特許 7320621 基板をボンディングするためのボンディング装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-26

(45)【発行日】2023-08-03

(54)【発明の名称】基板をボンディングするためのボンディング装置および方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20230727BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 311T

【請求項の数】 29

(21)【出願番号】P 2021567847

(86)(22)【出願日】2019-05-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-08-19

(86)【国際出願番号】 EP2019062234

(87)【国際公開番号】W WO2020228940

(87)【国際公開日】2020-11-19

【審査請求日】2022-04-21

(73)【特許権者】

【識別番号】591004412

【氏名又は名称】ズス・マイクロテック・リソグラフィ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｓｕｓｓ ＭｉｃｒｏＴｅｃ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100112911

【弁理士】

【氏名又は名称】中野 晴夫

(72)【発明者】

【氏名】グレゴリー，ジョージ

【審査官】河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１６２２７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０９３０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２６７７０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のチャック（２４）、第２のチャック（２６）、第１のガス圧力調整器（３８）、移動可能な第１の支持要素（６８）、および第１の支持要素（６８）のための第１の作動装置（７２）を含む、基板をボンディングするためのボンディング装置であって、
第１のチャック（２４）は、第１の基板（１２）を保持するための第１の保持面（４６）を含み、第１の保持面（４６）は、第１のガス圧力調整器（３８）に流体的に接続された第１の圧力ポート（５０）を有し、
第１の支持要素（６８）は、第１の圧力ポート（５０）の中で少なくとも部分的に移動可能に取り付けられて、第１のアクチュエータ（７２）は、第１の支持要素（６８）が第１の保持面（４６）の上に突出しない格納位置と、第１の支持要素（６８）が第１の保持面（４８）の上に第２のチャック（２６）に向かって突出する拡張位置との間で、第１の支持要素（６８）を移動させることができることを特徴とするボンディング装置。

【請求項2】

ボンディング装置（１０）は、第２のガス圧力調整器（４０）、第２の支持要素（７０）、および第２の支持要素（７０）のための第２のアクチュエータ（７４）を含み、
第２のチャック（２６）は、第２の基板（１４）を保持するための第２の保持面（４８）を含み、第２の保持面（４８）は、第２のガス圧力調整器（４０）に流体的に接続された第２の圧力ポート（５２）を有し、
第２の支持要素（７０）は、第２の圧力ポート（５２）の中で少なくとも部分的に移動可能に取り付けられて、第２のアクチュエータ（７４）は、第２の支持要素（７０）が第２の保持面（４８）の上に突出しない格納位置と、第２の支持要素（７０）が第２の保持面（４８）の上に第１のチャック（２４）に向かって突出する拡張位置との間で、第２の支持要素（７０）を移動させることができることを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。

【請求項3】

ボンディング装置（１０）は、第１のガス圧力調整器（３８）および第１のアクチュエータ（７２）および／または第２のガス圧力調整器（４０）および第２のアクチュエータ（７４）に電気的および／または無線で接続された制御ユニット（３２）を含み、
制御ユニット（３２）は、第１のガス圧力調整器（３８）を制御して、第１の圧力ポート（５０）に第１のガス圧力でガスを供給し、第１のアクチュエータ（７２）を介して第１の支持要素（６８）の動きを制御するように構成され、および／または制御ユニット（３２）は、第２のガス圧力調整器（４０）を制御して、第２の圧力ポート（５２）に第２のガス圧力でガスを供給し、第２のアクチュエータ（７４）を介して第２の支持要素（７０）の動きを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のボンディング装置。

【請求項4】

第１のチャック（２４）および／または第２のチャック（２６）は、それぞれの保持面（４６、４８）から延びる、特にそれぞれのチャック（２４、２６）を通って完全に延びる開口部（５８）を有し、それぞれの保持面（４６、２６）に隣接する開口部（５８）の一部は、それぞれ圧力ポート（５０、５２）であり、特にそれぞれの支持要素（６８、７０）は開口部（５８）に取り付けられ、供給チャネル（６２）は圧力ポート（５０、５２）を形成する部分からそれぞれのチャック（２４、２６）の裏面または周面まで延びて設けられたことを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載のボンディング装置。

【請求項5】

第１の圧力ポート（５０）および第１の支持要素（６８）を有する第１のチャック（２４）と、第２のチャック（２６）とを含むボンディング装置（１０）を用いて第１の基板（１２）を第２の基板（１４）にボンディングするための方法であって、
ａ）第１の基板（１２）を第１の圧力ポート（５０）を覆うように第１のチャック（２４）の上に配置し、第１の基板（１２）の端部を第１のチャック（２４）に固定する工程、
ｂ）第２の基板（１４）を第２のチャック（２６）の上に配置し、第２の基板（１４）を第２のチャック（２６）に固定する工程、
ｃ）第１の基板（１２）が第２の基板（１４）に向かってたわむように、第１の圧力ポート（５０）に第１のガス圧でガスを供給する工程、
ｄ）第１の支持要素（６８）を拡張位置に移動させて、第１支持要素（６８）が第１チャック（２４）の上方で第２チャック（２６）に向かって突出する工程、および、
ｅ）第１の基板（１２）と第２の基板（１４）とが少なくとも互いに接触するまで、第１のチャック（２４）と第２のチャック（２６）とを互いに対して相対的に移動させる工程、を含む方法。

【請求項6】

ａ）第２の基板（１４）が第１の基板（１２）に向かってたわむように、第２のチャック（２６）の第２の圧力ポート（５２）に第２のガス圧を有するガスを供給する工程、および、
ｂ）第２の支持要素（７０）を拡張位置に移動させて、第２の支持要素（７０）が第２のチャック（２６）の上方で第１のチャック（２４）に向かって突出する工程、を特徴とする請求項５に記載の方法。

【請求項7】

第１の支持要素（６８）および／または第２の支持要素（７０）は、たわんだ第１の基板（１２）またはたわんだ第２の基板（１４）に接触するまでそれぞれ移動し、それぞれの基板（１２、１４）のたわみ量が支持要素（６８、７０）の位置に基づいて測定され、特にそれぞれのガス圧がそれぞれの基板（１２、１４）の測定したたわみ量に基づいて調整されることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。

【請求項8】

特に基板（１２、１４）の最初の接触の後に、第１の支持要素（６８）は、第１の基板（１２）に追加の機械的圧力を加えるように作動し、および／または、
特に基板（１２、１４）の最初の接触の後に、第２の支持要素（７０）は、第２の基板（１４）に追加の機械的圧力を加えるように作動することを特徴とする請求項５～７のいずれか１つに記載の方法。

【請求項9】

機械的圧力が加えられた後で、基板（１２、１４）が互いに完全に接触する前に、第１の支持要素（６８）および／または第２の支持要素（７０）は、特に格納位置まで引き込まれることを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項10】

チャック（２４、２６）の移動中に、第１のガス圧力および第２のガス圧力が制御されて、最初の接触後の第１の基板（１２）と第２の基板（１４）との間の入射角（α）が０．１°と１．５°との間、特に０．４°と０．８°との間に保持され、および／または入射角（α）が基板（１２、１４）間の最終平面（Ｐ）により均等に分割されることを特徴とする請求項５～９のいずれか１つに記載の方法。

【請求項11】

第１のチャック（２４）、第１の支持構造（２０）、第２のチャック（２６）および第２の支持構造（２２）を含む、基板をボンディングするためのボンディング装置であって、
第１のチャック（２４）は第１の支持構造（２０）に取り付けられて、第１のチャック（２４）は第１の支持構造（２０）から熱的に絶縁され、
第２のチャック（２６）は第２の支持構造体（２２）に取り付けられて、第２のチャック（２６）は第２の支持構造体（２２）から熱的に絶縁されたことを特徴とするボンディング装置。

【請求項12】

第１のチャック（２４）および／または第２のチャック（２６）は、取り付け要素（４２）によりそれぞれの支持構造（２０、２２）に取り付けられ、第１のチャック（２４）および／または第２のチャック（２６）はそれぞれの支持構造（２０、２２）から離間されたことを特徴とする請求項１１に記載のボンディング装置。

【請求項13】

ボンディング装置（１０）は、第１のチャック（２４）および第２のチャック（２６）の温度を均熱化するように構成された少なくとも１つのチャック調節装置（３０）を含み、
特に、第１のチャック（２４）および第２のチャック（２６）は、それぞれ少なくとも１つの調節チャネル（７８）を含み、チャック調節装置（３０）は、第１のチャック（２４）の少なくとも１つの調節チャネル（７８）と第２のチャック（２６）の少なくとも１つの調節チャネルを同じ調節回路（８０）内に含む調節回路（８０）を含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載のボンディング装置。

【請求項14】

第１チャック（２４）および／または第２チャック（２６）は、加熱素子（９４）、特に閉ループ加熱素子を含むことを特徴とする請求項１３に記載のボンディング装置。

【請求項15】

ボンディング装置（１０）は、ガス調節装置（３４）を含み、
第１チャック（２４）は、第１の基板（１２）を保持するための第１の保持面（４６）を含み、第１の保持面（４６）は、ガス調節装置（３４）に流体的に接続された第１の圧力ポート（５０）を有し、
第２チャック（２６）は、第２の基板（１４）を保持するための第２の保持面（４８）を含み、第２の保持面（４８）は、ガス調節装置（３４）に流体的に接続された第２の圧力ポート（５２）を有することを特徴とする請求項１１～１４のいずれか１つに記載のボンディング装置。

【請求項16】

ガス調節装置（３４）は、少なくとも１つのチャネル（６６）を有する調節材料（６５）を含み、少なくとも１つのチャネル（６６）は、第１の圧力ポート（５０）および／または第２の圧力ポート（５２）と流体的に接続されていることを特徴とする請求項１５に記載のボンディング装置。

【請求項17】

第１のチャック（２４）および／または第２のチャック（２６）は、それぞれのチャック（２４、２６）のそれぞれの圧力ポート（５０、５２）に関連する温度センサ（６０）を含むことを特徴とする請求項１１～１６のいずれか１つに記載のボンディング装置。

【請求項18】

第１のチャック（２４）および第２のチャック（２６）を含むボンディング装置（１０）を用いて第１の基板（１２）を第２の基板（１４）にボンディングするための方法であって、
ａ）第１のチャック（２４）および第２のチャック（２６）の温度を均熱化する工程、
ｂ）第１の基板（１２）を第１のチャック（２４）の上に配置し、第１の基板（１２）を第１のチャック（２４）に固定する工程、
ｃ）第２の基板（１４）を第２のチャック（２６）の上に配置し、第２の基板（１４）を第２のチャック（２６）に固定する工程、および、
ｄ）第１の基板（１２）と第２の基板（１４）とが少なくとも互いに接触するまで、第１のチャック（２４）と第２のチャック（２６）とを互いに対して相対的に移動する工程、を含むことを特徴とする方法。

【請求項19】

第１のチャック（２４）および第２のチャック（２６）を、チャック（２４、２６）が互いに直接接触するまで互いの方向に移動させ、特に、少なくともそれらの温度が等しくなるまでチャック（２４、２６）を接触させたまま保持することを特徴とする請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

第１のチャック（２４）および第２のチャック（２６）の温度は、チャック調節装置（３０）を用いて均熱化されることを特徴とする請求項１８または１９に記載の方法。

【請求項21】

チャック調節装置（３０）の同じ調節回路（８０）を用いて、第１のチャック（２４）の少なくとも１つの調節チャネル（７８）と第２のチャック（２６）の少なくとも１つの調節チャネル（７８）に調節液（８２）を循環させることにより均熱化が行われることを特徴とする請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

それぞれのチャック（２４、２６）において、チャック調節装置（３０）の加熱素子（９４）、特に閉ループ加熱素子を用いて、第１のチャック（２４）および／または第２のチャック（２６）を加熱することにより、均熱化が行われることを特徴とする請求項２０または２１に記載の方法。

【請求項23】

第１のチャック（２４）は第１の圧力ポート（５０）を含み、および／または第２のチャック（２６）は第２の圧力ポート（５２）を含み、基板（１２、１４）が互いに向かってたわむように、第１のガス圧力を有するガスが第１の圧力ポート（５０）に供給し、および／または第２のガス圧力を有するガスが第２の圧力ポート（５２）に供給することを特徴とする請求項１８～２２のいずれか１つに記載の方法。

【請求項24】

それぞれの圧力ポート（５０、５２）に到達する前に、特にそれぞれのチャック（２４、２６）と接触することにより、ガスが調節されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

ガスは、ガス調節装置（３４）によって調節され、第１の圧力ポート（５０）および第２の圧力ポート（５２）に導かれたガスは、ガス調節装置（３４）の共通のガス調節材料（６５）を通って、特に共通のガス調質材料（６５）の温度は制御されることを特徴とする請求項２４に記載の方法。

【請求項26】

ボンディング装置（１０）は少なくとも２つのガス温度センサ（６１）を含み、ガス温度センサ（６１）のそれぞれは第１の圧力ポート（５０）または第２の圧力ポート（５２）に関連付けられ、ガス温度センサ（６１）はそれぞれの関連する圧力ポート（５０、５２）に導かれたガスの温度を測定することを特徴とする請求項２３～２５のいずれか１つに記載の方法。

【請求項27】

ボンディング装置（１０）は少なくとも２つのチャック温度センサ（６３）を含み、チャック温度センサ（６３）のそれぞれは第１のチャック（２４）または第２のチャック（２６）に関連付けられ、チャック温度センサ（６３）はそれぞれのチャック（２４、２６）の温度を測定することを特徴とする請求項１８～２６のいずれか１つに記載の方法。

【請求項28】

第１のガス圧力および第２のガス圧力は、第１の圧力ポート（５０）に導かれたガスの測定温度、第２の圧力ポート（５２）に導かれたガスの測定温度、第１のチャック（２４）の測定温度、第２のチャック（２６）の測定温度、またはいずれかの温度の組み合わせに基づいて制御されることを特徴とする請求項２６または２７に記載の方法。

【請求項29】

チャック（２４、２６）の移動中に、第１のガス圧および第２のガス圧が制御されて、最初の接触後の第１の基板（１２）と第２の基板（１４）との間の入射角（α）が、０．１°と１．５°との間、特に０．４°と０．８°との間に保持され、および／または入射角（α）が基板（１２、１４）の最終平板（Ｐ）によって均一に分割されることを特徴とする請求項１８～２８のいずれか１つに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板をボンディングするボンディング装置および基板のボンディング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子デバイスの製造において、デバイス全体のサイズを小さくするために、基板、特に構造体を持つウエハのボンディングは一般的な技術である。

【0003】

ボンディングには、基板同士を強く押し付けてボンディングする、いわゆる直接ボンディングや融着ボンディングが知られている。

【0004】

ボイドや歪みを避けるために、一方のウエハを他方のウエハに向けて中心をたわませるボンドフロント伝搬法（bond front propagation method）が知られている。最初のボンディングの後、ボンドフロントまたはボンディング波は２枚の基板間で入射角を持ちながら外側に移動する。

【発明の概要】

【0005】

しかし、２枚のウエハのスケールの歪みによる誤差は依然として生じている。

【0006】

そこで、本発明の目的は、スケール歪みを低減し、ボンディング品質を向上させる基板ボンディング装置および基板ボンディング方法を提供することにある。

【0007】

この目的のために、基板をボンディングするためのボンディング装置が提供される。このボンディング装置は、第１のチャックと、第２のチャックと、第１のガス圧力調整器と、第２のガス圧力調整器と、制御部とを含む。第１のチャックは、第１の基板を保持するための第１の保持面を有し、第１の保持面は、第１のガス圧力調整器に流体的に接続された第１の圧力ポートを有する。第２のチャックは、第２の基板を保持するための第２の保持面を有し、第２保持面は、第２のガス圧力調整器に流体的に接続された第２の圧力ポートを有している。制御ユニットは、第１のガス圧力調整器および第２のガス圧力調整器に電気的および／または無線で接続されており、制御ユニットは、第１のガス圧力調整器および第２のガス圧力調整器を互いに独立して制御するように構成されている。

【0008】

第１の基板のたわみ（deflection）をもたらすガス圧を、第２の基板のたわみをもたらす第２のガス圧と独立して制御することにより、従来であればスケール歪みを生じていたであろう様々な状況を考慮することが可能となる。

【0009】

ガス圧は、１２～２５ｍｂａｒの範囲内であってもよい。例えば、第１の圧力ポートと第２の圧力ポートに加えられる圧力は互いに異なる。

【0010】

ボンディング装置は、融着ボンディングおよび／または直接ボンディングのための装置であってもよい。

【0011】

第１の基板および／または第２の基板は、例えば半導体ウエハ、特にシリコンウエハであってもよい。基板の一方または両方は構造を有してもよい。

【0012】

チャックおよび／または基板は、互いに平行および／または同心である。特に、チャックは、互いに対して移動可能である。

【0013】

例えば、制御ユニットは、第１の基板の少なくとも１つの特性および／または第２の基板の少なくとも１つの特性、特に、基板の公称サイズおよび／または直径、基板の実際のサイズおよび／または直径、基板の剛性のような機械的特性、および／または基板の温度のような環境特性にアクセスすることが可能である。制御ユニットは、第１の基板の少なくとも１つの特性、第２の基板の少なくとも１つの特性、または第１の基板および第２の基板の少なくとも１つの特性に応じて、第１のガス圧力調整器および／または第２のガス圧力調整器を制御するように構成される。このようにすれば、ガス圧によるたわみをさらに正確に制御できる。

【0014】

制御ユニットは、それぞれの特性が格納されているデータベース、またはそれぞれの特性を受け取るためのユーザインタフェイスを用いて、第１の基板の少なくとも１つの特性および／または第２の基板の少なくとも１つの特性へのアクセスを有してもよい。それぞれの特性は、測定され、データベースに格納され、および／またはユーザインタフェイスに供給される。

【0015】

実施形態において、第１の圧力ポートおよび／または第２の圧力ポートは、中心に、特にそれぞれの保持面またはチャックの領域の中心に配置され、および／または第１の圧力ポートと第２の圧力ポートが整列して、それぞれの基板の回転対称なたわみおよび／または基板の最良の重なりを生じさせる。

【0016】

安定かつ確実なプロセスのために、チャック、特に保持面は、基板を固定するための保持手段、特に真空手段、静電手段または機械的クランプ手段で構成される。

【0017】

十分なたわみを許容するために、保持手段、特に少なくとも１つの真空溝は、それぞれの保持面のエッジ部分に設けられる。

【0018】

エッジ部分は、特に、基板とチャックのそれぞれの半径方向外側の５％～２０％に相当する領域である。

【0019】

真空手段は、真空源に接続されてもよい。

【0020】

十分なガス圧を供給するために、ボンディング装置は少なくとも１つのガス圧力源を備え、特に、少なくとも１つのガス圧力源は、第１のガス圧力調整器および第２のガス圧力調整器に流体的に接続される。

【0021】

例えば、ガス圧力源、例えばコンプレッサーは、それ自体が圧力調整器である。この場合、第１のガス圧力源と第２のガス圧力源とが必要である。

【0022】

上述の目的のために、第１の圧力ポートを有する第１のチャックと第２の圧力ポートを有する第２のチャックとを含むボンディング装置を用いて、第１の基板と第２の基板とをボンディングする方法が提供される。本方法は、以下の工程：
ａ）第１の基板を、第１の圧力ポートを覆う第１のチャックの上に配置し、第１の基板のエッジ部分を第１のチャックに固定する工程、
ｂ）第２の基板を第２の圧力ポートを覆うように第２のチャックの上に載せ、第２の基板のエッジ部分を第２のチャックに固定する工程、
ｃ）第１圧力ポートに第１ガス圧のガスを供給し、第２圧力ポートに第２ガス圧のガスを供給して、基板を互いにたわませる工程、および、
ｄ）少なくとも前記第１の基板と前記第２の基板とが互いに接触するまで、第１のチャックと第２のチャックとを互いに向かって相対的に移動させる工程、を含み、
第１のガス圧と第２のガス圧は、互いに独立して制御される。

【0023】

基板が互いに完全に接触する前に、チャックの移動が停止してもよい。例えば、チャック間の距離は、移動が停止したときに、基板の一方の厚さの５倍未満である。

【0024】

ボンディング装置の文脈で説明した特徴および利点は、方法にも適用され、その逆もまた然りである。例えば、上述したようなボンディング装置を本方法に用いてもよい。

【0025】

例えば、ガス圧は同時に印加され、および／または基板とチャックは互いに同心である。

【0026】

たわみをより正確に制御するために、本方法は、以下のさらなる工程：
ａ）第１の基板の少なくとも１つの特性および／または第２の基板の少なくとも１つの特性、特に、それぞれの基板の公称サイズおよび／または直径、それぞれの基板の実際のサイズおよび／または直径、それぞれの基板の剛性のような機械的特性、および／またはそれぞれの基板の温度のような環境特性を測定する工程、および、
ｂ）第１の基板の少なくとも１つの特性に応じて、第２の基板の少なくとも１つの特性に応じて、または第１の基板および第２の基板の少なくとも１つの特性に応じて、第１のガス圧および／または第２のガス圧を制御する工程、を含んでもよい。

【0027】

実施形態において、基板の接触部分は、それぞれの基板の圧力ポートにあり、接触部分は、第１のガス圧および第２のガス圧が加えられたときに、最大のたわみを受け、チャックが互いに向かって移動したときに、第１の基板および第２の基板は、最初に、それぞれの接触部分と接触する。したがって、接触部によって初期接触および初期結合がなされることが保証される。

【0028】

スケール歪みをさらに低減するために、チャックの移動中に、初期接触後の第１の基板と第２の基板との間の入射角が０．１°と１．５°との間、特に０．４°と０．８°との間に保持されるように、および／または入射角が基板間の最終平面によって均等に分けられるように、第１のガス圧および第２のガス圧が制御される。第１および／または第２のガス圧の制御ユニットは、ボンディング波の伝搬プロセス中にそれぞれの圧力値を変更するようにプログラム可能であってもよい。

【0029】

例えば、ボンディング中は入射角が一定に保たれる。ボンディング時には、ボンディング波が半径方向外側に伝搬するため、角度が半径方向外側に移動することがある。

【0030】

高精度な結果を得るためには、接触部分が一直線になるように、第１の加圧ポートと第２の加圧ポートが一直線になるようにしてもよい。圧力ポートが基板の中心にある場合もある。

【0031】

さらに、上述の目的のために、第１のチャック、第２のチャック、第１のガス圧力調整器、移動可能な第１の支持要素、および第１の支持要素のための第１のアクチュエータを含む、基板をボンディングするためのボンディング装置が提供される。第１のチャックは、第１の基板を保持するための第１の保持面を有し、第１の保持面は、第１のガス圧力調整器に流体的に接続された第１の圧力ポートを有する。第１の支持要素は、第１の圧力ポートの中に少なくとも部分的に移動可能に取り付けられ、第１のアクチュエータが、第１の保持面の上に突出しない格納位置と、第１の支持要素が第１の保持面の上に第２のチャックに向かって突出する拡張位置との間で、第１の支持要素を動かすことができる。

【0032】

支持要素によって、ガス圧の機能を制御および／または支持することができ、プロセスの精度をさらに向上させることができる。

【0033】

ボンディング装置はまた、上述したようなボンディング装置の少なくとも１つの、例えば全ての特徴を、上述した利点とともに備えてもよく、その逆もまた可能である。

【0034】

実施形態において、ボンディング装置は、第２のガス圧力調整器と、第２の支持要素と、第２の支持要素のための第２のアクチュエータと、を含む。第２のチャックは、第２の基板を保持するための第２の保持面を含み、第２の保持面は、第２のガス圧力調整器と流体的に接続された第２の圧力ポートを有する。第２の支持要素は、少なくとも部分的に第２の圧力ポートの中に移動可能に装着され、第２のアクチュエータは、第２の支持要素が第２の保持面の上に突出しない格納位置と、第２の支持要素が第２の保持面の上に第１のチャックに向かって突出する拡張位置との間で、第２の支持要素を動かすことができる。このようにすれば、ボンディング初期点をさらに正確に、かつ局所的に高い界面圧力で制御することができ、十分なボンディング開始を確保できる。

【0035】

第１のアクチュエータおよび／または第２のアクチュエータは、電気モータ、ピエゾアクチュエータ、空気圧式アクチュエータ、および／または油圧式アクチュエータであってもよい。

【0036】

第１の支持要素および／または第２の支持要素は、例えばピンのような細長い部材でもよい。

【0037】

一態様において、ボンディング装置は、第１のガス圧力調整器および第１のアクチュエータに、および／または第２のガス圧力調整器および第２のアクチュエータに、電気的および／または無線で接続されている制御ユニットを含み、制御ユニットは、第１のガス圧力調整器を制御して第１の圧力ポートに第１のガス圧でガスを供給し、第１のアクチュエータを介して第１の支持要素の動きを制御するよう構成され、および／または制御ユニットは、第２のガス圧力調整器を制御して第２の圧力ポートに第２のガス圧でガスを供給し、第２のアクチュエータを介して第２の支持要素の動きを制御するよう構成されている。このようにすれば、ボンディング工程を詳細に制御することができる。

【0038】

支持要素と加圧ポートの両方を、同じ箇所に配置するために、第１のチャックおよび／または第２のチャックは、それぞれの保持面から延びる開口部、特にそれぞれのチャックを完全に貫通して延びる開口部を有し、それぞれの保持面に隣接する開口部の一部がそれぞれの加圧ポートであり、特にそれぞれの支持要素が開口部に取り付けられ、供給チャネルが加圧ポート形成部分からそれぞれのチャックの裏面または周面まで延びて設けられても良い。

【0039】

裏面は、特に保持面とは反対側である。

【0040】

圧力調整器は、圧力ポートにガスを供給するために供給チャネルに流体的に接続されてもよい。

【0041】

実施形態において、第１の圧力ポートおよび／または第２の圧力ポートは、中心に、特にそれぞれの保持面またはチャックの領域の中心に配置され、および／または第１の圧力ポートと第２の圧力ポートが整列して、それぞれの基板の回転対称なたわみおよび／または基板の最良のオーバーラップを生じさせる。

【0042】

安定かつ確実なプロセスのために、チャック、特に保持面は、基板を固定するための保持手段、特に真空手段、静電手段または機械的クランプ手段で構成されている。

【0043】

十分なたわみを可能にするために、保持手段、特に少なくとも１つの真空溝は、それぞれの保持面のエッジ部分に設けられている。

【0044】

エッジ部分は、特に、基板とチャックのそれぞれの半径方向外側の５％から２０％に相当する領域である。

【0045】

真空手段は、真空源に接続されてもよい。

【0046】

十分なガス圧を供給するために、ボンディング装置は少なくとも１つのガス圧源を含み、特に、少なくとも１つのガス圧源は、第１のガス圧調整器および第２のガス圧調整器に流体的に接続されている。

【0047】

例えば、ガス圧力源、例えばコンプレッサーは、それ自体が圧力調整器である。この場合、第１のガス圧力源と第２のガス圧力源が必要である。

【0048】

さらに、上述の目的のために、第１の圧力ポートおよび第１の支持要素を有する第１のチャックと第２のチャックとを含むボンディング装置を用いて、第１の基板を第２の基板にボンディングするための、方法が提供される。本方法は、以下の工程：
ａ）第１の基板を、第１の圧力ポートを覆う第１のチャックの上に配置し、第１の基板のエッジ部分を第１のチャックに固定する工程、
ｂ）第２の基板を第２のチャックの上に配置し、第２の基板を第２のチャックに固定する工程、
ｃ）第１の基板が第２の基板に向かってたわむように、第１のガス圧を有するガスを第１の圧力ポートに供給する工程、
ｄ）第の１支持要素を伸長位置に移動させ、第１の支持要素が第１チャックの上方で第２チャックに向かって突出させる工程、および、
ｅ）第１の基板と第２の基板とが少なくとも互いに接触するまで、第１のチャックと第２のチャックとを互いに向かって相対的に移動させる工程、を含む。

【0049】

基板が互いに完全に接触する前に、チャックの移動を停止してもよい。例えば、チャック間の距離は、移動が停止しときに、一方の基板の厚さの５倍以下である。

【0050】

ボンディングデバイスおよび／または方法の実施形態の上述の文脈で説明した特徴および利点は、方法にも適用され、その逆もまた同様である。例えば、上述のようなボンディングデバイスを本方法に用いてもよい。

【0051】

初期接触点の制御精度をさらに向上させるために、本方法は、以下のさらなる工程：
ａ）第２の基板が第１の基板に向かってたわむように、第２のチャックの第２の圧力ポートに第２のガス圧を有するガスを供給する工程、および、
ｂ）第２の支持要素を伸長位置に移動させ、第２の支持要素を第２のチャックの上方で第１のチャックに向かって突出させる工程、を含んでも良い。

【0052】

第１支持要素および／または第２支持要素の移動は、それぞれの圧力ポートでガスを供給するのと同時に、またはそれぞれの圧力ポートでそれぞれのガス圧が確立された後に起こってもよい。

【0053】

本発明の一態様では、第１の支持要素および／または第２の支持要素は、たわんだ第１の基板またはたわんだ第２の基板に接触するまでそれぞれ移動され、それぞれの基板のたわみ量が支持要素の位置に基づいて測定され、特にそれぞれのガス圧が、測定したそれぞれの基板のたわみ量に基づいて調整される。これにより、支持要素の移動を正確に制御することができる。

【0054】

それぞれの支持要素を用いた第１のガス圧および／または第２のガス圧の閉ループ制御が設定されてもよい。

【0055】

実施形態において、特に基板の最初の接触の後、第１の支持要素は、第１の基板に追加の機械的圧力を加えるように作動し、および／または、特に基板の最初の接触の後、第２の支持要素は、第２の基板に追加の機械的圧力を加えるように作動する。この機械的圧力により、基板の初期ボンディングが保証される。局所的に、すなわち支持要素によって係合された箇所に圧力を加えることにより、ボンディングの初期点、これによりボンディング波の起点を正確に制御することができる。

【0056】

機械的圧力は、それぞれのガス圧を超えることがある。

【0057】

例えば、両方の支持要素を作動させて機械的圧力を加えることができる。

【0058】

また、一方の支持要素のみを動かし、他方の支持要素を所定の位置にロックして、例えばそれぞれの基板に接触して支持することも考えられる。

【0059】

機械的圧力が加えられても、たわみはガス圧のみによって引き起こされてもよい。

【0060】

一態様において、第１の支持要素および／または第２の支持要素は、機械的圧力が加えられた後で、基板が互いに完全に接触する前に、特に格納位置まで格納される。このようにして、支持要素は、一旦基板が最初に接着されると、接着プロセスを妨げない。

【0061】

格納された位置では、支持要素は、それぞれのチャックの表面またはそれぞれの保持面の上に突出することはない。

【0062】

実施形態において、基板の接触部分は、それぞれの圧力ポートにあり、接触部分は、第１のガス圧力および第２のガス圧力が加えられたときに最大のたわみを受け、第１の基板および第２の基板は、チャックが互いに向かって移動したときに、それぞれの接触部分と最初に接触する。したがって、接触部によって初期接触が行われることが保証される。

【0063】

スケール歪みをさらに低減するために、チャックの移動中、初期接触後の第１の基板と第２の基板との間の入射角が０．１°と１．５°との間、特に０．４°と０．８°との間に保持され、および／または入射角が基板間の最終平面によって均一に分割されるように、第１のガス圧力および第２のガス圧力が制御される。第１および／または第２のガス圧のための制御ユニットは、ボンディング波の伝搬プロセス中にそれぞれの圧力値を変更するようにプログラム可能であってもよい。

【0064】

例えば、ボンディング中は入射角が一定に保たれる。ボンディング中は、ボンディング波が半径方向外側に伝搬しても良く、したがって角度は半径方向外側に移動しても良い。

【0065】

高精度な結果を得るためには、接触部分が一直線になるように、第１の加圧ポートと第２の加圧ポートを一直線にしてもよい。加圧ポートは、基板の中心部にあってもよい。

【0066】

上述の目的のために、基板をボンディングするためのボンディング装置がさらに提供される。ボンディング装置は、第１のチャックと、第１の支持構造体と、第２のチャックと、第２の支持構造体とを含む。第１のチャックは、第１の支持構造体を熱的に絶縁するように、第１の支持構造体に取り付けられ、第２のチャックは、第２の支持構造体を熱的に絶縁するように、第２の支持構造体に取り付けられる。

【0067】

チャックを熱的に隔離することによってチャックの温度を正確に制御することで、基板がチャック上に配置されるとチャックの温度になると仮定されるので、異なる温度および／または異なる熱膨張係数による基板のスケール歪みを回避することができる。

【0068】

ボンディング装置はまた、言及された利点を有する上述のボンディング装置および／または方法の実施形態の少なくとも１つの、例えば全ての特徴を有してもよく、その逆もまた然りである。

【0069】

一態様において、第１のチャックおよび／または第２のチャックは、取り付け要素によってそれぞれの支持構造体に取り付けられ、第１のチャックおよび／または第２のチャックは、それぞれの支持構造体から間隔を空けて配置される。このようにして、チャックとそれぞれの支持構造体との間の熱絶縁は、チャックと支持構造体との間の距離、すなわち空気、ガス、真空によって達成される。

【0070】

熱によるスケール歪みをさらに低減するために、ボンディング装置は、第１のチャックと第２のチャックの温度を均熱化するように構成された少なくとも１つのチャック調節装置（chuck tempering device）を含む。

【0071】

本開示内では、均熱化とは、温度差を１℃未満、特に０．５℃未満、とりわけ０．１℃未満にすることを意味する。

【0072】

実施形態において、第１のチャックおよび第２のチャックはそれぞれ少なくとも１つの調節チャネルを含み、チャック調節装置は、第１のチャックの少なくとも１つの調節チャネルおよび第２のチャックの少なくとも１つの調節チャネルを同じ調節回路に含む調節回路を含み、チャックが熱的に均一化されることを保証する。

【0073】

代替的にまたは追加的に、第１のチャックおよび／または第２のチャックは、発熱体、特に閉ループ発熱体を含み、ボンディング装置を簡略化することができる。

【0074】

チャックおよび／または基板の間の温度差を回避するために、ボンディング装置はガス調節装置を含んでも良い。第１のチャックは、第１の基板を保持するための第１の保持面を含み、第１の保持面は、ガス調節装置に流体的に接続された第１の圧力ポートを有する。第２のチャックは、第２の基板を保持するための第２の保持面を含み、第２の保持面は、ガス調節装置に流体的に接続された第２の圧力ポートを有する。

【0075】

一態様において、ガス調節装置は、少なくとも１つのチャネルを有する調節材料からなり、少なくとも１つのチャネルは、第１の圧力ポートおよび／または第２の圧力ポートに流体的に接続されている。ガスを同じ調節材料に導くことで、第１の圧力ポートおよび第２の圧力ポートに導かれるガスが同じ温度を持つことが保証される。

【0076】

ガスおよび／またはチャックの温度を制御するために、第１のチャックおよび／または第２のチャックは、それぞれのチャックのそれぞれの圧力ポートに関連する温度センサを含む。

【0077】

実施形態において、第１の圧力ポートおよび／または第２の圧力ポートは、中心に、特にそれぞれの保持面またはチャックの領域の中心に配置され、および／または第１の圧力ポートと第２の圧力ポートが整列し、それぞれの基板の回転対称なたわみおよび／または基板の最良のオーバーラップを生じさせる。

【0078】

安定かつ確実なプロセスのために、チャック、特に保持面は、保持手段、特に真空手段、静電手段、または基板を固定するための機械的クランプ手段で構成される。

【0079】

十分なたわみを許容するために、保持手段、特に少なくとも１つの真空溝は、それぞれの保持面のエッジ部分に設けられる。

【0080】

エッジ部分は、特に、基板とチャックのそれぞれの半径方向外側の５％から２０％に相当する領域にある。

【0081】

真空手段は、真空源に接続されてもよい。

【0082】

十分なガス圧を供給するために、ボンディング装置は少なくとも１つのガス圧源を含み、特に、少なくとも１つのガス圧源は、第１のガス圧調整器および第２のガス圧調整器に流体的に接続される。

【0083】

例えば、ガス圧力源、例えばコンプレッサーは、それ自体が圧力調整器である。この場合、第１ガス圧力源と第２ガス圧力源とが必要である。

【0084】

上述の目的のために、さらに、第１のチャックと第２のチャックとを含むボンディング装置を用いて、第１の基板を第２の基板にボンディングする方法が提供される。本方法は、以下の工程：
ａ）第１のチャックと第２のチャックの温度を等しくする工程、
ｂ）第１の基板を第１のチャックの上に配置し、第１の基板を第１のチャックに固定する工程、
ｃ）第２の基板を第２のチャックの上に配置し、第２の基板を第２のチャックに固定する工程、および、
ｄ）第１の基板と第２の基板とが少なくとも互いに接触するまで、第１のチャックと第２のチャックとを互いに向かって相対的に移動させる工程、を含む。

【0085】

また、基板同士が完全に接触する前にチャックの動きを止めてもよい。例えば、チャック間の距離は、移動停止時に基板の一方の厚さの５倍以下である。

【0086】

ボンディング装置および方法の実施形態の上述の文脈で説明した特徴および利点は、方法にも適用され、その逆もまた然りである。例えば、上述のようなボンディングデバイスは、本方法に使用されてもよい。

【0087】

例えば、均熱化および／または調節は、少なくとも基板がチャック上に配置されるまで、特に基板が初期接触を行うまで、または基板が完全にボンディングされるまで継続される。

【0088】

簡単かつ効率的な方法でチャックを均一にするために、第１のチャックと第２のチャックは、チャックが互いに直接接触するまで互いに向かって移動され、特にチャックは、少なくともそれらの温度が均一になるまで接触した状態に保持される。

【0089】

非常に正確な温度均一化のために、第１のチャックと第２のチャックの温度は、チャック調節装置を用いて均熱化される。

【0090】

一態様において、チャック調節装置の同じ調節回路を用いて、第１のチャックの少なくとも１つの調節チャネルと第２のチャックの少なくとも１つの加熱チャネルに調節液を循環させることにより、均熱化が行われる。このように、非常に精密な均熱化が行われる。

【0091】

追加的または代替的に、均熱化は、チャック調節装置の加熱素子、特に閉ループ加熱素子を用いて、第１のチャックおよび／または第２のチャックをそれぞれのチャック内で加熱することによって行われる。このように、ボンディング装置を簡略化できる。

【0092】

実施形態において、第１のチャックは第１の圧力ポートを含み、および／または第２のチャックは第２の圧力ポートを含み、第１の圧力ポートに第１のガス圧のガスが供給され、および／または第２の圧力ポートに第２のガス圧のガスが供給されて、基板が互いに対してたわみ、ボンディングの不正確さを低減する。

【0093】

ある態様では、ガスは、それぞれの圧力ポートに到達する前に、特にそれぞれのチャックとの接触によって調節され、ガスによる温度差を減少させることができる。

【0094】

正確な調節には、ガスはガス調節装置によって調節され、第１の圧力ポートおよび第２の圧力ポートに導かれたガスは、ガス調節装置の共通のガス調節材料を通り、特に共通のガス調節材料の温度は制御される。

【0095】

調節（tempering）は、特に、第１の圧力ポートにおけるガスと第２の圧力ポートにおけるガスとが、等しい温度を有するように行われる。

【0096】

別の態様では、ボンディング装置は、少なくとも２つのガス温度センサを含み、ガス温度センサの各々は、第１の圧力ポートまたは第２の圧力ポートに関連付けられ、ガス温度センサは、それぞれの関連する圧力ポートに向けられたガスの温度を測定する。このようにして、温度差および例えばスケール歪みをさらに低減できる。

【0097】

チャックの温度を密接に制御するために、ボンディング装置は、少なくとも２つのチャック温度センサを含んでよく、チャック温度センサの各々は、第１のチャックまたは第２のチャックに関連付けられ、チャック温度センサは、それぞれのチャックの温度を測定する。

【0098】

実施形態において、第１のガス圧力および第２のガス圧力は、第１の圧力ポートに向けられたガスの測定温度、第２の圧力ポートに向けられたガスの測定温度、第１のチャックの測定温度、第２のチャックの測定温度またはいずれかの温度の組合せに基づいて制御される。このようにすれば、ボンディングの精度をさらに高めることができる。

【0099】

実施形態において、基板の接触部は、それぞれの圧力ポートにあり、接触部は、第１のガス圧および／または第２のガス圧が加えられたときに最大のたわみを受け、第１の基板および第２の基板は、チャックが互いに向かって移動したときに、それぞれの接触部と、最初に接触する。したがって、初期接触が接触部によって行われることが保証される。

【0100】

さらにスケール歪みを低減するために、チャックの移動中に、最初の接触後の第１の基板と第２の基板との間の入射角が０．１°と１．５°の間、特に０．４°と０．８°の間に保持され、および／または基板間の最終平面で入射角が均等に分割するように第１のガス圧力および第２のガス圧力が制御される。第１および／または第２のガス圧のための制御ユニットは、ボンディング波の伝搬プロセス中にそれぞれの圧力値を変更するようにプログラム可能でもよい。

【0101】

例えば、ボンディング中は入射角が一定に保たれる。ボンディング中は、ボンディング波が半径方向外側に伝搬することがあり、したがって角度は半径方向外側に移動する。

【0102】

高精度な結果を得るためには、接触部分が一直線になるように、第１の加圧ポートと第２の加圧ポートが一直線になるようにしてもよい。

【0103】

圧力ポートは、基板の中心でもよい。

【図面の簡単な説明】

【0104】

さらなる特徴および利点は、以下の説明、および参照される添付図面から明らかになるであろう。

【0105】

【図1】本発明にかかるボンディング装置を模式的に示す。

【図2】本発明にかかるボンディング装置の第２の実施形態を示す。

【図3a】本発明にかかる方法の様々な工程中の、図１または図２にかかるボンディング装置のチャックを示す。

【図3b】本発明にかかる方法の様々な工程中の、図１または図２にかかるボンディング装置のチャックを示す。

【図3c】本発明にかかる方法の様々な工程中の、図１または図２にかかるボンディング装置のチャックを示す。

【図3d】本発明にかかる方法の様々な工程中の、図１または図２にかかるボンディング装置のチャックを示す。

【図3e】本発明にかかる方法の様々な工程中の、図１または図２にかかるボンディング装置のチャックを示す。

【図3f】本発明にかかる方法の様々な工程中の、図１または図２にかかるボンディング装置のチャックを示す。

【図3g】本発明にかかる方法の様々な工程中の、図１または図２にかかるボンディング装置のチャックを示す。

【発明を実施するための形態】

【0106】

図１には、第１の基板１２と第２の基板１４とをボンディングするためのボンディング装置１０が模式的に示されている。

【0107】

ボンディング装置１０は、例えば、融着ボンディングまたは直接ボンディングのためのボンディング装置である。基板１２、１４は、例えば、半導体、特にシリコンからなるウエハであってもよい。

【0108】

基板１２、１４の一方または両方は、特に他方の基板１２、１４と対向する面に、マイクロ構造またはナノ構造のような構造を有していてもよい。

【0109】

ボンディング装置１０は、内部にプロセスチャンバ１８を規定するハウジング１６を含む。ボンディング装置１０のプロセスチャンバ１８内には、第１の支持構造２０、第２の支持構造２２、第１のチャック２４および第２のチャック２６が配置されている。

【0110】

チャック２４、２６は、鉛直方向に移動しても互いに平行である。さらに、チャック２４、２６は、互いに同心円状であってもよい。

【0111】

チャック２４、２６は、円形であってもよく、および／または、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍおよび／または４５０ｍｍの基板またはウエハを収容するための直径を有してもよい。

【0112】

単語「第１」および「第２」は、本発明の文脈では、異なるサブコンポーネントを互いに区切るために使用される。これは、ある構成要素が第２のサブ構成要素を含む場合に、その構成要素が実際に２つのサブ構成要素からなることを必ずしも意味しない。

【0113】

ボンディング装置１０は、プロセスチャンバ１８の外側に、真空源２８、チャック調節装置３０、制御ユニット３２、ガス調節装置３４、圧力源３６、第１ガス圧力調整器３８および第２ガス圧力調整器４０をさらに含む。

【0114】

なお、プロセスチャンバ１８の内部には、前述の構成要素のうち１つ以上の構成要素が配置されていることも勿論考えられる。例えば、第１のガス圧力調整器３８および第２のガス圧力調整器４０は、より正確なガス圧力制御のために、プロセスチャンバ１８内、特にそれぞれのチャック２４、２６の近くまたは中に配置されてもよい。

【0115】

第１チャック２４および第１支持構造体２０は、ボンディング装置１０の下部ユニットを形成している。同様に、第２のチャック２６と第２の支持構造２２は、ボンディング装置１０の上部ユニットを形成する。上部ユニットは、下部ユニットの上方に配置され、チャック２４、２６は、互いに向き合っている。

【0116】

上部ユニットおよび下部ユニットは、例えばロッドなどの取り付け要素４２を含んでもよく、この取り付け要素によって、第１チャック２４は第１支持構造体２０に取り付けられ、第２チャック２６は第２支持構造体２２に取り付けられる。

【0117】

例えば、取り付け要素４２は、熱伝導率の低い材料である。

【0118】

取り付け要素４２により、チャック２４、２６は、それぞれの支持構造体２０、２２から間隔を空けて配置される。したがって、それぞれの支持構造体２０、２２と直接接触することはない。

【0119】

チャック２４、２６とそれぞれの支持構造体２０、２２との間の間隙のために、チャック２４、２６はそれぞれの支持構造体２０、２２から熱的に隔離されている。

【0120】

隙間には、プロセスチャンバ１８の雰囲気が存在してもよい。雰囲気は、空気、窒素のようなガス、または真空であってもよい。

【0121】

図１の実施形態において、上部ユニットは、取り付け要素４２に結合されたチャックアクチュエータ４４をさらに備える。チャックアクチュエータ４４によって、第２チャック２６は、第１チャック２４に向かって垂直に移動してもよい。

【0122】

このように、第１チャック２４と第２チャック２６は、相対的に移動可能である。

【0123】

支持構造体２０、２２は、順に、ハウジング１６に取り付けられてもよい。

【0124】

チャック２４、２６はそれぞれ、他方のチャック２６、２４に面する表面に少なくとも１つの圧力ポートを有する保持面を構成している。すなわち、第１チャック２４は、第１圧力ポート５０を有する第１保持面４６を有し、第２チャック２６は、第２圧力ポート５２を有する第２保持面４８を有する。

【0125】

もちろん、本発明によるボンディング装置１０は、加圧ポートおよび支持要素を備えるチャック２４、２６を１つだけ備えてもよいことは、考えられることである。

【0126】

加圧ポート５０、５２は、例えば、それぞれの保持面４６、４８またはチャック２４、２６の領域の中央に配置される。例えば、第１圧力ポート５０と第２圧力ポート５２とは、互いに整列して配置される。

【0127】

チャック２４、２６は、それぞれの保持面４６、４８に、基板１２、１４を固定するための保持手段５４をさらに含む。

【0128】

図１に示す実施形態では、保持手段５４は、保持面４６、４８の半径方向外縁部分に配置された少なくとも１つの真空溝５６である真空手段である。

【0129】

例えば、エッジ部分は、チャック２４、２６の半径方向外側の５％から２０％に相当する部分と規定される。保持手段５４、ここでは真空溝５６は、真空源２８に流体的に接続されている。

【0130】

チャック２４、２６には、開口部５８が設けられており、この開口部５８は、例えば、それぞれのチャック２４、２６の厚さ全体を通って延びている。

【0131】

開口部５８は、チャック２４、２６の領域の中心に設けられ、それぞれの保持面４６、４８に開口してもよい。

【0132】

開口部５８のうち、それぞれの保持面４６、４８に開口する部分、すなわち保持面４６、４８に隣接する部分は、チャック２４、２６のそれぞれの圧力ポート５０、５２を形成している。

【0133】

各チャック２４、２６について、それぞれの圧力ポート５０、５２に関連して、温度センサ６０が設けられている。例えば、温度センサ６０は、開口部５８のうち保持面４６、４８に隣接する部分に設けられる。

【0134】

温度センサ６０は、気体温度センサ６１を含んでもよいし、気体温度センサ６１であってもよい。気体温度センサ６１は、例えば、それぞれの圧力ポート５０、５２に配置され、または、それぞれの圧力ポート５０、５２の中に配置される。

【0135】

代替的にまたは追加的に、温度センサ６０は、チャックの温度を測定するように適合されたチャック温度センサ６３を含むかまたはそれであってもよい。

【0136】

各チャック２４、２６において、供給チャネル６２が開口部５８からそれぞれのチャック２４、２６の裏面まで延びており、裏面とは、他のチャック２６、２４から離れる方向に面するチャック２４、２６の面である。

【0137】

もちろん、供給チャネル６２がそれぞれのチャック２４、２６の外周面まで延びていることも考えられる。

【0138】

裏面において、供給チャネル６２は、それぞれのチャック２４、２６に関連する圧力調整器３８、４０に流体的に接続されている。したがって、第１チャック２４の供給チャネル６２は、第１ガス圧力調整器３８に流体的に接続されており、第２チャック２６の供給チャネル６２は、第２ガス圧力調整器４０に流体的に接続されている。

【0139】

圧力調整器３８、４０は、順に、ガス調節装置３４に流体的に接続され、最後に圧力源３６に流体的に接続される。

【0140】

ガス調節装置３４は、調節モジュール６４と、２つのチャネル６６を有する調節材料６５を含む。

【0141】

圧力源３６から第１のガス圧力調整器３８への流体接続と、圧力源３６から第２のガス圧力調整器４０への流体接続は、それぞれチャネル６６のうちの１つによって提供される。

【0142】

もちろん、調整材料６５が１つのチャネルのみからなり、第１ガス圧力調整器３８および第２ガス圧力調整器４０に向かう流体接続が調節材料６５を通過した後に、圧力調整器３８、４０に向かう途中で分岐または分断されることも考えられる。

【0143】

上部ユニットおよび下部ユニットはそれぞれ、少なくとも１つの支持要素、すなわちそれぞれ第１の支持要素６８および第２の支持要素７０を含む。さらに、第１の支持要素６８および第２の支持要素７０には、それぞれ第１のアクチュエータ７２および第２のアクチュエータ７４が設けられる。

【0144】

アクチュエータ７２、７４は、それぞれのチャック２４、２６に、またはそれぞれの支持構造２０、２２に取り付けられてもよく、例えば電気モータ、ピエゾアクチュエータ、空気圧アクチュエータ、および／または油圧アクチュエータでもよい。

【0145】

支持要素６８、７０は、少なくとも部分的に、それぞれのチャック２４、２６の開口部５８内に配置されている。支持要素６８、７０は、ピンのような細長い要素でもよい。

【0146】

支持要素６８、７０は、例えばベアリング７６によって、開口部５８内に移動可能に取り付けられている。

【0147】

供給チャネル６２は、圧力ポート５０、５２とベアリング７６との間で開口部５８から延びている。

【0148】

第１支持要素６８と第２支持要素７０は、垂直方向に同一直線上に配置されている。

【0149】

支持要素６８、７０は、図１および図２に示すように、支持要素６８、７０がそれぞれの保持面４６、４８またはチャック２４、２６の上に突出しない格納位置を取ることができる。

【0150】

さらに、支持要素６８、７０は、アクチュエータ７２、７４によって、支持要素６８、７０がそれぞれの保持面４６、４８の上方に部分的に突出する拡張位置に移動してもよい。

【0151】

もちろん、１つ以上の、特に連続した拡張位置が存在する。

【0152】

図１に示す第１の実施形態において、チャック２４、２６は、チャック調節装置３０と流体連通している少なくとも１つの調節チャネル７８をそれぞれさらに含む。

【0153】

調節チャネル７８は、それぞれのチャック２４、２６の全体を通して、例えば螺旋状に、または複数の円形に延びてもよい。

【0154】

チャック調節装置３０は、調節流体８２を有する調節回路８０と、流体ポンプ８４と、流体調節モジュール８６とを含む。

【0155】

少なくとも１つの調節チャネル７８の両方が同じ調節回路８０に含まれるように、調節回路８０は調節チャネル７８を含む。

【0156】

調節回路８０内の調節流体８２は、流体調節モジュール８６によって調節され、流体ポンプ８４を介して調節回路８０に送られても良い。

【0157】

制御ユニット３２は、真空源２８、チャック調節装置３０、ガス調節装置３４、圧力源３６、圧力調整器３８、４０、チャックアクチュエータ４４、温度センサ６０および／または第１および第２のアクチュエータ７２、７４と、電気的および／または無線で接続されている。制御ユニット３２は、これらの構成要素の全てまたは各々を制御するように構成されている。

【0158】

制御ユニット３２は、基板１２、１４の特性を含むデータベースへのアクセスを有する。データベースは、制御ユニット３２内に、または制御ユニット３２がアクセス可能なサーバ上に、配置されてもよい、すなわち、格納されてもよい。

【0159】

追加的または代替的に、制御ユニット３２は、チャック２４、２６に位置する基板１２、１４の特性を含むユーザ入力を受け取るためのユーザインタフェイス８８を含む。

【0160】

図２は、ボンディング装置１０の第２実施形態を模式的に示す。第２実施形態のボンディング装置１０は、第１実施形態のボンディング装置１０に概ね対応しているので、以下では、異なる点についてのみ説明する。同一かつ機能的に同一の構成要素には、同一の参照数字が付されている。

【0161】

第１実施形態のボンディング装置１０と第２実施形態のボンディング装置１０との第１の相違点は、保持手段５４が静電保持手段９０として設けられるという態様である。また、静電保持手段９０は、それぞれのチャック２４、２６の端部部分に設けられていてもよい。

【0162】

もちろん、保持手段５４は、機械的なクランプ手段でもよい。

【0163】

第２の異なる態様は、圧力調整器３８、４０に関する。第２実施形態では、圧力調整器３８、４０は、それぞれ、コンプレッサーのような圧力源である。

【0164】

言い換えれば、２つの圧力源３６が設けられ、それぞれ第１ガス圧力調整器３８および第２ガス圧力調整器４０である。

【0165】

さらに、第１実施形態と異なる点として、ガス調質装置は、チャック２４、２６の供給チャネル６２を含む受動的な装置であることが挙げられる。

【0166】

供給チャネル６２は、この第２実施形態では、調節部９２を有する。調節部９２は、供給チャネル６２の長さを、圧力ポート５０、５２をそれぞれの圧力調整器３８、４０に単に直接および／または効率的に接続するために必要な距離よりも長く延びている。

【0167】

さらに、第１の実施形態と異なって、下部ユニットはまた、チャックアクチュエータ４４を含んでおり、そのため、また第１のチャック２４は、第２のチャック２６に向かって垂直方向に、すなわち上方に、移動することができる。

【0168】

さらに別の異なる態様において、チャック調整装置３０は、チャック２４、２６を調整ために、両方のチャック２４、２６内に配置された加熱素子９４を含む。チャック調節装置は、閉ループ制御の装置であってもよい。

【0169】

もちろん、本発明によるボンディング装置１０が、第１および第２の実施形態の特徴の組み合わせを含むことも可能である。

【0170】

例えば、ボンディング装置１０は、第１の実施形態に従って提供されるが、第２の実施形態の上述した態様のうちの１つまたは複数が実装されてもよい。

【0171】

図３ａ～図３ｇには、本発明にかかるボンディング装置１０を用いて基板１２、１４をボンディングする方法が例示されている。図３ａ～図３ｇでは、方法を明確にするために、チャック２４、２６および支持要素６８、７０のみが示され、従来よりも細部は示されていない。

【0172】

ボンディング装置１０の初期位置は、図３ａに示されている。両チャック１２、１４は互いに離れており、支持要素６８、７０はその引っ込んだ位置にある。

【0173】

チャック２４、２６には、まだ基板１２、１４は存在しない。

【0174】

本方法の一実施形態では、基板１２、１４がチャック２４、２６上に配置される前に、チャック２４、２６の温度は均等化され、第１のチャック２４と第２のチャック２６との間の温度差が１℃未満、特に０．５℃未満に低減される。例えば、温度差を０．１℃未満にすることができる。

【0175】

すなわち、第１チャック２４と第２チャック２６とを熱平衡にする。

【0176】

温度を平衡させるために、チャック調節装置３０は、チャック２４、２６の温度を同じ温度に制御する。なお、チャック調節装置３０は、制御部３２によって順番に制御されてもよい。

【0177】

このように、チャック調節装置３０は、特に閉ループ方式で、発熱体９４を用いてチャック２４、２６の一方または両方を加熱する。

【0178】

代替的にまたは追加的に、チャック調節装置３０は、共通調節回路８０の流体ポンプ８４を作動させて、調節流体８２が両チャック２４、２６の少なくとも一つの調節チャネル７８を通って循環するようにする。このように、チャック２４、２６は、チャック２４、２６が同じ調節回路８０の一部であるため、調節流体８２が両方のチャック２４、２６で同じ温度となる。

【0179】

なお、チャックの均熱化は、チャック温度センサ６３を用いて制御してもよい。

【0180】

さらに、本発明によるボンディング装置は、チャック調節装置３０を備えない場合もあるので、チャック２４、２６の直接接触が達成されるまでチャック２４、２６を互いに向かって移動させることによっても、第１チャック２４と第２チャック２６の温度を均一化することができる（図３ｂ参照）。

【0181】

移動は、チャックアクチュエータ４４によって行われ、制御ユニット３２を介して制御される。

【0182】

チャック２４、２６は、チャック２４、２６の温度が等しくなるまで、互いに直接接触した状態に保持される。チャック２４、２６の温度は、温度センサ６０、特にチャック温度センサ６３を用いて測定することができる。

【0183】

もちろん、調整装置３０が存在する場合でも、チャック２４、２６を互いに直接接触させてもよい。これにより、均熱化工程を高速化することができる。

【0184】

チャック２４、２６の温度が均一化されると、すなわち温度差が１℃より小さく、特に０．５℃より小さく、例えば０．１℃より小さくなると、チャック２４、２６は互いに遠ざけられる。

【0185】

その後、ボンディング装置１０は、基板１２、１４を搭載することができる。

【0186】

図３ｃに見られるように、第１の基板１２は第１のチャック２４の第１の保持面４６に載置され、第２の基板１４は第２のチャック２６の第２の保持面４８に載置される。

【0187】

基板１２、１４は、互いに同心円状に配置され、チャック２４、２６とも同心円状に配置される。

【0188】

基板１２、１４が保持面４６、４８に載置されると、保持手段５４が作動する。

【0189】

したがって、真空源２８が真空溝５６に真空にしてもよいし、静電保持手段９０に電力を供給してもよい。

【0190】

その結果、第１基板１２は、その端部において第１保持面４６の端部に固定され、第２基板１４は、その端部において第２保持面４８の端部に固定される。

【0191】

基板１２、１４をボンディング装置１０に配置する前または配置中に、基板１２、１４の特性を測定し、制御部３２に提供してもよい。

【0192】

これは、測定された特性を、ユーザインタフェイス８８を介して制御ユニット３２に入力することにより、または測定された特性をデータベースに格納することにより行われてもよい。

【0193】

基板１２、１４の特性は、それぞれの基板１２、１４の公称サイズおよび／または公称直径、それぞれの基板１２、１４の実際のサイズおよび／または直径、それぞれの基板１２、１４の剛性のような機械的特性を含んでもよい。さらに、基板１２、１４の特性は、それぞれの基板１２、１４の温度のような環境特性も含んでもよい。

【0194】

測定された特性の少なくとも１つに応じて、制御ユニット３２は、圧力源３６および／または圧力調整器３８、４０を制御して、第１の圧力ポート５０に第１のガス圧力を有するガス、例えば圧縮空気または窒素を供給し、第２の圧力ポート５２に第２のガス圧力を有するガス、例えば圧縮空気または窒素を供給する。例えば、圧力は同時に加えられる。ガスの流れは、図３ｄ、図３ｅ、図３ｆに矢印で示されている。

【0195】

温度センサ６０、特にチャック温度センサ６３の測定値は、制御ユニット３２によって、第１および第２のガス圧を決定するために使用されてもよい。

【0196】

例えば、第１の圧力ポート５０におけるガスの第１のガス圧は、第１の基板１２の特性に基づいて決定され、第２の圧力ポート５２におけるガスの第２のガス圧は、第２の基板１４の特性に基づいて選択される。

【0197】

もちろん、両基板１２、１４の特性を用いて、第１のガス圧と第２のガス圧を決定してもよい。

【0198】

したがって、第１のガス圧と第２のガス圧は、最も可能性に高いのは、互いに異なっていてもよく、これは制御ユニット３２が第１のガス圧調整器３８と第２のガス圧調整器４０を互いに独立して制御することを意味する。

【0199】

第１のチャック２４と第２のチャック２６との間、ひいては第１の基板１２と第２の基板１４との間の温度差を大きくしないために、第１の圧力ポート５０と第２の圧力ポート５２に加えられるガスは、ガス調質装置３４を用いて同様に熱的に均一化される、すなわちガスはそれぞれの圧力ポート５０、５２に達する前に調節される。

【0200】

これは、第１の実施形態によるボンディング装置１０において、第１の圧力ポート５０に向けられたガスおよび第２の圧力ポート５２に向けられたガスが導かれる調節材料６５によって行われてもよい。第１の圧力ポート５０に導かれたガス流と第２の圧力ポート５２に導かれたガス流は、調節モジュール６４によって一定温度に保持された同じ調節材料６５を流れるため、両ガス流は同じ温度を有する。

【0201】

代替的にまたは追加的に、第２実施形態によるボンディング装置１０では、調節のためにチャック２４、２６を介してガスが導かれる。特に供給チャネル６２の調節部分９２のために、ガスがチャック２４、２６を通って移動しなければならない道のりが長いために、ガスはそれぞれのチャック２４、２６の温度になると推測される。チャック２４、２６が均的に均一化されているので、第１および第２の圧力ポート５０、５２に導かれるガスもまた熱的に均一化され、したがって調節される。

【0202】

圧力ポート５０、５２におけるガスの温度は、温度センサ６０を用いて測定することもできる。

【0203】

温度の調節および／または均熱化、すなわちガス調節装置３４およびチャック調節装置３０の機能は、少なくとも基板１２、１４がチャック２４、２６に載置されるまで、例えば基板が初期接触および／または初期ボンディングをするまで継続される。より好ましくは、均熱化および調節は、基板１２、１４が完全にボンディングされるまで継続する。

【0204】

図３ｄに見られるように、基板１２、１４は、それぞれの圧力ポート５０、５２の上方で互いの方へたわむ。たわみ量、すなわち変位は、それぞれ第１のガス圧または第２のガス圧に依存する。

【0205】

圧力ポート５０、５２の上方または下方に垂直に位置する部分は、基板の接触部９６を形成し、最も大きなたわみを受ける。

【0206】

圧力ポート５０、５２が整列しているため、接触部分９６も整列している。

【0207】

特に、第１および第２のガス圧力は、基板１２、１４のたわみが等しくなるように、および／または接触部分９６が一致するように選択される。

【0208】

第１および第２のガス圧が加えられたと同時に、または好ましくはその後に、第１の支持要素６８および第２の支持要素７０は、それぞれの保持面４６、４８の上に突出するように垂直に移動し、即ちそれらの拡張位置へ移動する。

【0209】

支持要素６８、７０は、それぞれのたわんだ基板１２、１４、より正確にはそれぞれの基板１２、１４の接触部分９６に接触するまで移動する。

【0210】

アクチュエータ７２、７４、または適切なセンサは、それぞれの接触部分９６のたわみ量が測定され得るように、支持要素６８、７０が移動した量を決定してよい。たわみ量は、第１および第２の基板１２、１４について異なってもよい。

【0211】

測定値に基づいて、第１のガス圧および／または第２のガス圧が制御部３２によって調整されてもよい。このように、閉ループ制御が達成されてもよい。

【0212】

図３ｅに示す次の工程では、接触部分９６が互いに接触するまで、すなわち初期接触が行われるまで、一方のチャックのみまたは両方のチャックを動かすことによって、チャック２４、２６は互いの方に移動する。

【0213】

接触は、必ずしも基板が互いに結合することを意味しないこと、すなわち、初期接触と初期結合は異なる時点で起こることを理解することが重要である。

【0214】

基板１２、１４の初期接触がなされる少し前、その時、またはその後に、一方または両方の支持要素６８が、それぞれのアクチュエータ７２、７４によって作動し、それぞれの基板１２、１４に機械的圧力を加える。

【0215】

ガス圧に加えて追加の機械的圧力を加えることにより、基板１２、１４は、支持要素６８、７０の間の位置、好ましくは基板１２、１４の中央でボンディングを開始することが保証される。機械的圧力は、それぞれのガス圧を超える。

【0216】

もちろん、支持要素６８、７０の一方のみが作動し、他方の支持要素７０、６８は所定の位置にロックされているが、それぞれの基板が接触していることも考えられる。

【0217】

例えば、支持要素６８、７０によって加えられる機械的圧力は、さらなるたわみをもたらさず、最初のボンディングを確実にするためにのみ使用されることは注目に値する。たわみは、ガス圧のみによって引き起こされる。

【0218】

基板１２、１４が初期ボンディングされると、いわゆるボンディング波またはボンディング前線が形成される。ボンディング波における基板１２、１４は、図３ｅの拡大部分に見られるように、入射角αを有する。

【0219】

入射角αは、基板１２、１４の既にボンディングされた部分によって規定される平面Ｐの両側で延びている。この平面Ｐは、この発明の文脈では最終平面と呼ばれる。

【0220】

制御ユニット３２が、第１の基板１２と第２の基板１４との間の入射角αを０．１°と１．５°との間、特に０．４°と０．８°との間に保持するように第１のガス圧および第２のガス圧を制御しながら、チャック２４、２６をさらに互いに向かって移動させる。特に、入射角αは一定に保たれる。

【0221】

さらに、制御部３２は、第１のガス圧を第２のガス圧とは異なって制御することで
入射角αが最終平面Ｐによって均等に分割されるようにする。

【0222】

チャックが移動すると、また、結合波は半径方向外側に伝播し、これにより、入射角は半径方向外側に移動する（図３ｆを参照）。

【0223】

もちろん、制御ユニット３２は、伝搬プロセス中に第１および／または第２のガス圧の値を変更するようにプログラム可能であってもよい。

【0224】

支持要素６８、７０は、初期ボンディングが発生した後であるが基板１２、１４が互いに完全に接触する前に、アクチュエータ７２、７４によって格納位置まで引き込まれる。

【0225】

チャック２４、２６の移動とガス圧の制御は、基板１２、１４が互いにほぼ完全に接触するまで続けられる。その後、チャック２４、２６の移動は停止するが、基板１２、１４が完全にボンディングされるまでボンディング波は伝播し続ける（図３ｇ）。

【0226】

例えば、チャック２４、２６間の距離は、移動停止時に基板１２、１４の厚さの５倍以下である。

【0227】

そして、ボンディングが完了する。これにより、その後、チャック２４、２６を互いに遠ざけ、保持手段５４を解除し、ガスの供給を停止し、ボンディングされた基板１２、１４をボンディング装置１０から取り出してもよい。

【0228】

支持要素６８、７０の使用により、基板１２、１４が最初に結合する点が所望の位置、すなわち基板１２、１４の中心にあることが保証される。

【0229】

また、チャック２４、２６の間、ひいては基板１２、１４の間の均熱化により、熱膨張による歪みも解消できる。

【0230】

さらに、第１の圧力を第２のガス圧力と独立して差動制御することにより、入射角を、平面Ｐを中心に所望かつ対称に保持することができる。これらのいずれか１つ、特に３つの要素すべてが、第１の基板１２と第２の基板１４の高精度なボンディングにつながる。

【図1】

【図2】

【図3a)】

【図3b)】

【図3c)】

【図3d)】

【図3e)】

【図3f)】

【図3g)】