CN104781921A - 用于接合之装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明系关于一种用于将一第二基板(5)接合至一第一基板(2)上之装置，该装置具有以下特征：一接纳设备(1)，其用于接纳已涂布有一接合层(3)之该第一基板(2)及固持于该接合层(3)上之该第二基板(5)，一动作设备，其用于在该第二基板(5)之一个动作侧(5o)上将一接合力施加至该第二基板(5)，该侧背对该接合层(3)，自位于该动作侧(5o)之一边缘区R内之一初始区A开始进行直至作用于该整个动作侧(5o)。此外，本发明系关于一种对应方法。

Description

用于接合之装置及方法
技术领域
本发明系关于一种如技术方案1中所主张之用于接合之装置及一种如技术方案10中所主张之对应方法。
背景技术
在半导体业界产品中，晶圆越来越多地暂时胶结至载体晶圆。胶结剂(所谓的接合黏合剂)以具有尽可能均匀之一厚度之一层之形式施加至产品晶圆及/或载体晶圆。然而，在涂布程序之后，两个晶圆必须运用强力而彼此上下按压。此程序在术语下称为接合。根据先前技术，将压力施加至两个晶圆所使用之压力圆盘应该是平坦的，以便施加总体上尽可能均一之一接合力。因此，亦确切地生产该等压力圆盘。下部圆盘生产为一接合卡盘之一静止部分，因此为一样本载体。上部圆盘称为压力圆盘且因此安装于接合室之顶部上。
发明内容
在一产品及/或一载体晶圆已运用一旋转喷漆方法喷漆之后，通常一所谓的「边缘珠粒」基于流变及流体动力性质而建立于层边缘上。此「边缘珠粒」系可沿着整个边缘在一圆形基板、一晶圆上发现之材料之一累积。中心中之材料厚度与边缘上之材料厚度之间的差仅系几微米，通常甚至系仅几纳米。因此，在应用接合力之接合中，极通常自其发生一不均一接合力及/或突出或过量胶结剂之压出之问题。
在理想情形中，针对如本发明中所主张之接合程序，一个层具有一均质厚度。在此连接中，均质厚度意指接合层之厚度在任何位置处系相同的或系在一可接受之容限内。但经验展示，甚至在理想之接合条件(因此在一均质层厚度之情形中)下，一较佳地均匀地经机械加工之压力圆盘、一较佳地均匀地经机械加工之接合卡盘及均匀、均质压力应用在接合程序之后可存在具有一非均质厚度之一层。此之原因系层之流变及流体动力性质以及实体问题之优势初始及边界条件。由于材料(诸如基板之边缘上之材料)在中心中之平面中不能同等地快速扩展，因此一增加之流动速度在边缘之附近中发生。可认为，中心中之材料自身系受阻碍的，相反地边缘材料可自由地流出至外侧。对于具有一对应「边缘珠粒」之一层，情况将相应地劣化，此乃因在此情形中与在中心中相比在边缘上每单位之面积甚至存在更多材料。
因此，本发明之目的系开发用于接合之通用装置及方法以使得可预防或至少减少非均质层厚度之所指示问题。
此目的系运用技术方案1及技术方案10之特征而达成。在附属请求项中给出本发明之有利发展。在说明书、申请专利范围及/或图式中给出之特征中之至少两者之所有组合亦属于本发明之范畴内。对于值范围，在所指示之限制内之值亦将视为揭示为边界值且将以任何组合予以主张。
下文中区分一产品基板与一基板以图解说明如本发明中所主张之版本。产品基板与基板可视情况互换及/或组合以使得亦可设想(举例而言)基板与基板、产品基板与产品基板、基板与产品基板或产品基板与基板之组合。此外，亦可设想载体基板之喷漆。一第一基板可系基板，举例而言系一载体基板。一第二基板可系产品基板。
本发明之基本理念系在背对接合层之产品基板之一个动作侧上将一接合力施加至该产品基板，自位于该动作侧之一边缘区R内之一初始区A开始进行。换言之：首先将尤其由动作设备之一个压力转移侧之形状所规定之所有产品基板在该初始区内按压至该接合层上(该产品基板在边缘区之区域中可至少部分地搁置于该接合层之已藉由施加该接合层而形成之一珠粒(所谓的「边缘珠粒」)上至存在此珠粒之程度)。
一个发明性理念系在其中朝向侧之接合层之材料完全由该接合层之其它材料环绕之该接合层之中心中起始压力应用以使得中心中之材料由于优势边缘条件而经受流动妨碍。如本发明中所主张，由于一所谓的「挤出」，因此此产生将两个晶圆彼此结合之一个最佳可能性，因此阻碍或至少减少接合材料之压出不受控制且过量)。针对一现有「边缘珠粒」，已沉积于该接合层上之产品晶圆如本发明中所主张藉由动作设备朝向该接合层之中心弯曲且因此由于其之弹性变形而防止力自该动作设备过早转移至该「边缘珠粒」。
本发明之一项态样系提供用于一压力圆盘之一工程设计，如本发明中所主张运用该压力圆盘可能在其中定位有由于边缘条件而流动不良之材料之中心中集中及起始力之施加。
根据本发明之一项有利实施例，提供配备有具有一凸面弯曲之压力转移侧之一压力圆盘之动作设备。运用尤其接近于整个表面上方之一个压力转移侧使得压力之均匀施加成为可能。压力圆盘在其压力转移侧上尤其制成非黏附性。
此处，若如本发明中所主张弯曲之压力转移侧之正切平面沿法向于一理想平面之压力转移侧之一虚平面之方向间隔开至少5 nm及/或一最大500 μm、尤其至少20 nm及/或一最大200 μm、较佳地至少50 nm及/或最大50 μm、更佳地至少100 nm及/或一最大5 μm，则其系尤其有利的。此处，若曲率制成同心的，则其系尤其有利的。此乃因以此方式，一方面，压力圆盘可制成刚性的且针对所使用之接合力不能弯曲，由于具有一极大曲率半径之极小曲率，因此仅存在一最小隆起，藉以一方面自内侧至外侧发生接合层之一整平或平面化，且另一方面该接合层中亦出现一对应凹面、微小曲率。
尽可能均匀之一接合结果可藉由将初始区A同心地配置至产品基板侧而达成。
其中动作设备具有施加由一控制设备控制之接合力之一冲头之一实施例尤其系较佳的。该冲头较佳地以可互换方式连接至压力圆盘，以使得不同的压力圆盘可用于各别要求。有利地，如本发明中所主张可提供，特别在边缘区R上量测接合层之形成以便挑选一合适压力圆盘。
根据本发明之另一有利实施例提供，压力圆盘系由囊括压力转移侧之一下部圆盘及经由固定构件尤其在一个周边P之区域中固定该压力圆盘之一保持圆盘形成。以此方式，该压力圆盘可以一尤其简单及确切的方式生产具有上文阐述之性质，尤其一仅微小曲率。
此处，若使下部圆盘在初始区A之区域中比在周边P上厚，则其尤其系有利的。
另一选择系，在下部圆盘与保持圆盘之间在初始区A之区域中，存在一间隔件组件，以使得在此情形中下部圆盘亦可具有两个平行平坦侧且因此可较容易地生产。下部圆盘比尤其制成刚性之上部保持圆盘更有弹性。
在另一替代组态中，为设定压力转移侧之曲率，存在于初始区A之区域中作用于与保持圆盘相对之下部圆盘且尤其由控制设备控制之一曲率组件。以此方式，不仅可一次设定该曲率，而且在处理期间及在接合期间可发生对曲率之主动控制。
此处，特定而言，如本发明中所主张提供，宜设定压力圆盘之曲率半径或宜选择具有适合于晶圆之一特定曲率半径之一压力圆盘。
所阐述之特征模拟地适用于如本发明中所主张之装置及如本发明中所主张之方法以及如本发明中所主张之用途。
如本发明中所主张之压力圆盘可由任何材料生产。但已展示具有高E模数及高硬度值之材料展示尤其良好之接合结果。以下材料较佳地用于压力圆盘：
- 陶瓷，尤其系氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)及/或氮化硼(BN)及/或
- (一般而言)金属及其合金、耐火材料、尤其系钢及/或基于铁之材料及/或
- 石墨及/或
- 玻璃及/或
- 聚合物及/或
- 复合材料。
附图说明
依据较佳例示性实施例之说明且使用图式将易知本发明之其它优点、特征及细节。
图1展示如本发明中所主张之方法之一项实施例之一第一步骤之一剖面图，
图2展示如本发明中所主张之方法之一项实施例之一第二步骤之一剖面图，
图3展示如本发明中所主张之方法之一项实施例之一第三步骤之一剖面图，
图4展示在接合之开始处如本发明中所主张之方法之一项实施例之一剖面图，
图5展示在接合期间如本发明中所主张之方法之一项实施例之一剖面图，
图6展示在接合之结束处如本发明中所主张之方法之一项实施例之一剖面图，
图7展示如本发明中所主张之一压力圆盘之一第一实施例之一剖面图，
图8展示如本发明中所主张之一压力圆盘之一第二实施例之一剖面图，
图9展示如本发明中所主张之一压力圆盘之一第三实施例之一剖面图。
在图中运用相同组件符号识别相同组件或具有相同动作之组件。
具体实施方式
下文阐述如本发明中所主张之一程序；该程序使用如本发明中所主张之一压力圆盘以便实施一受控制之接合程序。如本发明中所主张之程序展示于具有一「边缘珠粒」之一接合层上。如本发明中所主张之程序亦可在具有一均匀层厚度(因此不具有一「边缘珠粒」)之一接合层上实施。该控制经由未展示之一尤其受软件支持之控制设备而发生。
在一第一步骤(图1)中，将一涂布材料(尤其暂时胶结剂)作为一接合层3施加至一个基板2(尤其一晶圆)。该涂布发生于在业界中习用之一涂布单元中。在藉由一旋涂程序之接合层3之生产中，一边缘区R中通常出现一周边珠粒3w且周边珠粒3w由与平均层厚度D1对比增加之一厚度D2来表征。
在一第二程序步骤中，将已喷漆有接合层3之晶圆2输送至一接合单元中且沉积于一接纳设备1(尤其一样本固持器(接合卡盘))上。使待接合至基板2之产品基板5(第二晶圆)与接合层3接触(图2)。在针对实例性间隔件(未展示)而未展示之一接合室中，使用所谓的「旗标」以便保持产品基板5首先与层3之表面3o分离直至藉由连接至该接合室且未展示之一真空单元已发生接合空间之一完全排气为止。
在如本发明中所主张之另一步骤中，发生该接合室之闭合。以此方式将尤其附接至该接合室之盖之一压力圆盘6定位于产品基板5上方。如本发明中所主张之压力圆盘6具有面对产品基板5之一凸面曲率，该凸面曲率具有一曲率半径r。压力圆盘6之如本发明中所主张之数个实施例展示于图7至图9中。
在根据图4之如本发明中所主张之一第四程序步骤中，由如本发明中所主张之凸面压力圆盘6首先在一特别点状初始区A中(较佳地确切地在产品基板5之中心中)触碰产品基板5，且相应地将一接合力施加至产品基板5。由于如本发明中所主张之压力圆盘6之凸面形状，因此在此程序步骤中，层3之边缘区R并不曝露于任何显著的压力(在上文任何情形中，产品基板5之一可忽略之应力及重量)。在存在一边缘珠粒之情况下压力至晶圆5之中心之施加首先仅引起产品基板5沿接合层3之方向之一弯曲。
藉由压力圆盘6尤其法向地朝向接纳设备1之一连续相对移动，导引产品基板5之中心越来越接近接合层3之表面3o而在边缘区R上不具有压力应力之一显著的增加。仅在凸面弯曲之压力圆盘6与产品基板5之一周边P接触之情况下，才发生具有一接合力之压力至接合层3之边缘区R之一转移。
在压力转移侧6u之正切平面沿法向于正切平面之方向间隔开至少5 nm及/或一最大500 μm、尤其至少20 nm及/或一最大200 μm、较佳地至少50 nm及/或最大50 μm、更佳地至少100 nm及/或一最大5 μm时，情形尤其系如此。较佳地，尤其在判定珠粒3w之高度之后，设定或选择压力圆盘6以使得正切平面至压力圆盘6之一个周边边缘上之压力转移侧之距离对应于该珠粒之(尤其)平均高度(H ＝ D2 － D1)。
在不存在一「边缘珠粒」之情形中，产品晶圆5平坦地搁置于接合层3上且在不进行产品晶圆5之先前弯曲之情况下发生力自压力圆盘6至产品晶圆5之起始及转移。
藉由进一步提高压力，压力圆盘6之一越来越大之部分与产品基板5接触且因此用先进方法将力分布于整个动作侧5o上方。
在两种情形中，中心中之材料比边缘上之材料更强劲地被阻碍流动。中心中之材料之减少之流动能力系藉由其流动能力沿径向方向被位于更远外侧之材料阻碍及沿垂直方向被压力圆盘阻碍来阐释。换言之：由于动作侧5o首先在中心中曝露于对应力，因此一力被转移，然而此导致中心中之材料之一细微流动。此时，边缘并不完全包含于该流动中，此乃因该对应力尚未分布于整个动作侧5o上方。
由于如本发明中所主张之程序流动，因此形成不再具有一珠粒3w之一几乎完全平整之表面3o'，但同时边缘上不具有任何过早地且不受控制地位移之材料。与未经处理之接合层3相比，已由凸面压力圆盘6产生之层之凹面负像具有小的、(不然)甚至小得可忽略不计之一平面性偏差。由于如本发明中所主张之压力圆盘6之极大曲率半径r，因此此平面性偏差系可忽略的且为进一步处理，尤其由于如本发明中所主张之接合层3之整平之优点占主导地位，因此该平面性偏差系不相关的。
此外，揭示根据图7至图9之压力圆盘6之以下实施例。
数个组件之压力圆盘6之组态系所有三个实施例所共有的，具体而言：
- 一下部圆盘9，其具有压力转移侧；及
- 一保持圆盘4，其用于经由已定域于周边P之区域中之固定构件8而固持/固定下部圆盘9。
在一第一实施例中，压力圆盘6已凸面地定型且经由固定构件8在压力圆盘6之顶部9o上连接至一保持组件4。
在一第二实施例中，藉由使下部圆盘9比尤其刚性之保持圆盘4更有挠性，藉由一间隔件组件7使一平面下部圆盘9(其藉由固定构件8在其顶部9o上连接至保持圆盘4)成为一对应凸面形状。较佳地，间隔件组件7系圆形的。间隔件组件7具有小于5 mm、较佳地小于1 mm、更佳地小于100 μm、更佳地小于1 μm、最佳地小于100 nm之一厚度。
在一第三实施例中，使用一曲率组件10来将压力施加至下部圆盘9之中心，下部圆盘9经由固定构件8在下部圆盘9之顶部9o上连接至保持组件4。藉由运用一曲率压力将压力施加至压力圆盘6之中心，可一度连续地改变或设定压力圆盘6之凸面曲率。较佳地，压力圆盘6之弹性如此大使得在藉由移除曲率组件10来释放压力圆盘6之中心时，压力圆盘6自动地变形回至一平面初始位置中。如本发明中所主张，可设想一对应实施例，其中曲率组件10连接至下部圆盘9且允许对压力圆盘6之曲率半径之一对应主动控制。
附图标记清单
1 接纳设备
2 第一基板/基板/晶圆
3 接合层/层
3o,3o' 表面
3w 周边珠粒/珠粒
4 保持圆盘/保持组件
5 第二基板/产品基板/晶圆/产品晶圆
5o 动作侧
6 压力圆盘
6u 压力转移侧
6o 上侧
7 间隔件组件
8 固定构件
9 下部圆盘
9o 顶部
10 曲率组件
A 初始区
D1 平均层厚度
D2 厚度
R 边缘区
P 周边
r 曲率半径
H 珠粒之平均高度
Z 中心。

Claims (10)

1. 一种用于将一第二基板(5)接合至一第一基板(2)上之装置，该装置具有以下特征：
一接纳设备(1)，其用于接纳已涂布有一接合层(3)之该第一基板(2)及固持于该接合层(3)上之该第二基板(5)，
一动作设备，其用于在该第二基板(5)之一个动作侧(5o)上将一接合力施加至该第二基板(5)，该侧背对该接合层(3)，自位于该动作侧(5o)之一边缘区R内之一初始区A开始进行直至作用于该整个动作侧(5o)。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中该动作设备具有一压力圆盘(6)，该压力圆盘(6)具有一凸面弯曲之压力转移侧(6u)。
3. 根据权利要求2所述的装置，其中该压力转移侧(6u)之正切平面沿法向于该正切平面之方向间隔开至少5 nm及/或一最大500 μm、尤其至少20 nm及/或一最大200 μm、较佳地至少50 nm及/或最大50 μm、更佳地至少100 nm及/或一最大5 μm。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中该初始区A同心地配置至该动作侧(5o)。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中该动作设备具有施加由一控制设备控制之该接合力之一冲头。
6. 根据权利要求2所述的装置，其中该压力圆盘系由囊括该压力转移侧(6u)之一下部圆盘(9)及经由固定构件(8)尤其在一个周边P之区域中固定该压力圆盘(6)之一保持圆盘(4)形成。
7. 根据权利要求6所述的装置，其中使该下部圆盘(9)在该初始区A之区域中比在该周边P上厚。
8. 根据权利要求6所述的装置，其中在该下部圆盘(9)与该保持圆盘(4)之间在该初始区A之该区域中，存在一间隔件组件(7)。
9. 根据权利要求6所述的装置，其中为设定该压力转移侧(6u)之曲率，存在尤其由该控制设备控制之一曲率组件(10)，该曲率组件(10)在该初始区A之该区域中作用于与该保持圆盘(4)相对之该下部圆盘(9)。
10. 一种用于将一第二基板(5)接合至一第一基板(2)上之方法，该方法具有以下步骤，尤其按以下序列：
一接纳设备(1)，其用于接纳已涂布有一接合层(3)之该第一基板(2)及固持于该接合层(3)上之该第二基板(5)，
一动作设备，其用于在该第二基板(5)之一个动作侧(5o)上将一接合力施加至该第二基板(5)，该侧背对该接合层(3)，自位于该动作侧(5o)之一边缘区R内之一初始区A开始进行直至作用于该整个动作侧(5o)。
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