(57)【要約】      （修正有）【課題】いずれの汚染物質も取り入れることなく、あらゆる種類の基板を扱う高い処理能力と能力を有する基板−基板接合アプリケーションと方法を提供する。【解決手段】スペーサ１３６’は、エンドエフェクタ１００がウェハ２０、３０を受け取ると、ウェハ２０、３０を互いに離すために用いられる。スペーサ１３６’は、ウェハ２０のエッジの下に相当する３つの位置に差し込まれ、そして、ウェハ３０はスペーサ１３６’の下に積み重ねられる。【選択図】図６
2019024081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板を接合するために構成された基板処理システムであって、
処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に配置され、かつ、スペーサを有するスペーサアセンブリと、を備え、
前記スペーサは、
前記一対の基板の間に差し込まれるように構成されており、かつ、
前記処理チャンバ内に配置された、アラインされた基板移動装置のガイド機構に付随するように構成されており、
前記処理チャンバでは、前記スペーサは、前記一対の基板の間に差し込まれる前に、前記ガイド機構に入射すると、前記処理チャンバ内で進行を止めるように構成されている、基板処理システム。
【請求項２】
前記スペーサアセンブリはさらに、径方向プレローディングを提供するように構成されたバイアス部材を備えており、前記バイアス部材は、前記一対の基板に関する外向き径方向熱膨張適合性のためにプレローディング開始点を提供する、請求項１に記載の基板処理システム。
【請求項３】
前記スペーサアセンブリはさらに、
ドライバと、
前記ドライバと駆動自在に接続されたシャフトと、
前記シャフト及び前記スペーサと駆動自在に接続されたベアリングと、を備え、
前記ドライバは、前記ベアリングと前記スペーサとの直線動作を提供する方法で、前記シャフトの直線動作を提供するように構成されている、請求項２に記載の基板処理システム。
【請求項４】
前記シャフトを介する実装部の動作が前記ベアリングの動作を提供するように、前記シャフトと前記ベアリングとを駆動自在に接続する前記実装部を備える基板処理システムであって、
前記ベアリングは、前記実装部に実装され、
前記実装部と前記シャフトは、前記実装部と前記シャフトとの間に移動性接続部を提供する、一定のクリアランスを有し、
前記プレローディング開始点は、前記接続部で提供される、請求項３に記載の基板処理システム。
【請求項５】
前記バイアス部材は、スプリング部材を有し、
前記スプリング部材は、前記実装部に接続された第１端部と、前記実装部を超えて伸びる前記シャフトの一部と相互作用する前記第２端部と、を有する、請求項４に記載の基板処理システム。
【請求項６】
前記スペーサアセンブリは、前記スペーサにプレローディング力を加えて、前記スペーサが前記一対の基板の間に差し込まれると、前記スペーサが偏向する機会を減らすように構成される、請求項１〜５のいずれか１つに記載の基板処理システム。
【請求項７】
一対の基板を扱うように構成された装置が組み込まれており、
前記装置は、
フレーム部材と、
前記フレーム部材に接続されたスペーサアセンブリと、を備え、
前記スペーサアセンブリは、
前記一対の基板の間に差し込まれるように構成された第１スペーサと、
基板処理装置の第２スペーサの進行に対する参照停止点を提供するように構成されたガイド機構と、を備えている、請求項１〜６のいずれか１つに記載の基板処理システム。
【請求項８】
前記ガイド機構は、略Ｌ字形状で有り、
前記略Ｌ字形状は、前記第１スペーサに添えられ、かつ、前記第１スペーサの脚部に略垂直にアラインされた第１脚部と、
前記第１スペーサの前記脚部と略平行にアラインされた第２脚部と、を有する請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ガイド機構と前記第１スペーサは、モノリシック構造であり、
前記ガイド機構は、略Ｌ字形状であり、
前記略Ｌ字形状は、前記第１スペーサから広がり、かつ、前記第１スペーサの脚部と略垂直にアラインされた第１脚部と、
前記第１スペーサの前記脚部と略平行にアラインされた第２脚部と、を有する、請求項７又は８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２スペーサに対する前記参照停止点を提供するように構成されている状態で、前記ガイド機構は、前記第２スペーサと物理的に接触し、かつ、前記第２スペーサが垂直方向に進むことを止めるように構成されている、請求項７〜９のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項１１】
径方向のプレローディングを提供するように構成されており、前記一対の基板に関する外向き径方向の熱膨張適合性のためのプレローディング開始点を提供するバイアス部材をさらに有する、請求項７〜１０のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項１２】
前記スペーサアセンブリはさらに、
ドライバと、
前記ドライバと駆動自在に接続されたシャフトと、
前記シャフト及び前記第１スペーサと駆動自在に接続されたベアリングと、を有し、
前記ドライバは、前記ベアリングと前記第１スペーサの直線運動を提供する方法で、前記シャフトの直線運動を提供するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記シャフトと前記ベアリングを駆動自在に接続するアーム部を有しており、
前記シャフトを介する前記アーム部の動きは、前記ベアリングの動きを提供するためのものであり、
前記アーム部と前記シャフトは、前記アーム部と前記シャフトの間に移動性接続部を提供する所定のクリアランスを有しており、
前記プレローディング開始点は、前記移動性接続部に提供される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記バイアス部材は、スプリング部材を備えており、
前記スプリング部材は、前記ベアリングと接続された第１端部と
前記アーム部を超えて伸びる前記シャフトの一部と相互作用する第２端部と、を有する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
基板処理チャンバ内で離隔して配置されている一対の基板に圧縮力を加えるように構成されたピン装置が提供されており、
前記ピン装置は、ピンチップと、脚部とを備えており、
前記脚部は、前記脚部の第１端部に配置され、かつ、前記ピンチップに付随するように構成された先端接触機構と、
前記第１端部の反対の端部であって、前記脚部の第２端部に配置され、かつ、前記一対の基板に付随するように構成された略平坦な基部と、を有する、請求項１〜１４のいずれか１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記先端接触機構は、前記脚部の前記第１端部から前記ピンチップに向けて広がる球体形状である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記脚部の非圧縮状態では、前記脚部と前記ピンチップとの間に隙間があり、かつ、
前記脚部の圧縮状態では、前記先端接触機構が前記ピンチップに付随するように、
前記脚部が前記ピンチップと関連して動くことができる、請求項１５又は１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ピン装置がプレロードをかけられ、上側中心位置で中心付けできるように、前記ピン装置は径方向に適合するように構成される、請求項１５〜１７のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項１９】
前記脚部は、前記一対の基板の一方の中心と付随するように構成される、請求項１５〜１８のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項２０】
前記ピンチップと前記脚部の径方向の動きを可能にし、かつ、力を中心付けるためにプレロードを提供するように構成されたＯ−リングを有する、請求項１５〜１９のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項２１】
前記ピンチップと前記脚部の径方向の動きを可能にし、前記ピン装置によるギンバル動きを提供するように構成されたベアリングをさらに有する、請求項１５〜２０のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項２２】
前記ピン装置は、１つ以上の周辺チャックによって前記一対の基板に加えられた圧力を釣り合わせる方法と、前記一対の基板に関して均一に配分される方法とのうち、少なくとも一方の方法で前記一対の基板に前記圧縮力を適用するように構成された請求項１５〜２１のいずれか１に記載のシステム。
【請求項２３】
３つのピンが提供され、
前記３つのピンは、周方向において、等間隔に離されて配置されることが望ましい、請求項１５〜２２のいずれか１つに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アラインされた基板ペアを扱うシステム構成要素とその方法、特に基板と基板（例えば、ウェハとウェハ）接合アプリケーションに精度高く適合するアラインされた半導体基板の配置を維持するように構成された構成要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハ−ウェハ（Ｗ２Ｗ）接合は、半導体装置を形成する半導体処理アプリケーションの広い範囲で展開されている。ウェハ−ウェハ接着が適用される半導体処理アプリケーションの例は、統合回路の基板工学と製造、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）の梱包とカプセル封入、純マイクロエレクトロニクスの多数の加工層（３次元統合）の積層を含む。Ｗ２Ｗ接合は、２つ以上のウェハの表面をアラインすること、アラインされたウェハをウェハ接合チャンバに移すこと、ウェハ表面を接着させること、及び、それらの間に強い接合境界面を形成することを含む。上記のように製造された半導体層装置の全処理収率と製造コスト及びこれらの装置を統合する電気製品の最終的なコストは、主にＷ２Ｗ接合の質に依拠する。Ｗ２Ｗ接合の質は、ウェハアライメントの精密さ、転写処理及び接合処理の間のウェハアライメントの維持、ウェハ接合境界面にわたる接合強度の均一性と整合性に依拠する。さらに、ウェハの破砕、表面ダメージ若しくはゆがみを回避するため、ウェハの転写、配置、センタリング、及びアライメントの間、特別なケアが要求される。
【０００３】
図１Ａは、先行技術にかかる、アライナからボンダへ、アラインされたウェハを移動するために用いられる従来の移動固定具の概略図で示す。図１Ａに示すように、慣例的に、ウェハペア１８はアラインステーション５０にアラインされ、アラインされたウェハペア１８は、移動固定具２４に固定される。移動固定具２４は、アラインされたウェハペア１８を接合ステーション６０と、さらなる処理ステーションに運ぶ。先行技術の移動固定具２４は、２０１１年５月２４日に発行された、タイトルが「半導体接合の装置と方法」である、米国特許番号７，９４８，０３４に記載されている。
【０００４】
図２Ａは、先行技術に係る図１Ａの従来の移動固定具を示しており、図３に関連して記載するように、先行技術に係る図２Ｂは、図２Ａの従来の移動固定具の固定アセンブリの拡大図を示しており、先行技術に係る図３は、アラインされたウェハペアを従来の移動固定具を使って接合チャンバに積載した状態の概略図である。まず、図３を参照すると、従来の移動固定具２４は、アラインされたウェハペア（図示されていない）を保持するように大きさ付けられ、移動装置１６は移動固定具２４とアラインされたウェハペアとを接合チャンバ１２に出入りさせるために用いられる。１つの例として、移動装置１６は、自動又は手動で作動する移動アーム又は移動スライドである。
【０００５】
図２Ａに示すように、移動固定具２４は、しばしばチタンから構成される環状のリング２８０であり、基板ウェハのために支持点として作用するノーズであって、環状リング２８０に対して対称的に離れた３つのノーズ２８０ａ、２８０ｂ、２８０ｃを含む。３つのノーズ２８０ａ、２８０ｂ、２８０ｃのそれぞれはおよそ、３つのスペーサと環状リング２８０の外周で１２０°の対称的に配置された固定アセンブリ２８２ａ、２８２ｂ、２８２ｃである。各スペーサと固定アセンブリ２８２ａ、２８２ｂ、２８２ｃは、スペーサ２８４と固定具２８６とを含む。スペーサ２８４は、２つのウェハを予め決められた距離に設置するように構成される。異なる厚さを有するスペーサ２８４が、２つのウェハの間に異なる間隔を設定するためにセレクトされる。スペーサ２８４がウェハの間に差し込まれると、固定具２８６は押さえつけられ、２つのウェハの位置を係止する。固定具２８６は、単一構造である、又は、下向きに動き上側ウェハと接し、移動固定具２４上に上側ウェハを保持するリンク装置であってもよい。各スペーサ２８４と各固定具２８６はそれぞれ、直線形アクチュエータ２８３、２８５によって独立して動かされる。
【０００６】
接合処理で、２つのアラインされたウェハは、キャリア固定具２４に配置され、スペーサ２８４と離して配置され、固定具２８６で押さえつけられる。固定されたウェハを有する固定具は、接合チャンバ１２に差し込まれ、各固定具２８６は１つずつクランプを外され、スペーサ２８４が取り除かれる。全てのスペーサ２８４が取り除かれると、２つのウェハは、空気の作用で制御される中心ピンであわせて支えられる。そして、力が加えられ、高温接合処理の間中、接合装置１２における接合処理を促進する。
【０００７】
産業において、移動固定具２４は、重たく、移動装置１６やロボットを扱うための課題であり得ることが知られている。さらに、移動固定具２４が接合装置１２内に配置されると、移動固定具２４は、接合処理の間中、接合装置１２内に残るため、移動固定具２４は、接合装置１２内で用いられ得るチャンバガス及び／又は圧力と同様、５５０℃の温度にまで至る接合雰囲気にさらされる。特に、移動固定具２４は、接合装置１２の加熱チャックの外周から数ミリメータ離れただけの位置に１時間以上配置され得るので、移動固定具２４は、相当熱くなる。このような状況は、移動固定具２４、特にスペーサ２８４と固定具２８６の複雑な機構に相当な応力を与える。結果として、移動固定具２４は、不確実なものになり、高いコストと相当な時間を要する機構の繊細な調整を含む重要なサービスを必要とする。
【０００８】
別の実施において、アラインされたウェハペアは、一時的に接合され、一時的に接合されたウェハペアは、接合ステーションと別の処理ステーションに移動させられる。ウェハの一次的な接合は、処理の間のアライメントシフト誤差を最小にするために使用され得る。一時的なウェハ接合技術は、レーザービーム、一時的タック粘着及びハイブリッド融合でウェハの中心又は端部を接合することを含む。接合ウェハペアは、移動固定具又は同じような従来の移動装置で接合装置に移動させられる。レーザー接合技術は、少なくとも１つのレーザー移動ウェハを必要とし、粘着接合技術は、ウェハ表面の汚染に寄与し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
つまり、前述の欠陥と不備を考慮すると、いずれの汚染物質も取り入れることなく、あらゆる種類の基板を扱う高い処理能力と能力を有する基板−基板（例えば、ウェハ−ウェハ）接合アプリケーション用の半導体基板であって、正確にアラインされ、中心に置かれた半導体基板（例えば、ウェハ）ペアを扱う産業スケールシステムと方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ある実施例は、一組の基板を接合するように構成された基板処理システムを提供する。システムは、処理チャンバを含む。システムはさらに、処理チャンバ内に配置されたスペーサアセンブリを含み、該スペーサアセンブリは、一組の基板の間に差し込まれるように構成され、処理チャンバ内に配置されたアラインされた基板移動装置のガイド機構に付随したスペーサを含み、処理チャンバでは、スペーサは、一組の基板の間に差し込まれる前に、ガイド機構に入射すると、処理チャンバ内で進行することを止めるように構成されている。ある場合では、スペーサアセンブリはさらに、径方向プレローディングを提供するように構成されたバイアス部材含む、つまり、一対の基板に関する外向き径方向熱膨張適合性のためのプレローディング開始点を提供する。そのような場合、スペーサアセンブリはさらに、ドライバ、ドライバと駆動自在に接続されたシャフト、シャフトとスペーサと駆動自在に接続されたベアリングを含む。さらに、ドライバは、ベアリングとスペーサの直線運動を提供するように、シャフトの直線運動を提供するように構成される。いくつかのそのような場合、システムはさらに、シャフトを介した実装部の動きがベアリングの動きを提供するように、シャフトとベアリングとを駆動自在なように接続する実装部を含み、そこでは、ベアリングは実装部に実装され、実装部とシャフトは、それらの間に移動性接続部を提供する一定のクリアランスを有し、プレローディング開始点は、移動性接続部に提供される。いくつかのそのような場合において、ベアリング部材は、実装部と接続された第１端部と、実装部を超えて伸びるシャフトの一部と相互作用する第２端部とを有するスプリング部材を含む。いくつかの例で、スペーサアセンブリは、スペーサにプレローディングを提供するように構成され、スペーサが一組の基板の間に差し込まれるとスペーサが偏向する機会を減らす。
【００１１】
別の実施形態は、一対の基板を扱うように構成された装置を提供する。装置は、フレーム部材を含む。装置はさらに、フレーム部材と接続されたスペーサアセンブリを含み、スペーサアセンブリは、一対の基板の間に差し込まれるように構成された第１スペーサと、基板処理装置の第２スペーサの進行に対する参照停止点を提供するように構成されたガイド機構とを含む。あるケースにおいて、ガイド機構は、略Ｌ字形状であり、Ｌ字形状は、第１スペーサに添えられ、第１スペーサの長さ方向と略垂直な第１レッグと、第１スペーサの長さ方向と略平行にアラインされた第２レッグとを有する。いくつかの別のケースにおいて、ガイド機構と第１スペーサは、モノリシック構造である。さらに、ガイド機構は、略Ｌ字形状であり、第１スペーサから広がり、かつ、第１スペーサの長さ方向と略垂直にアラインされた第１レッグと、第１スペーサの長さ方向と略平行にアラインされた第２レッグとを有する。いくつかの例で、第２スペーサに対する参照停止点を提供するように構成する際、ガイド機構は、物理的に第２スペーサに接し、第２スペーサの垂直方向の進行を止めるように構成される。いくつかの場合において、装置はさらに、径方向のプレローディングを提供する、つまり、一対の基板に関する外向き径方向熱膨張適合性のためのプレローディング開始点を提供するように構成されるバイアス部材を含む。いくつかのそのような場合において、スペーサアセンブリはさらに、ドライバ、ドライバと駆動自在に接続されたシャフト、シャフトとスペーサと駆動自在に接続されたベアリングを含む。さらに、ドライバは、ベアリングとスペーサの直線運動を提供するように、シャフトの直線運動を提供するように構成される。いくつかのそのような場合、装置はさらに、シャフトを介したアーム部の動きがベアリングの動きを提供するように、シャフトとベアリングを駆動自在に接続するアーム部を含み、そこでは、アーム部とシャフトは、それらの間に移動性接続部を提供する一定のクリアランスを有し、プレローディング開始点は、移動性接続部に提供される。いくつかのそのような場合において、バイアス部材は、ベアリングと接続された第１端部と、アーム部を超えて広がるシャフトの一部と相互作用する第２端部とを有するスプリング部材を含む。
【００１２】
別の実施形態は、基板処理チャンバ内で離隔してアラインされた一対の基板に圧縮力を適用するように構成されたピン装置を提供する。ピン装置は、ピンチップを含む。ピン装置はさらに、脚部を有し、脚部は、脚部の第１端部に配置され、かつ、ピンチップと付随するように構成された先端接触機構と、脚部の第１端部と反対の第２端部に配置され、かつ、一対の基板の一方と付随するように構成された略平坦なベースとを含む。いくつかのケースにおいて先端接触機構は、脚部の第１端部からピンチップに向けて広がる半球形状である。いくつかの例では、脚部は、脚部の非圧縮状態において、脚部とピンチップとの間に隙間が生じ、脚部の圧縮状態において、先端接触機構がピンチップに付随するように、ピンチップに対して移動自在である。いくつかのケースで、ピン装置は、プレローディングされて上部中心配置で中心位置付けするように、径方向に適合的であるように構成される。いくつかの例において、脚部は、一対の基板の中心に付随するように構成される。いくつかのケースで、ピン装置はさらに、ピンチップと脚部の径方向の動きを可能にし、力を中心に配置するためのプレローディングを提供するように構成された０−リングを含む。いくつかの例において、ピン装置はさらに、ピンチップと脚部の径方向の動きを可能にし、ピン装置によるギンバル動きを提供するように構成されたベアリングを含む。いくつかのケースにおいて、ピン装置は、１つ以上の周辺チャックによって一対の基板に提供される圧力を適合させる方法と、一対の基板に関して均等に圧力を配分する方法のうち少なくとも一方の方法で圧縮力を一対の基板に適用するように構成される。
【００１３】
本開示の別のシステム、方法、特徴及び利点は、以下の図面と詳細な説明を考察すると当業者に明らかになる。そのような付随的なシステム、方法、特徴及び利点は全て、この明細書の中に含まれ、本開示の範囲内に含まれ、従属請求項によって保護されるものである。
【００１４】
本明細書に記載された特徴と利点は、全てを含んでいるわけではないが、特に、多くの付随的な特徴と利点は、図面、明細書及び請求の範囲の観点から当業者に明らかである。さらに、詳細な説明において用いられる言葉は、主に読みやすさと解説的目的のために選ばれており、本発明の主題の領域を限定するためのものではないことに留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本開示の多くの態様は、以下の図面を参照して理解され得る。図面内の構成要素は、必ずしも縮尺、強調されない代わりに本開示の原理を明確に示すにあたり配置される。さらに、図面における参照数字等は、複数の図面にわたって相当する部分を示す。
【図１Ａ】図１Ａは、先行技術に従って、アライナからボンダへアラインされた基板を移動するために使用される従来の移動固定具の概略図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示の第１実施形態例に従って、アライナから接合装置へアラインされた基板を移動させるために使用するアライン基板移動装置と方法の概略図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、先行技術に従って図３に示されるように、図１Ａの従来移動固定具を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、先行技術に従って、図２Ａの従来の移動固定具の固定アセンブリの拡大図を示す。
【図３】図３は、先行技術に従って、従来の移動固定具を使ってアラインされた基板ペアを接合チャンバに載せている概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本開示の実施形態に従って構成された複数のスペーサアセンブリを含むアラインされた基板移動装置の底面から見た平面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本開示の実施形態に従って構成された複数のスペーサアセンブリを含むアラインされた基板移動装置の上面から見た平面図である
【図５】図５は、本開示の実施形態に沿って構成されたアライン基板移動装置スペーサアセンブリのアイソメトリック側面図である。
【図６】図６は、本開示の実施形態に沿って構成されたアライン基板移動装置スペーサアセンブリの側断面図である。
【図７】図７は、本開示の実施形態に沿って構成された複数の接合チャンバスペーサアセンブリを含む接合チャンバのアイソメトリック部分側面図である。
【図８】図８は、本開示の実施形態に沿って構成された接合チャンバスペーサアセンブリのアイソメトリック側面図である。
【図９】図９は、本開示の実施形態に沿って構成された接合チャンバスペーサアセンブリの断面側面図である。
【図１０】図１０は、本開示の実施形態に沿って構成された接合チャンバスペーサアセンブリのアイソメトリック部分図である。
【図１１】図１１は、本開示の実施形態に沿って構成された接合チャンバスペーサアセンブリの断面側面図の一部である。
【図１２】図１２は、本開示の実施形態に沿って構成されたピンの断面側面図の一部である。
【図１３】図１３は、本開示の実施形態に沿って構成されたピンの断面側面図の一部である。
【図１４】図１４は、本開示の実施形態に沿って構成されたピンのアイソメトリック側面図の一部である。
【図１５】図１５は、本開示の実施形態に係る、アラインされた基板移動装置と接合チャンバ内に配置されたピンのアイソメトリック図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、本開示の実施形態に係る、スペーサ交換処理におけるいくつかの工程のアイソメトリック図の一部である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、本開示の実施形態に係る、スペーサ交換処理におけるいくつかの工程のアイソメトリック図の一部である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、本開示の実施形態に係る、図４のエンドエフェクタを有するボンダにアラインされたウェハペアを配置する工程を模式的に示す。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、本開示のある実施形態に係る、図４のエンドエフェクタを有するボンダにアラインされたウェハペアを配置する工程を模式的に示す。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、本開示のある実施形態に係る、図４のエンドエフェクタを有するボンダにアラインされたウェハペアを配置する工程を模式的に示す。
【図１７Ｄ】図１７Ｄは、本開示のある実施形態に係る、図４のエンドエフェクタを有するボンダにアラインされたウェハペアを配置する工程を模式的に示す。
【図１７Ｅ】図１７Ｅは、本開示のある実施形態に係る、図４のエンドエフェクタを有するボンダにアラインされたウェハペアを配置する工程を模式的に示す。
【図１７Ｆ】図１７Ｆは、本開示のある実施形態に係る、図４のエンドエフェクタを有するボンダにアラインされたウェハペアを配置する工程を模式的に示す。
【図１７Ｇ】図１７Ｇは、本開示のある実施形態に係る、図４のエンドエフェクタを有するボンダにアラインされたウェハペアを配置する工程を模式的に示す。
【図１７Ｈ】図１７Ｈは、本開示のある実施形態に係る、図４のエンドエフェクタを有するボンダにアラインされたウェハペアを配置する工程を模式的に示す。
【図１７Ｉ】図１７Ｉは、本開示のある実施形態に係る、図４のエンドエフェクタを有するボンダにアラインされたウェハペアを配置する工程を模式的に示す。
【図１８】図１８は、本開示のある実施形態に係る、図４のエンドエフェクタを有するボンダにアラインされたウェハペアを配置する工程を示す。
【図１９Ａ】図１９Ａは、本開示のある実施形態に係る、単一中心ピンを介して２つのウェハをピン留めする工程の概略図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、本開示のある実施形態に係る、単一中心ピンを介して２つのウェハをピン留めする工程の概略図である。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、本開示のある実施形態に係る、単一中心ピンを介して２つのウェハをピン留めする工程の概略図である。
【図２０】図２０は、本開示のある実施形態に係る、典型的なウェハ接合の概略図である。
【図２１】図２１は、本開示のある実施形態に係る、ウェハ接合とともに利用される典型的な接合スペーサフラグの概略図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、本開示のある実施形態に係る、ピンの一例の概略図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、本開示のある実施形態に係る、ピンの一例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示は、高い処理能力を有するアプリケーションを一列に配置して、接合する基板−基板（例えば、ウェハ−ウェハ）に対して、精密にアラインされ、中心に配置された半導体基板（例えば、ウェハ）ペアを扱う産業的スケールのシステムと方法とを提供する。システムは、任意ではあるが、ロボットアームの端部に取り付けられ得るアラインされた基板移動装置（例えば、エンドエフェクタ）を含む。移動装置は、基板−基板配置を変化させることなくかつ汚染物質を引き込むことなく、アラインされた一組の基板を様々な処理ステーションの内外へ保持、移動及び配置するように構成され得る。システムはまた、配置された基板移動装置のスペーサアセンブリに関連して作動する第２スペーサアセンブリを含む接合装置を含み、基板間のスペーサ受け渡しを実施し得る。システムはまた、受け渡し間に基板を支えるように構成されたピン装置を含み得る。
【００１７】
本開示全体にわたって、基板２０、３０のような１つ以上の基板が参照され得ることが留意されるべきである。本開示を参照すると分かるように、対象となる基板は、半導体ウェハ又は別のウェハであってもよいが、それのみに限定されるものではない。対象となる基板は、略平面であるが、平面性が必要とされるわけではない。対象となる基板は、一般的に、望ましい寸法（例えば、約２、３、４、５、６、８、１２、１８インチ若しくはこれら以上）の直径／幅を有する環状又は多角形（例えば、長方形、正方形若しくは四辺形）であり得る。対象となる基板は、約５０〜３，０００μｍ以上の範囲にある厚さ（例えば、平均厚）を有し得る。対象となる複数の基板は、１以上の次元において略同一の寸法（例えば、ほぼ同じ円周）である又は、所望通りの異なる寸法であり得る。対象となる複数の基板に関して、１つの基板は別の基板の上に配置され、ある例では、下に配置される基板のリッド又はカバーとして機能する。あるケースでは、対象となる基板は、略真っ直ぐな（平らな）エッジとノッチとの両方又はどちらか一方を基板全周に有する。
【００１８】
材料成分に関して、対象となる基板は、（１）ケイ素（Ｓｉ）又はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）のような半導体材料；（２）石英ガラスのようなガラス；（３）プラスチック；（４）セラミックのうちの１つ又はそれらの組み合わせから形成され得る。他の適切な基板材料は、本開示を参照すると明らかになり、所定の目標とする適用又は最終使用に依拠する。さらに対象となる基板の一部又は全部は、所望するような単結晶、多結晶若しくはアモルファスであり得る。あるケースでは、対象となる基板は、１つ以上の構造を含み、該構造は、通常、該基板の少なくとも一面上で、又は、該基板の少なくとも一面内で、アラインされる、又は、別の所望な配置で提供され得る。ある例では、構成は、リッジ、キャビティ等を含む。ある例では、構成は、トランジスタ、発光ダイオード（ＬＥＤｓ）、光検知器、集積回路（ＩＣｓ）若しくは光学素子等を含む。ある例では、構成は、マイクロ電子機器システム（ＭＥＭＳ）又はマイクロ光電子機器システム（ＭＯＥＭＳ）の構成を含み得る。対象となる基板は、少なくとも１つの該基板表面に、１つ以上の層、被覆、接合接着、接着ビート、分離層、残留物及び又は若しくは不純物を含み得る。構成、被覆、残留物等は、第２基板に対向する第１基板の表面に配置され得る。
【００１９】
図１Ｂは、基板２０、３０をアライナから接合装置まで移動するために使用される、本開示の第１実施形態に係るアラインされた基板移動装置と方法の概略図である。図１Ｂに示されるように、アラインされた基板移動装置１００は、ロボットのアーム８０に取り付けられ、アライメント装置３００と接合装置を有する独立接合ステーション４００とに出入りするよう構成される。２つの基板２０、３０のペアは、２つの基板２０、３０が互いに相対して配置され、それらの基板の配置が移動装置１００により固定されている、アライメント装置３００によって運ばれる。次に、ロボットアーム８０は、アラインされた基板ペア２０、３０を伴う移動装置１００をアライメント装置３００から、２つのアラインされた基板２０、３０が接合され得る接合ステーション４００へ動かす。移動装置１００は、２つのアラインされた基板ペア２０、３０を接合装置内に配置することができ、そして、ロボットアーム８０は接合処理期間の間、接合装置からそれ（移動装置１００）を取り除く。接合処理が完了すると、ロボットアーム８０は、移動装置１００を接合装置に戻し、接合基板ペア２０、３０を収集する。接合基板ペア２０、３０は、接合ステーション４００から取り除かれるとき、移動装置１００によって支持される。ある実施形態では、アライメント装置３００と接合ステーション４００は同一反応器に統合されている。
【００２０】
図４Ａ、図４Ｂはそれぞれ、本開示の実施形態に従って構成された複数のスペーサアセンブリ１３０’を含む、アラインされた基板移動装置１００の上部からの平面図と底部からの平面図である。ある実施形態によると、移動装置１００は、アラインされた基板（例えば、ウェハ）を処理チャンバに出入りさせるために使用され得る。移動装置１００は、例えば、エンドエフェクタ、別のウェハ移動固定具若しくは他の基板移動固定具であってもよい。様々な構成と変形は、本開示を参照すると明らかになる。
【００２１】
移動装置１００は、Ｙ字形状の固定フレーム１１０とフレーム１１０の上部に配置された移動性キャリア１２０とを含み得る。ある実施例で、フレーム１１０は、基板２０、３０の半径と略一致する半径を有する半円内側境界１１０ａを有する。別の例において、フレーム１１０はＹ字形状又はフォーク形状の内側境界を有する。同様に、キャリア１２０は、基板２０、３０の半径と略一致する半径を有する半円内側境界１２０ａを有する。ある実施形態に従って、移動性キャリア１２０の半円内側境界１２０ａは、完全リング（例えば３６０°リング）が形成される前に終端する端部を有する部分リング構造として理解され得る。図４Ａ、図４Ｂに示されるように、半円内側境界１２０ａの構造は、略１８０°回転を含む部分リング形状を有する移動性キャリア１２０から形成され、又は、別の構成では２７０°に至るまでの回転を含む部分リング形状を有する移動性キャリア１２０から形成され得る。移動性キャリア１２０の他の部分リング構成もまた、本開示の範囲内で考慮される。
【００２２】
移動性キャリア１２０は、フレーム１１０の平面と平行な方向を向き、フレーム１１０から離れて配置された略平坦な構造で形成され得る。移動装置１００は、移動装置１００の上側に配置された移動性キャリア１２０を有すると理解され、フレーム部材１１０は、移動装置１００の下側に配置され得る。（例えば、図２Ａ〜図２Ｃに関連して記載したように）アラインされた基板ペアの両基板を移動装置の上面に運ぶ従来の移動装置とは異なり、移動装置１００は、基板２０、３０をフレーム部材１１０のアームの内側、かつ、移動性キャリア１２０の拡張リップの下側の位置に運び得る。この構成により、基板２０、３０の端部は、フレーム部材１１０と移動性キャリア１２０との内側境界周りの様々な位置、例えば、３つの位置１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、において、固定フレーム１１０と移動性キャリア１２０との間で保持される。
【００２３】
移動装置１００はさらに、フレーム部材１１０の内側境界周りに配置されたスペーサアセンブリ１３０’のような、基板２０、３０を保持かつ／又は離隔するための多数のアセンブリを含む。明らかなように、移動装置１００は、第１位置１１１ａに第１スペーサアセンブリ１３０’を含み、第２位置１１１ｂに第２スペーサアセンブリ１３０’を含み、第３位置１１１ｃに第３スペーサアセンブリ１３０’を含む。当然ながら、別の実施形態によると、より少ない数（例えば、２、３）又はより多い数（例えば、４以上）のスペーサアセンブリ１３０’が、所定の目標とする適用又は最終使用に関して所望通りに、提供され得ることが本開示を参照すると明らかになる。
【００２４】
図５は、本開示の実施形態に従って構成されるスペーサアセンブリ１３０’のアイソメトリック側面図を示す。図６は、本開示の実施形態に従って構成されたスペーサアセンブリ１３０’の側方断面図を示す。図５、図６から分かるように、スペーサアセンブリ１３０’は、実装部７０２’を含み得る。実装部７０２’は、（例えば、移動装置１００の所定の位置１１１ａ、１１１ｂ若しくは１１１ｃで）移動装置１００と直接的に又は間接的に接続され得る。そのため、本開示を参照すると明らかなように、実装部７０２’は、適切な固定方法を介して接続され得る。実装部７０２’の寸法と特別な構成は、所定の目標とする適用又は最終使用に関する所望通りにカスタマイズされ得る。実装部７０２’の多数の適切な構成は、本開示を参照すると明らかになる。
【００２５】
スペーサアセンブリ１３０’はまた、実装部７０２’に直接又は間接的に接続され得るドライバ７０４’を含み得る。ドライバ７０４’は、ドライバ７０４’に接続される部材の直線的動作（例えば、拡張や格納）を提供するように構成され得る。そのためにも、ある実施形態において、ドライバ７０４’は、一般的に構成されたようなピストンタイプの空式ドライブである。しかしながら本開示は、別の実施形態におけるように、そのようなに制限されるものではなく、本開示を参照すると明らかなように、ドライバ７０４’は機械的、電気的若しくは別の適切なドライブ構成要素であってもよい。ドライバ７０４’のストロークの長さは、所定の目標とする適用又は最終使用に対して所望するようにカスタマイズされ得る。少なくともいくつかの実施形態において、ドライバ７０４’はハードストップストローク長を有する。ドライバ７０４’の別の適切な構成は、所定の適用に依拠し、本開示を参照すると明らかになる。
【００２６】
スペーサアセンブリ１３０’はさらに、直接又は間接的にドライバ７０４’に接続され得るシャフト７０６’を含み得る。シャフト７０６’の寸法と特別な構成が、所定の目標とする適用又は最終使用に対して所望するようにカスタマイズされ得る。少なくともいくつかの実施形態において、シャフト７０６’は通常、円筒形形状である。ある実施形態に従って、シャフト７０６’の第１端部（例えば、近位端部）はドライバ７０４’と作動可能なように接続される。ある実施形態に従って、シャフトの第２端部（例えば、遠位端部）は、接続アーム７０８’ （以下に記載する）と作動可能なように接続され、バイアス部品７１２’（以下に記載する）と相互作用する。このようにして、ドライバ７０４’はシャフト７０６’を直線方式で駆動させ、シャフト７０６’は、スペーサアセンブリ１３０’を作動させて連結アーム７０８’とバイアス部品７１２’に力を加える。シャフト７０６’の別の適切な構成は、所定の適用に依拠し、本開示を参照すると明らかになる。
【００２７】
既に記載したように、スペーサアセンブリ１３０’は、シャフト７０６’に直接又は間接的に連結された連結アーム７０８’を含み得る。連結アーム７０８’は、シャフト７０６’の第２端部（例えば、遠位端）と相互作用するように構成されたフォーク型端部を有する細長い本体として通常構成され得る。該相互作用で、連結アーム７０８’は所定のクリアランス（例えば、隙間）範囲でシャフト７０６’の第２端部を受け入れ、任意ではあるが移動性連結部７１０’を設ける。フォーク型端部と反対に配置された連結アーム７０８’の端部は、１つ以上の適切な留め金具を介して（以下に記載する）ベアリング１８８’と直接又は間接的に連結され得る。連結アーム７０８’の別の適切な構成は、所定の適用に依拠し、本開示を参照すると明らかになる。
【００２８】
既に記載したように、スペーサアセンブリ１３０’はまた、所定にバイアス部材７１２’を含み得る。ある実施形態に従って、バイアス部材７１２’は、通常、連結アーム７０８’のフォーク型端部を超えて貫通するシャフト７０６’の第２端部（例えば、遠端部）と相互作用するように構成された第１端部を有する細長い本体のように構成される。バイアス部材７１２’の第２端部は、１つ以上の適切な留め金具を介してベアリング１８８’（以下に記載される）と直接又は間接的に連結され得る。ある実施形態によると、バイアス部材７１２’は、径方向のプレローディングを提供するように構成され、基板２０、３０に関する外向き径方向熱拡張適合性のために移動性連結部７１０’でプレローディング開始点を提供する。このようにして、接合チャンバ４１０における温度変化のため、基板２０、３０が径方向に寸法を拡大する又は縮めると、バイアス部材７１２’、ひいては、スペーサアセンブリ１３０’により、より一般的に、スペーサ１３６’（以下に記載される）は動き得る。そのため、例えば、バイアス部材７１２’は、所定の程度のプレローディングを提供するように構成された低力リーフスプリング又は別の適切なスプリングである。いくつかの場合、バイアス部材７１２’は、所定の目標とする適用又は最終使用に対する所望のように、より強い又はより弱い力が与えられるが与えられ得こともあるが、約０．５〜２．０Ｎの範囲の復原力を提供するように構成され得る。バイアス部材７１２’の別の適切な構成は、所定の適用に依拠し、本開示を参照すると明らかになる。
【００２９】
しかしながら、本開示は、任意のバイアス部材７１２’と任意の移動性連結部７１０’とを含む実施形態によってのみのプレローディング及び径方向適合性の提供に限定されるものではないことに留意しなければならない。例えば、いくつかの別の実施形態に従って、バイアス部材７１２’と移動性連結部７１０’のどちらか（又は両方）が省略され、そのような場合、ドライバ７０４によって加えられる力は、所定の所望の程度まで減らされ、バイアス部材７１２’と移動性連結部７１０’の両方又はどちらか一方を含む場合に関しては、上述したものと同一又は略同一のプレローディングと適合性能を提供する。数多くの構成と変形は、本開示を参照すると明らかになる。
【００３０】
さらに、既述したように、スペーサ１３０’は、実装部７０２’と直接又は間接的に連結され得るベアリング１８８’を含み得る。いくつかの実施形態に従って、ベアリング１８８’は、ベアリング１８８’に連結される部材の直線的動作（例えば、伸張と格納）が作用するように構成され得る。そのためにも、ベアリング１８８’は、例えば、一般的な動作をするように構成されるスライドレール部材を含む直線作動ベアリングであってもよい。ドライバ７０４’をシャフト７０６’、連結アーム７０８’、ひいては、ベアリング１８８’に連結することによって、ドライバ７０４’がシャフト７０６’を前進又は後退させると、ベアリング１８８’は、前進又は後退できる。従って、ベアリング１８８’は、上述したようにドライバ７０４’のストローク長と略同一のストローク長を有し得る。また、バイアス部材７１２’をベアリング１８８’に結合させることによって、ベアリング１８８’は、バイアス部材７１２’によって提供される復原力の一部又は全部を受ける。ベアリング１８８’の別の適切な構成は、所定の適用に依拠し、本開示を参照すると明らかになる。
【００３１】
図５、図６からさらに明らかになるように、スペーサアセンブリ１３０’は、ベアリング１８８’と直接又は間接的に連結され得るスペーサ１３６’を含み得る。スペーサ１３６’は、スペーサフラグである、又は、一時的に又はそうでなければ所望の方法で、基板２０、３０の間に差し込まれるように構成された別の適切なスペーサ本体であり得る。
【００３２】
スペーサ１３６’は、エンドエフェクタ１００がウェハ２０，３０を受け取ると、ウェハ２０、３０を互いに離すために用いられる。ある例において、スペーサ１３６’は、窒化チタンのコーティングを有するステンレススチール本体から構成され得るが、様々な物質やコーティングもまた用いられ得る。スペーサ１３６’は、ウェハ２０のエッジの下に相当する３つの位置に差し込まれ、そして、ウェハ３０はスペーサ１３６’の下に積み重ねられる。スペーサ１３６’は、方向９２に沿って水平に動くように構成され、固定具１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃは、旋回運動、直線スライダに沿った動き、カムタイプ運動若しくはそれらの組み合わせで動くように構成され、下部ウェハ３０と接触する。例えば、ある例で、固定具１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃは半円内側境界１２０ａの軸に略平行な旋回軸に対して回転し得る。
【００３３】
いずれの場合でも、スペーサ１３６’の形と大きさは、所定の目標適用又は最終使用のようにカスタマイズされ得る。ドライブ７０４’をシャフト７０６’、連結アーム７０８’及びベアリング１８８’と連結させることで、ドライバ７０４’がシャフト７０６’を進める又は後退させるとき、スペーサ１３６’は前進又は後退できる。従って、スペーサ１３６’は、上述したように、ドライバ７０４’のストローク長と略同一のストローク長を有し得る。また、バイアス部材７１２’をベアリング１８８’に連結することで、スペーサ１３６’は、バイアス部材７１２’によって提供される復原力の一部又は全部を受け得る。既述したように、これは、所定の目標とする適用又は最終使用のように、径方向適合性の所定の範囲を提供し得る。ある実施形態によると、スペーサ１３６’は、少なくともいくつかの例において、任意ではあるが、基板２０、３０に関して十分な挟持作用を提供するように作用し得る、所定の範囲のｚ軸方向の適合性を提供するように構成され得る。
【００３４】
スペーサ１３６’は、移動装置１００が基板２０，３０を受け取ったとき、基板２０、３０を互いに離すために用いられ得る。ある例で、スペーサ１３６’は、窒化チタン（ＴｉＮ）コーティングを有するステンレススチール本体から構成され得るが、様々な別の材料やコーティングもまた使われ得る。スペーサ１３６’は、相当する３つの位置１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃのいずれか（又は全て）において基板２０のエッジの下に差し込まれ、そして、基板３０は、一般的に示されるように、スペーサ１３６’の下に積み重ねられ得る。所定のスペーサ１３６’は、略水平に動くように構成され得る。スペーサ１３６’に関する別の適切な構成は、所定の適用に依拠し、本開示を参照すると明らかになる。
【００３５】
また、図５、図６から分かるように、スペーサアセンブリ１３０’は、ガイド機構１３７’を含み得る。ある実施形態において、ガイド機構１３７’とスペーサ１３６’は、一体化した構成であり得る（例えば、単一、一元部品として一体形成される）。ある別の実施形態において、ガイド機構１３７’とスペーサ１３６’は、互いが直接又は間接的に添えられた、又は、そうでなければ作動可能なように連結された別々の部品であり得る（例えば、ポリリシック構造であり得る）。ガイド機構１３７’の形状と寸法は、所望の所定目標とする適用又は最終使用のようにカスタマイズされ得る。少なくともいくつかの実施形態において、ガイド機構１３７’は、通常、スペーサ１３６’と略平行にアラインされた１つのレッグとスペーサ１３６’と略垂直にアラインされる１つのレッグとを有するＬ型である。ガイド機構１３７’はスペーサ１３６’から所定の所望の方向かつ、任意ではあるが上昇して広がり得る。ある実施形態に従って、ガイド機構１３７’は、少なくとも一部がスペーサ１３６’からオフセットされており、基板２０、３０の間に差し込まれるものとするスペーサ１３６’の部分に近接して外側に広がる。ガイド機構１３７’は、略平面であるが、下にあるスペーサ１３６’の平面上の平面に存在する。この構成において、ガイド機構１３７’は、スペーサ１３８’が接合チャンバ４１０内でｚ方向へ進むと、（以下に記載する）スペーサ１３８’に対する参照停止位置（例えば、上昇限度）としての役割を果たす。このようにして、スペーサ１３８’がガイド機構１３７’の下側に直接（又は間接的に）接すると、スペーサ１３８’は、ｚ方向への進行を止め、以下に記載するように基板２０、３０の間に差し込まれるために基板２０、３０に向かって進み始める。ガイド機構１３７’の適切な別の構成は、所定の適用に依拠し、本開示を参照すると明らかになる。
【００３６】
移動装置１００を利用する接合処理は、従来の移動固定具を用いる接合処理とは相当異なる。従来の移動固定具は、アラインされたウェハを接合装置に移動し、接合処理の期間にわたって接合装置内に残る。対称的に、移動装置１００は、アラインされた基板（例えば、ウェハ）を接合装置に移動させ、接合処理に先行して、接合チャンバから取り除かれ得る。つまり、移動装置１００は、従来の移動固定具がさらされていた長時間に比べて、
短期間だけ接合装置内でアイドル温度（例えば、５００℃と比較すると約３００℃）にさらされる。結果的に、移動装置１００は、より小さい機械応力と熱応力を受け、より少ないメンテナンスですむようになり、効率を増し、コストを減らすように作用する。
【００３７】
図７は、本開示の実施形態に沿って構成された複数の接合チャンバスペーサアセンブリ４８０’を含む接合チャンバのアイソメトリック部分側面図を示す。明白なように、接合チャンバ４１０は、第１位置に第１スペーサアセンブリ４８０’を含み、第２位置に第２スペーサアセンブリ４８０’を含み、第３位置に第３スペーサアセンブリ４８０’を含み得る。当然ながら、本開示を参照して明らかになるように、別の実施形態によると、所望する所定の目標とする適用又は最終使用のように、より少ない（例えば、２つ以下）又はより多い（例えば、４つ以上）のスペーサアセンブリ４８０’が提供され得る。
【００３８】
図８は、本開示の実施形態に従って構成されたスペーサアセンブリ４８０’のアイソメトリック側面図である。図９、図１０はそれぞれ、本開示の実施形態に従って構成されたスペーサアセンブリ４８０’の側方断面立面図とアイソメトリック断面部分側面図を示す。図１１は、本開示の実施形態に従って構成されたスペーサアセンブリ４８０’の断面部分側面図を示す。
【００３９】
図８〜図１１から分かるように、スペーサアセンブリ４８０’は、接合チャンバ４１０の別の部分と直接又は間接的に連結され得る実装部４８６’を含み得る。そのためにも、実装部４８６’は、本開示を参照して明らかになるように、適切な固定手段を介して連結され得る。実装部４８６’の寸法と特別な構成は、所定の目標とする適用又は最終使用の所望のようにカスタマイズされ得る。本開示を参照すると明らかになるように、実装部４８６’は、いくつかの実施形態によると、例えば、図２１で示されるシェルフ４８６と略同一な方法で動作し、略同一目的を提供するように構成され得る。実装部４８６’の別な適切な構成は、所定の適用に依拠し、本開示を参照すると明らかになる。
【００４０】
スペーサアセンブリ４８０’は、実装部４８６’に直接又は間接的に連結され得るドライバ４８２’を有し得る。ドライバ４８２’は、ドライバ４８２’に連結された部材の直線的な動き（例えば、伸張と格納）を提供するように構成され得る。本開示を参照すると明らかなように、ドライバ４８２’は、例えば、図２１に示されるような空式ピストン４８２と略同一な方法で作動し、同一目的を提供するように構成され得る。空式ピストン４８２は、Ｚ軸コラム４９５の周りかつ下側ヒータ４９０の下部に配置されたリング４４に実装される。空式ピストン４８２は、接合スペーサフラグ１３８ａを支持するシェルフ４８６を支持する。空式ピストン４８２が作動させられると、それ（空式ピストン４８２）は、接合フィールドの中心へ向けて、及び、該中心から離れるように径方向に移動可能である。
【００４１】
少なくともいくつかの実施形態において、ドライバ４８２’は、一般的に構成されるように、ピストン型空式ドライバである。しかしながら、本開示は、いくつかの別の実施形態におけるように、限定されるものではないので、ドライバ４８２’は、本開示を参照すると明らかなように、機械的、電気的若しくは別の適切なドライブ部材である。ドライバ４８２’のストローク長は、所望の所定の目標とする適用又は最終使用のようにカスタマイズされ得る。少なくともいくつかの実施形態において、ドライバ４８２’は、急停止ストローク長を有し得る。別の適切なドライバ４８２’の構成は、所定の目標とする適用に依拠し、本開示を参照して明らかになる。
【００４２】
スペーサアセンブリ４８０’はさらに、ドライバ４８２’と直接又は間接的に連結され得るシャフト８０６’を有していてもよい。シャフト８０６’の寸法と特別な構造は、所定の目標とする適用又は最終使用の所望通りにカスタマイズされ得る。少なくともいくつかの実施形態において、シャフト８０６’は、通常、円柱形状である。いくつかの実施形態によると、シャフト８０６’の第１端部（例えば、近位端部）は、作動自在なようにドライバ４８２’に連結され得る。いくつかの実施形態によると、シャフト８０６’の第２端部（例えば、遠位端部）は、作動自在なように実装面４８６’に連結され、バイアス部材８１２’（以下で説明する）と相互作用し得る。該相互作用で実装面４８６’は、移動性連結部８１１’を提供しながら、所定のクリアランス範囲（例えば、隙間）でシャフト８０６’の第２端部と受け入れ得る。このようにして、ドライバ４８２’は、シャフト８０６’を直線形式で駆動させ、シャフト８０６’は、実装面４８６’とバイアス部材８１２’に力を加え得る。シャフト８０６’に関する他の適切な構造は、所定の適用に依拠し、本開示を参照すると明らかになる。
【００４３】
既に記載したように、スペーサアセンブリ４８０’は、バイアス部材８１２’を含み得る。バイアス部材８１２’は、通常、シャフト８０６’の第２端部（例えば、遠位端部）と相互作用するように構成された第１端部を有する細長い本体として構成され得る。そのためにも、実装部４８６’との境界面でシャフト８０６’の捕捉範囲を定める締結具８１０’が用いられ得る。バイアス部材８１２’の第２端部は、１つ以上の適切な固定具を介してベアリング４８８’（以下に記載する）と直接又は間接的に連結され得る。いくつかの実施形態によると、バイアス部材８１２’は、径方向のプレローディングを提供するように構成され、基板２０、３０に関する外向き径方向熱拡張順応性のために移動性連結部８１１’でプレローディング開始点を提供する。このようにして、接合チャンバ４１０における温度変化により基板２０，３０が径方向にサイズを大きくする、又は、縮めるにつれて、バイアス構成要素８１２’、ひいては、スペーサアセンブリ４８０’は、より一般的に、スペーサ１３８’（以下に記載する）が動くことができるようにする。そのために、バイアス部材８１２’は、例えば、ある程度のプレローディングを提供するために構成された低力リーフスプリング又は別の適切なスプリング構成部材である。いくつかの場合、バイアス部材８１２’は、所定の目標とする適用又は最終使用に対する所望のように、より強い又はより弱い力が与えられるが与えられ得こともあるが、約０．５〜２．０Ｎの範囲の復原力を提供するように構成され得る。本開示を参照すると、バイアス部材８１２’によって提供される復原力は、上記と同様の方法又はそうでなければ所望の方法で、所定のスペーサアセンブリ１３０’の所定のバイアス部材８１２’によって提供される復原力によって対向される。バイアス部材８１２’の別の適切な構成は、所定の適用に依拠し、本開示を参照すると明らかになる。
【００４４】
さらに、上述したように、スペーサアセンブリ４８０’は、直接又は間接的に実装部４８６’に接続されたベアリング４８８’を含み得る。ある実施形態によると、ベアリング４８８’は、ベアリング４８８’に接続された構成要素の直線動作（例えば、拡張や格納）を容易にするように構成される。そのため、ベアリング４８８’は、例えば、一般的になされるように構成されたスライドレール構成部材を含む直線動作ベアリングであり得る。ドライバ４８２’をシャフト８０６に接続することにより、ベアリング４８８’は、ドライバ４８２’がシャフト８０６’を前進又は後退させると、ベアリング４８８’が前進又は後退できる。従って、ベアリング４８８’は、上述したようにドライバ４８２’のストローク長と略同一のストローク長を有し得る。また、バイアス部材８１２’をベアリング４８８’に結合させることによって、ベアリング４８８’は、バイアス部材８１２’によって提供される復原力の一部又は全部を受ける。ベアリング４８８’の別の適切な構成は、所定の適用に依拠し、本開示を参照すると明らかになる。
【００４５】
図８〜１１でさらに示されるように、スペーサアセンブリ４８０’は、実装部４８６’に直接又は間接的に接続され得る基部８１４’を含み得る。基部８１４’は、それらから伸びる脚部８１６’を有し得る。基部８１４’と付随の脚部８１６’の形状と大きさは、所望の所定の目標とする適用又は最終使用のようにカスタマイズされ得る。少なくともいくつかの実施形態において、脚部８１６’は、略垂直形式で基部８１４’から離れて広がり得る。基部８１４’と脚部８１６’に関する数多くの適切な構成は、本開示を参照すると明らかになる。
【００４６】
スペーサアセンブリ４８０’はまた、脚部８１６’に直接又は間接的に接続されたアーム部８１８’を含み得る。いくつかの実施形態によると、アーム部８１８’は、アーム部８１８’上のバー部８２０’（以下に記載する）の実装部を保持する、又は、提供するように構成され得る。そのため、アーム部８１８’の形状と大きさは、所望の所定の目標とする適用又は最終使用のようにカスタマイズされ得る。少なくともいくつかの実施形態において、アーム部８１８’は、通常、脚部８１６’と略平行にアラインされた１つのレッグと、脚部８１６’と略垂直にアラインされる１つのレッグとを有するＬ型である。アーム部８１８’に関する別の適切な構成は、本開示を参照すると明らかになる。
【００４７】
既述したように、スペーサアセンブリ４８０’は、アーム部８１８’に直接又は間接的に接続されたバー部８２０’を含み得る。いくつかの実施形態によると、バー部８２０’は、バー部８２０’上のスペーサ１３８’（以下に記載する）の実装部を保持する、又は、提供するように構成され得る。そのため、バー部８２０’の形状と大きさは、所望の所定の目標とする適用又は最終使用のようにカスタマイズされ得る。少なくともいくつかの実施形態において、バー部８２０’は、通常、一方の端部（例えば、遠位端）に傾斜部８２２’を有する拡張本体であり得る。図１１を参照すると特に分かるように、傾斜部８２２’は、所定の角度（θ）でアーム部８１８’から離れて広がり、そして、所望の所定の目標とする適用又は最終使用のようにカスタマイズされ得る。バー部８２０’に関する別の適切な構成は、所定の適用と本開示を参照すると明らかになる。
【００４８】
図８〜１１からさらに分かるように、スペーサアセンブリ４８０’は、バー部８２０’に直接又は間接的に接続されたスペーサ１３８’を含み得る。スペーサ１３８’は、スペーサフラグである、又は、一時的に又はそうでなければ所望の方法で、基板２０、３０の間に差し込まれるように構成された別の適切なスペーサ本体であり得る。本開示を参照すると明らかになるように、スペーサ１３８’は、例えば上述のスペーサ１３８’と略同様の方法で作動し、略同一の目的を提供するように構成され得る。そのために、スペーサ１３８’の形状と大きさは、所望の所定の目標とする適用又は最終使用のようにカスタマイズされ得る。少なくともいくつかの実施形態において、スペーサ１３８’は、少なくとも１つの次元でスペーサ１３６’より小さく（例えば、側方立面観測点からみると、垂直輪郭がより細い）、少なくともいくつかの例において、この寸法の違いは、スペーサハンドオフ工程（本明細書に記載する）を容易にさせる。ドライバ４８２’をシャフト８０６’、実装部４８６’及びベアリング４８８’に接続することで、ドライバ４８２’がシャフトを進行又は後退させると、スペーサ１３８’は進行又は後退することができる。従って、スペーサ１３８’は、上述したように、ドライバ４８２’のストローク長と略同一のストローク長を有し得る。また、ベアリング４８８’とバイアス部材８１２’の接続により、スペーサ１３８’は、バイアス部材８１２’によって提供される復原力の一部又は全部を受ける。前述のように、これは、所定の目標とする適用又は最終使用のように、所定の範囲の径方向適合性を提供し得る。さらに、スペーサアセンブリ４８０’は、バー部８２０’の傾斜部８２２’の領域において、スペーサ１３８’に所定の範囲のプレローディングを提供するために構成された限界停止構成部材８２４’（例えば、肩付きねじ又は任意ではあるが留め金具である他の適切な本体）を含み得る。ある例では、スペーサ１３８’は、限界停止構成部材８２４’に対する弱いプレローディング力が加えられ、そのプレローディング力はとても小さく、スペーサ１３６’がスペーサハンドオフ工程の間に偏向又は他の動きをしないよう（又はしにくいよう）にし得る。いくつかの場合で、このプレローディング力は、所定の目標とする適用又は最終使用に対する所望のように、より強い又はより弱い力が与えられるが与えられ得こともあるが、約０．５〜２．０Ｎの範囲の復原力を提供するように構成され得る。
【００４９】
スペーサ１３８’は、接合装置によって利用され、２つの積み重なった基板２０，３０が接合装置内に配置されるとそれらを離す。明らかなように、移動性キャリア１２０の半円境界に関して略等距離に離され得るスペーサ１３８’は、スペーサ１３６’の近位位置に配置され得る。概要として、ある実施形態に係る接合は、基板２０，３０の間に差し込まれるスペーサ１３８’によって少なくとも一部が達成され、それによってスペーサ１３６’を取り除かれ、移動装置１００の全体が接合チャンバから取り除かれる。そして、アラインされ、かつ、離された基板２０，３０は、ピン４５５’（以下に記載）にピン留めされ、ピン留めされた基板２０，３０に接合力が加えられ得る。接合が完了すると、移動装置１００は、接合基板２０，３０を接合装置から取り除くために使用され得る。スペーサ１３８’の他の適切な構成は、所定の適用に依拠し、本開示を参照すると明らかになる。
【００５０】
図１２は、本開示の実施形態に従って構成されたピン４５５’の断面立面図の一部を示す。図１３は、本開示の実施形態に従って構成されたピン４５５’の断面立面図の一部を示す。図１４は、本開示の実施形態に従って構成されたピン４５５’のアイソメトリック側面図の一部を示す。本開示を参照すると明らかになるように、一般的な意味において、ピン４５５’は、例えば、図１７Ａ〜図２２Ｂに関して以下に記載するピン４５５ａ，４５５ｂ，４５５ｃのいずれかと略類似した方法で作動し、略類似した目的を果たすように構成され得る。
【００５１】
ピン４５５’は、チタン、セラミック、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）又は別の材料から構成され、ピン４５５’の底部に沿って配置された下側チューブ又はスリーブ５０４によって囲まれた中心ピン５０２を含み得る。下側チューブ５０４は、所望の断面形状（例えば、円形チューブ状又は円環状、矩形チューブ状）のいずれかであり得る。より一般的に、ピン４５５’は、所望の断面形状（例えば、円形、楕円形、曲線形状、長方形、正方形若しくは他の多角形形状）のいずれかであり得る。中心ピン５０２は、平坦又は尖ったピン先端５０６を含み得る。さらに明らかなように、いくつかの実施形態によると、ピン４５５’は、先端近くで径方向に適合性があり、そのため、ピン４５５’は、上部中央配置と±０．５ｍｍで中央付けされ、プレローディングされるピン先端５０６を所望の入射角度で一対の基板２０，３０と係合させる。ピン４５５’のプレローディングにより、ピン４５５’が力を加えられ径方向に適合するのと同様に、ピン４５５’は、駆動させられると、自然に中央に配置される。結果として、いくつかの実施形態によると、ピン４５５’は、基板２０，３０に垂直力が加えられることを維持するように構成され得る。
【００５２】
ピン４５５’は、中心ピンブッシュ５１２を有する中央ハウジング５１０内でほぼ中心を合わせて配置されており、中心ピンブッシュ５１２は、それ自体が、ピン４５５’を配置するために使用されるブッシュであって、小さい長さ−直径比で合うブッシュを有している。中心ピンブッシュ５１２は、ボンダ４００の周辺機器からピン４５５’を電気的に絶縁し、その絶縁は、基板２０，３０を接合するために相当な高電圧が使用され得る陽極の接合工程において重要である。中心ピンブッシュ５１２の下側端部に向けて、フッ素重合体又は同様な材料から製造され得る、径方向に適合したＯ−リング５２０を中心合わせするために低力プレローディングがかかる。Ｏ−リング５２０により、ピン５０２と周囲チューブ５０４はボンダ４００内で径方向に動くことができる。
【００５３】
図１２〜図１４から分かるように、ピン４５５’は、端部に脚部９００’を有し得る。いくつかの実施形態によると、脚部９００’は、基板２０，３０と直接又は間接的に接し、所定の力をそこに加えるように構成された本体部９０２’を含み得る。そのため、本体部９０２’の大きさと特別な構成は、所定の目標とする適用又は最終使用に対する所望のようにカスタマイズされ得る。少なくともいくつかの実施形態において、本体部９０２’は、略平坦で硬いベースを有する略円柱状の本体であり得る。脚部９００’の非圧縮状態において、本体部９０２’とチューブ５０４の間に隙間９０８’が存在する。しかしながら、ピン４５５’が基板２０，３０に付随させられると、隙間９０８’の一部又は全部が閉じ得る。
【００５４】
本体部９０２’は、本体部９０２’上に構成された開口９０４’を有し、その開口９０４’を介して保持ピン９１２’又は他の固定部品が差し込まれ、本体部９０２’が１つ以上の軸に沿って動くことができる間、本体部９０２’をチューブ５０４に関連する位置に保持する。そのため、開口９０４’の大きさと形状は、所定の目標とする適用又は最終使用に対する所望のようにカスタマイズされ得る。少なくともいくつかの実施形態において、開口９０４’は略円形形状である。いくつかの例において、対応する楕円形開口９１４’が、チューブ５０４に提供され、一部又は全部が開口９０４’と一列に配置される。保持ピン９１２’又は他の固定部品は、脚部９００’がチューブ５０４の端部で非圧縮状態と圧縮状態の間を移行するとき、楕円開口９１４’内を鉛直に動き得る。
【００５５】
本体部９０２’はさらに、底部と反対側に露出する先端接触機構９０６’を含み得る。いくつかの実施形態において、先端接触機構９０６’は、中心ピン５０２に加えられた下向きの力を移行させる方法で、ピン先端５０６によって本体部９０２’（及び、それゆえ、本体部９０２’が付随し得る基板２０，３０）と直接又は間接的に接触するように構成され得る。このようにして、脚部９００’は、基板２０，３０に力を均一に配分するように構成され、一方で、それらの基板２０，３０が接合チャンバ４１０内でシフトする機会を取り除く（又はそうでなければ最小限にする）。そのために、先端接触機構９０６’の大きさと形状は、所定の目標とする適用又は最終使用に対する所望のようにカスタマイズされ得る。少なくともいくつかの実施形態において、先端接触機構９０６’は、本体部９０２’の部分的な表面から広がる略半球であり、そうでなければ、凸状である。脚部９００’は、の他の適切な構成は、所定の適用に依拠し、本開示を参照すると明らかになる。
【００５６】
図１２〜図１４からさらに明らかになるように、ピン４５５’はまた、中心ピンブッシュ５１２内で露出されるガイド機構９１０’を含み得る。いくつかの実施形態によると、ガイド機構９１０’は、チューブ５０４、ひいては、中心ピン５０２をガイドするように構成され、ピン４５５’の作動中にチューブ５０４がスライドする表面を提供する。そのために、ガイド機構９１０’の大きさと特別な構成は、所定の目標とする適用又は最終使用に対する所望のようにカスタマイズされ得る。少なくともいくつかの例で、ガイド機構９１０’は、ガイド機構９１０’の外側表面と中心ピンブッシュ５１２の内側側壁表面との間に隙間があるように大きさ付けられ、それにより、ガイド機構９１０’、ひいては、チューブ５０４の横方向の所定の程度の動きを中心ピンブッシュ５１２内で可能にする。ある実施形態において、ガイド機構９１０’は、プレローディングを与え、力を中心に与える間、中心ピン５０２と周囲チューブ５０４を径方向に動かす方法で、Ｏ−リング５２０と相互作用し得る。本開示で明らかになるように、Ｏ−リング５２０は、いくつかの実施形態によると、例えば、「’６８９出願」と略同一の方法で、かつ、略同一の目的を果たして作用するように構成され得る。少なくともいくつかの場合、ガイド機構９１０’の一部又は全部は、チューブ５０４に対して所望のスライド動作を容易にする高性能プラスチック材料から形成され得る。ガイド機構９１０’の他の適切な構成は、所定の適用に依拠し、本開示を参照すると明らかになる。
【００５７】
ピン４５５’はさらに、チューブ５０４の端部で露出され得るベアリング９１６’を含み得る。いくつかの実施形態によると、ベアリング９１６’は、チューブ５０４、ひいては、チューブ５０４が通ることができるガイド機構９１０’が、中心ブッシュ５１０内で径方向に動けるように構成され得る。このようにして、ベアリング９１６’は、中心ピン５０２と脚部９００’にジンバル動作又は他の旋回動作を提供し、所定の目標とする適用又は最終使用に対する所望のように、所定の範囲の径方向の適合及び基板２０，３０との入射角度にわたる制御を提供する。そのために、ベアリング９１６’は、少なくともいくつかの実施形態において、一般的に構成された球形又は別の丸いベアリングであり得る。ベアリング９１６’の他の適切な構成は、所定の適用に依拠し、本開示を参照すると明らかになる。
【００５８】
いくつかの実施形態において、脚部９００’は、ジンバルタイプの動きが可能であり、中心ピン５０２からの先端負荷を受けるように構成される。このようにして、脚部９００’は、基板２０，３０に一様に付加される力、ひいては、圧力を制御できる。少なくともいくつかの例で、真に垂直な力、ひいては、真に等しい圧力が達成される。そのように、いくつかの実施形態に係る脚部９００’は、周辺チャック３２０，３３０（上述した）によって加えられる圧力を略一致させる方法で基板２０，３０に圧力をかけるために利用され得る。
【００５９】
図１５は、本開示の実施形態に係る、接合チャンバ４１０に配置されたアラインされた基板移動装置１００とピン４５５’とのアイソメトリック図を示す。本明細書に記載するように、移動装置１００は、接合チャンバ４１０内で複数の基板２０，３０を運び得る。移動装置１００によって集められた１つ以上のスペーサアセンブリ１３０’は、最初に、基板２０，３０の間に配置されたスペーサ１３６’を有し得る。そして、接合チャンバ４１０によって集められた１つ以上のスペーサアセンブリ４８０’によって、基板２０，３０の間に各スペーサ１３８’が差し込まれ得る。同時に（又は事前に又は順に）、ピン４５５’によって、基板２０，３０に圧力が加えられ、基板２０，３０は固定される。配置されたスペーサ１３８’と基板２０，３０を固定するピン４５５’は、基板２０，３０の間の配置から引っ込められ、接合チャンバ４１０におけるスペーサハンドオフを実施する。この工程におけるさらなる詳細を直ぐ後に記載する。
【００６０】
図１６Ａ〜図１６Ｂは、本開示の実施形態に係る、スペーサ交換処理における複数の工程のアイソメトリック図の一部を示す。図１６Ａから分かるように、スペーサハンドオフ処理は、基板２０，３０の間に配置されたスペーサ１３６’で始まる。この位置において、ガイド機構１３７’は、スペーサ１３６’の側部に飛び出し、スペーサ１３６’の側部上の平面に位置したままであり得る。そして、スペーサ１３８’は、ガイド機構１３７’の下側に付随するまで、ｚ軸に沿って上向きに動き得る。従って、一般的な意味において、ガイド機構１３７’は、スペーサ１３８’が接合チャンバ４１０においてｚ軸方向動く限界を構成するシーリングとして機能し得る。同時に（又は事前に又は順に）、ピン４５５’は、本明細書に記載のように、基板２０，３０と係合し得る。そして、図１６Ｂから分かるように、スペーサ１３８’は、ガイド機構１３７’の下に位置したまま、基板２０，３０に向かって進み、それらの間に挟まれる。そして、スペーサ１３６’とガイド機構１３７’は、スペーサ１３８’を基板２０，３０の間に配置したまま基板２０，３０から後退する。
【００６１】
このスペーサハンドオフ処理において、ピン４５５’は、スペーサアセンブリ１３０’、４８０’に関連して機能し、スペーサハンドオフ処理の間、径方向適合性を提供しながら、基板２０，３０を位置付けしたままにする。ピン４５５’の脚部９００’が最初に、基板２０，３０に接触すると、本体部９０２’は、平坦化し、基板２０，３０の付随表面と略同一平面になる、又はそうでなければ、略平行になり得る。中心ピン５０２が、先端接触機構９０６’で脚部９００’に力を加えると、脚部９００’は、本体部９０２’の略平坦で、硬い基板の領域にわたってその力を加え、それゆえ、局所的な入射領域において基板２０，３０に均等に圧力を加える。その構成のため、脚部９００’は、その圧力を均一で、均等な方法で配分し、それによって、接合チャンバ４１０内の処理温度によって生じ得る非均衡熱膨張を防ぐ、又は、そうでなければ減らす方法で、横に伸びる基板２０，３０をねじることなく、かつ、基板２０，３０を結びつけながら十分に固定する。従って脚部９００’とピン４５５’は、より一般的に、特に中心先端に対する基板２０，３０の径方向成長にわたる制御を所定の程度で提供する。
【００６２】
ピン４５５の構造と作動様式に関するさらなる詳細は、図１７Ａ〜図２２ｂに関連して以下で説明する。
【００６３】
図１７Ａ〜１７Ｈは、本開示の第１典型的な実施形態に従って、図４のエンドエフェクタでアラインされたウェハペアをボンダに載せる工程の概略断面図を示す。アラインされたウェハ２０，３０がロボットアーム８０とエンドエフェクタ１００で移動され、かつ、積載され得る１つ以上の処理ステーションは、ボンダ４００である。図１７Ａは、ウェハが接合チャンバ４１０内に配置されることに先立て、アイドル状態にあるボンダ４００を示す。ボンダ４００は、接合チャンバ４１０の上下に配置されるボトムチャック４３０とトップチャック４２０とを含み、それら両方は、加熱状態を維持しウェハを接合できる。トップチャック４２０とボトムチャック４３０の両方又は片方は、ｚ軸に沿って鉛直方向に移動可能である。多くのボンダ４００構成においては、１つのチャックだけが移動可能で、他方のチャックは静止したままである。接合スペーサ１３８ａは、ボンダ４００内に含まれ、ボンダ４００の下側のステージに接し、それにより、接合スペーサフラグ１３８ａは、ボトムチャック４３０とともに鉛直方向に移動し、それによってボトムチャック４３０と一定の相対距離を維持する。各図面は、開示を明瞭にするために、単一接合スペーサフラグ１３８ａのみを通常示すが、３つ以上の接合スペーサ１３８ａ，１３８ｂ，１３８ｃがボンダ４００において用いられ、ボンダ内の３つ以上の先端で同時に又は異なるが所定のタイミングで同一又は同様の機能が生じる。
【００６４】
エンドエフェクタ１００を用いる接合処理は、従来の移動固定具を用いる接合処理とは相当異なる。従来の移動固定具は、アラインされたウェハを接合装置に移動させ、接合処理の間中、接合装置内にとどまらなければならない。対称的に、主開示のエンドエフェクタ１００により、アラインされたウェハは接合装置に移動され、接合処理に先立って接合チャンバから取り除かれる。つまり、エンドエフェクタ１００は、接合装置において、従来の移動固定具がさらされていた５００℃の温度で長時間に比べて短い期間だけアイドル温度、例えば約３００℃にさらされる。結果として、エンドエフェクタ１００は、少ない機械応力と熱応力を受け、効率を上げコストを減らすために機能するメンテナンスが少なくてよい。
【００６５】
概略として、本開示に係る接合は、一部、接合スペーサ１３８ａの利用によって達成され、接合スペーサ１３８ａは、ウェハの間に差し込まれ、それによって、エンドエフェクタスペーサフラグ１３８ａ，１３８ｂ，１３８ｃは取り除かれ、エンドエフェクタ１００の全体は、接合チャンバから取り除かれる。そして、アラインされ離隔されたウェハは、ピン４５５，４５５ｂ，４５５ｃでピン留めされピン留めされたウェハ２０，３０に接合力が加えられる。接合が完了すると、エンドエフェクタ１００は、接合ウェハを接合装置から取り除かれるために利用され得る。
【００６６】
ボンダ４００においてアラインされた一対のウェハ２０，３０をエンドエフェクタ１００で積載させる処理のさらなる詳細は、図１７Ａ〜図１７Ｈに関連して提供される。まず図１７Ｂに関して、アラインされ、固定されたウェハ２０、３０は、エンドエフェクタ１００によって運ばれ、接合チャンバ４１０に差し込まれる。このボンダ構成において、トップチャック４２０は固定され、ボトムチャック４３０は、ｚドライブ４５０を介して方向４２５に沿って移動可能であるが、ボンダ４００は、移動自在な固定チャックのいずれの構成をも有し得ることに留意すべきである。既に記載したように、エンドエフェクタは、ウェハ２０，３０の端部２０ｅ，３０ｅを固定アセンブリ１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃで保持し、ウェハ２０，３０は、方向９９に沿って接合チャンバ４１０に差し込まれ、端部２０ｅ、３０ｅは、図１７Ｂに示すようにボンダ４００の積載側から突出する。この開始工程において、流動性キャリア１２０は、フレーム部材１１０と接触し、ウェハ端部２０ｅ、３０ｅは共に固定される。
【００６７】
次に、図１７Ｃに示すように、固定ウェハ２０，３０を伴う流動性キャリア１２０は、方向９０ｂに沿って下向きに動くようにフレーム部材１１０から分離し、ウェハ２０，３０は、下側チャック４３０に配置され、それにより、ウェハ３０の底面は、ボトムチャック４３０の上面と接する。多数ある代替のうちの１つにおいて、固定ウェハ２０，３０を伴う流動性キャリア１２０は、方向９０ａに沿って上向きに動き、ウェハ２０，３０は、トップチャック４２０の底面に配置され、そのため、ウェハ２０の上面は、トップチャック４２０の底面に接する。図示されるように、ボトムチャック４３０は、ボトムチャック４３０の境界部に沿って１つ以上のカットアウト４３２を有し得、カットアウト４３２は、ウェハ２０，３０をボンダ４００内に配置するためにエンドエフェクタ１００と十分な間隔を有し、それにより、例えば、ウェハ２０，３０の外側端部は、トップチャック４２０とボトムチャック４３０の境界と略一列に並んで配置され得る。次に、エンドエフェクタスペーサフラグ１３６ａが、ウェハ２０，３０の間に配置されたままである間、１つ以上のピン４５５ａが図１７Ｄに示されるように１つ以上の位置においてウェハ２０の上面と接するようにされる。
【００６８】
産業において、生産を増やすためにウェハを可能な限り効率的に接合することが望ましい。接合ウェハペアの生産を増やすための技術の１つは、ボンダ４００がウェハを能動的に接合していなくても、ボンダ４００内における高温を維持することであり、それによって、ボンダ４００が各サイクルで作動温度まで上昇するために必要な時間を減らす。しかしながら、アラインされたウェハを、例えば、４００℃のオーダーで既に加熱されたボンダ４００内に配置することは、ウェハ２０，３０の配置に影響し得る。例えば、ウェハ２０，３０をこの種の加熱環境に置くことは、結果としてウェハ２０，３０を径方向に広がらせるので、迅速かつ可能な限り正確にウェハ２０，３０をピン留めすることが望ましい。ウェハ２０，３０が異なる位置にピン留めされる間、ウェハ２０，３０を径方向端部にそってピン留めする代わりに、中心点であわせてピン留めすることが望ましく、それによって、ウェハ２０，３０がオフセットポイントから熱膨張し、誤配置を生じさせる状況を防ぐ。図１７Ｄ〜図１７Ｆにおいて、ピン４５５ａは、ウェハ２０，３０の中心に配置されて示されているが、図１９Ａ〜図１９Ｃに関して説明されるように、ピン４５５ａの数とそれらの配置は異なり得る。
【００６９】
そして、図１７Ｅに示されるように、ウェハ２０，３０が１つ以上のピン４５５ａで保持される間、ウェハ２０，３０の端部に近位して配置された１つ以上の接合スペーサフラグ１３８ａは、方向４１１ｂに沿ってウェハ２０，３０の間に差し込まれる。接合スペーサフラグ１３８ａは、エンドエフェクタスペーサフラグ１３６ａより薄く、それゆえ、エンドエフェクタスペーサフラグ１３６ａ周りに固定されたウェハ２０，３０の間に差し込まれ得る。ある実施例において、接合スペーサフラグ１３８ａは、約１００μであり、エンドエフェクタスペーサフラグ１３６ａは、約２００μである。
【００７０】
次に、クランプ１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃが解除され、図１７Ｆに示されるように、ウェハ３０の底面の端部３０ｅから外れる。クランプは、予め決められた方法、例えば、一緒に、順に若しくはそれらを組み合わせた方法に従って取り除かれる。クランプ１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃが解除された後、エンドエフェクタ１３６ａは、図１７Ｇに示されるように、方向９２ｂに沿って２つのウェハ２０，３０の間のスペーサから取り除かれる。３つ以上の接合スペーサフラグ１３８ａは、ウェハ２０，３０の境界線に対してウェハ２０，３０の間の位置を維持する。通常、接合スペーサフラグ１３８ａは、ウェハ２０，３０の境界線に沿ったエンドエフェクタフラグ１３６ａの位置の近くに配置される。エンドエフェクタフラグ１３６ａが取り除かれた後、図１７Ｇ〜図１７Ｈに示されるように、ウェハ２０，３０の間を維持している、近くの接合スペーサスラグのため、ウェハ２０，３０の間の離隔隙間は依然存在している。
【００７１】
最後に、エンドエフェクタ１００は、バキュームパッド１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃがウェハ２０の端部２０ｅの上面から外されるまで方向９７ａに沿って上向きに動き、図１７Ｈに示すように、ピン留めされたウェハ２０，３０をボトムチャック４３０の先端に残したままにする。この工程で、図１７Ｉに示すように、エンドエフェクタ１００は、ボンダ４００から完全に取り除かれ、ウェハ接合が開始され得る。ウェハ接合処理の最初の段階において、ウェハ２０，３０は、接合スペーサフラグ１３８ａに対して一緒に接合される。力を加えることに先立って、接合スペーサフラグ１３８ａは、取り除かれる。接合処理が完了した後、接合ウェハペア２０，３０は、エンドエフェクタ１００でボンダ４００から取り除かれる。
【００７２】
図１８は、この開示の最も典型的な実施形態に従って、図４のエンドエフェクタを受け入れるように配置されたボンダを示す。特に、図１８のボンダ４００は、別々に構成された固定部材と移動自在部材を有し得る。図１７Ａ〜図１７Ｈにおいて、ボンダ４００は、上側チャック４２０が固定され、下側チャック４３０がｚ軸に沿って移動可能なように構成される。図１８に示されるように、ボンダ４００の構成において、下側チャック４３０は固定され、上側チャック４２０が、上側チャック４２０の底面がトップウェハの上面に接するまで、方向４２６に沿って動く。ボンダ４００の上側チャック４２０と下側チャック４３０の両方又はどちらか一方の動きに関する全てのバリエーションは、本開示の装置、システム及び方法で利用され得る。
【００７３】
図１９Ａ〜１９Ｃは、ボンダにおいて使用されるピンのバリエーションを示す。図１９Ａは、本開示の最も典型的な実施形態に従って、単一中心ピンを介して２つのウェハをピン留めする概略図を示す。図１９Ｂは、本開示の最も典型的な実施形態に従って、中心ピンとオフセンタ非回転ピンを介して２つのウェハをピン留めする概略図を示す。図１９Ｃは、本開示の最も典型的な実施形態に従って、３つの末梢ピンを介して２つのウェハをピン留めする概略図を示す。図１９Ａ〜図１９Ｃを参照すると、１つ以上のピン４５５ａ、４５５ｂ、４５５ｃは、１つ以上の異なる配置でウェハ２０の上面と接触させられ得る。図１９Ａに示すように、ウェハ２０，３０の中心に配置された単一ピン４５５ａを使用することが望ましい。中心の単一ピン４５５ａを使用することで、ウェハ２０，３０は、誤配置することなく熱膨張できる。
【００７４】
ある代替において、ウェハ２０，３０は、図１９Ｂに示されるように２つのピン４５５ａ，４５５ｂでピン留めされ得る。ここで、ピン４５５ａは中心ピンであり、ピン４５５ｂは、ピン４５５ｂがウェハ２０，３０の回転を妨げるような、非回転ピンである。この構成において、中心ピン４５５ａは、非回転ピン４５５ｂよりも、強いピン留め力をウェハ２０，３０に加え得る。さらに、非中心ピン４５５ｂは、ウェハ２０，３０の半径に沿って動くことができ、ウェハの熱膨張を適応するので、径方向に適合性があり得る。図１９Ｃに示される別の代替において、３つのピン４５５ａ，４５５ｂ，４５５ｃが利用され、それらはウェハ２０，３０の周囲、例えば、接合スペーサフラグ１３８ａの近く、に配置される。それら３つのピンは、ウェハ２０，３０の周辺で略均等に、例えば、互いに１２０°離されて、離隔される。これらの構成の組み合わせ又は明確には示されていない別のピン構成を利用することもまた可能である。例えば、図１９Ｃの３つの境界ピンと共に図１９Ａの中心ピンを用いることが望ましい。
【００７５】
図２０は、本開示の最も典型的な実施形態に係る、典型的なウェハ接合の概略図である。図２０に示されるように、ボンダ４００はさらに、膜力とモータ配置を有する圧力ヘッド４６０、圧力プレートと上側ピン４５５を有する接合ヘッド４７０、接合スペーサフラグ機構４８０、サンドイッチプレートとパージ機構を有する下側ヒータ４９０及び静止Ｚ軸支持コラム４９５を含む。
【００７６】
図２１は、ウェハボンダ４００と共に使用される典型的な接合スペーサフラグ機構４８０の本開示の実施形態に係る概略図である。図２０、図２１を参照すると、接合スペーサフラグ機構４８０は、アラインされたウェハペアの間の差し込まれた位置と引き抜かれた位置との間で接合スペーサフラグ１３８ａ，１３８ｂ，１３８ｃを動かすために用いられ得る。ある例において、接合スペーサフラグ機構４８０は、Ｚ軸コラム４９５の周り、かつ、下側ヒータ４９０の下に配置されたリング４８４に実装された空式ピストン４８２を有し得る。空式ピストン４８２は、接合スペーサフラグ１３８ａを支持するシェルフ４８６を運ぶ。空式ピストン４８２が作動させられると、接合領域の中心に向かってかつ離れて、径方向に動くことができる。接合スペーサフラグ１３８ａの動きは、シェルフ４８６がスライド可能なレール４８８によってガイドされ得る。これらの構造により、ウェハが熱膨張すると、接合スペーサフラグ１３８ａは、ウェハ２０，３０とともに径方向に動くことができる。空式制御された装置を超えた他の機械的装置と電子機械的装置もまた、接合スペーサフラグ１３８ａを動かすために用いられ得る。
【００７７】
従来の接合装置は、１つ以上のピンを利用してウェハを圧縮していたが、これらの装置は、ピン全体にわたって制限された力制御を提供する。ある例において、従来のピンは、ウェハに一定の力を与えるだけの圧縮スプリング又は同様の装置によって生成される単一力を有していた。結果として、上側チャックと下側チャックがウェハを圧縮したとき、ピンとアラインされたウェハの領域は、チャックによって接触させられたウェハの領域よりも付加される圧力が小さく、それによって、ピンと接するウェハの部分の機械的に高い収量低下を生じさせた。同時に、従来のピンのより低い熱伝導性は、ピンとアラインされたウェハの部分で熱的に高い収量低下を生じさせた。これらの問題は、従来のピンがより大きい直径と大きい周囲隙間、通常約１２〜１４ｍｍ、を有するという事実と結びつくと、機械的に高い収量低下と熱的に高い収量低下は、ウェハ接合において、重大な非効率に至る。
【００７８】
これらの問題を克服するために、本開示の主題は、機械的収量低下と熱的収量低下とを減らすピン４５５ａを考慮する。この目的のために、図２２Ａと図２２Ｂは、本開示の最も典型的な実施形態に係るピン４５５ａの一例の概略図である。図示されるように、ピン４５５ａは、ウェハ（図示されていない）が接合のために配置されている接合チャンバ４１０へ移動可能なように、接合装置のチャック４２０を介して広がり得る。ある例において、ピン４５５ａは、直径５ｍｍであり、トップチャック４２０内の６ｍｍの穴内に配置され、トップチャック４２０に対して約０．５０ｍｍのクリアランスをピン４５５ａに与える。およそ１２〜１４ｍｍのピンと隙間直径とを有する先行技術のピンと比較して、直径６ｍｍの隙間を有するピン４５５ａは、機械的収量低下を相当改善し得る。さらに、圧縮スプリングを利用して機械的力を提供する従来のピンと異なるように、ピン４５５ａは、空式アクチュエータを利用してウェハ上のピン４５５ａの力を制御し得る。結果として、ピン４５５ａによって加えられる圧力は、チャックの圧力に実質的に匹敵するように選択され、それによって、機械的収量低下をさらに減らす。
【００７９】
ピン４５５ａは、チタン、セラミック、例えば、窒化シリコンセラミック又は別の材料から構成され、ピン４５５ａの底部に沿って配置された下側チューブ又はスリーブ５０４によって囲まれた中心ピン５０２と、薄い壁を有し、ピン４５５ａの上部に沿って配置された上側チューブ又はスリーブ５０５とを含み得る。下側スリーブ５０４と上側スリーブ５０５とは、中心ピン５０２に近位したジョイントで、例えば、溶接又は別の技術で、ともに接続され得る。中心ピン５０２は、平らなピン先端５０６を含み得る。図２２Ｂを参照してさらに説明されるように、チャック４２０の上方に配置されたヒータ５２６との接合点において、上側スリーブ５０５は、周囲チャック４２０及び／又はヒータピン５３２によって積極的に加熱され、中心ピン５０２もまた、周囲チャック４２０によって加熱され得る。さらに、ピン４５５ａの構造と相互作用させられた抵抗性加熱部材とともにピン４５５ａの部材を加熱することができる。いくつかの構成において、チャック４２０からのパッシブ加熱と抵抗性加熱部品からのアクティブ加熱は、ピン４５５ａの様々な部品を加熱するために使用され得る。
【００８０】
ピン４５５ａは、プレロードされ、先端中心積載で±０．５ｍｍで中心に置かれ、ピン先端５０６を所望の入射角で一対のウェハ２０，３０を係合させるように、先端近くで径方向に適合し得る。ピン４５５ａをプレロードすることにより、ピン４５５ａは、作動したとき、自然と中心位置に配置されるが、ピン４５５ａは、一度力を加えられると、径方向に適合できる。結果として、ピン４５５ａは、ウェハに垂直力を加え続けることができる。
【００８１】
ピン４５５ａのさらなる機構は図２２Ｂに示される。ピン４５５ａは、ピークブッシュとして知られる中心ピンブッシュ５１２を有する中心ハウジング５１０内で略中心に配置さており、中心ピンブッシュ５１２は、それ自体が小さい長さ−直径比であわさるブッシュ５１４を有し、該ブッシュは、ピン４５５ａを配置するために用いられる。中心ピンブッシュ５１２は、ボンダ４００の周囲機械からピン４５５ａを電気的絶縁し、これは、ウェハを接合するために相当高い電圧が使用され得る陽極接合処理のために重要である。チャンバリッド５１６とスチール力反応板５１８もまた、中心ピンブッシュ５１２を囲んで配置される。中心ピンブッシュ５１２の下端に向けて、弱い力がプレロードされ、シリコン又は同様の材料から製造され得る径方向適合Ｏ−リング５２０を中心に置く。Ｏ−リング５２０により、中心ピン５０２と周囲チューブ５０４は、ボンダ４００内で径方向に動くことができる。アルミニウム冷却フランジ５２２は、力反応板５１８の下に配置され、熱絶縁部材５２４は、冷却フランジ５２２の下に配置され、熱的にヒータ５２６を絶縁する。
【００８２】
冷却フランジ５２２の内側は、中心ピン５０２の一部を囲むブッシュ５２８である。ブッシュ５２８と熱絶縁部材５２４は、例えば、商品名ＺＥＲＯＤＵＲ（商標登録）で売られているリチウムアルミノケイ酸ガラス−セラミック又は同様の材料から構成され得る。ブッシュ５２８は、重複機構として作用し、かつ、真空において低い空気絶縁体を伴う電気的絶縁を提供する差し込み空洞５３０を両側に有し得る。ヒータピン５３２は、ブッシュ５２８の下、かつ、中心ピン５０２とチューブ５０４との下側端部周りに配置される。ヒータピン５３２は、窒化シリコンから形成され、ブッシュ５２８の下側差し込み空洞５３０と係合される。ヒータピン５３２もまた、ヒータ５２６と上側チャック４２０の少なくとも一部の厚さに沿って中心ピン５０２とチューブ５０４と接続し得る。ヒータ５２６との接合点にヒータピン５３２を配置することは、ヒータピン５３２を構成するために用いられる材料と同様に、ヒータ５２６から中心ピン５０２とチューブ５０４とまでのヒータピン５３２を介する効率的な熱移動を可能にする。全ての構造は、ヒータ５２６からそれら（中心ピン５０２とチューブ５０４）が接するウェハの部分まで十分に熱を移動させるために配置されているので、これにより、中心ピン５０２とチューブ５０４は、トップチャック４２０の温度と略一致する温度を有する。つまり、従来のピンが経験する熱収量低下は、相当改善され得る。ピン４５５ａの適用の力を制御できる間、ピン４５５ａの熱連結性が増すことで、先行技術によって事前に達成されていたウェハの接合を改善し得る。
【００８３】
本開示の上述の実施形態、特に「望ましい実施形態」は、単にあり得る実施の例であって、本開示の趣旨を明確に理解するための設定にすぎない。本開示の精神と主旨からおよそ生じることなく、本開示の上述の実施形態に、多くの変更とバリエーションと修正が作られ得る。そのような修正と変更全ては、この開示と本開示の範囲内で本明細書に含まれるとされ、以下の請求項によって保護さられるものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１７Ｅ】
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【図１７Ｆ】
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【図１７Ｇ】
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【図１７Ｈ】
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【図１７Ｉ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【外国語明細書】
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