DE202016000967U1 - Recording device for holding wafers - Google Patents
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Abstract
Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme und Halterung eines unteren Substrats (2) mit folgenden Merkmalen: – eine Halterungsfläche (1o), – Haltemittel zur Halterung des unteren Substrats (2) an der Halterungsfläche (1o) und – Messmittel zur Ermittlung einer nichtlinearen Komponente eines run-out-Fehlers des unteren Substrats (2).A receiving device for receiving and holding a lower substrate (2), comprising: - a support surface (1o), - holding means for holding the lower substrate (2) on the support surface (1o) and - measuring means for determining a nonlinear component of a run-out Error of the lower substrate (2).
Description
Die Erfindung betrifft eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme und Halterung von Substraten gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7.The invention relates to a receiving device for receiving and holding substrates according to
Miniaturisierung ist ein fortwährender Trend in der Mikroelektronik. Diesen Trend folgend bieten meistens die hergestellten Bauteile oder Systeme bei reduzierten geometrischen Abmaßen gleiches oder besseres Performance, als die Vorgängermodelle. Dieser Trend kann insbesondere in der Consumerelektronik beobachtet werden. Es werden Jahr für Jahr schnellere Datenverbindungen, bessere Kameras, genauere Ortung usw. angeboten. Diese Beispiele sind lediglich die Wirkung, welche durch bessere elektronische Bauteile, weiterentwickeltes Software erreicht werden.Miniaturization is a perennial trend in microelectronics. Following this trend, the manufactured components or systems usually offer the same or better performance with reduced geometrical dimensions than the predecessor models. This trend can be observed in particular in consumer electronics. Year by year, faster data connections, better cameras, more precise location etc. are offered. These examples are merely the effect achieved by better electronic components, advanced software.
Die Miniaturisierung der Bauteile ist zwar an den Grenzen der Physik angelangt, fordern die neuartigen Anwendungen eine noch höhere Integration der Funktionen, der Transistoren usw. Um diese insbesondere rasante Entwicklung bewerkstelligen zu können, ist die Halbleiterindustrie, alle Mitglieder der Wertschöpfungskette von der Substratherstellung bis zum Packaging gefordert, durch Fehlerreduktion die Qualität zu steigern.Although the miniaturization of the components has reached the limits of physics, the novel applications require an even higher integration of functions, transistors, etc. In order to be able to accomplish this particularly rapid development, the semiconductor industry is all members of the value creation chain from substrate production to Packaging demanded to increase the quality by reducing the error.
Vor Jahren waren beispielsweise die Kameras der verbreiteten Mobilfunktelefone mittels VGA-Bildauflösung ausgestattet, zurzeit ist die HD-Auflösung keine Seltenheit. Diese enorme Steigerung der Leistung ist mit den enger werdenden Spezifikationen gekoppelt.Years ago, for example, the cameras of the widespread mobile phones were equipped with VGA image resolution, currently the HD resolution is not uncommon. This huge increase in performance is coupled with the tighter specifications.
Die Leistungssteigerung und die gleichzeitig angewendete engere Spezifikationen forcieren unter anderem durch den Kostendruck, dass auf die Flächeneinheit bezogen mehr Bauteile gefertigt werden. Weiterhin wächst die Anzahl der gleichzeitig prozessierten Bauteile an, welche die Steigerung der Größe der Grundplatten, auch Substrate genannt mit sich zieht.The increase in performance and the tighter specifications used at the same time are forcing ahead, among other things, due to the cost pressure, that more components are manufactured based on the unit area. Furthermore, the number of simultaneously processed components is increasing, which involves increasing the size of the base plates, also called substrates.
Um die immer stärker werdende Miniaturisierung voranzutreiben, müssen Bauteile übereinander gestapelt werden. Die Stapelung erfolgt dabei noch auf Substratebene. Die Substrate werden miteinander verbunden. Den Verbindungsvorgang nennt man Bonden. Beim Bonden werden Substrate miteinander (meistens stoffschlüssig, permanent) gefügt, mit anderen Worten gebondet. Eine verbreitete Technologie für das Bonden ist das Fusionsbonden. Andere Bezeichnungen sind Siliziumdirektbonden (engl.: silicon direct bonding), Fusionsbonden (engl.: fusion bonding) oder atomares Bonden (engl.: atomic bonding). Fusionsbonden ist ein zweistufiger Prozess, wobei zuerst die Substrate mittels schwacher Kräfte zusammengehalten werden und erst nach diesem sogenannten Prebondingschritt in der zweiten Stufe durch eine Wärmebehandlung eine Verbindung der Substrate entsteht, deren Festigkeit der Festigkeit des Substratmaterials gleichgesetzt werden kann. Eine Besonderheit des Prebonds ist, dass das Substratpaar unter Umständen wieder zerstörungsfrei voneinander getrennt werden kann und das Bonden erneut möglich ist. Das fertig prozessierte Substratpaar (nach der Wärmebehandlung) kann nicht mehr zerstörungsfrei getrennt werden.In order to promote the ever-increasing miniaturization, components must be stacked on top of each other. The stacking is still done at the substrate level. The substrates are connected to each other. The connection process is called bonding. When bonding substrates are joined together (usually cohesive, permanent), in other words bonded. A common technology for bonding is fusion bonding. Other designations include silicon direct bonding, fusion bonding, or atomic bonding. Fusion bonding is a two-stage process, in which first the substrates are held together by means of weak forces and only after this so-called pre-bonding step in the second stage a heat treatment results in a connection of the substrates whose strength can be equated to the strength of the substrate material. A special feature of the prebond is that under certain circumstances the substrate pair can be separated again from one another without destruction and the bonding is again possible. The finished processed pair of substrates (after heat treatment) can no longer be separated nondestructively.
Die Anlagen, an welchen die Fusionsbonds hergestellt werden, werden Fusionsbonder genannt. Beim Fusionsbonden sind unter anderem für das optimale Endprodukt Reinheit sowie Ebenheit der Kontaktierungsfläche, Verzerrungsfreiheit der Substrate von elementarer Bedeutung.The investments where the fusion bonds are made are called fusion bonders. In fusion bonding, among other things, for the optimal end product, purity and flatness of the contacting surface, freedom from distortion of the substrates are of elementary importance.
Für das Erreichen der Verzerrungsfreiheit der zu kontaktierenden Substrate werden insbesondere die folgenden technischen Maßnahmen angewendet: Durch spezielle Aufnahmeeinrichtungen oder Probenhalter (engl.: chucks) werden die Verzerrungen kompensiert, wobei die Aufnahmeeinrichtungen in vielfältigen Ausführungen existieren. Entscheidend für die Aufnahmeeinrichtungen ist eine ebene Aufnahmefläche beziehungsweise Halterungsfläche, damit die immer kleiner werdenden Strukturen auf immer größeren Substratflächen über die gesamte Substratfläche korrekt ausgerichtet und kontaktiert werden können. Dies ist wichtig für den Prebondschritt.In particular, the following technical measures are used to achieve the freedom from distortion of the substrates to be contacted: The distortions are compensated by special recording devices or sample holders (chucks), with the recording devices existing in various designs. Decisive for the receiving devices is a flat receiving surface or mounting surface, so that the ever-smaller structures can be aligned and contacted on ever larger substrate surfaces over the entire substrate surface. This is important for the preconditioning step.
Besonders wichtig ist eine hohe Ausrichtungsgenauigkeit der Substrate zueinander, sobald für alle auf einem oder beiden Substraten angeordneten Strukturen eine Ausrichtungsgenauigkeit oder insbesondere Verzerrungswerte von kleiner 2 Mikrometer erreicht werden soll. In der Nähe von Ausrichtungsmarken gelingt dies bei bekannten Aufnahmeeinrichtungen und Vorrichtungen zur Ausrichtung, sogenannte Ausrichtungsanlagen (engl.: Aligner), insbesondere Bondaligner, sehr gut. Mit zunehmendem Abstand von den Ausrichtungsmarken ist eine kontrollierte und perfekte Ausrichtung mit Ausrichtungsgenauigkeiten oder insbesondere Verzerrungswerten besser als 2 Mikrometer, vorzugsweise besser als 1 Mikrometer und noch bevorzugter besser als 0,25 Mikrometer, besonders bevorzugt besser als 0,1 Mikrometer nicht erreichbar.Particularly important is a high alignment accuracy of the substrates to each other as soon as an alignment accuracy or in particular distortion values of less than 2 microns to be achieved for all arranged on one or both substrates structures. In the vicinity of alignment marks this succeeds in known recording devices and devices for alignment, so-called alignment systems (English: Aligner), in particular Bondaligner, very well. As the distance from the alignment marks increases, controlled and perfect alignment with alignment accuracies or, in particular, distortion values better than 2 microns, preferably better than 1 micrometer and more preferably better than 0.25 microns, more preferably better than 0.1 microns, can not be achieved.
Probleme mit dem Stand der TechnikProblems with the prior art
Die Probleme, die im heutigen Stand der Technik existieren. Im Stand der Technik existieren keine Probenhalter, mit deren Hilfe man in der Lage wäre durch eine gezielte, lokale, thermische Beeinflussung eine globale Dehnung bzw. Verzerrung zu erzeugen bzw. so zu verändern, dass ein run-out-Fehler zwischen zwei Substraten minimierbar oder vermeidbar ist. Daher ist es im Stand der Technik nicht möglich, Ungleichheiten bei der Überlappung von Strukturen vor und/oder während dem Bondvorgang zu kompensieren.The problems that exist in the current state of the art. In the prior art, there are no sample holders, with the help of which one would be able to produce a global strain or distortion by means of a targeted local thermal influence or to modify such that a run-out error between two substrates can be minimized or is avoidable. Therefore, it is not possible in the prior art to compensate for inequalities in the overlap of structures before and / or during the bonding process.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Aufnahmeeinrichtung und eine Vorrichtung anzugeben, mit der die vorgenannten technischen Probleme gelöst werden. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gattungsgemäße Aufnahmeeinrichtungen derart zu verbessern, dass mit diesen eine praktisch verzerrungsfreie Ausrichtung und Pre-bond erreicht werden kann.Object of the present invention is to provide a receiving device and a device with which the aforementioned technical problems are solved. It is the object of the present invention to improve generic recording devices such that a virtually distortion-free alignment and pre-bond can be achieved with them.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder Zeichnungen angegebenen Merkmale. Bei Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein.This object is achieved with the features of
Die Erfindung betrifft eine Methode und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation eines run-out Fehlers. Der Idee liegt dabei der Gedanke zugrunde, den run-out durch mehrere Heizsegmente/Heizzonen eines Probenhalters, insbesondere lokal, zu minimieren oder vollständig zu beseitigen. Durch die gezielte Ansteuerung der einzelnen Heizsegmente/Heizzonen des Heizzonenprobenhalters kann die lokale Dehnung bzw. Verzerrung eines ersten Substrats so eingestellt werden, dass der run-out Fehler zwischen den Strukturen des ersten Substrats und einem zweiten Substrat minimiert wird bzw. gänzlich aufgehoben wird.The invention relates to a method and a method and a device for compensating a run-out error. The idea is based on the idea of minimizing or completely eliminating the run-out through a plurality of heating segments / heating zones of a sample holder, in particular locally. By selectively controlling the individual heating segments / heating zones of the heating zone sample holder, the local elongation or distortion of a first substrate can be adjusted so that the run-out error between the structures of the first substrate and a second substrate is minimized or eliminated altogether.
Der Kern der Erfindung besteht darin, die Verzerrung eines Substrats durch eine lokale, thermische Beeinflussung, insbesondere durch einen Heizzoneneprobenhalter so zu beeinflussen, dass beim Bonden des Substrats mit einem zweiten Substrat ein run-out-Fehler minimiert oder sogar gänzlich eliminiert wird.The essence of the invention is to influence the distortion of a substrate by a local, thermal influence, in particular by a Heizzoneneprobenhalter so that when bonding the substrate to a second substrate, a run-out error is minimized or even eliminated altogether.
Der run-out-Fehler kann als Skalierung eine ortsabhängige Komponente und ein Alignmentfehler Ausrichtungsfehler (Translation oder Rotation) als konstante, ortsunabhängige Komponente besitzen. Das eigentliche Ziel des vorliegenden Verfahrens ist, über das Entgegenwirken der Verzerrungen und/oder gezieltes Verzerren der Substrate zueinander den run-out-Fehler zu minimieren.The run-out error can have as a scaling a location-dependent component and an alignment error alignment error (translation or rotation) as a constant, location-independent component. The actual aim of the present method is to minimize the run-out error by counteracting the distortions and / or deliberately distorting the substrates relative to each other.
Die Kenntnisse über Positions- und/oder Verzerrungs- und/oder Dehnungskarten der einzelnen Substrate alleine sind nicht ausreichend, um alle run-out-Fehler zu korrigieren bzw. zu kompensieren, da es auch run-out-Fehler gibt, die erst beim Fügen mindestens zweier Substrate entstehen. Eine Kenntnis der Positionskarten beinhaltet so keine Information über die run-out-Fehler, die beim Bonden entstehen.The knowledge of position and / or distortion and / or strain maps of the individual substrates alone are not sufficient to correct or compensate for all run-out errors, since there are also run-out errors, which only when joining at least two substrates are formed. A knowledge of the position maps thus contains no information about the run-out errors that arise during bonding.
Wie alle Fehlerarten, kann der run-out-Fehler in eine zufällige und eine systematische Fehlerkomponente aufgeteilt werden. Durch Fehleranalyse und statistische Methoden, welche dem Fachmann (Ingenieure, Mathematiker, Physiker) bekannt sind, können die systematischen Fehlerkomponenten des run-out-Fehlers korrigiert oder kompensiert werden.Like all types of errors, the run-out error can be split into a random and a systematic error component. Through error analysis and statistical methods known to those skilled in the art (engineers, mathematicians, physicists), the systematic error components of the run-out error can be corrected or compensated.
In dieser Offenbarungsschrift wird als Korrektur des run-out-Fehlers die Korrektur des systematischen Fehleranteils des run-out-Fehlers verstanden.In this disclosure, the correction of the run-out error is understood to be the correction of the systematic error component of the run-out error.
Wie es dem Fachmann bekannt ist, können die statistischen Methoden wie Mittelwertbildung, Ermittlung der Standardabweichung, der Varianz, der Streuung dazu verwendet werden, die nicht zufällige Fehlerkomponente zu erfassen, um entgegenwirken zu können.As is known to those skilled in the art, the statistical methods such as averaging, standard deviation, variance, scattering can be used to detect the non-random error component in order to counteract it.
Bei der immer genaueren Erfassung der Fehlerkomponenten und erweiterter Statistik ist überraschenderweise aufgefallen, dass der run-out-Fehler in lineare und nichtlineare Komponenten aufteilbar ist. Dabei ist die lineare Komponente des Fehlers positionsabhängig, wobei die Position vom Substratradius abhängig ist, insbesondere proportional.In the increasingly accurate detection of the error components and extended statistics, it has surprisingly been noticed that the run-out error can be divided into linear and non-linear components. In this case, the linear component of the error is position-dependent, the position being dependent on the substrate radius, in particular proportionally.
Bei der nichtlinearen Komponente des run-out-Fehlers kann eine umgekehrt proportionale Positionsabhängigkeit vom Substratradius ermittelt werden, wobei die Ursachen generell in den Vorgängen des Fusionsbondes liegen. Die genaue mathematische Beschreibung braucht weitere, ausgedehnte Experimente. Auch wenn der run-out-Fehler nicht vollständig mathematisch geschlossen beschreibbar ist, wurden experimentell die Kompensationsmittel zur Informationsgewinnung eingesetzt.In the case of the non-linear component of the run-out error, an inversely proportional position dependency on the substrate radius can be determined, the causes generally being in the operations of the fusion bond. The exact mathematical description needs further, extended experiments. Even if the run-out error can not be described completely mathematically closed, the compensation means for obtaining information were used experimentally.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
In dem besonders bevorzugten erfindungsgemäß offenbarten Verfahren und der Anlage wird die thermische Verformung und/oder Verzerrung und/oder Beeinflussung von mindestens einem der Substrate angewendet, um den run-out-Fehler zu minimieren. Ein erfindungsgemäß unabhängiger Grundgedanke ist, dass das Substratmaterial als Kontinuum auf lokale Einflüsse nicht ausschließlich lokal, sondern auch global reagiert. Somit kann eine lokal veränderte, insbesondere thermische Größe den globalen Zustand des Substrates im benötigten Ausmaß verändern.In the particularly preferred method and apparatus disclosed herein, the thermal deformation and / or distortion and / or interference of at least one of the substrates is employed to minimize the run-out error. An independent basic idea according to the invention is that the substrate material as a continuum reacts to local influences not only locally but also globally. Thus, a locally altered, in particular thermal size can change the global state of the substrate to the extent required.
Diese Veränderungen können in einer bevorzugten Verfahren und Anlage mit mindestens einer regelbaren Heizzone am Aufnahmeeinrichtung, bevorzugter mit mindestens zwei Heizzonen, noch bevorzugter mit mindestens drei Heizzonen, besonders bevorzugt mit mindestens fünf Heizzonen, ganz besonders bevorzugt mit mehr als 10 Heizzonen durchgeführt werden.These changes can be made in a preferred method and plant with at least one adjustable heating zone on the receiving device, more preferably with at least two heating zones, even more preferably with at least three heating zones, particularly preferably with at least five heating zones, very particularly preferably with more than 10 heating zones.
Als Regelgröße können die Positions- und/oder Dehnungskarten verwendet werden, wobei als geregelte Größe sowohl die Temperatur des Chucks und/oder der Heizstrom des Chucks angewendet werden kann. Die Dehnungskarten und/oder Positions- und/oder Verzerrungskarten der einzelnen Substrate quantifizieren für die Beeinflussung die vorhandenen Verzerrungen.As a controlled variable, the position and / or strain maps can be used, wherein as a controlled variable both the temperature of the chuck and / or the heating current of the chuck can be applied. The strain maps and / or position and / or distortion maps of the individual substrates quantify the existing distortions for influencing.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann eine Aufnahmeeinrichtung eine Kombination aus einer mit minimal möglicher thermischer Verformung und hoher Steifigkeit bestehendem Chuck und voneinander unabhängig regelbaren mehreren Heizzonen bestehen. Dadurch werden die nachteiligen thermischen Verformungen des Chucks weitestgehend eliminiert und die erfindungsgemäß benötigte zielgerichtete Verzerrung von mindestens einem der Substrate erreicht.In a particularly preferred embodiment, a receiving device may consist of a combination of a chuck which has minimal thermal deformation and high rigidity and a plurality of heating zones which can be controlled independently of one another. As a result, the disadvantageous thermal deformations of the chuck are largely eliminated and the targeted distortion of at least one of the substrates required according to the invention is achieved.
Durch den geregelten Aufbau können relativ geringe Wärmemengen für die Optimierung der Substrate zueinander bezüglich der Positionen oder Dehnungen zugeführt werden. Da eine Rückkopplung und Messung ein erfindungsgemäß wichtiger Aspekt ist, kann dies zum Aufbau eines Wissens- und/oder Expertendatenbank verwendet werden.Due to the controlled structure, relatively small amounts of heat for the optimization of the substrates can be supplied to each other in terms of positions or strains. Since feedback and measurement is an important aspect of the invention, this can be used to build a knowledge and / or expert database.
Zur Messung der zugeführten Wärmemenge können Temperatursensoren in mindestens gleicher Anzahl wie Heizzonen angewendet werden. Es ist jedoch möglich, für die Erfassung der Temperaturverteilung der Aufnahmeeinrichtung mit mehr als 10, mit mehr als 20 oder mit mehr als 30 Sensoren anzuwenden.To measure the amount of heat supplied, temperature sensors in at least the same number as heating zones can be used. However, it is possible to use for the detection of the temperature distribution of the receiving device with more than 10, with more than 20 or with more than 30 sensors.
Somit können substrat- und/oder anlagenspezifische Größen wie thermische Zeitkonstanten erfasst, berechnet, gesammelt, ausgewertet und zur Optimierung herangezogen werden. Mit Hilfe solcher Datenspeicher ist eine weitere Prozessoptimierung und dynamischer Betrieb des Fusionsbonders möglich, es ist jedoch notwendig, den globalen Zustand der Substrate bzw. des pre-bondeten Substratpaares zu überprüfen.Thus, substrate and / or plant-specific variables such as thermal time constants can be detected, calculated, collected, evaluated and used for optimization. With the help of such data storage a further process optimization and dynamic operation of the fusion bonder is possible, but it is necessary to check the global state of the substrates or of the pre-bonded substrate pair.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis der Anmelderin gemäß der europäischen Patentanmeldung
Es werden Verzerrungskarten erzeugt, wobei die Verzerrungskarte eines ersten Substrats gegenüber einem zweiten Substrat beim Verbinden des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat aufgetretenen lokalen und/oder globalen Ausrichtungsfehlern vermessen wird. Die aufgeführten Verfahrensschritte sind die Ermittlung einer ersten Dehnungskarte von Dehnungswerten entlang einer ersten Kontaktfläche des ersten Substrats und/oder die Vermessung einer zweiten Dehnungskarte von Dehnungswerten entlang einer zweiten Kontaktfläche und der Einsatz von Auswertungsmitteln zur Auswertung der ersten und/oder zweiten Dehnungskarten, durch welche die lokalen Ausrichtungsfehler ermittelbar sind.Distortion maps are generated, wherein the distortion map of a first substrate is measured against a second substrate upon joining the first substrate to local and / or global alignment errors encountered with the second substrate. The listed method steps are the determination of a first strain map of strain values along a first contact surface of the first substrate and / or the measurement of a second strain map of strain values along a second contact surface and the use of evaluation means for evaluation of the first and / or second strain maps by which the local alignment errors can be determined.
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es dabei, eine Aufnahmeeinrichtung bestehend aus mehreren, voneinander unabhängigen aktiven Steuerelementen vorzusehen, mit welchen die Halterungsfläche der Aufnahmeeinrichtung, insbesondere in Form und/oder Temperatur, beeinflussbar ist. Dabei werden die aktiven Steuerelemente und/oder Regelelemente durch entsprechende Ansteuerung und/oder Regelung so verwendet, dass die mittels der Positionskarten und/oder Dehnungskarten bekannten lokalen Ausrichtungsfehler beziehungsweise lokalen Verzerrungen kompensiert beziehungsweise weitestgehend minimiert oder reduziert werden.The basic idea of the present invention is to provide a receiving device consisting of a plurality of mutually independent active control elements with which the mounting surface of the receiving device, in particular in shape and / or temperature, can be influenced. In this case, the active control elements and / or control elements are used by appropriate control and / or regulation so that the known by means of the position maps and / or strain maps local alignment errors or local distortions are compensated or minimized or reduced as far as possible.
Dabei werden nicht nur lokale Verzerrungen beseitigt, sondern eine, sich aus den lokalen Verzerrungen insgesamt ergebende makroskopische, globale Verzerrung oder Dehnung des Substrats in seinen Außenabmessungen gleichzeitig minimiert beziehungsweise korrigiert. Eine Vorrichtung zur lokalen Kompensation von Verzerrungen ist dabei aus der
Somit ist es erfindungsgemäß insbesondere in Kombination mit den oben beschriebenen Erfindungen betreffend die Positionskarten, Dehnungskarten und/oder Spannungskarten sowie der dort offenbarten in-situ-Korrektur von Ausrichtungsfehlern beim Kontaktieren und Bonden der Substrate möglich, durch aktive, insbesondere lokale Einwirkung auf Verzerrungen des Substrats ein noch besseres Ausrichtungsergebnis zu erreichen.Thus, according to the invention, it is possible, in particular in combination with the above-described inventions concerning the position maps, strain maps and / or voltage maps and the in-situ correction of alignment errors during contacting and bonding of the substrates disclosed therein, by active, in particular local, action on distortions of the substrate to achieve an even better alignment result.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass durch die Kompensationsmittel die Temperatur der Halterungsfläche lokal beeinflussbar ist. Eine lokale Temperaturerhöhung der Halterungsfläche führt zu einer lokalen Ausdehnung des auf der Halterungsfläche gehaltenen Substrats an dieser Position. Je höher der Temperaturgradient ist, desto mehr dehnt sich der das Substrat an dieser Position aus. Basierend auf den Daten der Positionskarten und/oder Dehnungskarten, insbesondere der Vektorauswertung des Ausrichtungsfehlers, insbesondere für jede Position der Positionskarten und/oder Dehnungskarten und Statistik kann so gezielt auf lokale Verzerrungen des Substrats eingewirkt beziehungsweise diesen entgegengewirkt werden, welche eine globale Wirkung der Substrate ausüben.According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the temperature of the support surface can be influenced locally by the compensation means. A local increase in temperature of the support surface leads to a local extension of the substrate held on the support surface at this position. The higher the temperature gradient, the more the substrate expands at this position. Based on the data of the position maps and / or strain maps, in particular the vector evaluation of the alignment error, in particular for each position of the position maps and / or strain maps and statistics can be acted so targeted to local distortions of the substrate or counteracted this, which exert a global effect of the substrates ,
In diesem Zusammenhang ist als Vektorauswertung ein Vektorfeld mit Verzerrungsvektoren zu verstehen, das insbesondere mittels einer von zwei nachfolgend beschriebenen Erfindungsvarianten ermittelt wurde.In this context, a vector field with distortion vectors is to be understood as vector evaluation, which was determined in particular by means of one of two variants of the invention described below.
Die erste Variante bezieht sich auf Anwendungsfälle, in denen nur einer der beiden Substrate strukturiert ist. In diesem Fall ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Abweichung der Strukturen, insbesondere die Abweichung der geometrischen Form von der gewünschten Form zu erfassen. Von besonderem Interesse ist in diesem Fall die Abweichung der Form von Belichtungsfeldern, insbesondere Belichtungsfeldern eines Step-and-Repeat Belichtungsgerätes von der nominell erwarteten Form, die üblicherweise rechteckig ist. Diese Abweichungen, insbesondere das diese Abweichungen beschreibende Vektorfeld, kann basierend auf der Erfassung einer Positionskarte der einzelnen mit den Belichtungsfeldern korrespondierenden Ausrichtungsmarken gemäß
Die zweite Variante bezieht sich auf Anwendungsfälle, in denen beide Substrate strukturiert sind. In diesem Fall ist es erfindungsgemäß vorgesehen, das Vektorfeld der Ausrichtungsabweichung insbesondere für alle Positionen der Positionskarten, insbesondere der ersten und zweiten Positionskarten gemäß
Die Steuerungseinrichtung umfasst insbesondere eine Software zur Ausführung/Berechnung entsprechender Routinen. Regelungseinrichtungen sind in dieser Offenbarung in die Steuerungseinrichtungen begrifflich eingeschlossen.In particular, the control device includes software for executing / calculating corresponding routines. Control devices are conceptually included in the controller in this disclosure.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst die vorbeschriebene Steuereinrichtung und/oder Regeleinrichtung mit Vorteil in einer zentralen, für alle Steuerungsvorgänge und/oder Regelungsvorgänge zuständigen Steuereinheit und/oder Regelungseinheit. Erfindungsgemäß ist es jedoch denkbar, die Steuereinrichtung bzw. die Regelungseinrichtung in der Aufnahmeeinrichtung, insbesondere als Modul einer Gesamtvorrichtung, vorzusehen.The device according to the invention advantageously comprises the above-described control device and / or control device in a central control unit and / or control unit responsible for all control processes and / or control processes. According to the invention, however, it is conceivable to provide the control device or the regulating device in the receiving device, in particular as a module of an overall device.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dadurch noch weiter verbessert werden, indem nach der Ausrichtung eine, insbesondere nochmalige, Erfassung von Positions- und/oder Dehnungskarten des ersten und/oder zweiten Substrats vorgesehen ist. Damit kann erfindungsgemäß nach der erfolgten Ausrichtung eine Überprüfung des Ausrichtungserfolgs vorgesehen werden. Entsprechend ist es denkbar, eine Ausgliederung eines Substratpaares mit zu großen Ausrichtungsfehlern vorzunehmen, um diese beispielsweise erneut erfindungsgemäß auszurichten oder zu entsorgen. Gleichzeitig können die erfassten Daten zur Selbstkalibrierung der Vorrichtung, insbesondere mittels der Steuereinrichtung, verwendet werden.The method according to the invention can be further improved by providing a registration of position and / or strain maps of the first and / or second substrate after the alignment, in particular again. Thus, according to the invention, a check of the alignment success can be provided after the alignment has been carried out. Accordingly, it is conceivable to make a spin-off of a pair of substrates with too large alignment errors, for example, to align or dispose of them again according to the invention. At the same time, the acquired data can be used for self-calibration of the device, in particular by means of the control device.
Die in der europäischen Patentanmeldung
Ein Problem aller bisher aufgeführten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist, dass all diese ausschließlich mit den Verzerrungen der Einzelsubstrate befasst und diese versucht zu kompensieren und/oder zu eliminieren. Ein besonderer Aspekt wurde bisher nicht beachtet, dass zwei ideal verzerrungsfreie Substrate, welche im theoretisch idealen Ausrichtungszustand gebondet werden, unter Umständen fehlerbehaftet sein können. Dieser Fehler ist der sogenannte run-out, welche nur nach dem Bonden an der Relativlage beider Substrate zueinander entsteht.A problem of all embodiments of the invention so far mentioned is that all of these deal exclusively with the distortions of the individual substrates and these attempts to compensate and / or eliminate. A particular aspect has hitherto been ignored that two ideally distortion-free substrates bonded in the theoretically ideal alignment state may be subject to errors. This error is the so-called run-out, which arises only after bonding to the relative position of both substrates to each other.
Für die Überprüfung des globalen Zustandes der Substrate, deren Merkmale, Relativlage zueinander müssen Qualitätskriterien eruiert und angewendet werden.For the examination of the global condition of the substrates, their characteristics, relative position to each other quality criteria must be determined and applied.
Die Qualitätskriterien lassen sich bspw. in drei Oberbegriffe unterteilen: Eingangs-, Prozess- sowie Ausgangsmerkmale.The quality criteria can be subdivided, for example, into three generic terms: input, process and output characteristics.
Zu den Eingangsmerkmalen zählen bspw. alle Substratparameter, nicht abänderbare Maschinenparameter, nicht beeinflussbare Umgebungsbedingungen wie bspw. die lokale Gravitationsbeschleunigung am Aufstellungsort.The input features include, for example, all substrate parameters, not changeable Machine parameters, non-influenceable environmental conditions such as the local gravitational acceleration at the site.
Als Prozessmerkmale werden alle Merkmale verstanden, die das Fügen der Substrate betreffen: bspw. Substratvorbereitung mit allen Vorprozessteilen, das Fügen, das Pre-bonden als Vorgang selbst sowie die Nachbehandlung, Transport des Substrats bis zum nächsten Bearbeitungsschritt.Process characteristics are all features that relate to the joining of the substrates: for example, substrate preparation with all Vorprozessteilen, the joining, the pre-bonding as a process itself and the aftertreatment, transport of the substrate to the next processing step.
Als Ausgangsmerkmale gelten alle Merkmale, die das Substrat bis zum Bonden, insbesondere Fusionsbonden verändert hatten, seien es energetische, materielle Veränderungen oder am Informationsgehalt des Substrates, welche bspw. in der/den Strukturgeometrie/n kodiert ist/sind.The starting characteristics are all features that had changed the substrate until bonding, in particular fusion bonding, be it energetic, material changes or the information content of the substrate, which, for example, is encoded in the structural geometry (s).
Das Erreichen der Qualitätskriterien setzt ein Zusammenspiel aller Eingangs- sowie Prozessmerkmale voraus, damit die Ausgangsmerkmale reproduzierbar erreicht werden. Dieses Zusammenspiel ist also von Seiten der Bondanlage, des Prozesses und der verwendeten Materialien (Substrat, Anlagenwerkstoffe) sowie bspw. Substratbeschaffenheit, Substratmaterial, Sauberkeit, Umgebungsbedingungen geprägt.Achieving the quality criteria presupposes an interaction of all input and process features so that the output characteristics are reproducibly achieved. This interaction is thus influenced by the bond system, the process and the materials used (substrate, plant materials) as well as, for example, substrate properties, substrate material, cleanliness, ambient conditions.
Die Prozessmerkmale werden ebenfalls als Verfahrensmerkmale verstanden und dazu synonym verwendet.The process features are also understood as process features and used synonymously.
Probenhaltersample holder
Der Probenhalter besteht im Allgemeinen aus mehreren Heizzonen. Eine Heizzone ist ein einzeln ansteuerbarer Bereich, der im Allgemeinen aus mehreren Heizelementen besteht. Alle Heizelemente einer Heizzone können zur Temperaturregelung beitragen.The sample holder generally consists of several heating zones. A heating zone is a single controllable area, which generally consists of several heating elements. All heating elements of a heating zone can contribute to the temperature control.
Ein Heizelement ist ein physikalisches Element, das Hitze erzeugen kann. Vorzugsweise handelt es sich dabei um elektrische Bauteile.A heating element is a physical element that can generate heat. Preferably, these are electrical components.
In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht der Probenhalter aus mehreren konzentrischen Heizelementen/Heizzonen, welche um den Mittelpunkt des bevorzugt kreisrunden Probenhalters angeordnet sind. Es sind jedoch weitere, beliebige geometrische Formen des Probenhalters und/oder der Heizzonen (Viereck, Sechseck, Achteck, usw.) möglich. Auf dem Probenhalter können mehrere mit Vorzug unabhängig betreibbare, konzentrische Heizzonen angeordnet werden. Es können mindestens zwei konzentrische Heizzonen am/im Probenhalter sein, es können mit Vorzug drei konzentrische Heizzonen ausgeführt sein. Mit besonderem Vorzug sind vier konzentrische Heizzonen möglich. Eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform kann fünf konzentrische Heizzonen beinhalten, es sind jedoch Ausführungsformen mit sechs, sieben, acht bzw. mehr als acht konzentrischen Heizzonen möglich.In a first embodiment of the invention, the sample holder consists of several concentric heating elements / heating zones, which are arranged around the center of the preferably circular sample holder. However, any other geometric shapes of the sample holder and / or the heating zones (square, hexagon, octagon, etc.) are possible. On the sample holder several preference concentrically operated, concentric heating zones can be arranged. There may be at least two concentric heating zones on / in the sample holder, three concentric heating zones may be preferred. With particular preference, four concentric heating zones are possible. A most preferred embodiment may include five concentric heating zones, but embodiments with six, seven, eight, and more than eight concentric heating zones, respectively, are possible.
In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht der Probenhalter aus mehreren rasterförmig angelegten Heizelementen Heizzonen (Quadrate, Rauten, Sechsecke, Kreise, bzw. Wabenstrukturen), welche ebenfalls einzeln ansteuerbar sein können. Das Raster besteht dabei aus mehreren Feldern. Diese Anzahl kann von der Größe, Form, Material, Masse, Volumen, Materialeigenschaften wie Wärme- sowie Temperaturleitfähigkeit des Probenhalters abhängen. Es können zwei Segmente/Heizzonen am/im Probenhalter ausgeführt sein. Mit Vorzug kann die Anzahl der Felder mathematisch als eine Kombination zweier Reihen, bestehend aus natürlichen Zahlen und Null gebildet sein. Die Reihe A beschreibt die Anzahl der Spalten, die Reihe B beschreibt die Anzahl der Reihen im Raster. Die Variable i und/oder j kann als Laufvariable aus der Gesamtheit die Position des aktuellen Elementes beschreiben. So können A [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ... n] mit n.i + 1 = n.i + 1 gebildet werden. Analog gilt dies für die Variable B, B kann [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ... n] etc...In a second embodiment of the invention, the sample holder consists of a plurality of grid-shaped heating elements heating zones (squares, diamonds, hexagons, circles, or honeycomb structures), which can also be controlled individually. The grid consists of several fields. This number may depend on the size, shape, material, mass, volume, material properties such as heat and thermal conductivity of the sample holder. There may be two segments / heating zones on / in the sample holder. With preference, the number of fields may be formed mathematically as a combination of two series consisting of natural numbers and zero. Row A describes the number of columns, row B describes the number of rows in the grid. The variables i and / or j can describe the position of the current element as a run variable from the totality. Thus, A [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ... n] can be formed with n.i + 1 =
So sind insbesondere 4 Segmente/Heizzone als 2·2 Segmente/Heizzonen auszubilden. Für 9 Segmente/Heizzonen ist eine 3·3 Anordnung denkbar. Sind die Segmente/Heizzone in der Größe, Form, Heizleistung usw. unterschiedlich, kann die Bildungsvorschrift Element aus A·Element B mit Zusatzelementen erweitert werden:
Element aus A·Element aus B + Zusatzelement aus A + Zusatzelement aus B möglich. Damit kann bspw. eine 2·2-Anordnung mit vier weiteren, unregelmäßig ausgebildeten, aber für die Randgleichmäßigkeit wichtigen Elemente ausgebildet werden. Besonders bevorzugt ist jedoch eine flächenhafte, gleichmäßige Abdeckung des Probenhalters mit sechseckigen Heizelementen.In particular, 4 segments / heating zone are to be designed as 2 × 2 segments / heating zones. For 9 segments / heating zones a 3 x 3 arrangement is conceivable. If the segments / heating zone differ in their size, shape, heating capacity, etc., the formation rule Element from A · Element B can be extended with additional elements:
Element of A · element of B + additional element of A + additional element of B possible. Thus, for example, a 2 × 2 arrangement with four further, irregularly formed but important for the edge uniformity elements can be formed. However, particularly preferred is a planar, uniform coverage of the sample holder with hexagonal heating elements.
In einer dritten, bevorzugten Ausführungsform kann der Probenhalter aus einem Grundkörper bestehen, auf welchen die Heizelemente angebracht sind. Die Heizelemente können stoffschlüssig, und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig am Probenhalter befestigt werden. In der bevorzugten Ausführungsform können die Heizelemente mittels wärmeleitender Adhäsivschicht zum Probenhalter befestigt werden. In einer weiteren Ausführungsform ist eine mechanische Klemmung unter Verwendung von Wärmeleitmittel für die thermische Kontaktierung möglich.In a third preferred embodiment, the sample holder may consist of a base body on which the heating elements are mounted. The heating elements can be attached to the sample holder in a material-locking, and / or positive-locking and / or non-positive manner. In the preferred embodiment, the heating elements may be attached to the sample holder by means of a heat-conducting adhesive layer. In a further embodiment, a mechanical clamping using heat conduction for the thermal contacting is possible.
In einer vierten Ausführungsform können die Heizelemente im Volumen des Probenhalters integriert sein, sodass insbesondere thermisch bedingte Verformungen des Probenhalters eliminiert werden, welche durch die, im Volumen nicht symmetrisch angebrachten Heizelemente entsteht.In a fourth embodiment, the heating elements can be integrated in the volume of the sample holder, so that in particular thermally induced deformations of the sample holder are eliminated, which is caused by the heating elements, which are not symmetrical in volume.
Bei allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen können mit Vorzug Die Heizelemente werden die Heizelemente einzeln, direkt angesteuert über...werden. Um den Regelaufwand zu minimieren ist ein Steuerungskonzept aus Pulsweitenmodulation und/oder Multiplexen der einzeln ansteuerbaren Heizelemente zusammensetzt möglich. Es ist jedoch jedes beliebiges Steuerungskonzept für das Betreiben der Heizelemente denkbar.In all embodiments according to the invention can with preference The heating elements are the heating elements individually, directly controlled via .... In order to minimize the control effort, a control concept composed of pulse width modulation and / or multiplexing of the individually controllable heating elements is possible. However, any control concept for operating the heating elements is conceivable.
Die thermische Zeitkonstante des zu regelnden Probenhalters bzw. der Substrate ist maßgeblich dafür, ob das Multiplexen also nacheinander Betreiben der einzelnen Heizelemente vertretbar ist und/oder dadurch die Pulsweitenmodulation stattfindet oder ein kontinuierlicher Betrieb der Heizelemente notwendig ist.The thermal time constant of the sample holder or substrates to be controlled is decisive for whether the multiplexing, that is to say successive operation of the individual heating elements, is acceptable and / or pulse width modulation takes place or continuous operation of the heating elements is necessary.
Für das Erreichen von thermisch homogenen, isothermen Zonen auf dem Probenhalter können die Einzelheizer durch die Regelung entsprechend angesteuert werden. Für die Eliminierung der Streuung der Heizelemente, welche als Temperaturunterschiede auf dem Probenhalter messbar sind, kann der Probenhalter im kontrolliert isothermischen Betrieb nachgeregelt, korrigiert werden. Die ermittelten Korrekturwerte können in der Regelung als Datenbank hinterlegt werden.To achieve thermally homogeneous, isothermal zones on the sample holder, the individual heaters can be controlled by the control accordingly. For the elimination of the scattering of the heating elements, which can be measured as temperature differences on the sample holder, the sample holder can be readjusted in the controlled isothermal mode. The calculated correction values can be stored in the control as a database.
Die Temperatur der Heizelemente wird in einer bevorzugten Ausführungsform mittels integrierten Thermofühler, insbesondere Thermistoren wie Pt 100 gemessen über...und/oder Pt1000 Thermowiderständen, Halbleiter-Temperatursensoren erfasst und an die Steuerung/Regelung weitergeleitet. In bevorzugten Ausführungsformen können pyrometrische Sensoren und/oder andere optische, insbesondere bildgebende Sensoren wie Mikrobolometer verwendet werden. Die Auswertung kann im Regler erfolgen oder in einer anderen, für die Gesamtanlage zuständige Recheneinheit.The temperature of the heating elements is detected in a preferred embodiment by means of integrated thermocouple, in particular thermistors such as
Die Signale der Temperatursensoren werden einem Temperaturregler zugeleitet, welcher praktisch in Echtzeit oder mit einer gegebenen Verzögerung dem Fachmann bekannter Weise die Temperatur des Probenhalters stellt und/oder korrigiert. Es können sowohl analoge (Einzel- )Regler wie PI- oder PID-Regler für jedes Heizelement eingesetzt werden, als auch programmierte, rechnergestützte Regler, wie FPGA-s, wobei jeder Einzelregler als Programmteil abgebildet ist. Es können auch Multiplexer verwendet werden, um insbesondere bei ausreichend schnellen Reglern, entsprechender Heizleistung, großer thermischer Masse (hohes Volumen, große Wärmekapazität) des Probenhalters die Anzahl der notwendigen Regler zu minimieren.The signals of the temperature sensors are fed to a temperature controller, which sets and / or corrects the temperature of the sample holder in a manner known to those skilled in the art in real time or with a given delay. Both analog (single) controllers such as PI or PID controllers can be used for each heating element, as well as programmed, computer-aided controllers, such as FPGA-s, where each individual controller is shown as a program part. It is also possible to use multiplexers in order to minimize the number of necessary controllers, in particular with sufficiently fast controllers, corresponding heating power, large thermal mass (high volume, high heat capacity) of the sample holder.
Die Temperatur der Heizsegmente/Heizzone als Ausgangsgröße wird durch Energiezufuhr von außen gestellt. Als geregelte Eingangsgröße kann Strom, Joule'sche Wärme, temperiertes Heizfluid (Flüssigkeiten und/oder Dämpfe und/oder Gase) Einsatz finden. Der Eingangsgröße entsprechend können die Heizsegmente Heizelemente als Widerstandsheizer, und/oder als induktive Heizelemente, und/oder als Strahlungsheizer, und/oder als Peltier-Elemente und/oder als im Gleich- oder im Gegensinn betriebene Wärmetauscher (Kammer-, bzw. Mäanderstrukturen), und/oder direkte Verbrennungskammer ausgelegt sein.The temperature of the heating segments / heating zone as the output is set by external energy supply. Current, Joule heat, tempered heating fluid (liquids and / or vapors and / or gases) can be used as the controlled input variable. In accordance with the input variable, the heating segments can use heating elements as resistance heaters, and / or as inductive heating elements, and / or as radiant heaters, and / or as Peltier elements and / or as heat exchangers operated in the same direction or in the opposite direction (chamber or meander structures). , and / or direct combustion chamber.
Materialien des Probenhalters können aus jedem reinraumtauglichen, Form- und im Betriebszustand temperaturstabilen Werkstoff bestehen, welche den Anforderungen der Wärmeleitfähigkeit größer 0,1 W/m/K, bevorzugter größer 1 W/m/K, noch bevorzugter größer 10 W/m/K, besonders bevorzugt größer 100 W/m/K, im optimalen Fall größer gleich 120 W/m/K, im Idealfall größer gleich 150 W/m/K erfüllt.Materials of the sample holder may consist of any cleanroom suitable, form and temperature-stable material in the operating condition, which meets the requirements of thermal conductivity greater than 0.1 W / m / K, more preferably greater than 1 W / m / K, more preferably greater than 10 W / m / K , particularly preferably greater than 100 W / m / K, in the optimal case greater than or equal to 120 W / m / K, ideally greater than or equal to 150 W / m / K.
Es sollen Werkstoffe für den Probenhalter insbesondere eine spezifische Wärmekapazität kleiner 1000 J/kg/K, bevorzugt kleiner 800 J/kg/K, bevorzugter kleiner gleich 715 J/kg/K, besonders bevorzugt kleiner gleich 700 J/kg/K, im Idealfall kleiner gleich 500 J/kg/K aufweisen.It should materials for the sample holder in particular a specific heat capacity less than 1000 J / kg / K, preferably less than 800 J / kg / K, more preferably less than 715 J / kg / K, more preferably less than or equal to 700 J / kg / K, ideally less than 500 J / kg / K.
Die Werkstoffe des Probenhalters sollen insbesondere die Materialeigenschaft Biegesteifigkeit größer 1 MPa, bevorzugt größer 10 MPa, bevorzugter größer 30 MPa, besonders bevorzugt größer 100 MPa, im optimalen Fall größer 1 GPa, im Idealfall größer 10 GPa.The materials of the sample holder should in particular have the material property bending stiffness greater than 1 MPa, preferably greater than 10 MPa, more preferably greater than 30 MPa, particularly preferably greater than 100 MPa, in the optimum case greater than 1 GPa, ideally greater than 10 GPa.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient sollte insbesondere möglichst klein sein, um eine Verzerrung des Probenhalters durch die Temperaturdifferenzen zu verhindern. Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist vorzugsweise kleiner als 10–4 K–1, vorzugsweise kleiner als 5·10–5 K–1, noch bevorzugter kleiner als 10–5 K–1, am bevorzugtesten kleiner als 5·10–6 K–1, am bevorzugtesten kleiner als 10–6 K–1, am allerbevorzugtesten kleiner als 10–7 K–1.In particular, the thermal expansion coefficient should be as small as possible in order to prevent distortion of the sample holder by the temperature differences. The thermal expansion coefficient is preferably less than 10 -4 K -1 , preferably less than 5 × 10 -5 K -1 , more preferably less than 10 -5 K -1 , most preferably less than 5 × 10 -6 K -1 , most preferably less than 10 -6 K -1 , most preferably less than 10 -7 K -1 .
Die Werkstoffe des Probenhalters können Metalle und/oder Legierungen und/oder nicht stöchiometrisch definierte Werkstoffe und/oder Metallschäume sein. Diese Werkstoffe können Eisen, Nickel, Chrom, Mangan, Aluminium, Wolfram, Molybdän, Kupfer, Silber, Gold, Kobalt, Platin, Cer, Blei, Titan, Tantal, Zink und/oder Zinn enthalten.The materials of the sample holder may be metals and / or alloys and / or non-stoichiometrically defined materials and / or metal foams. These materials may include iron, nickel, chromium, manganese, aluminum, tungsten, molybdenum, copper, silver, gold, cobalt, platinum, cerium, lead, titanium, tantalum, zinc and / or tin.
Die Werkstoffe des Probenhalters können keramische und/oder glaskeramische Werkstoffe und/oder Kompositmateriale beinhalten, welche Lithium, Aluminium, Silizium, Kohlenstoff, Stickstoff enthalten. Weiterhin können glaskeramische Werkstoffe verwendet werden, welche alkalioxidfrei sein.The materials of the sample holder may include ceramic and / or glass-ceramic materials and / or composite materials containing lithium, aluminum, silicon, carbon, nitrogen. Furthermore, glass-ceramic materials can be used which are free of alkali oxide.
Die Ebenheit und die Oberflächenrauhigkeit des Probenhalters stellen wesentliche Konstruktionsmerkmale dar.The flatness and surface roughness of the sample holder are essential design features.
Im weiteren Verlauf wird die Ebenheit als Maß für die Perfektion einer planaren Fläche, insbesondere eine Oberfläche, verwendet. Abweichungen von einer planaren Oberfläche ergeben sich durch Welligkeiten und Rauhigkeiten. Die Welligkeit einer Oberfläche zeichnet sich durch eine gewisse periodische Anhebung und Absenkung der Oberfläche, insbesondere im Millimeterbereich, seltener im Mikrometerbereich, ab. Rauigkeit hingegen ist ein eher aperiodisches Phänomen im Mikro- bzw. Nanometerbereich. Die genaue Definition derartiger Oberflächeneigenschaften ist jedem Fachmann der Oberflächenphysik-, Tribologie, des Maschinenbaus oder der Werkstoffwissenschaften bekannt. Um die unterschiedlichen Abweichungen von der idealen Oberfläche zu behandeln, wird im weiteren Verlauf der Patentschrift der Begriff der Rauheit synonym für die Überlagerung aller derartigen Effekte verwendet.In the further course of the flatness is used as a measure of the perfection of a planar surface, in particular a surface. Deviations from a planar surface result from ripples and roughness. The waviness of a surface is characterized by a certain periodic increase and decrease in the surface area, in particular in the millimeter range, more rarely in the micrometer range. Roughness, on the other hand, is a rather aperiodic phenomenon in the micro or nanometer range. The exact definition of such surface properties is known to any person skilled in surface physics, tribology, mechanical engineering or materials science. To treat the different deviations from the ideal surface, the term roughness is used interchangeably in the further course of the patent for the superposition of all such effects.
Die Rauheit wird entweder als mittlere Rauheit, quadratische Rauheit oder als gemittelte Rautiefe angegeben. Die ermittelten Werte für die mittlere Rauheit, die quadratische Rauheit und die gemittelte Rautiefe unterscheiden sich im Allgemeinen für dieselbe Messstrecke bzw. Messfläche, liegen aber im gleichen Größenordnungsbereich. Daher sind die folgenden Zahlenwertebereiche für die Rauheit entweder als Werte für die mittlere Rauheit, die quadratische Rauheit oder für die gemittelte Rautiefe zu verstehen. Die Rauheit ist dabei kleiner als 100 μm, vorzugsweise kleiner als 10 Mikrometer, noch bevorzugter kleiner als 1 μm, am bevorzugtesten kleiner als 100 nm, am allerbevorzugtesten kleiner als 10 nm.Roughness is reported as either average roughness, square roughness or average roughness. The values determined for the average roughness, the squared roughness and the average roughness depth generally differ for the same measuring section or measuring surface, but are in the same order of magnitude. Therefore, the following numerical value ranges for roughness are to be understood as either average roughness, squared roughness, or averaged roughness. The roughness is less than 100 microns, preferably less than 10 microns, more preferably less than 1 micron, most preferably less than 100 nm, most preferably less than 10 nm.
Die Hafteigenschaften des Probenhalters sollen zwei Zustände abdecken. Für die Fixierung des jeweiligen Substrats soll eine schaltbare, hohe Haftkraft verwendet werden. Für das Handling soll die Hafteigenschaft nicht vorhanden sein. Die Hafteigenschaft soll als Haftenergie ausgedrückt werden. Die Energie wird dabei in J/m2 angegeben. Die Energie pro Einheitsfläche ist dabei im deaktivierten Zustand der schaltbaren Oberfläche, daher im Zustand in dem die Adhäsion ein Minimum einnehmen soll, geringer als 2.5 J/m2, mit Vorzug kleiner als 0.1 J/m2, mit größerem Vorzug kleiner als 0.01 J/m2, mit größtem Vorzug kleiner als 0.001 J/m2, mit allergrößtem Vorzug kleiner als 0.0001 J/m2, am bevorzugtesten kleiner als 0.00001 J/m2. Die Energie pro Einheitsfläche ist dabei im aktivierten Zustand der schaltbaren Oberfläche, daher im Zustand in dem die Adhäsion ein Maximum einnehmen soll, größer als 0.00001 J/m2, mit Vorzug größer als 0.0001 J/m2, mit größerem Vorzug größer als 0.001 J/m2, mit größtem Vorzug größer als 0.01 J/m2, mit allergrößtem Vorzug größer als 0.1 J/m2, am bevorzugtesten größer als 1 J/m2.The adhesive properties of the sample holder should cover two states. For the fixation of the respective substrate a switchable, high adhesive force should be used. For handling the adhesive property should not be present. The adhesive property is to be expressed as sticking energy. The energy is given in J / m 2 . The energy per unit area is in the deactivated state of the switchable surface, therefore, in the state in which the adhesion is to take a minimum, less than 2.5 J / m 2 , preferably less than 0.1 J / m 2 , more preferably less than 0.01 J / m 2, with the greatest preference less than 0.001 J / m 2, with preference allergrößtem less than 0.0001 J / m2, at bevorzugtesten less than 0.00001 J / m2. The energy per unit area is in the activated state of the switchable surface, therefore, in the state in which the adhesion is to take a maximum, greater than 0.00001 J / m 2 , with preference greater than 0.0001 J / m 2 , more preferably greater than 0.001 J. / m 2 , most preferably greater than 0.01 J / m 2 , most preferably greater than 0.1 J / m 2 , most preferably greater than 1 J / m 2 .
Der Probenhalter soll physikalisch und/oder chemisch unter normalen Laborbedingungen erfindungsgemäß unter 70°C, bevorzugter unter 100°C, noch bevorzugter unter 200°C, besonders bevorzugt unter 250°C, im optimalen Fall unter 300°C, Idealfall unter 650°C stabil sein. Dies bedeutet inerte Eigenschaften, also ein Masseverlust durch Ausgasen oder Oxidation weniger 0,1%, bevorzugter weniger 0,01%, besonders bevorzugt weniger 0,001% bezogen auf eine Ursprungsmasse, gemessen bei 20°C unter wasser- bzw. wasserdampffreier Schutzgasatmosphäre.The sample holder should physically and / or chemically under normal laboratory conditions according to the invention below 70 ° C, more preferably below 100 ° C, more preferably below 200 ° C, more preferably below 250 ° C, in the optimal case below 300 ° C, ideally below 650 ° C. be stable. This means inert properties, ie mass loss by outgassing or oxidation less than 0.1%, more preferably less than 0.01%, particularly preferably less than 0.001%, based on an initial mass, measured at 20 ° C. under a protective gas atmosphere free from water or water vapor.
In einer erfindungsgemäß offenbarten Ausführungsform des Probenhalters kann darauf ein Substrat gemäß der schaltbaren Hafteigenschaft mittels Vakuum befestigt werden. Wird das Vakuum durch entsprechende Kavitäten und Leitungen auf der Oberfläche des Probenhalters erzeugt, saugt dieser das Substrat an. Das Substrat ist von der Oberfläche lösbar, nachdem das Vakuum durch entsprechende Stellglieder unterbrochen wird. Es ist eine Druckbeaufschlagung des Substrates ebenfalls möglich, um eine beschleunigte Trennung des Substrates vom Probenhalter zu erzielen.In an embodiment of the sample holder disclosed in accordance with the invention, a substrate can be attached thereto by vacuum in accordance with the switchable adhesive property. If the vacuum is generated by appropriate cavities and lines on the surface of the sample holder, this sucks the substrate. The substrate is detachable from the surface after the vacuum is interrupted by respective actuators. Pressurization of the substrate is also possible to achieve accelerated separation of the substrate from the sample holder.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Probenhalters kann ein Substrat mit elektrostatisch betriebene Mittel an den Probenhalter befestigt werden. Wird die Befestigung aktiv, wird das Substrat auf dem Probenhalter fixiert. Dies kann mit der schaltbaren Hafteigenschaft des Probenhalters korrelieren.In a further embodiment of the sample holder according to the invention, a substrate with electrostatically operated means can be attached to the sample holder. If the attachment is active, the substrate is fixed on the sample holder. This may correlate with the switchable adhesive property of the sample holder.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der Probenhalter über mechanische Klemmvorrichtung (oder mehreren mechanischen Klemmvorrichtungen) insbesondere zwangfrei befestigt werden. Als Zwangfreiheit wird bei einem Substrat das Verhindern der Bewegungen, Versetzungen in den genau sechs Freiheitsgraden (3 Rotation sowie 3 Translation) verstanden.In a further embodiment according to the invention, the sample holder can be fastened by means of a mechanical clamping device (or a plurality of mechanical clamping devices), in particular without compulsion. As compulsory freedom is understood in a substrate to prevent the movements, dislocations in the exact six degrees of freedom (3 rotation and 3 translation).
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der Probenhalter lokal über stellbaren, hochadhäsiven Zonen verfügen, die das Substrat insbesondere am äußeren Durchmesser befestigen. Das Lösen des Substrates kann durch Bestrahlung mittels hochenergetischer Strahlung wie Laser erfolgen.In a further embodiment according to the invention, the sample holder may have local, adjustable, highly adhesive zones which fasten the substrate, in particular, on the outer diameter. The dissolution of the substrate can be done by irradiation by means of high-energy radiation such as laser.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform verfügt der Probenhalter mindestens am Rand über einer hochadhäsiven Schicht. Der Probenhalter kann jedoch im beliebigen Muster oder unstrukturiert vollflächig eine hochadhäsive Schicht besitzen, auf welchem das Substrat befestigt wird. Das Lösen des Substrates kann mittels zielgerichtet angewendeten Überdruck und/oder Hebevorrichtungen, insbesondere Pins erfolgen.In a further embodiment of the invention, the sample holder has at least at the edge over a highly adhesive layer. The sample holder can, however, in any pattern or unstructured full surface a highly adhesive layer own, on which the substrate is attached. The dissolution of the substrate can be done by means of targeted applied overpressure and / or lifting devices, in particular pins.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das Substrat mit dem Probenhalter über schaltbare magnetische Kräfte befestigt werden.In a further embodiment of the invention, the substrate may be attached to the sample holder via switchable magnetic forces.
Zusammenfassend kommen folgende Fixierungen für einen Probenhalter in Frage:
- – Mechanische Fixierungen, insbesondere Klemmen,
- – Vakuumfixierungen, insbesondere mit einzeln ansteuerbare Vakuumbahnen und/oder miteinander verbundenen Vakuumbahnen,
- – Elektrische Fixierungen, insbesondere elektrostatische Fixierungen,
- – Magnetische Fixierungen
- – Adhäsive Fixierungen, insbesondere Gel-Pak Fixierungen und/oder
- – Fixierungen mit adhäsiven, insbesondere ansteuerbaren, Oberflächen.
- - Mechanical fixations, in particular clamps,
- Vacuum fixings, in particular with individually controllable vacuum webs and / or interconnected vacuum webs,
- - Electrical fixations, in particular electrostatic fixations,
- - Magnetic fixations
- - Adhesive fixations, in particular gel-Pak fixations and / or
- - Fixations with adhesive, especially controllable, surfaces.
Die Fixierungen sind insbesondere elektromisch ansteuerbar. Die Vakuumfixierung ist die bevorzugte Fixierungsart. Die Vakuumfixierung besteht vorzugsweise aus mehreren Vakuumbahnen, die an der Oberfläche des Probenhalters austreten. Die Vakuumbahnen sind vorzugsweise einzeln ansteuerbar. In einer technisch eher realisierbaren Anwendung sind einige Vakuumbahnen zu Vakuumbahnsegmenten vereint, die einzeln ansteuerbar, daher evakuiert oder geflutet werden können. Jedes Vakuumsegment ist allerdings unabhängig von den anderen Vakuumsegmenten. Damit erhält man die Möglichkeit des Aufbaus einzeln ansteuerbarer Vakuumsegmente. Die Vakuumsegmente sind vorzugsweise ringförmig konstruiert. Dadurch wird eine gezielte, radialsymmetrische, insbesondere von Innen nach Außen durchgeführte Fixierung und/oder Loslösung eines Substrats vom Probenhalter ermöglicht.The fixings are in particular electrically controlled. Vacuum fixation is the preferred type of fixation. The vacuum fixation preferably consists of a plurality of vacuum webs, which emerge on the surface of the sample holder. The vacuum paths are preferably individually controllable. In a technically more feasible application, some vacuum webs are combined to form vacuum web segments, which can be individually controlled, therefore evacuated or flooded. Each vacuum segment, however, is independent of the other vacuum segments. This gives the possibility of building individually controllable vacuum segments. The vacuum segments are preferably designed annular. As a result, a targeted, radially symmetrical, in particular from inside to outside carried out fixing and / or detachment of a substrate from the sample holder allows.
Verfahrenmethod
Das allgemeine Verfahren, welche das Fusionsbonden von Substraten erzielt und mittels Fusionsbondanlagen ausgeführt werden kann, besteht im Wesentlichen aus den folgenden Teilschritten, wobei bekannte Untergliederungen der Teilschritte als Allgemeinwissen des Fachmannes vorausgesetzt werden.The general method, which achieves the fusion bonding of substrates and can be carried out by means of fusion bonding systems, consists essentially of the following substeps, wherein known subdivisions of the substeps are assumed as general knowledge of the person skilled in the art.
In einem Rezept werden die Verfahrensmerkmale zielgerichtet zusammengefasst, die Teilschritte in sinnvoller Kombination erstellt. Die Rezepte können sowohl als Anweisungssätze in maschinenverständlicher Form oder für den Operator bereitgestellt werden. Die Ausführung des Rezeptes, um die Prozessmerkmale umzusetzen, welche auf den Fusionsbondanlagen erfolgt, wird hier beschrieben. Auf vorbereitende Verfahrensschritte wird an dieser Stelle verzichtet.In a recipe, the process characteristics are summarized purposefully, the sub-steps created in a meaningful combination. The recipes can be provided both as instruction sets in machine-understandable form or for the operator. Execution of the recipe to implement the process features performed on the fusion bonding equipment is described here. Preparatory process steps will be omitted here.
Ein erstes mögliches erfindungsgemäßes Verfahren weist folgende Schritte auf.A first possible method according to the invention has the following steps.
In einem ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird ein erstes Substrat an ein erstes Chuck geladen.In a first method step according to the invention, a first substrate is charged to a first chuck.
In einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt kann zu diesem Substrat die Positions- und/oder Dehnungskarte erstellt werden.In a second method step according to the invention, the position and / or expansion card can be created for this substrate.
Nach Laden eines zweiten Substrates auf einem zweiten Chuck im erfindungsgemäß dritten Verfahrensschritt kann zum zweiten Substrat ebenfalls die Positions- und/oder Dehnungskarte im vierten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt erzeugt werden.After loading a second substrate on a second chuck in the third method step according to the invention, the position and / or expansion card in the fourth method step according to the invention can likewise be generated for the second substrate.
In einem fünften erfindungsgemäßen Verfahrensschritt werden die groben Positionierfehler insbesondere aus den Positions- und/oder Dehnungskarten erfasst, berechnet und mittels entsprechender Positioniermittel korrigiert.In a fifth method step according to the invention, the coarse positioning errors, in particular from the position and / or strain maps, are detected, calculated and corrected by means of corresponding positioning means.
Der sechste erfindungsgemäße, insbesondere iterativ ausgeführte Verfahrensschritt betrifft die Vermessung und/oder Ermittlung des Restfehlers zwischen einem ersten und zweiten Substrat mit besonderem Hinblick auf die Nichtlinearitäten des Skalierungsfehlers.The sixth method step according to the invention, in particular iteratively, relates to the measurement and / or determination of the residual error between a first and second substrate with particular regard to the nonlinearities of the scaling error.
Der siebte erfindungsgemäße, insbesondere iterativ ausgeführte Verfahrensschritt beinhaltet die gezielte Anwendung einer Aufnahmeeinrichtung zur lokalen und/oder globalen, geregelten Zuführung von Wärmemengen zur Beeinflussung eines ersten oder zweiten Substrats.The seventh method step according to the invention, in particular iteratively executed, involves the targeted application of a recording device for local and / or global, regulated supply of heat quantities for influencing a first or second substrate.
In einem achten erfindungsgemäßen, insbesondere iterativen Verfahrensschritt kann die, im siebten Verfahrensschritt durchgeführte Kompensation überprüft werden, wobei nach Erreichen eines Schwellenwertes die Iteration abgebrochen werden kann.In an eighth, in particular iterative, method step according to the invention, the compensation performed in the seventh method step can be checked, wherein after reaching a threshold value, the iteration can be terminated.
In einem neunten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird die Bondwelle initiiert und das pre-gebondete Substratpaar erzeugt.In a ninth method step according to the invention, the bonding wave is initiated and the pre-bonded substrate pair is generated.
In einem zehnten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt kann das Substratstapel erneut mit einer abgewandelten Positions- und/oder Dehnungskarte zur Kontrolle des run-out-Fehlers erzeugt werden.In a tenth method step according to the invention, the substrate stack can be generated again with a modified position and / or expansion card for controlling the run-out error.
Nach erfolgten, notwendigen Berechnungsschritten kann im elften erfindungsgemäßen Verfahrensschritt das Substratpaar für die Weiterprozessierung freigegeben werden oder zur Korrektur getrennt und gereinigt werden. Gleichzeitig können die statistisch ermittelten neuen Ergebnisse für die weitere Fehlerkorrektur in den Datenspeicher geleitet werden, damit die Korrekturparameter errechnet werden können. After successful, necessary calculation steps, the substrate pair can be released for further processing in the eleventh method step according to the invention or separated and cleaned for correction. At the same time, the statistically determined new results for the further error correction can be fed into the data memory so that the correction parameters can be calculated.
In einem zwölften, möglichen erfindungsgemäßen Verfahrensschritt können die Korrekturparameter für ein weiteres zu prozessierendes Substratpaar angewendet werden.In a twelfth possible method step according to the invention, the correction parameters can be used for a further substrate pair to be processed.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen beinhalten grob schematische Darstellungen ohne proportionale Richtigkeit. Für das Verständnis können Effekte oder Details überzogen dargestellt sein. Die zeigen in:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings. The drawings contain rough schematic representations without proportional accuracy. For the sake of understanding, effects or details may be exaggerated. The show in:
In den Figuren sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß sind insbesondere die Regelung des Heizzonen-Probenhalters und deren Beobachtung von großer Bedeutung.According to the invention, in particular the control of the heating zone sample holder and their observation are of great importance.
Als Erweiterung zu
Im Verfahrensschritt
Im Verfahrensschritt
Im Verfahrensschritt
Im Verfahrensschritt
Im Verfahrensschritt
Im erfindungsgemäßen Verfahrensschritt
Im erfindungsgemäßen Verfahrensschritt
Im quasistationären Zustand wird die Korrektur durch den Heizzonen-Probenhalter so durchgeführt, dass es keine Veränderung zwischen zwei beobachtbaren Zuständen der Substrate vorliegt. Dabei können jedoch die einzelnen Heizzonen unterschiedliche Temperaturgänge durchlaufen, es ist nicht notwendig, dass die Heizzonen selbst isotherm betrieben werden. Es sollen nur keine zeitlich veränderbaren Vorgänge bei der Korrektur mit dem Heizzonen-Probenhalter existieren.In the quasi-stationary state, the correction by the heating zone sample holder is performed so that there is no change between two observable states of the substrates. However, the individual heating zones can go through different temperature cycles, it is not necessary that the heating zones themselves are operated isothermally. There should only be no temporally changeable processes in the correction with the heating zone sample holder.
Im erfindungsgemäßen Verfahrensschritt
Es ist erfindungsgemäß möglich, zu Q1 weitere Zustände und Entscheidungen hinzufügen, sodass keine Endlosschleifen entstehen.It is possible according to the invention to add further states and decisions to Q1 so that no endless loops are formed.
Im weiteren Verfahrensschritt Q2 wird eine zweite Iterationsschleife eingeführt, welche die Qualität des Prebondes bewertet. Dabei können nicht nur Ausrichtungszustand sondern auch Fehler im Bondinterface und weitere Parameter beachtet werden. Ist der Zustand ausreichen, wird die Prozessierung mit dem Herstellen des Bondes in einer externen Anlage die Schleife verlassen und dies im Verfahrensschritt
Wird in Q2 die Qualität des Prebondes bspw. durch Überschreiten der vorher definierten Toleranzen als nicht ausreichend bewertet, wird der Substratstapel im Verfahrensschritt
Die Daten entstammen aus Verzerrungskarten, hier werden die einzelnen Längen der Verzerrungsvektoren dargestellt.The data comes from distortion maps, here the individual lengths of the distortion vectors are represented.
K1 stellt die radiusabhängige, lineare Komponente des run-out-Fehlers dar. Dieser Anteil ist in der Literatur ausreichend beschrieben und dem Fachmann bekannt.K1 represents the radius-dependent, linear component of the run-out error. This fraction has been adequately described in the literature and is known to the person skilled in the art.
Es wurden jedoch nichtlineare Fehleranteile gefunden, welche auf mehrere, nicht eindeutig identifizierbare Vorgänge zurückzuführen sind. Es sind bspw. Nichtlinearitäten als Wirkung von Temperaturgradienten und/oder Wärmegradienten beim Bonden vorhanden. Die Wirkung des Pins zur Bondinitiierung kann als Zwang zur Nichtlinearität führen. Es können Turbulenzen beim Bondvorgang ebenfalls zu run-out-Fehler führen. Diese Nichtlinearitäten können bspw. mit einer quadratischen Funktion angenähert werden.However, non-linear error components were found, which are due to several, not clearly identifiable processes. There are, for example, nonlinearities as the effect of temperature gradients and / or thermal gradients during bonding. The effect of the pin for bond initiation can lead to non-linearity. Turbulence in the bonding process can also lead to run-out errors. These nonlinearities can be approximated, for example, with a quadratic function.
Wird der Heizzonen-Probenhalter so betrieben, dass die resultierende Verzerrung und/oder Dehnung und/oder Position eine quadratische Funktion mit entgegengesetztem Vorzeichen darstellt, wie die Kurve K2 dies darstellt, kann der resultierende run-out K3 als K1 + K2 verstanden werden.If the heating zone sample holder is operated such that the resulting distortion and / or strain and / or position represents a quadratic function of opposite sign, as curve K2 illustrates, the resulting run-out K3 can be understood as K1 + K2.
Es ist ein erfindungsgemäß wichtiger Aspekt der erfindungsgemäßen Ausführungsform und der erfindungsgemäßen Prozesse, den resultierenden Run-out Fehler K3 an jeder Position r zum Verschwinden zu bringen, daher eine Kurve zu erzeugen, die möglichst deckungsgleich zur Abszisse ist, also die Eigenschaft K4(r) = 0 für alle r besitzt. Da es technisch sehr schwer möglich sein wird, eine Kurve mit der Eigenschaft K4(r) = 0 für alle r zu erzeugen, wird in der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Heizzonen-ProbenhalterHeating zones grips
- 1o1o
- Funktionelle Oberfläche des Heizzonen-ProbenhaltersFunctional surface of the heating zone sample holder
- 2i2i
- unteres Substratlower substrate
- 2i2i
- zu bondende Kontaktfläche des unteren Substratesbonding surface of the lower substrate to be bonded
- 2a 2a
- äußere Auflagefläche des unteren Substratesouter bearing surface of the lower substrate
- 33
- oberes Substratupper substrate
- 3i3i
- zu bondende Kontaktfläche des oberen Substratesbonding surface of the upper substrate to be bonded
- 3a3a
- äußere Auflagefläche des oberen Substratesouter bearing surface of the upper substrate
- 44
- oberer Probenhalterupper sample holder
- 4o4o
- Funktionelle Oberfläche des oberen ProbenhaltersFunctional surface of the upper sample holder
- 5, 5'5, 5 '
- Vakuumbahnenvacuum tracks
- 66
- FusionsbondanlageFusion Bond Investment
- 77
- BondinitiierungspinBond initiation spin
- 8, 8'8, 8 '
- aktive und/oder passive Lageregelung und/oder Schwingungsdämpfungactive and / or passive position control and / or vibration damping
- 99
- Hilfsaggregate: Elektrik, Elektronik, Steuerung/Regelung, Recheneinheit, Vakuum, DruckluftAuxiliary units: electrical system, electronics, control unit, computing unit, vacuum, compressed air
- 1010
- Beobachtungsmittel für den run-out-FehlerMonitoring means for the run-out error
- 11, 11', 11'', 11''', 11iv11, 11 ', 11' ', 11' '', 11iv
- Signal-, Versorgungs- sowie DatenleitungenSignal, supply and data lines
- 12, 12', 12'', 12n12, 12 ', 12' ', 12n
- Heizzonenheating zones
- 13, 13', 13'', 13'''13, 13 ', 13' ', 13' ''
- Thermischer IsolatorThermal insulator
- 1414
- Pins, NoppenPins, pimples
- 1515
- Sensoren, insbesondere TemperaturfühlerSensors, in particular temperature sensors
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 2656378 [0029] EP 2656378 [0029]
- US 5094536 A [0032] US 5094536 A [0032]
- WO 2009/133682 A1 [0032] WO 2009/133682 A1 [0032]
- EP 2656378 A1 [0036, 0037, 0041] EP 2656378 A1 [0036, 0037, 0041]
- EP 2463892 B1 [0036] EP 2463892 B1 [0036]
- EP 26563781 B [0037, 0041] EP 26563781 B [0037, 0041]
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5094536A (en) | 1990-11-05 | 1992-03-10 | Litel Instruments | Deformable wafer chuck |
WO2009133682A1 (en) | 2008-04-30 | 2009-11-05 | 株式会社ニコン | Evaluation method and evaluation device |
EP2463892B1 (en) | 2010-12-13 | 2013-04-03 | EV Group E. Thallner GmbH | Device, assembly and method for detecting alignment errors |
EP2656378A1 (en) | 2010-12-20 | 2013-10-30 | Ev Group E. Thallner GmbH | Accommodating device for retaining wafers |
-
2016
- 2016-02-16 DE DE202016000967.3U patent/DE202016000967U1/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5094536A (en) | 1990-11-05 | 1992-03-10 | Litel Instruments | Deformable wafer chuck |
WO2009133682A1 (en) | 2008-04-30 | 2009-11-05 | 株式会社ニコン | Evaluation method and evaluation device |
EP2463892B1 (en) | 2010-12-13 | 2013-04-03 | EV Group E. Thallner GmbH | Device, assembly and method for detecting alignment errors |
EP2656378A1 (en) | 2010-12-20 | 2013-10-30 | Ev Group E. Thallner GmbH | Accommodating device for retaining wafers |
EP2656378B1 (en) | 2010-12-20 | 2015-03-18 | Ev Group E. Thallner GmbH | Accommodating device for retaining wafers |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |