(57)【要約】  これにより２つの基板をボンディングするための装置、システム、および方法が提案される。第１の基板チャックは、凹部および突出部を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板（２ｏ）の第１の基板表面（２ｏｓ）と第２の基板（２ｕ）の第２の基板表面（２ｕｓ）とをボンディングするための装置（１０、１０’）であって、
−  前記第１の基板（２ｏ）の収容のための第１の基板チャック（６ｏ、６ｏ’）、
−  前記第２の基板（２ｕ）の収容のための第２の基板チャック（６ｕ、６ｕ’）、
を有する、装置（１０、１０’）において、
少なくとも前記第１の基板チャック（６ｏ、６ｏ’）は、第１の凹部（７ｏ）と該凹部（７ｏ）を少なくとも部分的に取り囲む突出部（８ｏ）とを有し、前記第１の凹部（７ｏ）が、前記第１の基板（２ｏ）を該第１の凹部（７ｏ）内に固定するための固定装置（３）を備えていることを特徴とする装置（１０、１０’）。
【請求項２】
前記突出部（８ｏ）は、前記第１の基板表面（２ｏｓ）の、特に連続的な拡張のための拡張表面（８ｏｓ）を有する、請求項１記載の装置（１０、１０’）。
【請求項３】
前記凹部（７ｏ）および／または前記突出部（８ｏ）は、前記第１の基板（２ｏ）に、特に前記第１の基板（２ｏ）の形状に、前記基板表面（２ｏｓ）が前記拡張表面（８ｏｓ）とほぼ連続的な表面を形成し、かつ／または前記基板表面（２ｏｓ）が前記突出部（８ｏ）へと移行するように、適合されている、請求項１または２記載の装置（１０、１０’）。
【請求項４】
前記凹部（７ｏ）および／または前記突出部（８ｏ）は、前記基板表面（２ｏｓ）が前記拡張表面（８ｏｓ）とほぼ連続的な表面を形成し、かつ／または前記基板表面（２ｏｓ）が前記突出部（８ｏ）へと移行するように、手動により、かつ／または半自動的に、かつ／または自動的に適合可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置（１０、１０’）。
【請求項５】
前記第１の基板チャック（６ｏ、６ｏ’）は、外側部材（１ｏ’）と該外側部材（１ｏ’）内で可動の内側部材（５ｏ）とを有し、ここで前記外側部材および／または内側部材（５ｏ）は、並進的および／または回転的に可動であり、前記各部材（１ｏ’、５ｏ）は互いに固定可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置（１０、１０’）。
【請求項６】
前記第１の基板表面（２ｏｓ）と前記拡張表面（８ｏｓ）との間の垂直距離（ｖo、ｖu）は、適合可能である、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置（１０、１０’）。
【請求項７】
前記凹部（７ｏ）の排気および／または洗浄のための少なくとも１つの穿孔（１１）を備え、有利には複数の穿孔（１１）が対称的に分布するように、特に前記内側部材（１ｏ’）に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置（１０、１０’）。
【請求項８】
前記突出部（８ｏ、８’、８’’）は、内側に向かって、かつ／または外側に向かって湾曲した拡張表面（８ｏ、８ｓ’、８ｓ’’）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置（１０、１０’）。
【請求項９】
前記突出部（８ｏ、８’’’、８IV）は、内側に向かって、かつ／または外側に向かって所定の角度（ａ）で傾斜した拡張表面（８ｏ、８ｓ’’’、８ｓIV）を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置（１０、１０’）。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項記載の装置（１０、１０’）および前記第１の基板（２ｏ）から構成されるシステムであって、前記第１の基板表面（２ｏｓ）が前記突出部（８ｏ）へと移行していることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１から９までのいずれか１項記載の装置（１０、１０’）によって、第１の基板（２ｏ）の第１の基板表面（２ｏｓ）と第２の基板（２ｕ）の第２の基板表面（２ｕｓ）とをボンディングするための方法であって、前記基板表面（２ｏｓ、２ｕｓ）の間にボンディング過程に際して配置されるガスが、前記基板（２ｏ、２ｕ）の中央から辺縁部（９、９ｏ、９ｕ）に向かって押し退けられる、方法において、
少なくとも前記第１の基板表面（２ｏｓ）は、前記ガスの膨張が前記基板（２ｏ、２ｕ）の外側でようやく行われるように、前記突出部（８ｏ）へと移行していることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
先行技術において、基板は、何年もの間、いわゆるボンディングプロセスによって互いに接合されている。特に、いわゆるプレボンドがまず最初に形成された後に、引き続いて熱処理工程が続く、２つの表面の室温での直接接合は、半導体産業のために大きな関心が寄せられている。
【０００２】
このボンディング法は、ダイレクトボンディングまたはフュージョンボンディングという名称で知られている。フュージョンボンディングによって、２つの基板を互いに位置合わせする位置合わせプロセス後に、直ちにそれらの基板表面を互いに固定することができる。この場合に、表面の接着性、特に親水性が適切に利用される。基板同士は、まず最初に非常に短い距離に近づけられる。その後に、特に上方の基板の湾曲が行われることで、２つの基板は互いに理想的には点状に接触する。その直後に、特に上方の基板の固定が外される。重力作用および／または適切な制御によって、その接触点からボンディング波が伝播し、それにより２つの基板の全面的な接触、それにより全面的なプレボンドが生ずる。ボンディング波の伝播過程の間に、ボンディング波の前ですべてのガスは圧迫され、ボンディング波の前に押し出される。この場合に、ボンディング界面の少なくとも大部分は、ガスの閉じ込めがないままとなる。
【０００３】
プレボンドの作製時に非常に頻繁に起こる現象は、いわゆるエッジ欠陥、特にピンホール（エッジボイド）である。このエッジボイドは、ガスが物理的状態の変化に基づき液化した際に生ずるガスの閉じ込めである。その後に前記ボンディング波は、その液化したガスを乗り越えて広がり、これを局所的に閉じ込める。プレボンドの作製後に物理的状態の再度の変化が行われ、その時にかつて凝縮されていたガスの気化が生ずる。次いで、この気化は局所的にプレボンドの破壊をもたらし、それは超音波測定または赤外線測定によって明瞭に検出可能である。Ｃａｓｔｅｘ  ｅｔ  ａｌ．，Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｏｆ  Ｅｄｇｅ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｖｏｉｄ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｅ  Ｄｉｒｅｃｔ，ＥＣＳ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，２（６）Ｐ４７−Ｐ５０（２０１３）は、ボンディング波の前のガスの凝縮がどのように成立するかを、非常に広範囲にわたり記載している。
【０００４】
基板表面は、決して完全に純粋というわけではない。単一の単層にすぎないが非常に様々な原子および分子が、基板表面上に吸着される。あらゆる雰囲気が少なからぬ割合の水蒸気を含むという事実に基づき、水は基板表面汚染の主流な成分とみなされる。さらに、有機物質、粒子までも、または原子状ガスもしくは分子状ガス、例えば酸素、窒素、もしくはヘリウムが基板表面に付着し得る。この刊行物においては、とりわけ、ガス、特に水を基板表面から除去するか、またはそれらが凝縮することを妨げるための装置および方法が示される。したがって、基板表面は有機成分、特に粒子を含まないものと仮定する。
【０００５】
ガスのみならず、特にガス混合物も、圧力および温度に依存するジュール−トムソン係数（ＪＴＫ）を有する。ＪＴＫは、ガスまたはガス混合物が、等エンタルピ膨張に際して冷却または加熱のどちらを経るかを定める。等エンタルピ膨張とは、ガスまたはガス混合物の、そのガスのエンタルピを維持したままでの第１の圧縮された状態から第２のより軽度に圧縮された状態への移行を表す。正のＪＴＫを有するガスまたはガス混合物は、それらが等エンタルピ膨張に際して冷却する特性を有する。負のＪＴＫを有するガスまたはガス混合物は、それらが等エンタルピ膨張に際して加熱する特性を有する。基礎となる物理的効果は、分子の引力または反発力である。分子が特定の温度で引きつけられる場合に、それらを互いに引き離すために仕事がなされねばならない、つまりはエネルギが使用されねばならない。この仕事量はその系から取り去られ、それにより分子の速度は低下し、そのため温度が低下する。分子が特定の温度で反発する場合に、その系により仕事がなされ、つまりエネルギが放出される。この放出されたエネルギは、それにより分子の速度を高め、そのため温度が上昇する。
【０００６】
刊行物Ｃａｓｔｅｘ  ｅｔ  ａｌ．，Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｏｆ  Ｅｄｇｅ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｖｏｉｄ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｅ  Ｄｉｒｅｃｔ，  ＥＣＳ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，２（６）Ｐ４７−Ｐ５０（２０１３）は、どのような物理的事象が基板辺縁部の近くで起こるかを非常に詳細に記載している。簡単に言うと、ガスまたはガス混合物は、基板の隙間から出る時に非常に強い圧力降下を受ける。その過程がほんの一瞬で起こるという事実に基づき、そのエネルギは十分に素早く放出され得ないため、その過程は等エンタルピ的とみなすことができる。したがって、ガスまたはガス混合物のＪＴＫは、等エンタルピ膨張に際してそのガスまたはガス混合物の冷却または加熱のどちらが行われるかを決定する。ガスまたはガス混合物の冷却は、そのガスまたはガス混合物の露点を下回り、そのガスまたはガス混合物またはガス混合物の個々の成分が凝縮するほど強い場合がある。この場合に基板表面は、結晶核としての役割を果たす。したがって、気相中での均質な核形成よりも一層低い核形成エネルギを有する不均質な核形成が問題である。この凝縮の物理的過程は、避けられるべきである。
【０００７】
したがって、本発明の課題は、先行技術の欠点を排除し、特に改善されたボンディング結果に至ることである。
【０００８】
前記課題は、独立形式請求項の主題により解決される。本発明の有利な実施形態は、従属形式請求項に示されている。本発明の範囲においては、詳細な説明、特許請求の範囲、および／または図面に示される特徴の少なくとも２つからなるすべての組合せも含まれる。値域の場合に、挙げられた限界内にある値も限界値として開示されているべきであり、任意の組合せにおいて特許の保護が請求可能であるべきである。
【０００９】
本発明の基本思想は、１つの基板表面または複数の基板表面を、ボンディング過程でボンディング波によって中心から外側に向かって押し退けられるガスが基板の間で辺縁部でさえもまだ膨張せずに、ガスの膨張が両方の基板の外側でようやく起こるように拡張することにある。すなわち、前記ガスは、依然として高められた圧力で基板の間の隙間から押し進められ、圧力降下または膨張は、周囲にある突出部もしくは拡張面に達した時に、または該突出部もしくは拡張面を越えた時に、あるいはさらに加圧されている時にようやく行われる。
【００１０】
前記基板は、あらゆる任意の形状を有し得るが、有利には円形である。基板の直径は、特に工業的に規格化されている。ウェハに関して、工業的に慣例的な直径は、１インチ、２インチ、３インチ、４インチ、５インチ、６インチ、８インチ、１２インチ、および１８インチである。しかしながら、本発明による実施形態は、基本的にどの基板も、その直径とは無関係に取り扱うことができる。
【００１１】
本発明によれば、第１の基板の第１の基板表面と第２の基板の第２の基板表面とをボンディングするための装置は、
−  前記第１の基板の収容のための第１の基板チャック、
−  前記第２の基板の収容のための第２の基板チャック、
を有し、少なくとも前記第１の基板チャックは、第１の凹部と該凹部を少なくとも部分的に取り囲む突出部とを有し、前記第１の凹部は、前記第１の基板を該第１の凹部内に固定するための固定装置を備えている。
【００１２】
本発明によれば、さらに本発明による装置と前記第１の基板とから構成されるシステムであって、前記第１の基板表面が前記突出部へと移行している、システムが規定されている。
【００１３】
さらに本発明によれば、第１の基板の第１の基板表面と第２の基板の第２の基板表面とを本発明による装置によりボンディングするための方法であって、前記基板表面の間にボンディング過程で配置されたガスは、基板の中央から辺縁部に向かって押し退けられ、ここで、前記第１の基板表面は、前記ガスの膨張が前記基板の外側でようやく行われるように、かつ／またはボンディング過程の終わりの基板辺縁部での圧力ｐと周囲圧力ｐ0との差ｐ−ｐ0がゼロより大きいように前記突出部へと移行している、方法が規定されている。
【００１４】
有利には、基板の間でボンディング波の前に追いやられるガスまたはガス混合物の凝縮が妨げられ得るため、凝縮相の形成に至らず、したがってピンホールの形成には至らない。前記基板の基板表面は、有利にはピンホールの発生の原因となる物理的効果が、該基板表面の外側で起こるように拡張される。
【００１５】
したがって、本発明の利点は、フュージョンボンディングされた基板におけるピンホールの低減、特に完全な回避にある。
【００１６】
すべての上述の本発明による実施形態および方法は、任意に互いに組み合わせることができるが、個別に記載される。
【００１７】
有利には、前記第１の基板チャックも、前記第２の基板チャックも、固定装置を備えた凹部を有することが規定されている。有利には、両方の基板チャックは、前記凹部を少なくとも部分的に取り囲む突出部を有する。
【００１８】
有利には、前記１つ以上の突出部は、前記凹部の周囲に少なくとも部分的に環状に延びている。該突出部は、特に前記凹部の周囲に連続して環状に形成されていてよい。
【００１９】
以下の実施形態は、前記第１の基板チャックまたは一方の基板チャックについて作成されている。しかしながら、該態様または実施形態は、凹部および突出部を備えた２つの基板チャックが備え付けられている本発明による装置にも、同様のことが適用される。
【００２０】
有利にはさらに、前記突出部が、前記第１の基板表面の、特に連続的で滑らかな拡張のための拡張表面を有することが規定されている。それにより有利には、ガスが基板表面から拡張表面へと特に効率的に移行することが可能となる。
【００２１】
有利にはさらに、前記凹部および／または前記突出部が、前記第１の基板に、特に前記第１の基板の形状に、該基板表面が該拡張表面とほぼ連続的な表面を形成し、かつ／または該基板表面が該突出部へと移行するように適合されていることが規定されている。それにより有利には、前記凹部および／または前記突出部と前記基板表面との特に良好な適合が可能となるので、前記ガスは特に効率的にさらに導かれ得る。
【００２２】
有利にはさらに、前記凹部および／または前記突出部は、該基板表面が該拡張表面とほぼ連続的な表面を形成し、かつ／または該基板表面が該突出部へと移行するように、手動的に、かつ／または半自動的に、かつ／または自動的に適合可能であることが規定されている。それにより有利には、前記凹部および／または前記突出部を前記基板表面に対して可変的に適合させることが可能である。この調整可能性により、種々の基板を前記装置で扱うことができる。それにより装置の交換を避けることが可能である。
【００２３】
有利にはさらに、前記第１の基板チャックが、外側部材と該外側部材中で可動の内側部材とを有し、ここで前記外側部材および／または内側部材は、直進的および／または回転的に可動であり、それらの部材が互いに固定可能であることが規定されている。その可動性によって、有利には前記装置への基板の装填をかなり簡素化し得ることが可能である。さらに、前記基板間の距離、または前記基板表面と前記突出部もしくは拡張表面との間の距離は、可変的に調整することができる。
【００２４】
有利にはさらに、前記第１の基板表面と前記拡張表面との間の垂直距離が適合可能であることが規定されている。それにより有利には、前記垂直距離が最適に調整可能であるため、ガスは基板表面から拡張表面へと特に効率的に移行することが可能となる。
【００２５】
有利にはさらに、前記凹部の排気および／または洗浄のための少なくとも１つの穿孔を備えた装置であって、有利には複数の穿孔が対称的な分布で、特に前記内側部材において配置されている、装置が規定されている。前記凹部を排気および／または洗浄することができることによって、有利には、押し退けられたガスは、前記基板表面の前記突出部または前記拡張表面への移行が改善され得るように影響され得る。さらに、前記穿孔は、前記凹部内またはその付近で、特に基板周縁部と拡張表面との間の移行領域において正圧を起こすために使用され得る。この追加的に生成された正圧は、この領域において圧力降下またはガスもしくはガス混合物の膨張に至ることを妨げる。この領域における圧力は、特に１ｂａｒより高く、好ましくは２ｂａｒより高く、さらにより有利には４ｂａｒより高く、最も有利には６ｂａｒより高く、さらに最も有利には１０ｂａｒより高い。
【００２６】
有利にはさらに、前記突出部が、内側に向かって、かつ／または外側に向かって湾曲した拡張表面を有することが規定されている。内側および／または外側に向かう湾曲によって、押し退けられたガスは、なおもさらに影響され得る。体積が外側に向かって減少する場合、または前記拡張表面が外側に向かって湾曲している場合に、熱力学的に絞り弁の作用を果たす。すなわち、拡張表面の幾何学形状によって、押し退けられたガスは、それが圧縮または膨張され得るように影響され得る。
【００２７】
有利にはさらに、前記突出部が、内側に向かって、かつ／または外側に向かってある角度で傾斜した拡張表面を有することが規定されている。原理的にこの場合には、湾曲した拡張表面の場合と同様のことが当てはまる。水平に対する傾斜の特定の角度ａを定義することによって、ガスの最適な影響が達成され得る。
【００２８】
装置および基板チャック
さらなる実施形態に挙げられる基板チャックは、それぞれ１つの本発明による装置を形成する。
【００２９】
前記固定装置には、特に
・  機械的固定具、特に
○  クランプ、
・  真空固定具、特に
○  個別に制御可能な真空導管、
○  互いに接続された真空導管、
を備える真空固定具、
・  電気的固定具、特に
○  静電的固定具、
・  磁気的固定具、
・  接着的固定具、特に
○  ゲルパック固定具、
○  接着性の、特に制御可能な基板表面を備える固定具、
が含まれる。
【００３０】
前記固定具は、特に電子的に制御可能である。真空固定具は、有利な固定具の種類である。前記真空固定具は、好ましくは、基板チャックの基板表面に対して出ている複数の真空導管からなる。該真空導管は、好ましくは個別に制御可能である。技術的にむしろ実現可能な用途においては、幾つかの真空導管は、個別に制御可能な、したがって排出または流出され得る真空導管セグメントにまとめられている。しかしながら、各々の真空セグメントは、その他の真空セグメントとは独立している。それにより、個別に制御可能な真空セグメントの構築の可能性が得られる。前記真空セグメントは、好ましくは環状に構成されている。それにより、適切な放射対称的な、特に内側から外側に行われる試料チャックによる基板の固定および／または脱離が可能となる。特に、刊行物ＰＣＴ／ＥＰ２０１６０５６２４９から真空区域の可能性が指摘される。さらに、複数のピンを備えた基板チャック（ピンチャック）の使用が開示される。そのような基板チャックは、刊行物の国際公開第２０１５１１３６４１号（ＷＯ２０１５１１３６４１Ａ１）に詳細に記載された。そのような基板チャックの使用は、基板と基板チャックとの間のできる限り少ない接触面を可能にし、こうして基板背面の汚染を最小限に減らす、または全く汚染が行われないようにするために有利である。
【００３１】
一般的に、各々の本発明による装置につき２つの基板チャックが存在する。それら２つの基板チャックは、一般的に完全に同一ではない。それというのも、該基板チャックの少なくとも一方は、前記基板の一方を変形させ得るために１つ以上の変形エレメントを有するからである。したがって、各々の基板チャックは、個別に説明される。
【００３２】
第１の本発明による実施形態においては、前記技術的課題の解決は、基板表面を拡張表面によって、圧力降下が基板辺縁部の近くで起こらないように、特に滑らかに拡張することにある。したがって本発明によれば、特に基板に適合された凹部を有する基板チャックが開示される。前記基板はその凹部内に固定され、前記基板表面は、前記拡張表面と一緒におおよそ連続的な新たな拡張された表面を形成する。
【００３３】
第１の、特に下方の基板チャックは、特に基板の形状に適合された凹部を有する。第１の基板の外側の基板周縁部は、第１の部材の突出部の内壁に対して水平距離ｈuを有する。第１の基板の基板表面は、第１の部材の拡張表面に対して垂直距離ｖuを有する。前記固定具が基板を固定する。
【００３４】
第２の、特に上方の基板チャックは、特に基板の形状に適合された凹部を有する。第２の基板の外側の基板周縁部は、上方の部材の内壁に対して水平距離ｈoを有する。第２の基板の基板表面は、上方の部材の表面に対して垂直距離ｖoを有する。前記固定具が基板を固定する。さらに、好ましくは、第２の基板を変形し得る変形手段が設置されている。
【００３５】
第２の本発明による実施形態においては、前記技術的課題の解決は、同様に基板表面を、拡張表面によって、圧力降下が基板辺縁部の近くで起こらないように、特に滑らかに拡張することにある。しかしながら、本発明によれば、特に基板に適合可能な凹部を有する基板チャックが開示される。
【００３６】
第１の、特に下方の基板チャックは、少なくとも２つの部材からなる。前記第１の部材は、特に基板の形状に適合可能な凹部を有する。第１の基板の外側の基板周縁部は、下方の部材の内壁に対して水平距離ｈuを有する。第１の基板の基板表面は、第１の部材の表面に対して垂直距離ｖuを有する。前記固定具が基板を固定する。
【００３７】
第２の、特に上方の基板チャックは、特に基板の形状に適合可能な凹部を有する。第２の基板の外側の基板周縁部は、上方の部材の内壁に対して水平距離ｈoを有する。第１の基板の基板表面は、第１の部材の初期表面に対して垂直距離ｖoを有する。前記固定具が基板を固定する。さらに、好ましくは、第２の基板を変形し得る変形手段が設置されている。
【００３８】
前記凹部は、特に手動的に、かつ／または半自動的に、かつ／または全自動的に変動可能である。特に、前記第１の基板チャックは、第１の外側部材と該外側部材内で可動の第２の部材とからなる。それら２つの部材は、互いに直進的に、特に回転的にも動くことができる。それら２つの部材は、特にまた互いに固定可能である。それら２つの部材の相対的な移動可能性によって、第１の基板および／または第２の基板の高さ位置、特にまた回転位置を非常に正確に調整することができる。少なくとも２つの部材による基板チャックの本発明による開発により、垂直距離ｖuおよびｖoを動的に適合させることで、最適なボンディング成果を得ることができる。
【００３９】
一般的定義
第１の基板チャックは、同様に変形手段を有するか、または第１の基板の事前の湾曲を行うことができるように構成されていてもよい。そのような事前の湾曲は、規定されるフュージョンボンディングに良い影響を及ぼし得る。そのような変形手段の厳密な記載は、刊行物の国際公開第２０１４１９１０３３号（ＷＯ２０１４１９１０３３Ａ１）に見出される。
【００４０】
すべての上述の距離ｈu、ｈo、ｖu、ｖoは、５ｍｍ未満であり、好ましくは１ｍｍ未満であり、さらにより有利には０．５ｍｍ未満であり、最も有利には１００μｍ未満であり、さらに最も有利には１０μｍ未満である。特に好ましくは、距離ｈuおよびｈoは同一である。特に好ましくは、距離ｖuおよびｖoは同一である。さらに特に好ましくは、距離ｈu、ｈo、ｖu、ｖoは同一である。
【００４１】
ガスまたはガス混合物が基板間の領域からの拡張表面を介して外側へと滑らかに移行されるように距離ｈu、ｈo、ｖu、ｖoを厳密に構成することは技術的に非常に挑戦的であり、または費用のかかるものである。したがって、本発明による方法のためには距離ｈu、ｈo、ｖu、ｖoはできる限り小さく選択され、さらに基板周縁部の近くで決してガスの凝縮が起こらないように凹部内に十分に大きな正圧が引き起こされる。
【００４２】
したがって、基板周縁部の近くの圧力は、特に、ボンディング波が近づく時点で、基板間の領域からのガス圧力またはガス混合物圧力と同じであるか、または少なくとも同様でなければならない。２つの圧力の間の圧力差は、特に２ｂａｒ未満であり、好ましくは１ｂａｒ未満であり、さらにより有利には０．１ｂａｒ未満であり、最も有利には０．０１ｍｂａｒ未満であり、さらに最も有利には１０Ｅ−３ｍｂａｒ未満である。
【００４３】
前記凹部内のさらなる正圧は、特に基板チャックのうちの一方の穿孔を介して送られるガスまたはガス混合物によって生成される。特に、そのガスまたはガス混合物は、等エンタルピ膨張に際して加熱される、したがって負のＪＴＫを有するガスまたはガス混合物である。それというのも、このガスまたはガス混合物は、基板間の領域からのガスまたはガス混合物と混ざり合い、拡張表面を介して外側へと輸送されるからである。
【００４４】
その過程で、ある程度まで等エンタルピ膨張が起こる場合には、導入されたガスまたはガス混合物は、温度上昇によって別のガスの凝縮を妨げ得る。基板間の領域における温度上昇は、特に、その温度が前記ガスまたはガス混合物の凝縮温度よりも０．１℃超上回る、好ましくは０．５℃超上回る、さらにより有利には５℃超上回る、最も有利には１０℃超上回る、さらに最も有利には２０℃超上回るほど高いことが望ましい。
【００４５】
すべての本発明による基板チャックは、特に前記凹部の内側空間の排気および／または洗浄を行うことができる穿孔を有し得る。特に、前記部材のうちの１つ、特に第１の部材において対称的に配置されている複数の穿孔が考えられる。この場合に、穿孔の数は、１個、好ましくは２個、さらにより有利には５個より多く、最も有利には１０個より多く、さらに最も有利には２５個より多い。複数の穿孔の使用は、内側空間の対称的な排気および／または洗浄を実施し得るためには特に重要である。
【００４６】
すべての上述の基板チャック、特に下方の基板チャックは、さらに基板の装填および取出を容易にする装填エレメント、特に装填ピンを有し得る。図面においては、明瞭にするためにその表示は省略される。
【００４７】
すべての実施形態に先行して、本発明による装置の内側空間の排気が行われ得る。特に、その圧力は、１ｂａｒ未満に、好ましくは０．１ｍｂａｒ未満に、さらにより有利には１０-3ｍｂａｒ未満に、最も有利には１０-5ｍｂａｒ未満に、さらに最も有利には１０-7ｍｂａｒ未満に低減される。内側空間の排気は、後続のプレボンド工程の場合に欠陥、特に本発明により扱われる凝縮を引き起こし得る多数の成分の除去を既に伴う。排気の時間および強度とは無関係に、幾らかのわずかな、特に基板表面に付着結合された成分、特に水が常に残留し、それらは簡単な排気工程によっては除去することができない。
【００４８】
さらに、排気および洗浄は、雰囲気の質を改善するために何度か続けて行うことができる。それは、例えば空気成分を、特に等エンタルピ膨張に際して加熱をもたらすＪＴＫを有するガスまたはガス混合物、特にヘリウムのような不活性ガスと置き換えることを表す。その際、雰囲気は、このガスまたはガス混合物の割合が高くなるほど、一層純粋と判断される。該雰囲気の質は、特に５０％より高く、好ましくは７５％より高く、さらにより有利には８５％より高く、最も有利には９５％より高く、さらに最も有利には９９％より高い。そのプロセスは、特に、以下の言及される拡張された実施形態の１つで使用されるガスの少なくとも１つを用いて実施される。
【００４９】
さらなる実施形態においては、ボンディングの前および／またはその間および／またはその後に、内側空間、特に凹部がガスまたはガス混合物で洗浄されるため、基板間領域から追い出された、特に等エンタルピ膨張するガスの温度低下は、基板表面上でのガスまたはガス混合物の凝縮が起こらないほどわずかとなり、好ましくはそれどころかそれが起こらないくらいに抑えられるという結果がもたらされる。基本的に、そのために適したどのガスも、特にヘリウム、水素、およびネオンを使用することができる。ヘリウムは、その非常に低い反転曲線に基づき、実例として挙げられる。
【００５０】
さらなる本発明による実施形態においては、等エンタルピ膨張の温度低下は、特に拡張表面の辺縁部の加熱によって行われる。この場合に、該拡張表面は、２５℃より高い、好ましくは５０℃より高い、さらにより有利には１００℃より高い、最も有利には１５０℃より高い、さらに最も有利には２００℃より高い温度に加熱され得る。前記拡張表面の加熱は、すべての別の上述の本発明による態様と組み合わせることもできる。
【００５１】
さらなる本発明による実施形態においては、下方の基板チャックおよび上方の基板チャックの両方の拡張表面の間の間隙ｇを適切に選択することで、ボンディング波の進行およびそれにより押し退けられたガスまたはガス混合物によって、両方の基板チャックの内側空間において、特に凹部の領域において正圧が発生することが保証され得る。そのために、内側空間をこの時点で閉鎖することが必要である。特に、前記穿孔は閉鎖されていなければならない。特に有利な実施形態においては、前記穿孔は完全に閉じられるか、またはそれどころか内側空間の体積をできる限り小さく維持するために構造技術的に実現されない。
【００５２】
凝縮を妨げるためには、特に凝縮するガスが存在するガス混合物中の温度を高めねばならない。ヘリウムに関する反転グラフによれば、ヘリウムは、正のＪＴＫを有する非常に小さな領域と負のＪＴＫを有する極めて大きな領域とを有する。したがってヘリウムは、特に中程度の条件下で、つまり凝縮するガスについて等エンタルピ膨張の前に想定される約２９８ケルビンおよび１ｂａｒ〜１０ｂａｒの圧力範囲において、常に負のＪＴＫを有する。したがってヘリウムは、上述の条件下で等エンタルピ膨張する場合に加熱され、こうして凝縮するガスの凝縮を妨げる。その意図のためのさらなる優れたガスは、水素であろう。水素に関する反転曲線は、同様に約２９８ケルビンより下方にあり、したがって同様に、等エンタルピ膨張に際して温度を高めるガスとしての本発明による使用のために適している。さらに水素は、不活性なヘリウムに対して還元性特性を有する。同じ本発明による効果を窒素により２９８ケルビンで達成するためには、ガス混合物を４００ｂａｒ以上の圧力に高めねばならないため、これは技術的に実現が困難であると考えられる。
【００５３】
さらなる実施形態においては、基板はボンディングプロセスの前に本発明による実施形態において熱処理される。この場合に、該熱処理は、ホットプレート上で、かつ／または炉内で、特に連続炉内で行われる。該熱処理は、特に基板表面上のガスおよび／または化学的残留物をエネルギ入力により除去する機能を有する。好ましくは、該熱処理は、ガスの新たな付着を十分に抑えるために真空環境において実施される。特に有利な本発明による実施形態においては、前記基板上に高温媒体、特に流体を流過させる。基板表面上への高温流体の流過は、熱的運動によって分子が基板表面によって再吸収されないだけでなく、流体流によっても連行されるため、したがって基板表面から除去されるという利点を有する。
【００５４】
さらなる実施形態においては、前記基板はプラズマ処理される。該プラズマ処理は、とりわけ基板表面が終端化されるという利点を有する。終端化とは、基板表面に所定の特性を有する分子を適切に施すことを表す。基板表面は、特に疎水性化されるべきであり、すなわちその親水性を失うべきである。親水性の低減によって、ガス、特に極性ガス、さらに有利には水蒸気の付着は、妨げられないにしても困難にはなる。
【００５５】
特に有利な実施形態においては、前記プラズマ処理は、親水性が低減されるのみで完全に失われないように行われる。それにより、わずかな水が表面に付着することが達成される。
【００５６】
さらなる実施形態においては、前記基板表面は、ボンディング波がよりゆっくりと伝播するように変性される。ボンディング波のよりゆっくりとした伝播によって、ガスは膨張により多くの時間がかかり、基板間での圧力発生は、かなり低減されると考えられる。有利には、ボンディング波が均一に基板辺縁部を越えるという態様は、基板辺縁部に不規則な歪みが組み込まれないためにも利用することができる。ボンディング波速度に影響を及ぼすための方法は、刊行物のＰＣＴ／ＥＰ２０１６０５３２６８に明確に述べられている。
【００５７】
さらなる実施形態においては、前記基板表面は、特にプラズマ処理後に湿式化学的に清浄化される。湿式化学的清浄化は、とりわけ、プラズマにより活性化された基板表面を終端化するという役割を有する。その工程により、親水性、ひいては吸着される水の量は、同様に適切に調整され得る。
【００５８】
前記装置のさらなる本発明による実施形態においては、基板チャックの代わりに、表面拡張手段が使用される。表面拡張手段の目的は、従来のフュージョンボンディング装置においてエッジ欠陥の最小化のための方法の使用を可能にする補助装置を提供することである。様々な表面拡張手段は、好ましくは両方の基板のうちのそれぞれ１つの外縁部を全周で取り囲み、基板表面を拡張する。
【００５９】
前記表面拡張手段の材料特性は、その熱的特性および機械的特性が基板と同一とみなされ得るくらいに基板の曲げ強さおよび湾曲挙動に適合されている。特に、該基板は最小限の段で表面拡張手段へと通じているので、流動環境において突発的な変化を生じないことが重要である。
【００６０】
表面拡張手段のための材料としては、基板の周りを縁なく取り囲むのに十分に弾性であるＰＤＭＳおよびその他のシリコーン、ポリイミドおよびその他のエラストマーが使用され得る。
【００６１】
さらなる実施形態においては、前記表面拡張手段のために繊維強化された材料を使用することができるため、特に該表面拡張手段を基板に合わせてたわめる半径方向強度、ずれ強度、およびせん断強度を、エラストマーの同心の線形の伸びとしての材料弾性から切り離すことができる。
【００６２】
本発明のさらなる利点、特徴、および詳細は、図面に基づき有利な実施例の以下の記載からもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、第１の本発明による装置を示す。
【図２ａ】図２ａは、第１の方法工程における第２の本発明による装置を示す。
【図２ｂ】図２ｂは、第２の方法工程における第２の本発明による装置を示す。
【図２ｃ】図２ｃは、第３の方法工程における第２の本発明による装置を示す。
【図２ｄ】図２ｄは、第４の方法工程における第２の本発明による装置を示す。
【図２ｅ】図２ｅは、第５の方法工程における第２の本発明による装置、および圧力−温度図を示す。
【図３ａ】図３ａは、一般的な反転グラフを示す。
【図３ｂ】図３ｂは、窒素、水素、およびヘリウムについての反転グラフを示す。
【図４ａ】図４ａは、第１の欠陥種を有する基板周縁部の正確な縮尺ではない概略図を示す。
【図４ｂ】図４ｂは、第２の欠陥種を有する基板周縁部の正確な縮尺ではない概略図を示す。
【図４ｃ】図４ｃは、第３の欠陥種を有する基板周縁部の正確な縮尺ではない概略図を示す。
【図４ｄ】図４ｄは、第４の欠陥種を有する基板周縁部の正確な縮尺ではない概略図を示す。
【図４ｅ】図４ｅは、第５の欠陥種を有する基板周縁部の正確な縮尺ではない概略図を示す。
【図５ａ】図５ａは、拡張表面に関する択一的な実施形態の正確な縮尺ではない概略図を示す。
【図５ｂ】図５ｂは、拡張表面に関するさらなる択一的な実施形態の正確な縮尺ではない概略図を示す。
【図５ｃ】図５ｃは、拡張表面に関するさらなる択一的な実施形態の正確な縮尺ではない概略図を示す。
【図５ｄ】図５ｄは、拡張表面に関するさらなる択一的な実施形態の正確な縮尺ではない概略図を示す。
【図６ａ】図６ａは、さらなる基板チャックの右側部分の正確な縮尺ではない拡大概略図を示す。
【図６ｂ】図６ｂは、さらなる基板チャックの右側部分の正確な縮尺ではない拡大概略図を示す。
【図６ｃ】図６ｃは、さらなる基板チャックの右側部分の正確な縮尺ではない拡大概略図を示す。
【図６ｄ】図６ｄは、さらなる基板チャックの右側部分の正確な縮尺ではない拡大概略図を示す。
【図６ｅ】図６ｅは、さらなる基板チャックの右側部分の正確な縮尺ではない拡大概略図を示す。
【図７】図７は、さらなる実施形態の正確な縮尺ではない概略図を示す。
【図８】図８は、さらなる実施形態の正確な縮尺ではない概略図を示す。
【００６４】
図１は、第１の下方の基板チャック６ｕおよび第２の上方の基板チャック６ｏからなる、正確な縮尺ではない概略的な第１の本発明による装置１０を示す。両方の基板チャック６ｕ、６ｏは、少なくとも１つの第１の部材１ｕ、１ｏからなる。部材１ｕ、１ｏ上に、基板２ｕ、２ｏの固定に用いられる固定エレメント３が存在する。上方の部材１ｏ中には、有利には、変形エレメント４がその中を通じて動き得る開口部１２が存在する。
【００６５】
前記変形エレメント４は、第２の上方の基板２ｏの変形に用いられる。本発明によれば、前記部材１ｏ、１ｕは、それらが凹部７ｏ、７ｕを有し、その中に基板２ｕ、２ｏが存在するように構成されている。第１の部材１ｕ、１ｏの辺縁部は、突出部８ｕ、８ｏからなる。
【００６６】
突出部８ｕ、８ｏは、内壁８ｕｉ、８ｏｉを有する。内壁８ｕｉ、８ｏｉは、高さｔu、ｔoを有する。内壁８ｕｉ、８ｏｉと基板２ｕ、２ｏの周縁部９ｕ、９ｏとの間の水平距離は、ｈu、ｈoである。さらに、前記突出部８ｕ、８ｏは、長さｗu、ｗoを有する本発明による拡張表面８ｕｓ、８ｏｓを有し、それらの拡張表面は、周縁部９ｕ、９ｏを越えてガスを輸送するために基板表面２ｕｓ、２ｏｓを拡張する。
【００６７】
それにより、本発明によれば、等エンタルピ膨張プロセスは、本発明による装置１０の外側で起こり、基板１ｕ、１ｏの外側のすぐ近くでは起こらない。つまりその問題は、拡張表面８ｕｓ、８ｏｓを介して外側に移される。
【００６８】
拡張表面８ｕｓ、８ｏｓと基板２ｕ、２ｏの基板表面２ｕｓ、２ｏｓとの間の垂直距離は、ｖu、ｖoである。この本発明による実施形態においては、幾何学形状は固定的に定められており、変更することはできない。距離ｈu、ｈo、ｖu、ｖoは、明瞭さを高めるために意図的に誇大して示した。現実の実施形態においては、それらは、わずか数μｍの大きさ、特に最大で１．０ｍｍまでの大きさであり得る。
【００６９】
図２ａは、下側にある少なくとも２つの部材１ｕ’、５ｕおよび／または上側にある２つの部材１ｏ’、５ｏからなる、第１の本発明による方法工程における正確な縮尺ではない概略的な改善された第２の本発明による装置１０’を示す。したがって、両方の基板チャック６ｕ’、６ｏ’の一方が、図１の基板チャック６ｕ、６ｏと同様に構成されていることも考えられる。簡潔にするために、下方の基板チャック６ｕ’だけを説明する。
【００７０】
下方の基板チャック６ｕ’は、第１の外側部材１ｕ’を有し、その部材内で第２の内側部材５ｕは、並進的に、かつ／または回転的に動き得る。両方の部材１ｕ’および５ｕの相対的な移動は、拡張表面８ｕｓに対する基板表面２ｕｓの位置決めの役割を果たす。本発明によれば、出て行くガスまたは出て行くガス混合物は、拡張表面８ｕｓを介して本発明による装置１０’から送り出されるべきであり、それにより等エンタルピ膨張過程は、基板周縁部９ｕ、９ｏのすぐ近くでは起こらず、こうして温度低下によるガス、特に水蒸気の凝縮は妨げられる。しかしながら第１の本発明による装置１０と対照的に、基板表面２ｕｓの拡張表面８ｕｓに対する位置は正確に調整されるため、流体流は外側へと最適化され得る。上方の基板チャック６ｏ’についても、同様の考察が適用される。
【００７１】
図２ｂは、拡張表面距離ｄが得られるように、両方の基板チャック１ｕ’、１ｏ’が互いに近づけられた、第２の本発明による方法工程における正確な縮尺ではない概略的な改善された第２の本発明による実施形態１０’を示す。同時に、基板表面距離ｇ（間隙）が存在する。
【００７２】
図２ｃは、基板表面距離ｇがｇ’に低下するように、両方の第２の部材５ｕ、５ｏが直線的に動く、第３の本発明による方法工程における正確な縮尺ではない概略的な改善された第２の本発明による実施形態１０’を示す。所望の基板表面距離ｇは、図２ｂにおいて既に達成されたとも考えられるが、第３の本発明による方法工程は、垂直距離ｖu、ｖoの最適化を省略できるならば最適な方法工程であろう。
【００７３】
図２ｄは、変形エレメント４が上方の基板２ｏを変形させることで、ボンディングプロセスが開始する、第４の本発明による方法工程における正確な縮尺ではない概略的な改善された第２の本発明による実施形態１０’を示す。上方の基板２ｏは、特に固定エレメント３を制御して停止させることによって上方の基板チャック６ｏ’から外される。この時点から、特に全範囲に及ぶ対称的なボンディング波１３が形成され、その前方に圧縮されたガスが追いやられる。
【００７４】
図２ｅは、第５の本発明による方法工程における、改善された本発明による実施形態１０’の側方部の正確な縮尺ではない拡大概略図、および圧力（または圧力差）−温度−位置グラフを示す。
【００７５】
この方法工程においては、両方の基板２ｕ、２ｏは、本発明により関連した基板２ｕ、２ｏの辺縁部領域を除いて、互いにほぼ完全にボンディングされた。ボンディング波１３によって押し退けられたガスは、拡張表面８ｕｓ、８ｏｓを介して、等エンタルピ膨張せずに外側領域１４にまで広がり得る。
【００７６】
負のＪＴＫの場合にはガスの冷却および凝縮をもたらしたであろう等エンタルピ膨張は、外側領域１４の近くでようやく発生する。したがって、基板表面２ｕｓ、２ｏｓの拡張表面８ｕｓ、８ｏｓを介した拡張によって、等エンタルピ膨張を幾何学的に遅らせることができた。
【００７７】
前記グラフにおいては、左側の軸上に圧力差ｐ−ｐ０がプロットされている。圧力ｐ０は、外側領域における周囲圧力ｐ０である。周囲圧力ｐ０は、少なくとも１ｂａｒに相当する。しかしながら一般的に、本発明による実施形態は、高められた周囲圧力に調整することができる圧力室中にさえ設置されていてもよい。一般的に、前記周囲圧力ｐ０は、１０ｂａｒ未満であり、好ましくは５ｂａｒ未満であり、さらにより有利には３ｂａｒ未満であり、最も有利には２ｂａｒ未満であり、さらに最も有利には１ｂａｒ未満である。
【００７８】
圧力ｐは、基板表面２ｕｓ、２ｏｓの特定の位置における圧力を表す。圧力値ｐは、２０ｂａｒからｐ０の間、１０ｂａｒからｐ０の間、さらにより有利には５ｂａｒからｐ０の間、最も有利には３ｂａｒからｐ０の間、さらに最も有利には２ｂａｒからｐ０の間の範囲にある。
【００７９】
種々の圧力曲線１５、１５’、１５’’、１５’’’は、４つの異なる広さで進んだボンディング工程についての圧力推移を表す。図２ｅは、第１の圧力推移１５と相関関係にある。圧力推移１５’’’は、例えば両方の基板表面２ｕｓ、２ｏｓが互いに既に完全に接合された時点に生じる。
【００８０】
圧力曲線１５、１５’、そして部分的に１５’’は、なおも基板間にあるが、ここではまだ等エンタルピ膨張は起こっておらず、ガスの圧縮のみが起こっている。
【００８１】
等エンタルピ膨張の領域は、有利には網掛け領域１７に存在し、つまりすべての場合に基板２ｕ、２ｏの外側に存在する。この領域において、放出されたガスは、もはや基板表面２ｕｓ、２ｏｓ上に存在しないので、容易に凝縮し得る。圧力曲線１５’’’は、刊行物Ｃａｓｔｅｘ  ｅｔ  ａｌ．，Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｏｆ  Ｅｄｇｅ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｖｏｉｄ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｅ  Ｄｉｒｅｃｔ，ＥＣＳ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，２（６）Ｐ４７−Ｐ５０（２０１３）の図２とは対照的に、基板２ｕ、２ｏの外側に存在することが分かる。
【００８２】
穿孔１１を通じて、さらに本発明による実施形態１０’の内側空間の排気および／または洗浄を行うことができ、それは不利な効果をさらに減らす。そのため、２つの基板２ｕ、２ｏの間のガス混合物のＪＴＫを、等エンタルピ膨張に際して、冷却ではなく加熱をもたらすように変化させるガスの使用が考えられる。
【００８３】
すべての示される図において、突出部８ｕ、８ｏの傾斜した内壁８ｕｉ、８ｏｉが考えられ、それらは、基板２ｕ、２ｏの装填を容易にする。その際に、凹部７ｕ、７ｏは、円錐台の形を有することとなる。
【００８４】
図３ａは、任意のガスまたはガス混合物の反転曲線の概略的グラフを示す。正のＪＴＫを有する領域（灰色）および負のＪＴＫを有する領域（白色）を確認できる。該グラフは、ｐ−Ｔグラフである。
【００８５】
考慮されるガスは、したがって存在する圧力および存在する温度に依存して正または負のＪＴＫを有する。状態パラメータの圧力および温度がちょうど反転曲線の上にある場合に、ＪＴＫはゼロとなる。理想的なガスおよびガス混合物の場合には、ＪＴＫは常にゼロである。したがって、実際のガスまたはガス混合物だけが考慮される。ガスまたはガス混合物の本発明による加熱をもたらすためには、該ガスまたはガス混合物が常に負のＪＴＫを有する領域に存在することを配慮せねばならない。標準条件では、負のＪＴＫを有する３種のガス、つまりヘリウム、水素、およびネオンだけが存在する。
【００８６】
図３ｂは、窒素、水素、およびヘリウムの反転曲線の概略的グラフを示す。標準条件（約２９８．１５Ｋ、１ｂａｒ）の場合に、窒素は正のＪＴＫを有し、したがって等エンタルピ膨張の際に冷却されることが確認できる。したがってまた、本発明によるボンディングプロセスに際して、正のＪＴＫを有するガス、特に空気窒素をできる限り雰囲気から除去し、有利には正のＪＴＫを有するガスにより完全に置き換えるための措置を講じることも、さらなる本発明による態様である。それに対して、水素とヘリウムの２つのガスは、２９８．１５Ｋをはるかに下回る反転曲線を有する。したがって、水素およびヘリウムは、標準条件下での等エンタルピ膨張に際して加熱され、こうして別のガス、特に水蒸気の凝縮を妨げる。
【００８７】
図４ａは、第１の欠陥種１８を有する基板周縁部９の正確な縮尺ではない概略図を示す。第１の欠陥種１８は、へこみである。
【００８８】
図４ｂは、第２の欠陥種１８’を有する基板周縁部９の正確な縮尺ではない概略図を示す。第２の欠陥種１８’は、高い表面粗さを有する基板表面２ｓである。
【００８９】
図４ｃは、基板表面２ｓ上にガス、特に水が吸着されて存在する基板周縁部９の正確な縮尺ではない概略図を示す。この状態は、本来はほとんどの表面の通常の状態を表す。本発明による方法においては、この状態はそれでも第３の欠陥種１８’’として分類される。第３の欠陥種１８’’は、したがってガス、特に水が吸着された基板表面２ｓである。その水は、特に単層としてのみ存在する。
【００９０】
図４ｄは、第４の欠陥種１８’’’を有する基板周縁部９の正確な縮尺ではない概略図を示す。第４の欠陥種１８’’’は、局所集中的に凝縮されたガス、特に水を有する基板表面２ｓである。
【００９１】
図４ｅは、第５の欠陥種１８IVを有する基板周縁部９の正確な縮尺ではない概略図を示す。第５の欠陥種１８IVは、粒子を有する基板表面２ｓである。
【００９２】
図５ａは、体積を外側に向かって増大させる湾曲した拡張表面８ｓ’を有する突出部８’の第１の本発明による拡張部を示す。
【００９３】
図５ｂは、体積を外側に向かって減少させる湾曲した拡張表面８ｓ’’を有する突出部８’’の第２の本発明による拡張部を示す。このエレメントは、熱力学的に絞り弁と同様に作用する。
【００９４】
図５ｃは、体積を外側に向かって線形に増大させる湾曲した拡張表面８ｓ’’’を有する突出部８’’’の第３の本発明による拡張部を示す。
【００９５】
図５ｄは、体積を外側に向かって線形に減少させる湾曲した拡張表面８ｓIVを有する突出部８IVの第２の本発明による拡張部を示す。このエレメントは、熱力学的に絞り弁と同様に作用する。
【００９６】
図６ａは、構造技術的特徴ｈu、ｖuの作製が、丸められた曲率半径または接触半径Ｒの採用により省略された、改善された基板チャック６ｕの右側部分の正確な縮尺ではない拡大概略図を示す。そのような移行部の製造は、構造技術的にかなり容易であり、より効率的である。
【００９７】
曲率半径または接触半径Ｒは、特に基板周縁部９の曲率半径と同じである。当該技術分野における当業者は、該基板周縁部９は、ＳＥＭＩ規格による断面において必ずしも半円を表すのではなく、任意の形状であり得ることを認識している。したがって、完全を期すためには、前記曲率半径または接触半径Ｒは、基板２ｕ、特にその基板周縁部９を下方の基板チャック６ｕに適合することを可能な限り最良に試みるパラメータであると述べられる。
【００９８】
上方の基板チャック６ｏについては、必要かつ所望されるのであれば、同様の考察が適用される。曲率半径または接触半径Ｒと基板周縁部９の湾曲との間の偏差は、特に５％未満であり、好ましくは３％未満であり、さらにより有利には２％未満であり、最も有利には１％未満であり、さらに最も有利には０．１％未満である。曲率半径または接触半径Ｒの使用は、距離ｈu、ｈo、ｖu、ｖoの使用と組み合わされ得る。
【００９９】
図６ｂは、突出部８ｕ’が、部材１ｕ上に取り付けられる環状物体として構成された、さらなる改善された基板チャック６ｕの右側部分の正確な縮尺ではない拡大概略図を示す。ここではその取り付け法は、詳細に説明されない。８ｕ’と部材１ｕとは、溶接、接着、接合、ネジ止め、リベット留め等がなされていてよい。
【０１００】
図６ｃは、突出部８ｕ’が、部材１ｕの段差２１に取り付けられる環状物体として構成された、さらなる改善された基板チャック６ｕの右側部分の正確な縮尺ではない拡大概略図を示す。ここではその取り付け法は、詳細に説明されない。８ｕ’と部材１ｕとは、溶接、接着、接合、ネジ止め、リベット留め等がなされていてよい。
【０１０１】
図６ｂおよび図６ｃにおける環状物体として構成された突出部８ｕ’は、好ましくは交換することもできる。それにより、突出部８ｕ’を相応に適合させて、その方法プロセスに対して最適化させるために、複数の種々の環状物体８ｕ’を作製しておき、必要に応じて交換することができる。
【０１０２】
図６ｄは、ノズル２２が外側から正圧をもたらす、さらなる改善された基板チャック６ｕの右側部分の正確な縮尺ではない拡大概略図を示す。そのようなノズルシステムは、部分的に既に刊行物ＰＣＴ／ＥＰ２０１６０５３２６８でも述べられた。
【０１０３】
図６ｅは、ガスまたはガス混合物が直接的に基板の方向に流出して洗浄し得るように穿孔１１’が形成された、さらなる改善された基板チャック６ｕの右側部分の正確な縮尺ではない拡大概略図を示す。
【０１０４】
図７は、表面拡張手段１９の第１の実施形態の正確な縮尺ではない実施形態を示す。この場合に、基板２は、表面拡張手段１９の曲率半径および接触半径Ｒを用いて取り囲まれる。ボンディングされるべき基板表面２ｓと表面拡張手段１９の拡張表面８ｓとの間に、有利には１０マイクロメートル未満の、特に有利には１マイクロメートル未満の垂直距離ｖoが存在する。基板表面２ｓは、拡張表面８ｓにより拡張される。
【０１０５】
図８は、表面拡張手段１９’のさらなる正確な縮尺ではない実施形態を示す。この場合に、図７と比較して、前記基板２は、外側の基板周縁部９のところだけで支持されているにすぎず、有利には小さい押圧力でぴったりと合わせられる。この場合に基板２は、全周で取り囲まれている。接触半径Ｒは、外側の基板周縁部９周りを、特に完全に取り囲むべきである。
【０１０６】
図面においては、同じ部材または同じ機能を有する部材は、同じ符号で示されている。
【符号の説明】
【０１０７】
１、１ｕ、１ｏ  第１の部材／外側部材、  ２、２ｕ、２ｏ  基板、  ２ｓ、２ｕｓ、２ｏｓ  基板表面、  ３  固定具、  ４  変形エレメント、  ５ｕ、５ｏ  第２の部材／内側部材、  ６ｕ、６ｕ’、６ｏ、６ｏ’  基板チャック、  ７ｏ、７ｕ  凹部、  ８ｏ、８ｕ、８ｕ’、８、８’、８’’、８’’’、８IV、８V  突出部、  ８ｏｉ、８ｕｉ  内壁、  ８ｏｓ、８ｕｓ、８ｓ、８ｓ’、８ｓ’’、８ｓ’’’、８ｓIV  拡張表面、  ９、９ｕ、９ｏ  基板周縁部、  １０、１０’  ボンディング装置、  １１、１１’  穿孔、  １２  開口部、  １３  ボンディング波、  １４  外側領域、  １５、１５’、１５’’、１５’’’  圧力曲線、  １６  温度曲線、  １７  等エンタルピ膨張の領域、  １８、１８’、１８’’、１８’’’、１８IV  欠陥、  １９、１９’  表面拡張手段、  ２０  丸み、  ２１  段差、  ２２  ノズル、  ａ  角度、  ｄ  拡張表面距離、  ｇ  基板表面距離、  ｗu、ｗo  突出部幅、  ｔu、ｔo  突出部深さ、  ｈo、ｈu  水平距離、  ｖo、ｖo’、ｖu、ｖu’  垂直距離、  ｐ  基板間の圧力、  ｐ０  周囲圧力、  Ｒ  曲率半径または接触半径
【図１】
2019535128.tif 000003
【図２ａ】
2019535128.tif 000004
【図２ｂ】
2019535128.tif 000005
【図２ｃ】
2019535128.tif 000006
【図２ｄ】
2019535128.tif 000007
【図２ｅ】
2019535128.tif 000008
【図３ａ】
2019535128.tif 000009
【図３ｂ】
2019535128.tif 000010
【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年6月22日(2018.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板（２ｏ）の第１の基板表面（２ｏｓ）と第２の基板（２ｕ）の第２の基板表面（２ｕｓ）とをボンディングするための装置（１０、１０’）であって、
−  前記第１の基板（２ｏ）の収容のための第１の基板チャック（６ｏ、６ｏ’）、
−  前記第２の基板（２ｕ）の収容のための第２の基板チャック（６ｕ、６ｕ’）、
を有する、装置（１０、１０’）において、
少なくとも前記第１の基板チャック（６ｏ、６ｏ’）は、第１の凹部（７ｏ）と該凹部（７ｏ）を少なくとも部分的に取り囲む突出部（８ｏ）とを有し、前記第１の凹部（７ｏ）が、前記第１の基板（２ｏ）を該第１の凹部（７ｏ）内に固定するための固定装置（３）を備えており、前記凹部（７ｏ）および／または前記突出部（８ｏ）は、前記第１の基板（２ｏ）に、特に前記第１の基板（２ｏ）の形状に、前記基板表面（２ｏｓ）が拡張表面（８ｏｓ）とほぼ連続的な表面を形成し、かつ／または前記基板表面（２ｏｓ）が前記突出部（８ｏ）へと移行するように、適合されており、前記第１の基板（２ｏ）の基板周縁部（９ｏ）と前記突出部（８ｏ）の内壁（８ｏｉ）との間の第１の距離（ｈo）が１ｍｍ未満であり、前記第１の基板表面（２ｏｓ）と前記拡張表面（８ｏｓ）との間の第２の距離（ｖo）が１ｍｍ未満であることを特徴とする装置（１０、１０’）。
【請求項２】
前記突出部（８ｏ）は、前記第１の基板表面（２ｏｓ）の、特に連続的な拡張のための拡張表面（８ｏｓ）を有する、請求項１記載の装置（１０、１０’）。
【請求項３】
前記凹部（７ｏ）および／または前記突出部（８ｏ）は、前記基板表面（２ｏｓ）が前記拡張表面（８ｏｓ）とほぼ連続的な表面を形成し、かつ／または前記基板表面（２ｏｓ）が前記突出部（８ｏ）へと移行するように、手動により、かつ／または半自動的に、かつ／または自動的に適合可能である、請求項１または２記載の装置（１０、１０’）。
【請求項４】
前記第１の基板チャック（６ｏ、６ｏ’）は、外側部材（１ｏ’）と該外側部材（１ｏ’）内で可動の内側部材（５ｏ）とを有し、ここで前記外側部材および／または内側部材（５ｏ）は、並進的および／または回転的に可動であり、前記各部材（１ｏ’、５ｏ）は互いに固定可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置（１０、１０’）。
【請求項５】
前記第１の基板表面（２ｏｓ）と前記拡張表面（８ｏｓ）との間の垂直距離（ｖo、ｖu）は、適合可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置（１０、１０’）。
【請求項６】
前記凹部（７ｏ）の排気および／または洗浄のための少なくとも１つの穿孔（１１）を備え、有利には複数の穿孔（１１）が対称的に分布するように、特に前記内側部材（１ｏ’）に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置（１０、１０’）。
【請求項７】
前記突出部（８ｏ、８’、８’’）は、内側に向かって、かつ／または外側に向かって湾曲した拡張表面（８ｏ、８ｓ’、８ｓ’’）を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置（１０、１０’）。
【請求項８】
前記突出部（８ｏ、８’’’、８IV）は、内側に向かって、かつ／または外側に向かって所定の角度（ａ）で傾斜した拡張表面（８ｏ、８ｓ’’’、８ｓIV）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置（１０、１０’）。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項記載の装置（１０、１０’）および前記第１の基板（２ｏ）から構成されるシステムであって、前記第１の基板表面（２ｏｓ）が前記突出部（８ｏ）へと移行していることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項１から８までのいずれか１項記載の装置（１０、１０’）によって、第１の基板（２ｏ）の第１の基板表面（２ｏｓ）と第２の基板（２ｕ）の第２の基板表面（２ｕｓ）とをボンディングするための方法であって、前記基板表面（２ｏｓ、２ｕｓ）の間にボンディング過程に際して配置されるガスが、前記基板（２ｏ、２ｕ）の中央から辺縁部（９、９ｏ、９ｕ）に向かって押し退けられる、方法において、
少なくとも前記第１の基板表面（２ｏｓ）は、前記ガスの膨張が前記基板（２ｏ、２ｕ）の外側でようやく行われるように、前記突出部（８ｏ）へと移行していることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
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