CN108010831A - 复合基板的接合方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合基板的接合方法，包含有下列步骤：将第一基板与第二基板置于一接合装置的机体中；于机体中对第一基板的第一接合面与第二基板的第二接合面清洁；将第一、第二基板传送至转换腔室中，于该转换腔室中将第二基板翻面；将第一基板及翻面后的第二基板传送至压合腔室，使第一、第二接合面相面对；对第一、第二接合面进行活化处理；令该第一、第二基板相靠近，使该第一、第二接合面相接触而接合形成复合基板。藉此，在机体中进行在线(in‑line)清洁，有效减少污染微粒附着于第一、第二接合面的机会，避免复合基板产生空洞缺陷。

Description

复合基板的接合方法
技术领域
本发明与复合基板制造有关；特别是指一种直接接合的复合基板。
背景技术
复合基板是由两片独立的基板接合形成，目前常见的接合方式主要区分有两类，其中一类为直接接合(Direct Bonding)法，另一类为通过中介层(如胶合、金属介质)的接合法。
直接接合法包含有熔合接合(Fusion Bonding)及室温接合(Room TemperatureBonding)，其中，熔合接合是在二片基板的接合面上各别成长一层牺牲氧化层，再以电浆轰击牺牲氧化层使其表面活化，接着将活化后的牺牲氧化层表面与水接触使其表面形成OH键，再将二片基板的牺牲氧化层对接，最后进行退火去除OH键，形成复合基板。熔合接合的缺点是复合基板易产生空洞(void)缺陷、退火步骤易造成残留应力、以及牺牲氧化层将会使得复合基板的厚度增加。
室温接合是在室温下，以离子束或原子束活化二片基板的接合面，使接合面形成悬键(Dangling Bond)，再将两片基板的结合面对接而形成复合基板。图1所示为现有室温接合的接合装置100，包含有一机体10，及设置于该机体10中的一装载腔室12、一前置真空腔室14、一转换腔室16与一压合腔室18。该接合装置100的作动方法如下：
将二种基板W1,W2由机体10外部置入至装载腔室12中，再传送至前置真空腔室14后进行抽真空至10-3Pa；
将转换腔室16的压力由10-4Pa提升至10-3Pa，再将基板W1,W2传送至转换腔室16，以翻面机构162将其中一片基板W2翻面；
将压合腔室18的压力由10-5Pa提升至10-4Pa，再将基板W1,W2传送至压合腔室18，并将二个基板W1,W2分别固定于一下固定座182与一上固定座184；对压合腔室18进行抽真空至10-5Pa；
以离子束或原子束轰击二个基板W1,W2的接合面W1a,W2a，使接合面W1a,W2a活化，再控制上固定座184与下固定座182的其中一者相对另一者靠近，使二个基板W1,W2的接合面W1a,W2a接合形成复合基板。
现有的接合装置100虽能将二个基板W1,W2接合，相较于熔合接合，具有残留应力小及不会有额外厚度增加的优点，但所形成的复合基板中仍会有孔洞缺陷的问题，使得复合基板的良率无法提升。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合基板的接合方法，可避免复合基板产生空洞缺陷。
为达成上述目的，本发明提供的一种复合基板的接合方法，应用于一接合装置，该接合装置包含有一机体，该机体中设置有一转换腔室及一压合腔室；该接合方法包含有下列步骤：A.将至少一第一基板与至少一第二基板置于该机体中，其中，该第一基板具有一第一接合面，该第二基板具有一第二接合面；B.于该机体中对该第一接合面与该第二接合面进行清洁；C.将该第一基板与该第二基板传送至该转换腔室中，该转换腔室内的压力为小于一大气压的一第一压力，且于该转换腔室中将该第二基板翻面，使该第二接合面朝下；D.将该第一基板及翻面后的该第二基板传送至一压合腔室中，并使该第一基板的第一接合面与该第二基板的第二接合面相面对，其中该合腔室内的压力为小于该第一压力的一第二压力；E.对该第一接合面与该第二接合面进行活化处理；F.令该第一基板与该第二基板相靠近，使该第一接合面与该第二接合面相接触而接合。
本发明的效果在于，藉由在机体中进行在线(in-line)清洁，有效减少污染微粒附着于第一基板的第一接合面与第二基板的第二接合面的机会，避免复合基板产生空洞缺陷。
附图说明
图1现有的接合装置示意图。
图2为本发明第一优选实施例的接合装置示意图。
图3为上述第一优选实施例的接合方法流程图。
图4为一示意图，揭示以清洁液清洗第一基板或第二基板。
图5为一示意图，揭示以清洁刷配合清洁液清洗第一基板或第二基板。
图6为本发明第二优选实施例的接合装置示意图。
图7为本发明第三优选实施例的接合装置示意图。
【符号说明】
[现有]
100接合装置
10机体 12装载腔室 14前置真空腔室
16转换腔室 162翻面机构 18压合腔室
182下固定座 184上固定座
W1、W2基板 W1a、W2a接合面
[本发明]
1、2、3接合装置
20机体
22装载腔室
24、24’清洁腔室
26前置真空腔室
28转换腔室 282翻面机构
30压合腔室 302下固定座 304上固定座
32转盘
34清洁刷
W1第一基板 W1a第一接合面
W2第二基板 W2a第二接合面
具体实施方式
为能更清楚地说明本发明，现举一优选实施例并配合图式详细说明如下。请参照图2所示，为本发明第一优选实施例的复合基板的接合方法所应用的接合装置1，该接合装置1包含有一机体20，以及设置于该机体20中的一装载腔室22、一清洁腔室24、一前置真空腔室26、一转换腔室28与一压合腔室30。本实施例的接合方法包含图3所示的下列步骤：
将至少一第一基板W1与至少一第二基板W2由该机体20的外部置入该装载腔室22，第一基板W1与第二基板W2为不同材质，其中，第一基板W1与第二基板W2之中的一者为支撑材基板，另一者为压电材料基板。本实施例中，第一基板W1与第二基板W2的数量分别为多个，且第一基板W1为支撑材基板，其是以硅基板为例，但不以此为限，第一基板W1亦可为蓝宝石基板、红宝石基板等材质，第一基板W1具有一第一接合面W1a。第二基板W2为压电材料基板，压电材料基板于本实施例为钽酸锂(Lithium Tantlate)基板，但不以此为限，也可为铌酸锂(Lithium Niobate)基板；第二基板W2具有两个相背对的表面，其中一者设置有指叉电极结构(图未示)，另一者为定义为一第二接合面W2a，该第二基板W2及其上的指叉电极结构构成表面声波(SAW)组件。该些第一基板W1与该些第二基板W2置入装载腔室22后，第一接合面W1a与第二接合面W2a朝上摆置。
于该机体20中对各该第一基板W1的第一接合面W1a与各该第二基板W2的第二接合面W2a进行清洁。本实施例中，是由上而下依序将位于最上层的第一基板W1及第二基板W2移至该清洁腔室24中，并在该清洁腔室24中分别对第一接合面W1a与第二接合面W2a进行清洁。本实施例中，是以至少一种液态的惰性气体所形成的冷冻烟雾分别冲击第一基板W1的第一接合面W1a与第二基板W2的第二接合面W2a，该至少一种液态的惰性气体包含液态的氩气。使用冷冻烟雾冲击第一接合面W1a与第二接合面W2a的作用在于移除第一接合面W1a与第二接合面W2a上的污染微粒，又不会伤及第一接合面W1a、第二接合面W2a及第二基板W2上的指叉电极结构，藉以提高良率，并且对环境不会产生污染。而采用氩气的原因在于氩气的纯度高，且较无水或氧的污染，因此洁净效果较佳。实务上，该至少一种液态的惰性气体的数量也可为多种，包含液态的氩气及液态的氮气，该些液态的惰性气体混合后所形成的冷冻烟雾之中氩气的含量最高，且高于氮气的含量，藉由成本较低的氮气辅助清洁，以降低清洁的成本。
实际上，除了以冷冻烟雾清洁第一基板W1与第二基板W2之外，也可以如图4所示，各别将第一基板W1及第二基板W2固定于转盘32上，并以清洁液滴于第一接合面W1a与第二接合面W2a，再控制转盘32旋转，以移除第一接合面W1a与第二接合面W2a上的污染微粒，其中清洁液可以是去离子水或化学药剂；之后再行烘干。此外，也可如图5所示，配合转动的清洁刷34，以物理机械性的清洗方式刷洗沾有清洁液的第一接合面W1a与第二接合面W2a。
而后，将清洁后的第一基板W1与第二基板W2由该清洁腔室24移至该前置真空腔室26中，并对该前置真空腔室26抽真空，以降低该前置真空腔室26内的压力至小于一大气压的一第一预定压力(即本发明所定义的第三压力)，本实施例中，该第一预定压力为10-3Pa，但不以此为限。
接着，将第一基板W1与第二基板W2由该前置真空腔室26传送至该转换腔室28中，并于该转换腔室28中以翻面机构282将第一基板W1与第二基板W2之中的一者翻面，本实施例是将第二基板W2翻面，使第二接合面W2a朝下。本实施例中，在第一基板W1与第二基板W2传送至该转换腔室28之前，该转换腔室28内的压力为一第二预定压力(即本发明所定义的第一压力)，该第二预定压力小于该第一预定压力，且第二预定压力以10-4Pa为例，但不以此为限。该第一基板W1与第二基板W2传送至该转换腔室28前，先将转换腔室28的压力升至第一预定压力，而于传送后再对转换腔室28抽真空，使压力降为第二预定压力。
将第一基板W1及翻面后的第二基板W2传送至该压合腔室30中，并将第一基板W1与第二基板W2分别固定于一下固定座302与一上固定座304，使第一接合面W1a与第二接合面W2a相面对。本实施例中，在第一基板W1与第二基板W2传送至该压合腔室30之前，该压合腔室30内的压力为一第三预定压力(即本发明所定义的第二压力)，该第三预定压力小于该第二预定压力，且第三预定压力以10-5Pa为例，但不以此为限。第一基板W1及第二基板W2传送至该压合腔室前，先将转换腔室的压力会升至第二预定压力，而后再对该压合腔室30进行抽真空，使该压合腔室30内的压力降为该第三预定压力。
以离子束或原子束轰击第一接合面W1a与第二接合面W2a，使第一接合面W1a与第二接合面W2a活化，即表面的键结形成悬键(Dangling Bond)。最后，控制上固定座304与下固定座302的其中一者相对另一者靠近，使第一基板W1与第二基板W2相接近，并控制该上固定座304与下固定座302的其中一者对该第一基板W1与该第二基板W2施加压力使该第一接合面W1a与该第二接合面W2a相接触而接合。藉此，接合后的第一基板W1与第二基板W2构成复合基板，并且由第一基板W1提供支撑力，以补偿第二基板W2因温度变化而产生的变形，也即形成具有温度补偿的表面声波组件。
由于装载腔室22中的第一基板W1及第二基板W2是由机体20外部置入，第一基板W1及第二基板W2易沾有污染微粒，并附着于第一接合面W1a与第二接合面W2a上。此外，在第一基板W1及第二基板W2传送至前置真空腔室26后，前置真空腔室26先由一大气压抽真空至第一预定压力，也容易将污染微粒带入，并附着于第一接合面W1a与第二接合面W2a上。故，本实施例特别将清洁腔室24设置于装载腔室22与前置真空腔室26之间，对进入前置真空腔室26的第一基板W1及第二基板W2先进行清洁，以减少污染微粒附着于第一接合面W1a与第二接合面W2a的机会，如此，有效避免接合后的复合基板产生空洞缺陷(Void)，提升复合基板的良率。
图6所示为本发明第二优选实施例的复合基板的接合方法所应用的接合装置2，其具有大至相同于第一实施例的结构，不同的是，本实施例中清洁腔室24’是设置于前置真空腔室26与转换腔室28之间。本实施例的接合方法与第一实施例大致相同，不同的是，先将装载腔室22中的第一基板W1及第二基板W2传送至前置真空腔室26，并对前置真空腔室26抽真空至压力为第一预定压力。再将该第一基板W1与该第二基板W2由该前置真空腔室26传送至该清洁腔室24’中，并进行清洁。于清洁完成后，对该清洁腔室24’进行抽真空，使该清洁腔室24’内的压力为该第一预定压力。而后，将该转换腔室28的压力提升至该第一预定压力，再将该第一基板W1与该第二基板W2由该清洁腔室24’传送至该转换腔室28。之后的步骤与第一实施例相同，此处不再赘述。
在第一基板W1及第二基板W2传送至转换腔室28之前，转换腔室28的压力先由第二预定压力提高至至第一预定压力，容易将污染微粒带入，并附着于第一接合面W1a与第二接合面W2a上。故，本实施例特别将清洁腔室24’设置于前置真空腔室26与转换腔室28之间，对进入转换腔室28的第一基板W1及第二基板W2先进行清洁，以减少污染微粒附着于第一接合面W1a与第二接合面W2a的机会，避免接合后的复合基板产生空洞缺陷，提升复合基板的良率。
图7所示为本发明第三优选实施例的复合基板的接合方法所应用的接合装置3，其是以第一实施例为基础，除了清洁腔室24之外，还包含有另一清洁腔室24’，该另一清洁腔室24’是设置于前置真空腔室26与转换腔室28之间。本实施例的接合方法是以第一实施例为基础，在第一基板W1与第二基板W2移至该前置真空腔室26，并对该前置真空腔室26抽真空至压力为第一预定压力后，还包含：
将该第一基板W1与该第二基板W2由该前置真空腔室26传送至该另一清洁腔室24’中，并在该另一清洁腔室24’对该第一接合面W1a与该第二接合面W2a进行清洁；清洁完成后，对该另一清洁腔室24’进行抽真空，使该另一清洁腔室24’内的压力为该第一预定压力。而后，将该转换腔室28的压力提升至该第一预定压力，再将该第一基板W1与该第二基板W2由该另一清洁腔室24’传送至该转换腔室28。之后的步骤与第一实施例相同，此处不再赘述。
藉此，在机体20中容易带入污染微粒之处分别设置二个清洁腔室24,24’更能有效降低复合基板产生空洞缺陷的机会。
前述各实施例中，第一基板W1是以支撑材基板为例说明，第二基板W2是以压电材料基板为例说明，实际上，第一基板W1也可以是压电材料基板，第二基板W2则是支撑材基板。
据上所述，本发明的复合基板的接合方法藉由在机体中进行在线(in-line)清洁，有效减少污染微粒附着于第一基板的第一接合面与第二基板的第二接合面的机会，避免复合基板产生空洞缺陷。
以上所述仅为本发明优选可行实施例而已，凡应用本发明说明书及申请权利要求保护范围所为的等效变化，理应包含在本发明的专利范围内。

Claims (12)

1.一种复合基板的接合方法，应用于一接合装置，该接合装置包含有一机体，该机体中设置有一转换腔室及一压合腔室；该接合方法包含有下列步骤：
A.将至少一第一基板与至少一第二基板置于该机体中，其中，该第一基板具有一第一接合面，该第二基板具有一第二接合面；
B.于该机体中对该第一接合面与该第二接合面进行清洁；
C.将该第一基板与该第二基板传送至该转换腔室中，该转换腔室内的压力为小于一大气压的一第一压力，且于该转换腔室中将该第二基板翻面，使该第二接合面朝下；
D.将该第一基板及翻面后的该第二基板传送至一压合腔室中，并使该第一基板的第一接合面与该第二基板的第二接合面相面对，其中该压合腔室内的压力为小于该第一压力的一第二压力；
E.对该第一接合面与该第二接合面进行活化处理；以及
F.令该第一基板与该第二基板相靠近，使该第一接合面与该第二接合面相接触而接合。
2.如权利要求1所述的复合基板的接合方法，其中步骤B中是将该第一基板与该第二基板移至该机体中的一清洁腔室中，并在该清洁腔室中对该第一接合面与该第二接合面进行清洁。
3.如权利要求2所述的复合基板的接合方法，其中步骤B包含：
将清洁后的第一基板与第二基板由该清洁腔室移至一前置真空腔室中，并对该前置真空腔室抽真空，使该前置真空腔室内的压力为一第三压力，其中该第三压力小于一大气压且大于该第一压力。
4.如权利要求3所述的复合基板的接合方法，其中步骤B包含：
将该第一基板与该第二基板由该前置真空腔室传送至另一清洁腔室中，并在该另一清洁腔室对该第一接合面与该第二接合面进行清洁；
其中，步骤C中是将该第一基板与该第二基板由该另一清洁腔室传送至该转换腔室。
5.如权利要求4所述的复合基板的接合方法，其中步骤C之前包含，在该第一基板与该第二基板于该另一清洁腔室清洁后，对该另一清洁腔室进行抽真空，使该另一清洁腔室内的压力为该第三压力；步骤C中是先将该转换腔室的压力提升至该第三压力，再将该第一基板与该第二基板由该另一清洁腔室传送至该转换腔室；之后再对该转换腔室抽真空，使该转换腔室的压力降至该第一压力。
6.如权利要求2所述的复合基板的接合方法，其中步骤A中包含，将该第一基板与该第二基板由该机体中的一装载腔室移至该机体中的一前置真空腔室，并对该前置真空腔室抽真空，使该前置真空腔室内的压力为一第三压力，其中该第三压力小于一大气压且大于该第一压力；
其中，步骤B中是将该第一基板与该第二基板由该前置真空腔室传送至该清洁腔室中；
其中，步骤C中是将该第一基板与该第二基板由该清洁腔室传送至该转换腔室。
7.如权利要求6所述的复合基板的接合方法，其中步骤C之前包含，在该第一基板与该第二基板于该清洁腔室清洁后，对该清洁腔室进行抽真空，使该清洁腔室内的压力为该第三压力；步骤C中是先将该转换腔室的压力提升至该第三压力，再将该第一基板与该第二基板由该清洁腔室传送至该转换腔室；之后再对该转换腔室抽真空，使该转换腔室的压力降至该第一压力。
8.如权利要求1所述的复合基板的接合方法，其中步骤B中是以至少一种液态的惰性气体所形成的冷冻烟雾冲击该第一接合面与该第二接合面。
9.如权利要求8所述的复合基板的接合方法，其中步骤B中该至少一种液态的惰性气体包含液态的氩气。
10.如权利要求9所述的复合基板的接合方法，其中步骤B中该至少一种液态的惰性气体的数量为多种，包含液态的氮气，且该些液态的惰性气体所形成的冷冻烟雾之中，氩气的含量高于氮气的含量。
11.如权利要求1所述的复合基板的接合方法，其中步骤B中是以清洁液清洗该第一接合面与该第二接合面。
12.如权利要求11所述的复合基板的接合方法，其中步骤B中以清洁刷刷洗沾有清洁液的该第一接合面与该第二接合面。
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