JP6516889B2 - 基板スタックを取り扱うための、収容システム及び装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に記載の基板スタックを取り扱うための収容システム、請求項５に記載の基板スタックを取り扱うための装置、並びに、請求項１３に記載の相応の方法に関する。

半導体産業においては、通常の場合、製品基板又は支持基板のような種々の基板が相互に接合される。この接合過程はボンディングと呼ばれる。ボンディングは２種類に、つまり、一時的なボンディング及び永続的なボンディングに分類することができる。一時的なボンディングでは、第１の基板、多くは製品基板が、第２の基板、特に支持基板にボンディングされ、支持基板によって製品基板が安定化される。

製品基板に更なる処理が施されると、製品基板を支持基板から剥離することができる。この剥離過程は専門用語でデボンディングと呼ばれる。

永続的なボンディングでは、２枚の基板間、多くの場合は２枚の製品基板間の不可逆性の接合を達成することが試みられる。この種類のボンディングは、特に、異なる機能平面を有している基板スタックを構成するために使用される。Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ発行の刊行物ＥＣＳ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ０１／２０１０；３３号の第５０９−５１７頁、Ｄｒａｇｏｉ，Ｖ．及びＰａｂｏ，Ｅ．著「Ｗａｆｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ」には、例えば、種々のボンディング方法に関する概要が記載されている。

特に、永続的なボンディングを実施する前には、製品基板の表面に設けられているアライメントマークを介して、製品基板を非常に高い精度で相互に位置合わせする必要がある。基板のアライメントとボンディングは、今日においては主として異なるモジュールにおいて、つまりアライメントモジュールとボンディングモジュールにおいて行われている。ボンディングモジュールは単にボンダとも称される。アライメントモジュール及びボンディングモジュールが分離されている場合の重要な側面は、相互にアライメントされた基板のアライメントモジュールからボンディングモジュールへの搬送にある。その搬送経路上では、たとえその経路が非常に短くとも、２枚の基板が相互にずれる可能性がある。従って、相互にアライメントされた基板を固定することが必要になる。

従来技術において、２枚の基板の固定は例えば、機械的なクランプを用いて行われている。機械的なクランプは、大抵の場合、基板ホルダ（チャック（英語：chuck）又はフィクスチャ（英語：fixture））に接続されている。２枚の基板のうちの一方は直接的に基板ホルダに置かれる。第２の基板が第１の基板に対して相対的にアライメントされた後に、２枚の基板が接触される。実際にボンディングプロセスが行われるまで、２枚の基板相互の完全な接触を阻止するためにスペーサが非常に頻繁に使用されており、そのようなスペーサは２枚の基板間の縁部から挿入される。スペーサの使用に依存せずに、機械的なクランプは２枚の基板を基板ホルダに固定することができる。２枚の基板の収容及び固定のために基板ホルダが使用される場合には、基板ホルダ及び基板を手動で、又はロボットアームによって全自動で、アライメントモジュールからボンディングモジュールへと搬送する必要がある。

本発明の課題は、基板スタックの取り扱いを改善及び／又は簡略化する、収容システム、装置及び相応の方法を提供することである。

この課題は、請求項１，５及び１３の特徴部分に記載の構成によって解決される。本発明の有利な発展形態は、従属請求項に記載されている。本発明には、明細書、特許請求の範囲及び／又は図面に示した特徴のうちの少なくとも２つの特徴からなるあらゆる組み合わせも含まれる。本明細書に記載されている値の範囲において、そこに挙げられた境界内の値も限界値として開示されているとみなされるべきであり、また任意の組み合わせについても権利を主張できるとみなされる。

本発明は、特に、２枚の（半導体）基板を、若しくは２枚の（又はそれ以上の数の）基板から形成される基板スタックをアライメント、クランプ及びボンディングするための方法と装置に関する。本発明による方法は、有利には、超高真空環境において使用される。

本発明が基礎とする着想は、特に基板スタックの基板同士の接触面とは反対側に位置する２つの保持面のうちの少なくとも一方の面における収容システム（チャック又はフィクスチャ）を省略しつつ、アライメントされた２枚の（又はそれ以上の数の）基板を磁気的な固定手段によって相互に接するように固定し、それによって、基板を固定位置において相互にアライメントされた基板スタックとして取り扱えるようにすることである。

特に、本発明は、基板スタックを形成する２枚又はそれ以上の数の基板を、基板スタックの相互に背中合わせの各面に設けられている少なくとも２つの磁石を介して固定する方法によって処理する。磁石によって形成される保磁力は、０．０１Ｎより大きい、有利には０．１Ｎより大きい、より有利には１Ｎより大きい、更に有利には１０Ｎより大きい、最も有利には１００Ｎより大きい。ここで示した力の値は、もっとも簡単には、２つの磁石のうちの少なくとも一方が、ばね秤に取り付けられ、第２の磁石に近付けられ、その結果、２つの磁石間に生じる力作用によってばね秤が伸長し、従って、２つの磁石の磁気吸引力によって惹起される力が簡単に求められる。２つの磁石が垂直位置にあり、且つ、異なる質量を有する場合には、求められた力の値を重力に対して補正することができる。しかしながらまた、磁力の測定は他の公知の検査方式によっても求めることができる。

一般的に、棒磁石では、クーロンの法則に相当する磁気力の法則（magnetic force law）を識別することができる。磁力は、２つの磁石の磁極強度の積に正比例するが、しかしながら、距離の二乗に反比例する。磁力は、距離ｒが長くなるにつれ、１／ｒ²で減少する。この法則は、「静磁気力の法則（magnetostatic force law）」としても知られている。

本発明に従い２枚の基板の相互の固定を保証し、且つ、各基板の厚さを多くの場合に非常に良好に決定できるようにするために最小限の保磁力が必要とされるので、「静磁気力の法則」の利用によって、２枚の基板を相互に固定するために必要とされる最小限の磁力を決定することができる。これによって、所定の基板スタック厚さに関して相応の最小限の力を加えることができる磁性材料を所期のように選択することができる。

本発明による基板は、有利には基板、特に半導体基板、有利にはウェハである。それらの基板は、１５００μｍ未満、更に有利には１０００μｍ未満の厚さを有している。

従って、取り扱い（特にアライメントモジュールからボンディングモジュール又はその他の処理モジュールへの搬送）に関して、基板スタックの２つの保持面のうちの一方又は両方において収容システム（基板ホルダ）を一緒に搬送することを省略できる。基板ホルダは大抵の場合、非常に高価であり、特に１つのモジュールに関して最適化された重量のあるツールである。従って、モジュール間の基板ホルダの搬送はエネルギ及びコストに結び付くが、本発明によってそれらを節約することができる。特に、有利にはボンディングモジュールにおける基板ホルダとは異なる基板ホルダが使用されるアライメントモジュールの用途においては、基板スタックだけを固定手段によって移動又は搬送することができ、その際に、基板スタックの基板のアライメントが損なわれることはないことから、本発明は技術的に優れた利点を有している。

アライメントされた基板スタックをモジュール間で搬送するための基板ホルダの使用を完全に無くすことができる。これによって、上述のエネルギ及びコストが節約されるだけでなく、必要とされる基板ホルダを、本来意図して構成された目的のために解放することもできる。従って、搬送のために基板ホルダを転用することは、本発明による実施の形態によって回避される。

本発明による収容システムは、（１つ又は複数の）凹部が、周縁に配置されている少なくとも１つの段部として形成されており、また、固定手段を当接させるための当接セクションと、当接面の中心に向けられており、且つ、固定手段を載置するための載置セクションと、を備えるようにすることによって、更に発展させることができる。本発明によれば、固定手段、特に磁石体の形態の固定手段が、少なくとも大部分は自身の固有の重量によって、有利には完全に自身の固有の重量によって、基板が固定位置に固定手段によって固定されるまで、凹部に保持される。その際、凹部が周縁に均一に分散されて配置されており、特に、全周にわたり途切れることなく配置されている、及び／又は、それぞれが対向して配置されている場合には有利である。

収容システムの別の有利な実施の形態によれば、当接セクションが、収容面に対して、６０°よりも小さい角度ａ、特に４５°よりも小さい角度ａ、有利には３０°よりも小さい角度ａ、更に有利には１５°よりも小さい角度ａで傾斜されている。これによって、固定手段がまだ固定位置に位置していないか、又は、固定手段の磁気作用が生じていない限りは、固定手段の、特に磁石体の、有利には球形状の磁石体の自発的な移動が実現される。

本発明による装置の有利な実施の形態によれば、固定手段が少なくとも２つの磁石エレメントペアを有している。磁石エレメントペアの各磁石体を基板スタックの各保持面に配置することによって、基板は、少なくとも大部分は磁石エレメントペアの磁力でもって、有利には完全に磁石エレメントペアの磁力でもって、アライメントされた固定位置に固定される。

磁石エレメントペアが、磁気的に作用する第１の磁石体と、その第１の磁石体によって磁気吸引される、特に磁気的に作用する第２の磁石体と、から形成されていることによって、基板をアライメントされた固定位置に僅かな手間で固定することができる。有利には、第１の磁石体は、第２の磁石体から空間的に離隔されている。

装置の発展形態においては、第１の磁石体及び／又は第２の磁石体が球形状に形成されている。球形状に形成することによって、基板の保持面における当接面は最小になり、また球形状の磁石体を、ボンディング過程後に、又はボンディング過程中に、簡単に、各保持面から機械的に擦り取ることができる。相互に固定すべき基板の表面のうちの一方の表面の各々にある２つの磁石球の極が強制的に相互に整列されることによって、磁石体は基板の相互に対向する位置に固定されている。

磁石体を、以下の方法のうちのいずれかによって剥離することができる：
−機械的な装置を用いて、能動的且つ機械的に擦り取るか、又は転がして取る、
−温度及び／又は交番磁場を用いた消磁によって惹起される、磁石体のうちの少なくとも一方の磁力の消失でもって、受動的且つ機械的に落下させる、
−グリップを用いて、磁石体を機械的に把持する、及び／又は、
−１つ又は複数の磁石を用いて、磁石体を磁気的に吸引する。

本発明の別の有利な実施の形態によれば、装置は、第１の基板を第２の基板に対して相対的にアライメントするためのアライメントシステムと、両基板を接触さえるための接触システムと、を有している。更に有利には、装置は、固定手段、特に磁石体を、基板スタックの相互に背中合わせの面に位置決めするための位置決めシステムを有している。

収容システムに関して記述した特徴は、以下において説明する方法の特徴としても開示されているとみなされるべきであり、またその逆についても当てはまる。

第１の基板と、その第１の基板に対してアライメントされている第２の基板と、から成る、ボンディングすべき基板スタックを取り扱うための方法も独立した発明として開示されており、この方法においては、基板スタックを取り扱うために、第１の基板は、第２の基板に対して相対的に、磁気的に作用する固定手段によって、アライメントされた固定位置に固定される。

上記の方法の有利な実施の形態によれば、固定手段も、基板スタックの相互に背中合わせの保持面に位置決めされる。

本発明の更なる利点、特徴及び詳細は、有利な実施例についての、それぞれが概略的に示されている図面に基づく説明より明らかになる。

本発明に従い固定手段によって固定されている基板スタックの第１の実施の形態を示す。 本発明に従い固定手段によって固定されている基板スタックの第２の実施の形態を示す。 本発明に従い固定手段によって固定されている基板スタックの第３の実施の形態を示す。 本発明による方法の実施の形態の第１のプロセスステップを示す。 図４ａに示した実施の形態の第２のプロセスステップを示す。 図４ａに示した実施の形態の第３のプロセスステップを示す。 図４ａに示した実施の形態の第４のプロセスステップを示す。 図４ａに示した実施の形態の第５のプロセスステップを示す。 図４ａに示した実施の形態の第６のプロセスステップを示す。 図４ａに示した実施の形態の第７のプロセスステップを示す。 図４ａに示した実施の形態の第８のプロセスステップを示す。 図４ａに示した実施の形態の第９のプロセスステップを示す。 図４ａに示した実施の形態の第１０のプロセスステップを示す。 図４ａに示した実施の形態の第１１のプロセスステップを示す。 本発明による装置の第１の実施の形態を示す。 本発明による装置の第２の実施の形態を示す。 ２つの異なる磁性材料に関する２つの曲線が示されている、磁力と距離との関係を表すグラフを示す。 磁石体を剥離するための本発明による第１の実施の形態を示す。 磁石体を剥離するための本発明による第２の実施の形態を示す。 磁石体を剥離するための本発明による第３の実施の形態を示す。

図面において、本発明の利点及び特徴には、本発明の実施の形態に従い、それらの利点及び特徴をそれぞれ識別する参照番号を付してあり、また同一又は同様の機能を有する構成部材又は特徴には同一の参照番号を付している。

全体に個々の特徴の機能を描写できるようにするために、図面においては、本発明による特徴を縮尺通りには図示していない。個々の構成部材の比率も、部分的には比率通りには示していない。

既述の実施の形態に関して、異なる材料から形成されており且つ異なる幾何学形状を有している磁石体５，５’，５”の形態の、種々の本発明による固定手段が使用される。それらの磁石は特に強磁性である。磁石は有利には、以下の元素、又は、以下の合金のうちの１つから成る。
・特に室温及び高温の用途を目的とした場合：鉄、ニッケル、コバルト、
・特に低温の用途を目的とした場合：ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム及びエルビウム、
・合金：ＡｌＮｉＣｏ，ＳｍＣＯ，Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ，ＥｕＯ，ＣｒＯ₂，Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀，ＮｉＦｅＣｏ合金、ホイスラー合金。

磁石体のための材料の選択を以下のように行うことができる。所定の最大基板スタック厚さｄ_max（図１及び図６を参照されたい）に対して、最小保持力、即ち最小磁力Ｆ_magが必要になる。この最小保持力Ｆ_magは、磁石体５によってもたらされる。少なくともこの最小磁力Ｆ_magが加えられることを保証するために、図６に従い、点線によって表されている磁力と距離との関係を示す曲線を有している材料Ｋ２を選択する必要がある。

図１から図３には、第１の基板４及び第２の基板１３から形成されている基板スタック１４が示されており、それらの基板スタック１４は、第１の基板４の第１の接触面４ｏ及び第２の基板１３の第２の接触面１３ｏにおいて相互に正確にアライメントされている。２つの表面４ｏ及び１３ｏに平行な水平方向の平面内での、２つの基板４及び１３の正確なアライメントからの偏差は、１ｍｍ未満、有利には１０μｍ未満、より有利には１μｍ未満、更に有利には１００ｎｍ未満、特に有利には１０ｎｍ未満、最も有利には１ｎｍ未満である。このアライメントのために、特にアライメントマーク１１（図４ｄを参照されたい）が設けられている。基板スタック１４は、磁石体５の形態の固定手段によって固定位置に固定される。

図１に示されている第１の実施の形態においては、磁石体５は球形状である。磁石体５はそれぞれ磁石エレメントペア５ｐとして、第１の接触面４ｏ及び第２の接触面１３ｏとは反対側の保持面４ｈ，１３ｈに配置されている。各磁石エレメントペア５ｐの磁石体５は、相互的な磁気吸引力によって自己固定されている。磁石体５はこれによって、それら磁石体５が配置されている各保持面４ｈ，１３ｈの方向に法線力を及ぼし、それによって、基板４，１３は相互に接して固定される。

球形の磁石体５は、接触している基板４，１３に対して点状の負荷しか及ぼさないという利点を有している。生じる力は、２枚の基板４及び１３を共に保持するには確かに十分に大きいが、しかしながら、いかなる場合においてもそれら２枚の基板のうちの一方を破壊するに足る大きさにはならない、という事実に基づき、これによって局所的に限定された、比較的高い圧力を、少数の磁石体５だけで生じさせることができる。更に、点状の負荷が及ぼされる場合には、保持面４ｈ，１３ｈ又は基板４，１３の全表面の汚染は最小になり、このことは、高純度のプロセスにとって有利である。球状の磁石体５の剥離は、有利には、各保持面４ｈ，１３ｈに沿った、機械的な擦り取り又はその他の公知の方式のいずれかによって行われる。

図２に示した別の実施の形態においては、磁石体５’が円筒状に形成されている。円筒状の磁石体５’は、生じた磁力が少なくとも完全に点状に印加されずに、その代わりに、磁石５’の当接面５’ｏにわたり分散されるという利点を提供する。もっとも、円筒の軸が基板表面４ｏ及び１３ｏに対して平行であるように磁石体５’が取り付けられる場合を除いて、円筒状の磁石体５’は球形状の磁石体５のように簡単には転がして取り除くことができないので、プロセスステップ後の円筒状の磁石の剥離はより困難になる点は欠点である。

特に、磁石体５’は支持プレート２５内に統合されるか、又は嵌め込まれるように形成することができる。支持プレート２５は磁石体５’を収容する以外に、基板スタック１４を支持プレート２５の支持面２５ｏにおいて支持するために使用される。

図３による別の実施の形態においては、リング状の磁石体５”が使用され、その外形は各基板４，１３に対応し、基板４，１３が円形である特別な場合には、磁石体５”の直径は各基板４，１３の直径に対応する。保持面４ｈ，１３ｈを横切る方向における、ここに示されている磁石体５”の厚さは、数ｍｍである。有利には、磁石体５”の厚さは０．１ｍｍよりも厚く、有利には０．５ｍｍよりも厚く、より有利には１．０ｍｍよりも厚く、更に有利には２ｍｍよりも厚く、特に有利には３ｍｍよりも厚く、最も有利には５ｍｍよりも厚いが、しかしながら特に１０ｍｍよりは薄い。リング状の磁石５”を、本発明によれば、相応の形状を有している既述の支持プレート２５内に同様に組み入れることができる。

別の有利な実施の形態においては、前述のヴァリエーションの代わりに、少なくとも１つのトーラス状の磁石体が使用され、その外形は基板に類似し、特に基板４，１３が円形である特別な場合には、磁石体の直径は基板の直径に近似する。本発明によれば、上述の円筒状の実施の形態と同様に多数の小型のトーラス状の磁石体を使用すること、又は、上述のリング状の実施の形態と同様に単一のトーラス状の磁石体を使用することが考えられる。

本発明によれば、第１の基板４が、磁石体５，５’，５”の少なくとも２つの磁石エレメントペア５ｐを介して、第２の基板１３と相互に接合される。

択一的な各実施の形態では、各磁石エレメントペア５ｐにおいて、基板スタック１４の両保持面４ｈ，１３ｈの一方の保持面には磁性の磁石体５，５’，５”が１つだけ設けられているが、他方の保持面には、特に対応する形状を有しており、且つ、「磁化可能な材料」から成る磁石体５，５’，５”が設けられている。「磁化可能な材料」は、磁性の磁石体５，５’，５”に比べて、実質的に磁化が弱いことを特徴としている。磁石５，５’，５”に近接していることによって、少なくとも部分的な磁化が行われるので、従って、本発明の意味において磁石が存在すると言える。「磁化可能な材料」とは、有利には、以下の元素又は合金のうちの１つである：
・鋼（フェライト鋼）、鉄、
・ミューメタル、
・強磁性アモルフ金属、
・強磁性ナノクリスタル金属、

本発明によれば、球形状の磁石体５の当接点に作用する緊締力は、０．０１Ｎを上回る、有利には０．１Ｎを上回る、より有利には１Ｎを上回る、更に有利には１０Ｎを上回る、最も有利には１００Ｎを上回るが、しかしながら１０００Ｎを下回る。対応する圧力は、既知の公式に基づき、使用される磁石の各幾何学形状に依存して算出される。緊締力は、接触面４ｏ，１３ｏにおいて相互に接触している２枚の基板４，１３の表面の静止摩擦係数と共に、克服すべき相応の静止摩擦をもたらす。

以下では、アライメントプロセス後に基板スタック１４を形成する２枚の基板４及び１３を固定又は固着するために、磁石５，５’，５”を用いる本発明による固定方式が使用される、本発明による方法の実施の形態を説明する。

図４ａに示した第１のプロセスステップにおいては、第１の基板ホルダ１（収容システム）が、プロセス装置（クラスタ１７）のアライメントモジュール３に準備される。基板ホルダ１は、第１の基板４を収容するための収容面１ｏを有している。更に、基板ホルダ１は、少なくとも１個、有利には少なくとも２個、より有利には３個以上、更に有利には６個より多く、特に有利には９個より多く、最も有利には１２個より多くの凹部２を有している。凹部２は、有利には、本発明による磁石体５の形状に適合されている。

磁石体５が球形状である場合には、球形の磁石体５が転がり離れること又は転がり落ちることを阻止するために、固定位置が確立され、且つ、磁石体５が相互的に固定されるまで、当接セクション２ｏは、有利には角度ａだけ内側に向かって斜めに延在している。

磁石体５’が円筒状の磁石体５’である場合には、円筒状の磁石体５’を安定して載着させることができるようにするために、当接セクション２ｏは有利には収容面１ｏに平行に延在している。

図４ｂに示した第２のプロセスステップにおいては、本発明による磁石体５が凹部２に位置決めされる。この位置決めを手動で行うことができるか、又は有利には、半自動式の位置決めシステム６によって、更に有利には全自動式の位置決めシステム６によって行うことができる。例えば、球形状の磁石体５を連続的に供給するためのホース７と、保持部８と、収容部２に接近させることができる弁９と、から成る、半自動式又は全自動式の位置決めシステム６を用いて、凹部２に球形状の磁石体５を充填することも考えられる。ホース７の端部には、相応に全自動式に制御される弁９が設けられており、この弁９は磁石体５を個別に吐出することができ、また弁９には、ホース７を介して別の球形状の磁石５が連続的に供給される。この制御は、特にソフトウェア支援型の制御装置によって行われ、この制御装置は、プロセス装置のその他のシステムの制御も管轄する。

図４ｃに示した第３のプロセスステップにおいては、第１の基板４の保持面４ｈが、第１の基板ホルダ１の収容面１ｏの上に降ろされる。第１の基板はあらゆる任意の形状を有することができ、また特に、その接触面４ｏを任意に構造化することができる。有利には、第１の基板４はアライメントマーク１１を有している。アライメントマーク１１の位置を、アライメントモジュール３内の相応の光学系１２によって検出することができる。検出されたデータを用いて、制御システムを介した制御が実現される。

図４ｄに示した第４のプロセスステップにおいては、第２の基板１３が第１の基板４に対してアライメントされる。その際、アライメントマーク１１が参照点として使用される。当業者であれば、図４ｄにおいて、いわゆる「裏面アライメント」が行われていることを理解する。この特別なアライメント方式では、アライメントマーク１１は常に、各基板の同一側に設けられている。しかしながら、基本的にはあらゆる方式のアライメントを使用することができる。基板１３を保持する第２の基板ホルダは、図面を見やすくするためにここでは図示していないが、しかしながら、第１の基板ホルダ１に対応するものである。全ての基板ホルダを特に、赤外線光及び／又は可視光に対して透過性にすることができる。

代替的な実施の形態においては、相応の穴、孔又は貫通部を介して、光学系１２がアライメントマーク１１を見えるようにすることができる。

図４ｅに示した第５のプロセスステップにおいては、２枚の基板４及び１３が相互に接触される。

図４ｆに示した第６のプロセスステップにおいては、小型の磁石体５が、有利には第２のプロセスステップにおいて使用したものと同じ磁石体が、第２の基板１３の保持面１３ｈに被着される。有利には、ここでもまた、第２のプロセスステップにおいて使用した物と同じ位置決めシステム６が使用される。

図４ｇに示した第７のプロセスステップにおいては、本発明に従い複数の磁石体５を用いて固定されている、少なくとも２枚の基板４，１３から成る基板スタック１４が得られる。本発明による実施の形態では、図４ｄ及び図４ｅに示したプロセスステップが必要に応じて何度も繰り返されることによって、２枚より多くの基板を固定することもできる。

図４ｈに示した第８のプロセスステップにおいては、本発明による基板スタック１４がロボット搬送システム１５によって、アライメントモジュール３からボンディングモジュール１６へと搬送される。アライメントモジュール３及びボンディングモジュール１６は、有利には、クラスタ１７の一部であり、特に高真空クラスタの一部である（図５ａ又は図５ｂを参照されたい）。クラスタ１７には、基板スタック１４を処理するためのその他の別のモジュール１８を設けることもできる。それらのモジュール１８として、解析モジュール、加熱モジュール、冷却モジュール、コーティングモジュール、特に、遠心分離及びスプレーコーティングモジュール、現像モジュール、エッチングモジュール、洗浄モジュール等が考えられる。クラスタ１７は有利には高真空クラスタである。モジュール３，１６，１８は、真空化可能な中央チャンバ１９内に含まれている。更に、全てのモジュール３，１６，１８は有利には、中央チャンバ１９に対して気密にシールすることができ、また中央チャンバ１９から独立して真空にすることができる。中央チャンバ１９はロック室１８を介して周囲に接続されている。

図４ｉに示した第９のプロセスステップにおいては、本発明による基板スタック１４が、ボンディングチャック凹部２１を備えているボンディングチャック２０（収容システム）の収容面２０ｏの上に降ろされる。ボンディングチャック凹部２１の当接セクション２１ｏは、有利には、磁石ペア５ｐの磁石体５の磁気的な作用の消失時に、重力によって磁石５が自動的に剥離するように製造されている。特に、当接セクション２１ｏは、ボンディングチャック２０の当接面２０ｏに対して、特に角度ａ’だけ傾斜されている。

図４ｊに示した第１０のプロセスステップにおいては、圧力プレート凹部２３を備えている圧力プレート２２を、基板スタック１４における第２の基板１３の保持面１３ｈに押し付けてボンディング過程を実施することによって、ボンディング過程が実施される。ボンディング過程は大抵の場合、高められた温度において実施される。基板スタック１４はボンディングチャック２０及び／又は圧力プレート２２を介して加熱される。有利には、ボンディングチャック及び／又は圧力プレート内には相応の（図示していない）加熱エレメントが設けられている。圧力プレート凹部２３は、特に当接面２０ｏに対して傾斜して延在する表面２３ｏを有している。

本発明の実施の形態の拡張形態においては、磁石体５がキュリー点を超える温度まで加熱され、その結果、磁石体５はその磁化を失い、有利には自動的に基板スタック１４から落下する（図４ｋを参照されたい）。ボンディングチャック凹部２１内の磁石体５は、有利には、ボンディングチャック凹部を構造技術的に相応に形成することによって、重力だけで自ずと落下する。

択一的な実施の形態によれば、圧力プレート凹部にある磁石体５を、突き出しエレメント２４を介して押し出すことができる（図７ａを参照されたい）。ボンディングチャック凹部２１及び／又は圧力プレート凹部２３からの磁石５の離脱は、キュリー点以下の温度においても、機械的なやり方だけで相応の押出エレメント２４を介して行うこともできる。その場合、それらの押出エレメント２４を相応に、ボンディングチャック２０及び／又は圧力プレート２２内に組み込むことが必要になる（ボンディングチャック２０内の押出エレメント２４は図４ｉから図４ｋには図示していない）。落下した磁石５は相応にボンディングチャンバ内で収集されて貯蔵される。

別の実施の形態においては、磁石体５が、コイル３３及び磁心３２から成る電磁石３４によって、第１の基板及び／又は第２の基板から剥離される（図７ｂを参照されたい）。第１の実施の形態においては、ただ１つの電磁石３４が一方の側において使用される。磁石体５を電磁石３２によって剥離し、続いて電磁石３４を遠ざけることによって、第２の磁石体は自動的にその保磁力を失い落下する。特別な実施の形態においては、基板スタックの上面において１つの電磁石３４が使用され、且つ、基板スタックの下面において別の１つの電磁石３４が使用される。電磁石３４による磁石体５の剥離は、コイル３３への電流供給を停止して電磁界が遮断されることによって行われる。２つの電磁石３４を使用する場合には、上側の極性及び下側の極性をそれぞれ相応に選択することができ、従って、＋／＋，−／−，＋／−又は−／＋の組み合わせが考えられる。磁石体５は、それら磁石体５の極が電磁石３４の印加されている極に応じて整列されるまで、相応に回転される。

別の実施の形態においては、Ｕ字の形状の磁心が使用され、その磁心の極はそれぞれ基板スタックの上面又は下面に向けられている（図７ｃを参照されたい）。本発明によれば、ここではコイル３３が１つだけ使用される。図７ｃに示した電磁石３４のＵ字の形状によって、単一のコイルを用いて、２つの異なる極が形成される。従って、極性の組み合わせの可能性として＋／−又は−／＋が考えられる。磁石体５は、それら磁石体５の極が電磁石３４の印加されている極に応じて整列されるまで、相応に回転される。

磁石体５を剥離するための上述の本発明による種々の実施の形態に関して、それらがｘ方向及び／又はｙ方向及び／又はｚ方向に可動であって、その結果、磁石体５に向かって移動させることができ、磁石体５の剥離が成功した後には、再び基板スタックから遠ざけることができるように、それらの実施の形態が構成されていることは、当業者にとって自明である。

有利な実施の形態においては、後に磁石体５が改めて磁化されることによって再利用されるので、閉じられた循環が生じる。

ボンディング過程の際に生じる接合力は、１００Ｎより大きく、有利には１０００Ｎより大きく、更に有利には１００００Ｎより大きく、特に有利には１０００００Ｎよりも大きい。ボンディング温度は５０℃よりも高く、有利には１００℃よりも高く、より有利には２００℃よりも高く、更に有利には４００℃よりも高く、特に有利には６００℃よりも高く、最も有利には８００℃よりも高い。

上述の本発明による方法は、アライメントモジュールとボンディングモジュールとの間の基板搬送にのみ限定されるものではない。本発明による方法は、基板スタック１４をある区間にわたり搬送するために、複数枚の基板を１つの基板スタック１４に固定することが問題となる場合には、基本的に常に使用することができる。それどころか、本発明による磁石体５，５’，５”が十分に強力である場合には、基板スタック１４を長い距離にわたり搬送することも可能となる。

本発明による方法は、特に、クラスタ１７における、特に高真空クラスタにおけるアライメント及びボンディングに適している。

図５ａ及び図５ｂに示されている２つの実施の形態においては、クラスタ１７，１７’が、クラスタロックゲート２７、中央チャンバ１９及び相応のモジュール３，１６，１８から形成されている。クラスタロックゲート２７には、入口ＦＯＵＰ（front opening unified pod−ラック［複数枚の基板の保持部］）３０と、基板４，１３を搬入及び搬出するための出口ＦＯＵＰ３１が接続されている。

基板４，１３の収容は、ロボットシステム１５を用いて行われ、このロボットシステムは基板４，１３を、クラスタロックゲート２７を介して中央チャンバ１９内に運び込む。中央チャンバは真空化可能であり、それどころか有利には、中央チャンバに超高真空を生じさせることができる。

中央チャンバ１９を排気して、圧力を、１０^-3ｍｂａｒを下回る値に、有利には１０^-4ｍｂａｒを下回る値に、より有利には１０^-5ｍｂａｒを下回る値に、更に有利には１０^-6ｍｂａｒを下回る値に、特に有利には１０^-7ｍｂａｒを下回る値に、最も有利には１０^-9ｍｂａｒを下回る値に下げることができる。

モジュール３，１６，１８の各モジュールをそれぞれ真空にすることができ、またモジュールロックゲート２６によって、中央チャンバから気密に離隔させることができる。各モジュールを排気して、圧力を、１０^-3ｍｂａｒを下回る値に、有利には１０^-4ｍｂａｒを下回る値に、より有利には１０^-5ｍｂａｒを下回る値に、更に有利には１０^-6ｍｂａｒを下回る値に、特に有利には１０^-7ｍｂａｒを下回る値に、最も有利には１０^-9ｍｂａｒを下回る値に下げることができる。

第１の実施の形態（図５ａを参照されたい）においては、各モジュール３，１６，１８がモジュールロックゲート２６を介して中央チャンバ１９に接続されている。モジュール３，１６，１８は、中央チャンバ１９の周囲に星形に配置されている。

クラスタ１７’の第２の実施の形態（図５ｂを参照されたい）においては、種々のモジュール３，１６，１８が搬送システム２８に沿って相互に平行に配置されており、且つ、搬送システム２８上を１つ又は複数のロボットシステム１５が動くことができる。複数のグリッパアームを備えているロボットシステム１５を１つだけ設けることも考えられる。ここでは、各モジュール３，１６，１８がモジュールロックゲート２９を介して中央チャンバ１９に接続されている。

以下では、一方では本発明による磁石クランプを使用し、他方ではクラスタ１７を使用する、ボンディングプロセスの特別な実施の形態を説明する。

第１の基板４は、有利には入口ＦＯＵＰ３０から、クラスタロックゲート２７を介して、クラスタ１７へと運ばれるか、又は、第１の基板４は、既にクラスタ１７内に存在している。クラスタ１７は有利には、クラスタロックゲート２７を閉鎖した直後に真空にされる。その後、ロボット搬送システム１５は基板４を前処理モジュール１８へと移動させる。前処理モジュール１８は、モジュールロックゲート２６が開放される前に、真空にされる。第１の基板４は続けて、前処理モジュール１８へと搬入され、相応に前処理される。前処理モジュールとして、例えば加熱モジュール、プラズマモジュール、基板表面にイオンを衝突させるためのイオン装置、スパッタ装置、ＵＶを放射するためのモジュール、金属を（ＰＶＤ，ＣＶＤ，ＰＥＣＶＤ，ＡＬＤにより）析出するためのモジュール、基板表面を所期のように酸化させるための装置等が考えられる。

第２の基板１３に対しても、同一及び／又は相応の別個のモジュール１８において、相応の類似の前処理が行われる。

第１の基板４は前処理モジュールからプリアライメントモジュールへと運ばれ、このプリアライメントモジュールにおいて第１の基板４の大まかなアライメントが行われる。

第２の基板１３は、ロボット搬送システムのロボットアームによって、前処理モジュールから取り出されて、回転され、また同様にプリアライメントモジュールにおいて、大まかに予備位置合わせされる。第１の基板４及び／又は第２の基板１３の大まかなプリアライメント（位置合わせ）のアライメント精度は、１ｍｍよりも良い、有利には５００μｍよりも良い、より有利には２５０μｍよりも良い、更に有利には１００μｍよりも良い、特に有利には５０μｍよりも良い、最も有利には２０μｍよりも良い。

第１の基板４はアライメントモジュール３へと運ばれ、そこにおいて予備固定され、例えば、静電式の基板ホルダによって、機械的なクランプによって、真空基板ホルダによって、又は接着によって予備固定される。第２の基板１３も同様にアライメントモジュール３へと運ばれ、第１の基板４に対して相対的にＸ−Ｙ方向（即ち、各接触面４ｏ，１３ｏに平行な方向）において位置合わせされる。更に、ウェッジエラーの補償が行われ、また２枚の基板４，１３が、数ｍｍ〜数ｃｍの間隔から、約２０μｍ〜２０００μｍまでの間隔まで相対的に接近される。

接触が成功すると、接触している２枚の基板４，１３から成る基板スタック１４の本発明によるクランプが、磁石クランプを用いて行われる。

続いて、クラスタ１７内でのボンディングチャンバ１６への搬送が行われる。基板スタック１４は、ロボット搬送システム１５によって、ボンダ内のピンの上に降ろされる。ピンは降下し、基板スタックがボンディングチャックの上に降ろされる。本発明の実施の形態によれば、ボンディングチャック２０及び／又は圧力プレート２２は、磁石体５，５’，５”を収容できるように作製されている。

続いて、圧力プレート２２の表面が基板スタック１４に接触される。ボンディングチャック２０、基板スタック１４及び圧力プレート２２が機械的に接触した時点から、磁石５，５’，５”を剥離することができる。磁石５，５’，５”は、キュリー点を上回る温度において強磁性が失われることに基づき自然に落下するか、又は、温度の上昇前及び／又は上昇後に機械的に剥離される。

本発明によれば、熱処理、ＵＶ光に対して透過性の圧力プレート２２を介するボンディングチャンバへのＵＶエネルギの注入、又は、基板スタックの上面と下面との間の電圧の印加が、陽極ボンディングと同様に必要とされると考えられる。

基板スタック１４の搬出前に、有利には、ボンディングチャンバの温度、またそれと共に基板スタックの温度は、ボンディング温度と室温との間の搬出温度に調整される。その後、ボンディングチャンバが開放され、ピンが基板スタックを持ち上げ、それによって、基板スタックをロボット搬送システムによって取り出すことができる。この時点では、磁石５，５’，５”は既に、ボンディングチャンバ内又はその近傍における収集用器内にある。

その後、基板スタックは有利には冷却モジュールへと搬送される。冷却モジュールにおいて、温度が室温まで下げられる。

完成した基板スタックは、クラスタロックゲート２７を介して高真空クラスタから出口ＦＯＵＰ３１へと搬出される。

図示されている最も簡単な実施の形態においては、中央チャンバ１９が、クラスタロックゲート２７及び／又はモジュールロックゲート２６を介して、種々のモジュールを中央チャンバ１９及び／又は周囲から離隔するロック室として機能する。もっとも本発明によれば、各モジュール３，１６，１８及び／又は入口ＦＯＵＰ若しくは出口ＦＯＵＰの前に固有のロック室を設けて、使用されるウェハのスループットを高め、且つ、連続的な稼働を保証することができるか、若しくは、付加的なＦＯＵＰの貯蔵容積を利用して連続的な稼働を保証することができる。

中央チャンバ１９と種々のモジュール３，１６，１８のうちの少なくとも１つのモジュールとの間のロック室の数、又は、中央チャンバ１９と入口ＦＯＵＰ又は出口ＦＯＵＰとの間のロック室の数は任意の数であってよい。少なくとも１つ、有利には少なくとも２つ、より有利には少なくとも３つ、更に有利には少なくとも４つ、特に有利には少なくとも５つ、最も有利には少なくとも６つのロック室の使用が特に有利である。

以下、親出願（特願２０１６−５０４５０１号）の出願当初の特許請求の範囲である。
[請求項１]
第２の基板（１３）にボンディングすべき第１の基板（４）を取り扱うための収容システム（１，２０）において、
−第１の基板（４）を収容するための収容面（１ｏ，２０ｏ）と、
−前記収容面（１ｏ，２０ｏ）に対して後退しており、且つ、前記第１の基板（４）を該第１の基板（４）にアライメントされている第２の基板（１３）に対して固定するための、磁気的に作用する固定手段（５，５’，５”）を収容する、少なくとも１つの凹部（２，２１）と、
を備えていることを特徴とする、収容システム（１，２０）。
[請求項２]
前記凹部（２，２１）は、周縁に配置されている少なくとも１つの段部として形成されており、前記固定手段（５，５’，５”）を当接させるための当接セクション（２ｏ，２１ｏ）と、当接面（１ｏ，２０ｏ）の中心に向けられており、且つ、前記固定手段（５，５’，５”）を載置するための載置セクション（２ｏ，２１ｏ）と、を備えている、請求項１に記載の収容システム。
[請求項３]
前記当接セクション（２ｏ，２１ｏ）は、前記収容面（１ｏ，２０ｏ）に対して、６０°よりも小さい角度ａ、特に４５°よりも小さい角度ａ、有利には３０°よりも小さい角度ａ、更に有利には１５°よりも小さい角度ａで傾斜されている、請求項１又は２に記載の収容システム。
[請求項４]
前記凹部（２，２１）は、前記収容面（１ｏ，２０ｏ）の周縁に均一に分散されて配置されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の収容システム。
[請求項５]
第１の基板（４）と、該第１の基板（４）に対してアライメントされている第２の基板（１３）と、から成る基板スタック（１４）を、前記第１の基板（４）を前記第２の基板（１３）に対して相対的にアライメントされた固定位置に固定するための、磁気的に作用する固定手段（５，５’，５”）によって取り扱うことを特徴とする、装置。
[請求項６]
前記固定手段（５，５’，５”）は、少なくとも２つの磁石エレメントペア（５ｐ）を有している、請求項５に記載の装置。
[請求項７]
各磁石エレメントペア（５ｐ）は、磁気的に作用する第１の磁石体（５，５’，５”）と、該第１の磁石体（５，５’，５”）によって磁気吸引される、特に磁気的に作用する第２の磁石体（５，５’，５”）と、から形成されている、請求項６に記載の装置。
[請求項８]
前記第１の磁石体及び／又は前記第２の磁石体（５，５’，５”）は球形状に形成されている、請求項７に記載の装置。
[請求項９]
前記第１の磁石体（５，５’，５”）及び／又は前記第２の磁石体（５，５’，５”）は、前記固定位置において、少なくとも大部分は前記磁石エレメントペア（５ｐ）によって形成される磁力によって、特に前記磁石エレメントペア（５ｐ）によって形成される磁力のみによって、前記基板スタック（１４）に固定されている、請求項７又は８に記載の装置。
[請求項１０]
前記装置は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の収容システムを有している、請求項５乃至９のいずれか一項に記載の装置。
[請求項１１]
前記装置は、前記第１の基板（４）を、前記第２の基板（１３）に対して相対的にアライメントするためのアライメントシステムと、前記両基板（４，１３）を接触させるための接触システムと、を有している、請求項５乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
[請求項１２]
前記装置は、固定手段（５，５’，５”）、特に磁石体（５，５’，５”）を、前記基板スタック（１４）の相互に背中合わせの面に位置決めするための位置決めシステム（６）を有している、請求項５乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
[請求項１３]
第１の基板（４）と、該第１の基板（４）に対してアライメントされている第２の基板と、から成る、ボンディングすべき基板スタック（１４）を取り扱うための方法において、
前記基板スタック（１４）を取り扱うために、前記第１の基板（４）を、前記第２の基板（１３）に対して相対的に、磁気的に作用する固定手段（５，５’，５”）によって、アライメントされた固定位置に固定することを特徴とする、基板スタック（１４）を取り扱うための方法。
[請求項１４]
前記固定手段（５，５’，５”）を、前記基板スタック（１４）の相互に背中合わせの保持面（４ｈ、１３ｈ）に位置決めする、請求項１３に記載の方法。

１ 第１の基板ホルダ
１ｏ 収容面
２ 凹部
２ｏ 当接セクション
３ アライメントモジュール
４ 第１の基板
４ｈ 保持面
４ｏ 第１の接触面
５，５’，５” 磁石体
５ｐ 磁石エレメントペア
５’ｏ 円筒状の磁石の底面
６ 半自動式又は全自動式の充填システム
７ ホース
８ 保持部
９ 弁
１１ アライメントマーク
１２ 光学系
１３ 第２の基板
１３ｈ 保持面
１３ｏ 第２の接触面
１４ 本発明による基板スタック
１５ ロボット搬送システム
１６ ボンディングモジュール
１７ 高真空クラスタ
１８ モジュール
１９ 中央チャンバ
２０ ボンディングチャック
２０ｏ 収容面
２１ ボンディングチャック凹部
２１ｏ 表面
２２ 圧力プレート
２３ 圧力プレート凹部
２３ｏ 表面
２４ 突き出しエレメント
２５ 支持プレート
２５ｏ 支持面
２６ モジュールロックゲート
２７ クラスタロックゲート
２８ 搬送システム
２９ モジュールロックゲート
３０ 入口ＦＯＵＰ
３１ 出口ＦＯＵＰ
３２ 磁心
３３ コイル
３４ 磁石
ｄ_max 基板スタックの厚さ
Ｆ_mag 保持力、磁力
Ｋ１ 磁化が弱い第１の磁性材料
Ｋ２ 磁化が強い第２の磁性材料

Claims (3)

1. 第２の基板（１３）にボンディングすべき第１の基板（４）を取り扱うための収容システム（１，２０）において、
   −第１の基板（４）を収容するための収容面（１ｏ，２０ｏ）と、
   −前記収容面（１ｏ，２０ｏ）に対して後退しており、且つ、前記第１の基板（４）を前記第１の基板（４）にアライメントされている第２の基板（１３）に対して固定するための、磁気的に作用する固定手段（５，５’，５”）を収容する、少なくとも１つの凹部（２，２１）と、
   を備えており、
   前記凹部（２，２１）は、前記固定手段（５，５’，５”）を当接させるための当接セクション（２ｏ，２１ｏ）を備えており、
   前記当接セクション（２ｏ，２１ｏ）は、前記収容面（１ｏ，２０ｏ）に対して、６０°よりも小さい角度ａ、または、４５°よりも小さい角度ａ、または、３０°よりも小さい角度ａ、または、１５°よりも小さい角度ａで傾斜されている、
   いることを特徴とする、収容システム（１，２０）。
2. 前記凹部（２，２１）は、周縁に配置されている少なくとも１つの段部として形成されており、前記収容面（１ｏ，２０ｏ）の中心に向けられており、且つ、前記固定手段（５，５’，５”）を載置するための載置セクション（２ｏ，２１ｏ）を備えている、
   請求項１に記載の収容システム。
3. 前記凹部（２，２１）は、前記収容面（１ｏ，２０ｏ）の周縁に均一に分散されて配置されている、
   請求項１または２に記載の収容システム。

Images