebung 2 sind die Unterstützungserhebungen 2‘ , 2“ in einem bestimmten Radialpositionen x‘, x“ angeordnet. Die Unterstützungserhebungen 2‘ , 2“ sind symmetrisch verteilt. Die Unterstützungserhebungen 2‘ sind dabei auf einer Radialposition x‘ angeordnet und die Unterstützungserhebungen 2“ auf einer weiter vom Mittelpunkt entfernten Radialposition x“ . Die j eweiligen zweiten Aufnahmeflächen der Unterstützungserhebungen 2‘ sind in der dargestellten Ausführungsform kleiner die j eweiligen zweiten Aufnahmeflächen der Unterstützungserhebungen 2“ . Insofern nimmt die Größe der Aufnahmefläche der Unterstützungserhebungen nach außen hin und somit mit der Radialposition ab .
Die Radialpositionen x‘ , x“ der Unterstützungserhebungen 2‘, 2“ sind dabei j eweils so angeordnet, dass diese mit einer Position eines Schwingungsmaxima einer beim Bonden entstehenden elastischen Schwingung in Richtung des Substrathalters fluchten. Auf diese Weise kann das Substrat 5 beziehungsweise der Substratstapel beim Bonden an den Amplituden der Schwingungsmaxima gestützt werden, an denen die erwarteten und vorzugsweise berechneten sowie gemessenen Schwingungsmaxima auftreten. Die exakte Position und Anzahl der Unterstützungserhebungen 2‘ , 2“ wird insbesondere durch empirische Versuche und/oder theoretische Schwingungsberechnungen festgelegt.
Die Figur 2 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Substrathalters 1 , auf dem ein unteres Substrat 5 und ein oberes Substrat 5 ‘ miteinander gebondet werden. Sichtbar ist der Zustand direkt nach der vollständigen Kontaktierung beider Substrate 5, 5 ‘ . Auf die Darstellung eines oberen Substrathalters wird verzichtet. Man erkennt, dass auf Grund des Bondvorgangs, insbesondere des Fallenlassens des oberen Substrats 5 ‘, ein Schwingungsvorgang entsteht. Die, insbesondere vom Zentrum zum Rand hin abnehmende, Amplitude wird übertrieben stark dargestellt. Die tatsächlichen Amplituden liegen im Mikrometer- bis Nanometerbereich. Erkennbar i st allerdings, dass die Amplituden in Richtung des Sub starthalters 1 an den Positionen der Erhebungen 2, 2‘, 2“ auftreten. Dabei tritt die größte Amplitude in Richtung des Substrathalters an der Position des die größere erste Aufnahmefläche aufweisenden Zentralerhebung 2 auf. Auf diese Weise kann das untere Substrat 5 beziehungsweise der Substratstapel vorteilhaft gestützt werden und eine lokale Verzerrung minimiert werden. Die Unterstützungserhebungen 2‘ , 2“ sind dabei ebenfalls in den Bereichen angeordnet, an welchen eine maximaler Auslenkung der Schwingung in Richtung des Substrathalters auftritt. Auf diese Weise werden die Fehler zwischen dem ersten Substrat 5 und dem zweiten Substrat 5 ‘ zueinander minimiert.
B e z u g s z e i c h e n l i s t e
Substrathalter
2 Erhebung, Zentralerhebung
2‘, 2“ Erhebung, Unterstützungserhebung
3 Fixierelement
4 Referenz
5, 5‘ Substrat x‘, x“ Radialposition d Durchmesser, Zentral erhebungsdurchmesser d‘, d“ Durchmesser, Unterstützungserhebungsdurchmesser
6 Aufnahmefläche, erste Aufnahmefläche (Zentralerhebung)
6‘, 6“ Aufnahmefläche, zweite Aufnahmefläche (Unterstützungserhebung)
7 Mittelpunkt
8 Substrathalteroberfläche

Claims

-29-
P a t e n t a n s p r ü c h e Substrathalter (1) zum Boden von Substraten (5, 5‘), insbesondere zum Fusionsbonden oder Hybridbonden, zumindest aufweisend:
- eine Substrathalteroberfläche (8),
- eine auf der Substrathalteroberfläche (8), insbesondere mittig auf der Substrathalteroberfläche (8), angeordnete Zentralerhebung (2) mit einer ersten Aufnahmefläche (6) und
- mindestens eine auf der Substrathalteroberfläche (8) angeordnete Unterstützungserhebung (2‘, 2“) mit einer zweiten Aufnahmefläche (6‘, 6“), wobei auf der ersten Aufnahmefläche (6) der Zentralerhebung (2) und auf der zweiten Aufnahmefläche (6‘, 6“) der mindestens einen Unterstützungserhebung (2‘, 2“) ein Substrat (5) anordbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aufnahmefläche (6) größer ist als die zweite Aufnahmefläche (6‘, 6“)-
-30- Substrathalter (1) nach Anspruch 1, wobei der Substrathalter (1) mindestens drei, bevorzugt mindestens vier, am bevorzugtesten mindestens acht oder mehr Unterstützungserhebungen (2‘, 2“) aufweist. Substrathalter (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Aufnahmefläche (6) der Zentralerhebung (2) mindestens 1.1-mal, bevorzugt mindestens 1.2-mal, noch bevorzugter mindestens 1.5-mal, am bevorzugtesten mindestens 2-mal, am allerbevorzugtesten mindesten 3-mal größer ist als die jeweilige zweite Aufnahmefläche (6‘, 6“) der mindestens einen Unterstützungserhebung (2‘, 2“). Substrathalter (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Aufnahmefläche (6) der Zentralerhebung (2) kreisrund ausgebildet ist. Substrathalter (1) nach Anspruch 2, wobei jeweils mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, am bevorzugtesten vier oder mehr Unterstützungserhebungen (2‘, 2“) auf einer Radialpositionen (x‘, x“) um einen Mittelpunkt (7) der Zentralerhebung (2) angeordnet sind. Substrathalter (1) nach Anspruch 5, wobei die auf einer Radialposition (x‘, x“) angeordneten Unterstützungserhebungen (2‘, 2“) entlang eines durch die jeweilige Radialposition (x‘, x“) definierten Kreises denselben Abstand zueinander aufweisen. Substrathalter (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 oder 6, wobei die zweiten Aufnahmeflächen (6‘, 6“) der j eweiligen auf einer Radialposition (x‘ , x“) angeordneten Unterstützungserhebungen (2‘, 2“ ) gleich ausgebildet sind. Substrathalter ( 1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, wobei die j eweiligen zweiten Aufnahmeflächen (6‘ ) der Unterstützungserhebungen (2‘) einer ersten Radialposition (x‘ ) größer sind als die j eweiligen zweiten Aufnahmeflächen (6“ ) der Unterstützungserhebungen (2“ ) einer zweiten Radialposition (x“), wobei die erste Radialposition (x‘) einen geringeren Abstand zum Mittelpunkt (7) der Zentralerhebung (2) als die zweite Radialposition (x“) aufweist. Substrathalter ( 1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Radialposition (x‘ , x“), bevorzugt alle Radialpositionen (x‘ , x“), mit einer Schwingungsamplitude des Substrates (5), vorzugsweise einer Schwingungsamplitude in Richtung der Substrathalteroberfläche (8) des Substrates (5), fluchten.
Bondvorrichtung zum Bonden von Substraten (5, 5 ‘), dadurch gekennzeichnet, dass die Bondvorrichtung mindestens einen Substrathalter ( 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bi s 9 aufweist.
- 33 - Verfahren zur Herstellung eines Substrathalters ( 1 ) zum Bonden von
Substraten (5, 5 ‘), mit zumindest den folgenden Schritten: i) Bereitstellen eines Substrathalters ( 1 ) mit einer Substrathalteroberfläche (8), ii) Erzeugen einer Zentralerhebung (2) mit einer ersten Aufnahmefläche (6), iii) Erzeugen mindestens einer Unterstützungserhebung (2‘ , 2“ ) mit einer zweiten Aufnahmefläche (6‘ , 6“ ), dadurch gekennzeichnet, dass das die erste Aufnahmefläche (6) größer ist als die zweite Aufnahmefläche (6‘ , 6“ )-
- 34 -
Verfahren zur Herstellung eines Substrathalters ( 1 ) nach Anspruch 1 1 , wobei das Verfahren zusätzlich die folgenden Schritte aufweist: a) Bestimmen eines Schwingungsverhaltens eines Substrates (5), b) Ermitteln von Positionen der Schwingungsamplituden in Richtung des Substrathalters ( 1 ) des Sub strates (5) beim Bonden, wobei das Erzeugen der mindestens einen Unterstützungserhebung (2‘, 2“ ) in Schritt iii) an einer der gemäß Schritt b) ermittelten Positionen erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Substrathalters (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zusätzlich die folgenden Schritte aufweist: iv) Bonden des Substrates (5) mit einem weiteren Substrat (5 ‘) zu einem Substratstapel, v) Bestimmen eines Bondfehlers des Substratstapels, vi) Ermitteln von Positionen der Schwingungsamplituden des Substrates (5) beim Bonden auf Grundlage des Bondfehlers, vii) Anordnen der mindestens einen Unterstützungserhebung (2‘ , 2“) an einer der in Schritt vi) ermittelten Position.
- 35 - Verfahren zum Bonden von Substraten (5, 5 ‘), insbesondere mit einer Bondvorrichtung nach Anspruch 10, mit den folgenden Schritten: i) Bereitstellen eines Substrates (5) auf einem Substrathalter ( 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ii) Bereitstellen eines weiteren Substrates (5 ‘) auf einem weiteren Substrathalter, iii) Bonden des Substrates (5) mit dem weiteren Substrat (5 ‘) zu einem Substratstapel, wobei das Substrat (5) und/oder der Substratstapel bei dem Bonden in Schritt iii) von der ersten Aufnahmefläche (6) der Zentralerhebung (2) gestützt wird.
- 36 - Verfahren zum Bonden nach Anspruch 14, wobei das erste Substrat (5) und/oder der Substratstapel bei dem Bonden in Schritt iii) zusätzlich von der mindestens einen Unterstützungserhebung (2‘ , 2“ ) an einer Position einer Schwingungsamplitude des Substrates (5) in Richtung des Substrathalters ( 1 ) gestützt wird.
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