CN112185850A - 晶圆到晶圆接合方法及晶圆到晶圆接合设备 - Google Patents

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wafer
push rod
stage
adsorption
protruding length
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任京彬
尹贤埈
赵光熙
李济元
韩珉洙
金俊亨
石承大
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

在晶圆到晶圆接合方法中，第一晶圆被真空吸附在下平台的第一表面上，并且第二晶圆被真空吸附在上平台的第二表面上。通过下推动杆将压力施加到第一晶圆的中间部分，并且通过上推动杆将压力施加到第二晶圆的中间部分。第一晶圆和第二晶圆的接合径向向外传播。检测第一晶圆和第二晶圆的接合传播位置。下推动杆的突出长度和上推动杆的突出长度的比率根据接合传播位置而改变。

Description

晶圆到晶圆接合方法及晶圆到晶圆接合设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年7月2日在韩国知识产权局(KIPO)提交的No.10-2019-0079283韩国专利申请的优先权，所述申请的内容通过引用其全部合并于此。
技术领域
一些示例实施例涉及晶圆到晶圆接合方法和晶圆到晶圆接合设备。更具体地，一些示例实施例涉及将晶圆彼此接合以制造具有三维连接结构的半导体装置的方法以及用于执行该方法的晶圆到晶圆接合设备。
背景技术
在制造诸如CIS(CMOS图像传感器)、HBM(高带宽存储器)等电子产品时，两个晶圆可以彼此接合，从而提高每晶圆的生产率。晶圆到晶圆接合工艺可以包括O2等离子体活化步骤、水合步骤、晶圆对齐步骤、晶圆接合步骤、退火步骤等。由于在晶圆接合步骤中，晶圆的中间区域可能变形而突出，并且然后可能从中间区域到外围区域逐渐地结合，所以在晶圆的接合传播期间，晶圆可能由于自重而变形，使得晶圆在粘合点处的曲率彼此不对称，从而导致对齐误差。
发明内容
一些示例实施例提供了一种能够防止晶圆到晶圆未对齐的晶圆到晶圆接合方法。
一些示例实施例提供了一种用于执行晶圆到晶圆接合方法的晶圆到晶圆接合设备。
根据一些示例实施例，一种晶圆接合设备可以包括：真空泵；下平台，其具有第一表面并且包括第一表面中的多个第一吸附孔，其中，下平台被配置为基于真空压力从真空泵被供应到多个第一吸附孔来将第一晶圆真空吸附在第一表面上；上平台，其具有第二表面并且包括第二表面中的多个第二吸附孔，其中，上平台被配置为基于真空压力从真空泵被供应到多个第二吸附孔来将第二晶圆真空吸附在第二表面上；下推动杆，其能够移动穿过下平台的中间部分中的第一中心孔，以接触第一晶圆的与第一中心孔重叠的中间区域并向第一晶圆的中间区域施加压力；上推动杆，其能够移动穿过上平台的中间部分中的第二中心孔，以接触第二晶圆的与第二中心孔重叠的中间区域并向第二晶圆的中间区域施加压力；位置检测传感器，其被配置为基于通过下平台和上平台中的至少一个平台中的检测孔检测第一晶圆和第二晶圆中的至少一个，来生成指示第一晶圆和第二晶圆的接合传播位置的晶圆位置信息；平台驱动器，其被配置为使下平台和上平台相对于彼此移动；推动杆驱动器，其被配置为在竖直方向上移动下推动杆和上推动杆；其中，真空泵被配置为将真空压力选择性地供应至第一吸附孔和第二吸附孔两者；以及处理电路，其通信地耦接到平台驱动器、推动杆驱动器和真空泵，处理电路被配置为对平台驱动器、推动杆驱动器和真空泵的操作进行控制，处理电路还被配置为对晶圆位置信息进行处理以检测接合传播位置，处理电路还被配置为根据接合传播位置来改变下推动杆的突出长度与上推动杆的突出长度的比率和上平台的吸附面积与下平台的吸附面积的比率中的至少一个。
根据一些示例实施例，一种晶圆接合设备可以包括：下平台，其具有第一表面并且包括第一表面中的多个第一吸附孔，其中，下平台被配置为基于真空压力从真空泵被供应到多个第一吸附孔来将第一晶圆真空吸附在第一表面上；上平台，其具有第二表面并且包括第二表面中的多个第二吸附孔，其中，上平台被配置为基于真空压力从真空泵供应到多个第二吸附孔来将第二晶圆真空吸附在第二表面上；下推动杆，其可移动穿过下平台的中间部分中的第一中心孔，以接触第一晶圆的与第一中心孔重叠的中间区域并向第一晶圆的中间区域施加压力；上推动杆，其可移动穿过上平台的中间部分中的第二中心孔，以接触第二晶圆的与第二中心孔重叠的中间区域并向第二晶圆的中间区域施加压力；位置检测传感器，其被配置为基于通过下平台和上平台中的至少一个平台中的检测孔检测第一晶圆和第二晶圆中的至少一个，来生成指示第一晶圆和第二晶圆的接合传播位置的晶圆位置信息；以及处理电路，其被配置为对晶圆位置信息进行处理以检测接合传播位置，处理电路还被配置为根据接合传播位置来改变下推动杆的突出长度与上推动杆的突出长度的比率和上平台的吸附面积与下平台的吸附面积的比率中的至少一个。检测孔可以位于从上平台的中心到上平台的外边缘的半径(R)的0.25R至0.75R之间的范围内，或从下平台的中心到下平台的外边缘的半径(R)的0.25R到0.75R之间的范围内。
根据一些示例实施例，在上晶圆和下晶圆的接合径向向外传播的同时，可以改变下推动杆的突出长度与上推动杆的突出长度的比率或者下平台的吸附面积与上平台的吸附面积的比率。另外，下平台和上平台之间的距离可以根据接合传播位置而改变。
因此，在上晶圆和下晶圆的接合传播的同时，晶圆在粘合点处的曲率可以被控制为彼此对称，从而减小或最小化晶圆之间的对齐误差，从而提高通过这种接合形成的半导体装置的质量，包括提高所述半导体装置的性能、可靠性和/或效率。
附图说明
从下面结合附图的详细描述中，将更清楚地理解一些示例实施例。图1至图15表示如本文所述的非限制性的一些示例实施例。
图1是示出根据一些示例实施例的晶圆到晶圆接合系统的框图。
图2是示出根据一些示例实施例的晶圆接合设备的截面图。
图3是示出图2中的晶圆接合设备中的晶圆接合工艺的初始步骤的截面图。
图4是示出图2中的晶圆接合设备的上平台的平面图。
图5是示出图2中的晶圆接合设备的驱动部分和控制器的框图。
图6A和图6B是示出一些示例实施例中的晶圆接合设备中的第一晶圆和第二晶圆的接合工艺的阶段的截面图。
图7是示出根据一些示例实施例的下推动杆的突出长度和上推动杆的突出长度的比率根据接合传播的改变的曲线图。
图8A和图8B是示出在接合初始时间处根据下推动杆的突出长度与上推动杆的突出长度的比率的第一晶圆和第二晶圆的曲率的曲线图。
图9A和图9B是示出在接合传播时间处根据下推动杆的突出长度与上推动杆的突出长度的比率的第一晶圆和第二晶圆的曲率的曲线图。
图10A是示出根据一些示例实施例的根据接合传播的下平台的位置的曲线图，图10B是示出根据一些示例实施例的根据接合传播的下推动杆和上推动杆的突出长度的曲线图。
图11是示出在接合传播位置处下平台与上平台之间的距离的曲线图。
图12A、图12B和图12C是示出在接合传播期间根据上平台和下平台的吸附面积的比率的第一晶圆和第二晶圆的曲率的曲线图。
图13是示出根据一些示例实施例的晶圆到晶圆接合方法的流程图。
图14是示出图13中的晶圆到晶圆接合方法的视图。
图15是示出图13中的晶圆到晶圆接合方法的接合阶段的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细说明一些示例实施例。
图1是示出根据一些示例实施例的晶圆到晶圆接合系统的框图。
参照图1，晶圆到晶圆接合系统10可以包括布置在洁净室20中的诸如等离子体处理设备40和清洁设备50的预处理设备、对齐设备60和晶圆接合设备70。晶圆到晶圆接合系统10还可以包括设置在洁净室20的一侧的盒式平台30。
在一些示例性实施例中，洁净室20可以是具有长方体形状的封闭房室，并且可以是具有低水平的污染物的受控环境，所述污染物诸如，例如，灰尘、空气中的微生物、气溶胶颗粒和化学蒸气。
盒式平台30可以提供晶圆在被传送到洁净室20之前所位于其中的空间。具有容纳在其中的多个晶圆的载体C可以被支撑在盒式平台30的支撑板32上。载体C可以是例如前开式晶圆盒(front opening unified pod，FOUP)。容纳在载体C中的晶圆可以通过传送机器人22传送到洁净室20中。例如，三个载体C可以设置在盒式平台30上。在一些示例实施例中，将要相互接合的第一晶圆和第二晶圆可分别容纳在第一载体C和第二载体C中，并且接合后的晶圆可容纳在第三载体C中。
在一些示例实施例中，第一晶圆可以是其中形成有用于图像传感器芯片的电路的晶圆，第二晶圆可以是其中形成有用于图像传感器芯片的光电传感器的晶圆，使得可以基于将第一晶圆和第二晶圆接合在一起以形成包括电路和光电传感器的图像传感器芯片来形成图像传感器芯片。可替换地，在一些示例实施例中，第一晶圆可以是其中形成有用于半导体封装件(例如，高带宽存储器(HBM))的电路的晶圆，第二晶圆可以是其中形成有用于半导体封装件的存储器的晶圆，使得可以基于将第一晶圆和第二晶圆接合在一起以形成包括电路和存储器的半导体封装件来形成半导体封装件。
等离子体处理设备40可以对晶圆W的表面执行等离子体处理。等离子体处理设备40可以是被配置为在设置在ICP(电感耦合等离子体)室内的晶圆W的表面上处理等离子体以在晶圆W的表面上形成悬空键的设备。然而，由等离子体处理设备产生的等离子体不限于在ICP室中使用的电感耦合等离子体。例如，一些示例实施例可以使用可以由等离子体处理设备产生的电容耦合等离子体、微波等离子体等。
清洁设备50可以对已经由等离子体处理设备40进行过等离子体处理的晶圆的表面进行清洁。清洁设备50可以使用旋涂机在晶圆表面上涂覆去离子(DI)水。DI水可以清洁晶圆表面，并允许-OH基团(radical)容易地键合在晶圆表面上，使得容易地在晶圆表面上产生悬空键。
对齐设备60可以检测晶圆W的平坦部分(或切口部分)以对齐晶圆W。由对齐设备60对齐的晶圆可以被传送机器人22传送到等离子体处理设备40或晶圆接合设备70。
在下文中，将对图1的晶圆接合设备进行说明。
图2是示出根据一些示例实施例的晶圆接合设备的截面图。图3是示出图2中的晶圆接合设备的晶圆接合工艺的初始步骤的截面图。图4是示出图2中的晶圆接合设备的上平台的平面图。图5是示出图2中的晶圆接合设备的驱动部分和控制器的框图。
参照图2至图5，晶圆接合设备70可以包括下卡盘结构100、上卡盘结构200、第一晶圆推动单元310、第二晶圆推动单元320和位置检测传感器400。另外，晶圆接合设备70还可以包括多个驱动部分和被配置为对驱动部分的操作进行控制的控制器500。在一些示例实施例中，晶圆接合设备70可以省略如本文中所述的驱动部分。再次说明，驱动部分可以与晶圆接合设备70分离。
在一些示例实施例中，下卡盘结构100可以包括保持第一晶圆W1的下平台110。下平台可以被理解为具有这样的表面和结构的结构：所述表面和结构被配置为结构地支撑第一晶圆W1(例如，支撑第一晶圆W1的重量)并将其保持在适当位置。下平台110可以具有第一表面112，第一晶圆W1被设置在第一表面112上(例如，第一晶圆W1被搁置在第一表面112上)。第一吸附孔130可以设置在下平台110的第一表面112中。再次说明，下平台110可以包括多个第一吸附孔130，所述多个第一吸附孔130至少延伸穿过第一表面112，以便成为第一表面112中的孔，其中，第一吸附孔130各自至少部分地对将一个或多个第一吸附孔130耦接至真空泵(例如，真空泵240)的第一吸附导管131的一端进行限定。因此，将理解的是，多个第一吸附孔130可以经由一个或多个第一吸附导管131耦接到第一真空泵(例如，真空泵240)，使得真空泵240可以经由第一吸附导管131向第一吸附孔130提供真空压力，并且因此可以在对象(诸如第一晶圆W1)的至少一部分上施加真空力，第一晶圆W1被搁置在第一表面112上以便至少部分地覆盖一个或多个第一吸附孔130，如图2所示。因此，基于通过第一吸附孔130施加的真空，第一晶圆W1可以被下平台110的第一吸附孔130真空吸附。因此，将理解的是，下平台110可以经由第一吸附孔130真空吸附第一表面112上的第一晶圆W1，其中，当由真空源通过第一吸附孔130施加真空时，通过向部分地或完全地覆盖一个或多个第一吸附孔130的第一晶圆W1的一个或多个部分施加真空而产生吸附力。
如图2所示，晶圆接合设备70可以包括一组流体控制阀132，所述一组流体控制阀132可以各自将单独的吸附导管131耦接至真空泵240，并且可以各自是可调节的，以可调节地控制真空泵240与相应的一个或多个吸附孔之间的流体连通，所述一个或多个吸附孔经由吸附导管131的至少一些部分耦接至流体控制阀132。将理解的是，在一些示例实施例中，给定的流体控制阀132可以将与流体控制阀132并行耦接的多个吸附导管耦接到真空泵240，使得流体控制阀132可以被配置为对真空泵与该多个吸附导管131之间的流体连通进行控制。如本文所述的真空泵240和/或控制器500可独立地控制这些流体控制阀132中的每一个的调节位置(例如，打开、关闭、部分打开等)，以独立地并且选择性地对从真空泵240到选定的吸附导管131以及到因此选定的第一吸附孔130的真空压力的施加进行控制。这种控制可以基于由控制器500产生并且被直接传达到一个或多个流体控制阀132或被传达到真空泵240以使真空泵240对一个或多个流体控制阀132(例如，在阀132被包括在真空泵240中的示例实施例中)进行控制的控制信号。因此，将理解的是，控制器500可以被配置为使得真空压力被选择性地并且独立地施加到第一吸附孔130中的选定的一个或多个吸附孔。
上卡盘结构200可以包括保持第二晶圆W2的上平台210。上平台210可以被理解为具有这样的表面和结构的结构：所述表面和结构被配置为结构地支撑第二晶圆W2(例如，支撑第二晶圆W2的重量)并将其保持在适当位置。上平台210可以被布置为面对下平台110。上平台210可以具有第二表面212，第二晶圆W2被设置在第二表面212上。第二吸附孔230可以设置在上平台210的第二表面212中。再次说明，上平台210可以包括多个第二吸附孔230，所述多个第二吸附孔230至少延伸穿过第二表面212，以便成为第二表面212中的孔，其中，第二吸附孔230各自至少部分地对将一个或多个第二吸附孔230耦接到真空泵(例如，真空泵240)的吸附导管231(例如，吸附导管)的一端进行限定。因此，将理解的是，多个第二吸附孔230可以经由一个或多个第二吸附导管231耦接到第二真空泵(所述第二真空泵可以与第一真空泵(例如，真空泵240)相同或不同)，使得真空压力可以经由第二吸附导管231被供应到第二吸附孔230，并且因此可以在对象(诸如第二晶圆W2)的至少一部分上施加真空力，第二晶圆W2与第二表面212接触以便至少部分地覆盖一个或多个第二吸附孔230，如图2所示。将理解的是，真空泵240可向第一吸附孔130和第二吸附孔230供应相同的真空压力。因此，基于通过第二吸附孔230施加的真空，第二晶圆W2可被上平台210的第二吸附孔230真空吸附，其中，在第二晶圆W2上产生的真空力至少足以克服第二晶圆W2的重量并将第二晶圆W2紧靠第二表面212保持在适当位置。因此，将理解的是，上平台210可以经由第二吸附孔230真空吸附第二表面212上的第二晶圆W2，其中，当由真空源通过第二吸附孔230施加真空时，通过向部分地或完全地覆盖一个或多个第二吸附孔230的第二晶圆W2的一个或多个部分施加真空而产生吸附力。
如图2所示，晶圆接合设备70可以包括一组流体控制阀232，所述一组流体控制阀232可以各自将单独的吸附导管231耦接到真空泵240，并且可以各自是可调节的，以可调节地控制真空泵240和相应的一个或多个吸附孔之间的流体连通，所述一个或多个吸附孔经由吸附导管231的至少一些部分耦接到流体控制阀232。将理解的是，在一些示例实施例中，给定的流体控制阀232可以将与流体控制阀232并行耦接的多个吸附导管耦接到真空泵240，使得流体控制阀232可以被配置为对真空泵与该多个吸附导管231之间的流体连通进行控制。如本文所述的真空泵240和/或控制器500可以独立地控制这些流体控制阀232中的每一个的调节位置(例如，打开、关闭、部分打开等)，以独立地并且选择性地对从真空泵240到选定的吸附导管231以及到因此选定的第二吸附孔230的真空压力的施加进行控制。这种控制可以基于由控制器500产生并且被直接传达到一个或多个流体控制阀232或被传达到真空泵240以使真空泵240对一个或多个流体控制阀232(例如，在阀232被包括在真空泵240中的示例实施例中)进行控制的控制信号。因此，将理解的是，控制器500可以被配置为使得真空压力被选择性地并且独立地施加到第二吸附孔230中的选定的一个或多个吸附孔。
下平台110的第一吸附孔130和上平台210的第二吸附孔230可被布置为彼此对应。也就是说，第一吸附孔130和第二吸附孔230可以彼此镜像对称地布置。
如图2至图4所示，第二吸附孔230可以布置在上平台210的外围区域210P中，以提供(例如，限定)外部吸附区域。第二吸附孔230可以吸附第二晶圆W2的外围部分。尽管在图中未示出，但是可以在上平台210的中间区域中额外地形成内部吸附孔，以提供内部吸附区域。因为第一吸附孔130对应于第二吸附孔230，所以将省略关于第一吸附孔130的详细说明。
第二吸附孔230可以具有从中心沿径向顺序地布置的第一吸附部分Z1、第二吸附部分Z2和第三吸附部分Z3。例如，第一吸附部分至第三吸附部分Z1、Z2、Z3中的每一个可以包括弧形形状的八个区段以具有完全环形的形式。在一些示例实施例中，第一吸附部分至第三吸附部分中的每一个具有八个弧形形状区段，然而，其可以不限于此，例如，吸附部分可以具有8个至64个(诸如16个、32个、64个等)弧形形状区段。
第二吸附孔230(吸附区域II)可以位于上平台210的外围区域210P中(例如，至少如图2至图4所示，围绕上平台210的中心210C环形地布置和/或延伸)，例如，位于从上平台210的中心(210C)到上平台210的外边缘(210E)的半径(R)的至少0.6R(例如，60％)处，优选地，0.8R处或更大(例如，至少0.8R)。类似地，第一吸附孔130(吸附区域I)可以位于下平台110的外围区域110P中(例如，至少如图2至图4所示，围绕下平台110的中心110C环形地布置和/或延伸)，例如，位于从下平台110的中心(110C)到下平台110的外边缘(110E)的半径(R)的至少0.6R(例如，60％)处，优选地，0.8R处或更大(例如，至少0.8R)。在晶圆具有300mm的直径的情况下，第一吸附部分Z1可以具有距上平台210的中心约133mm的内半径和约136mm的外半径，第二吸附部分Z2可以具有距上平台210的中心约139mm的内半径和约142mm的外半径，并且第三吸附部分Z3可以具有距上平台210的中心约145mm的内半径和约148mm的外半径。第一吸附部分至第三吸附部分Z1、Z2、Z3中的每一个在径向方向上的宽度可以是约3mm，然而，其可以不限于此，例如，在径向方向上的宽度可以在从约1mm至约5mm的范围。
当术语“约”或“基本上”在本说明书中与数值结合使用时，其意指相关联的数值包括所述数值周围±10％的公差。当指定范围时，所述范围包括其间的所有值，例如0.1％的增量。
具有环形形状的第一吸附部分至第三吸附部分Z1、Z2、Z3中的每一个可以包括具有弧形形状的多个凹槽。例如，第一吸附部分至第三吸附部分Z1、Z2、Z3中的每一个可以具有八个弧形形状的凹槽。一个凹槽可以具有约45度的中心角。可以理解的是，吸附部分和凹槽的数量和形状可以不限于此。
第一吸附部分至第三吸附部分Z1、Z2、Z3可以分别通过一个或多个管线(例如，一个或多个第二吸附导管231)连接到真空泵240。例如，真空压力可以独立地或成组地(例如，彼此相对的弧形凹槽)被供应(例如，施加、引导等)到第一吸附部分Z1的八个弧形区段。
真空泵240可以连接到控制器500并被控制器500控制，以将真空压力供应到第一吸附部分至第三吸附部分Z1、Z2、Z3。另外，真空泵240可将真空压力供应(例如，施加、引导等)到第一吸附部分至第三吸附部分Z1、Z2、Z3的区段中的每一个。将理解的是，真空泵240可以包括一组阀132、232，所述一组阀132、232可以基于从控制器500提供到真空泵240的控制信号而被单独地控制，以选择性地控制将真空压力供应到分离的相应吸附导管(例如，吸附导管131、231)，以控制将真空压力选择性地供应到通过第一吸附孔130和/或第二吸附孔230限定的各个吸附部分。
例如，当真空压力被供应到第一吸附部分至第三吸附部分Z1、Z2、Z3(Z1、Z2、Z3：接通)时，可以在上平台210的外围区域中形成第一吸附面积的第一真空区域。当真空压力被供应到第二吸附部分Z2和第三吸附部分Z3(Z2、Z3：接通)时，可以在上平台210的外围区域中形成小于第一吸附面积的第二吸附面积的第二真空区域。当真空压力被供应到第三吸附部分Z3(Z3：接通)时，可以在上平台210的外围区域中形成小于第二吸附面积的第三吸附面积的第三真空区域。
在图2和图3中，上平台210的第一吸附部分至第三吸附部分Z1、Z2、Z3可以由剖面线(Z1、Z2、Z3：接通)示出，并且下平台110的第一吸附部分至第三吸附部分Z1、Z2、Z3可以由剖面线(Z1、Z2、Z3：接通)示出。
如稍后所述，可以将上平台210和下平台110的吸附面积(suction area)的比率控制为根据接合传播(bonding propagation)而改变(例如，基于由控制器500产生并被发送到晶圆接合设备70的一个或多个元件的控制信号)。可以将形成在上平台210中的吸附区(吸附区域II)控制为与形成在下平台110中的吸附区(吸附区域I)不对称。例如，在接合传播的第一时间点处，可以在上平台210中设置第一吸附面积的吸附区，并且可以在下平台110中设置第三吸附面积的吸附区。
第一晶圆W1和第二晶圆W2的保持可以以各种方式实现。例如，如上所述，第一晶圆W1和第二晶圆W2可以分别由第一吸附孔130和第二吸附孔230真空吸附。可替换地，可以利用诸如静电卡盘的静电力来吸附第一晶圆W1和第二晶圆W2。在这种情况下，可以将上平台210和下平台110的吸附面积的比率控制为根据接合传播而改变。
在一些示例实施例中，下卡盘结构100可以包括被配置为移动下平台110的下平台驱动部分120(在本文中也称为下平台驱动器)。下平台驱动部分120可以包括水平驱动部分和旋转驱动部分，水平驱动部分用于在X、Y、Z方向上平移移动下平台110，旋转驱动部分用于绕Z轴旋转下平台110。
下平台110可以被安装为可通过下平台驱动部分120平移地和旋转地移动，使得可以调节上平台210和下平台110之间的相对位置。如稍后所述，下平台110可以通过下平台驱动部分120在Z方向上向上和向下移动。因此，下平台110可以将吸附在其上的第一晶圆W1朝向吸附在上平台210上的第二晶圆W2移动。
上卡盘结构200可以包括被配置为移动上平台210的上平台驱动部分220(在本文中也称为上平台驱动器)。上平台驱动部分220可以执行与下平台驱动部分120类似的功能。在一些示例实施例中，晶圆接合设备70可以包括下平台驱动部分120和上平台驱动部分220中的一个或两个。下平台驱动部分120和上平台驱动部分220中的每个驱动部分可以被单独理解为是被配置为使下平台110和上平台210中的一个或两个相对于彼此移动的平台驱动器。在一些示例实施例中，下平台驱动部分120和/或上平台驱动部分220可以统称为单平台驱动器；这种平台驱动器可被配置为单独地或彼此协调地移动下平台110和上平台210两者。在一些示例实施例中，下平台驱动部分120和/或上平台驱动部分220可以包括活塞致动器。
在一些示例实施例中，第一晶圆推动单元310可以包括下推动杆312和下推动杆驱动部分314(也称为下推动杆驱动器)。第二晶圆推动单元320可以包括上推动杆322和上推动杆驱动部分324(在本文中也称为上推动杆驱动器)。下推动杆驱动部分314和/或上推动杆驱动部分324可以各自是活塞致动器。下推动杆驱动部分314和/或上推动杆驱动部分324可以统称为推动杆驱动器，所述推动杆驱动器被配置为使下推动杆312和上推动杆322沿竖直方向移动(例如，沿Z方向移动，Z方向与下推动杆312和上推动杆322的纵向轴线平行地延伸)。
下推动杆驱动部分314可连接到控制器500并由控制器500控制，并且可向上和向下移动下推动杆312。再次说明，下推动杆驱动部分314可以被配置为根据由控制器500产生的控制信号移动下推动杆。下推动杆312可以被安装为(例如，在与下推动杆312的纵向轴线平行延伸的方向上)可移动穿过形成在下平台110的中间部分(例如，下平台110的包围第一表面112的中心的中心部分)中(例如，延伸穿过该中间部分)的中心孔114(在本文中也称为第一中心孔)。如图所示，中心孔114可延伸穿过第一表面112，使得第一表面112上的第一晶圆W1的至少一部分覆盖中心孔114。下推动杆312可通过下推动杆驱动部分314向上移动以对第一晶圆W1的中间区域W1-M施压(例如，接触并施加压力)，其中，中间区域W1-M可以是第一晶圆W1的与中心孔114垂直对齐(例如，与中心孔114重叠、覆盖中心孔114等)的中心部分。下推动杆驱动部分314可以包括驱动源，诸如液压缸、气压缸、线性马达、螺线管装置等。
上推动杆驱动部分324(也称为上推动杆驱动器)可连接到控制器500并由控制器500控制，并且可向上和向下移动上推动杆322。再次说明，上推动杆驱动部分324可以被配置为根据由控制器500产生的单独的控制信号(其与下推动杆驱动部分314移动下推动杆312所根据的控制信号分开)来移动上推动杆322。上推动杆322可以被安装为(例如，在与上推动杆322的纵向轴线平行延伸的方向上)可移动穿过形成在上平台210的中间部分(例如，上平台210的包围第二表面212的中心的中心部分)中(例如，延伸穿过该中间部分)的中心孔214(在本文中也称为第二中心孔)。如图所示，中心孔214可延伸穿过第二表面212，使得第二表面212上(例如，保持为与第二表面212接触)的第二晶圆W2的至少一部分覆盖中心孔214。上推动杆322可通过上推动杆驱动部分324向下移动以对第二晶圆W2的中间区域W2-M施压(例如，接触并施加压力)，其中，中间区域W2-M可以是第二晶圆W2的与中心孔214垂直对齐(例如，与中心孔214重叠、覆盖中心孔214等)的中心部分。上推动杆驱动部分324和下推动杆驱动部314中的每一个可以包括驱动源(例如，驱动器)，诸如液压缸、气压缸、线性马达、螺线管装置等。
例如，控制器500可以控制下推动杆312从下平台110的突出长度B和上推动杆322从上平台210的突出长度T。如稍后所述，下推动杆312和上推动杆322的突出长度的比率可被控制器500控制为根据接合传播而改变。
在一些示例实施例中，位置检测传感器400可以设置在下卡盘结构100和上卡盘结构200中的至少一个中。位置检测传感器400可以被配置为检测第一晶圆W1和第二晶圆W2的接合传播位置。再次说明，位置检测传感器400可以基于通过一个或多个检测孔216检测第一晶圆W1和/或第二晶圆W2(例如，捕获第一晶圆W1和/或第二晶圆W2的图像，检测从第一晶圆W1和/或第二晶圆W2的暴露部分反射的光，以及确定反射光的飞行时间等)来产生指示第一晶圆W1和/或第二晶圆W2的一个或多个部分的位置的晶圆位置信息。晶圆位置信息可以(例如，在控制器500处)被处理以确定(例如，检测)第一晶圆W1和第二晶圆W2的接合传播位置。在一些示例实施例中，位置检测传感器400被配置为对在位置检测传感器400处产生的传感器数据进行处理，以确定第一晶圆W1和第二晶圆W2的接合传播位置，并向控制器500提供指示接合传播位置的信息。将理解的是，可基于位置检测传感器400对第一晶圆W1和第二晶圆W2中的至少一个的检测来产生由位置检测传感器400产生的晶圆位置信息，其中，对第一晶圆W1和/或第二晶圆W2的这种检测可以包括通过检测孔216捕获第一晶圆W1和/或第二晶圆W2的暴露部分的图像，其中，这种图像可以被处理以从位置检测传感器400确定暴露部分的位置(例如，距离)。这种检测可以包括从位置检测传感器400向第一晶圆W1和第二晶圆W2中的至少一个发射光束，检测发射的光中的由第一晶圆W1和第二晶圆W2中的至少一个反射回至位置检测传感器400的至少一部分光的反射，以及基于所确定的光从位置检测传感器400至暴露部分并经由反射返回至位置检测传感器400的飞行时间来确定暴露部分的一部分。位置检测传感器400可以包括被配置为捕获第一晶圆W1和/或第二晶圆W2的一个或多个图像的至少一个视觉相机，其中，这种图像可以被处理以确定第一晶圆W1和/或第二晶圆W2的接合传播位置。可以在上卡盘结构200中设置两个视觉相机。
特别地，至少如图2所示，位置检测传感器400可以是视觉相机，所述视觉相机可以通过形成在上平台210中的检测孔216捕获第二晶圆W2的图像，以使用遮蔽比率(shadingratio)来检测(例如，产生可被处理的传感器数据(例如，图像)以检测)第二晶圆的变形。如图2所示，检测孔216可以延伸穿过上平台210的至少一部分以延伸穿过第二表面212，并且因此暴露第二晶圆W2的至少一部分。检测孔216可以被形成为与上平台210的中心间隔开特定(或者，可替换地，预定的)距离。例如，检测孔216可以位于从上平台210的中心(210C)到上平台210的外边缘(210E)的半径(R)的0.25R至0.75R之间的范围内，或位于从下平台110的中心(110C)到下平台110的外边缘(110E)的半径(R)的0.25R到0.75R之间的范围内。在晶圆具有300mm直径的情况下，检测孔216可以具有从上平台210的中心起约37.5mm的内半径和约112.5mm的外半径。因此，可以使用视觉相机来检测在距上平台210的中心37.5mm和112.5mm之间的范围内的接合传播位置。检测孔216可以位于第二吸附孔230(吸附区域)的内侧(例如，在一个或多个第二吸附孔230和中心孔214之间)。
位置检测传感器400(例如，视觉相机)可以基于通过检测孔216检测第一晶圆W1和/或第二晶圆W2的至少暴露的部分来产生晶圆位置信息，所述晶圆位置信息可用于通过检测孔216检测第二晶圆W2的接合传播位置。位置检测传感器400可以基于传感器数据产生检测到的晶圆位置信息，其中，检测到的晶圆位置信息可以指示第二晶圆W2的位置。位置检测传感器400(例如，视觉相机)可以将检测到的晶圆位置信息(例如，指示检测到的接合传播位置的信息)输出(例如，发送)至控制器500，并且控制器500可以基于输入的晶圆位置信息来计算第一晶圆W1和第二晶圆W2中的一个或两个的接合传播位置。将理解的是，控制器500可以对没有被位置检测传感器400直接成像的晶圆(例如，第一晶圆W1)的接合传播位置进行计算。
因此，将理解的是，位置检测传感器400可以基于通过检测孔216直接监测第一晶圆W1和/或第二晶圆W2来产生可以指示第一晶圆W1和/或第二晶圆W2的接合传播位置的晶圆位置信息，其中，接合传播位置可以是没有被位置检测传感器400通过检测孔216直接监测的晶圆的接合传播位置。虽然图2中的检测孔216被示出为是延伸穿过上平台210的检测孔，但是将理解的是，在一些示例实施例中，除了包括或替代于包括如图2所示的延伸穿过上平台210的一个或多个检测孔216，晶圆接合设备70可以包括延伸穿过下平台110并且因此穿过第一表面112的一个或多个检测孔216，并且此外，除了或替代于图2所示的位置检测传感器400，晶圆接合设备70可以包括一个或多个位置检测传感器400，所述一个或多个位置检测传感器400位于第一表面112下方并且被配置为通过延伸穿过下平台110的检测孔216来检测第一晶圆W1和/或第二晶圆W2的接合传播位置。
如图5所示，控制器500可以被包括在处理电路(例如包括逻辑电路的硬件)的一个或多个实例、硬件/软件组合(例如，执行软件的处理器)、或它们的组合中，控制器500可以包括处理电路(例如包括逻辑电路的硬件)的一个或多个实例、硬件/软件组合(例如，执行软件的处理器)、或它们的组合，并且/或控制器500可以由处理电路(例如包括逻辑电路的硬件)的一个或多个实例、硬件/软件组合(例如，执行软件的处理器)、或它们的组合实现。例如，处理电路(processing circuitry)更具体地可以包括但不限于处理器510，处理器510可以包括中央处理器(CPU)、算术逻辑单元(ALU)、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)、可编程逻辑单元、微处理器、专用集成电路(ASIC)等。在一些实施例中，控制器500的处理电路可以包括存储指令的程序(program ofinstructions)的非暂时性计算机可读存储装置520(例如，存储器)(例如，固态驱动器(SSD))以及耦接到(例如，经由总线505耦接到)存储装置520并且被配置为执行指令的程序以实现控制器500的功能的处理器510。因此，如本文所述的控制器500可以可互换地称为“处理电路”，所述处理电路可以被配置为实现如本文所述的控制器500的任何和所有功能。
如图5所示，控制器500可以被连接(例如，通信地耦接)到晶圆接合设备70的元件(例如，上平台驱动部分120、下平台驱动部分220、流体控制阀132、流体控制阀232、上推动杆驱动部分314、下推动杆驱动部分324、和真空泵240)，并且被配置为控制晶圆接合设备70的元件的操作。控制器500可以从位置检测传感器400接收位置信息，并基于位置信息来确定(例如，计算)第一晶圆W1与第二晶圆W2的接合传播位置。控制器500可以将控制信号施加(例如，产生、发送等)到驱动部分(诸如下平台驱动部分120、真空泵240、下推动杆驱动部分314和上推动杆驱动部分324)以控制晶圆接合设备70的操作。
在一些示例实施例中，晶圆接合设备70还可以包括用于对齐晶圆的位置检测器(未示出)。位置检测器可以通过形成在上平台210中的孔218和形成在下平台110中的孔来检测对齐键(alignment key)，诸如用于第一晶圆W1和第二晶圆W2的对齐键，并且控制器500可以基于检测到的信息来对齐第一晶圆W1和第二晶圆W2。
在下文中，将对使用图2中的晶圆接合设备执行的晶圆接合方法进行说明。
图6A和图6B是示出一些示例实施例中的晶圆接合设备中的第一晶圆和第二晶圆的接合工艺的阶段的截面图。
参照图6A，为了进行晶圆接合工艺，第一晶圆W1和第二晶圆W2可以保持在下平台110和上平台210上。
首先，第一晶圆W1可以被真空吸附以保持在下平台110的第一表面112上。第二晶圆W2可以被真空吸附以保持在上平台212的第二表面212上。
然后，下推动杆312可以朝向上平台210上升，以对第一晶圆W1的中间部分施压。因此，第一晶圆W1的中间部分可以从下平台110的第一表面112分离，以比外围区域更向上突出。同时，上推动杆322可以朝向下平台110下降，以对第二晶圆W2的中间部分施压。因此，第二晶圆W2的中间部分可以从上平台210的第二表面212分离，以比外围区域更向下突出。
当第一晶圆W1向上弯曲使得其向上凹并且第二晶圆W2向下弯曲使得其向下凹时，下平台110可以向上行进使得第一晶圆W1接触第二晶圆W2。如果第一晶圆W1的中间部分最初接触第二晶圆W2的中间部分，则开始接合。
在接合的初始时间处，下推动杆312可以具有从下平台110起的第一突出长度B1，上推动杆322可以具有第一突出长度T1。
另外，在接合初始时间处，控制器500可以控制真空泵240以使真空压力被施加(例如，被供应)到上平台210的第一吸附部分至第三吸附部分Z1、Z2、Z3(Z1、Z2、Z3：接通)，以在上平台210的外围区域中形成第一吸附面积的吸附区域，并且控制器500可以控制真空泵240以使真空压力被施加到下平台110的第三吸附部分Z3(Z3：接通)，以在下平台110的外围区域中形成小于第一吸附面积的第三吸附面积的吸附区域。因此，在接合初始时间处，在上平台210的外围区域中形成第一吸附区，并且在下平台110的外围区域中形成具有小于第一吸附区的面积的第二吸附区，其中，基于使真空压力被供应到比第一吸附孔130更大量的第二吸附孔230，第一吸附区被理解为是从真空泵240主动向其供应真空压力的第二吸附孔230的总区域，并且第二吸附区被理解为是从真空泵240主动向其供应真空压力的第一吸附孔130的总区域。将理解的是，在一些示例实施例中，将真空压力施加到上平台210和/或下平台110的某些吸附部分的控制可以包括对耦接到真空泵240的一个或多个阀的阀位置进行控制，以便控制真空压力被供应到哪个吸附导管131、231。在图6A中，上平台210的第一吸附部分至第三吸附部分Z1、Z2、Z3可以由剖面线示出，下平台110的第三吸附部分Z3可以由剖面线示出。
参照图6B，第一晶圆W1和第二晶圆W2的接合可以径向向外传播，然后第一晶圆和第二晶圆可以结合。可以通过位置检测传感器400检测接合传播位置。第一晶圆W1和第二晶圆W2的外围区域处的接合传播位置可以由位置检测传感器400检测。例如，在晶圆具有300mm直径的情况下，可以在从第一晶圆W1和第二晶圆W2的中心起约37.5mm至约110mm之间的范围内检测接合传播位置。
下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率(B/T)可被控制为根据接合传播而改变。上平台210的吸附面积和下平台110的吸附面积的比率可以被控制为根据接合传播而改变。再次说明，控制器500可以被配置为根据所确定的第一晶圆W1和第二晶圆W2中的至少一个的接合传播位置，来改变(例如，基于将控制信号发送到下推动杆驱动部分314和/或上推动杆驱动部分324来改变)下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率(B/T)和上平台210的吸附面积和下平台110的吸附面积的比率中的至少一个。下平台110和上平台210之间的距离(G)可以被控制为根据接合传播而改变。再次说明，控制器500可以被配置为根据所确定的接合传播位置来改变(例如，基于将控制信号发送到下平台驱动部分120和/或上平台驱动部分220来改变)下平台110和上平台210之间的距离(G)。
在接合的传播中，下推动杆312可以具有从下平台110起的第二突出长度B2，上推动杆322可以具有第二突出长度T2。
另外，在接合传播时间处，真空压力可以被施加到上平台210和下平台110的第三吸附部分Z3(Z3：接通)，以在上平台210和下平台110的外围区域的每一个中形成第三吸附面积的吸附区域。因此，在接合传播时间处，在上平台210的外围区域中形成第三吸附区，其中，第三吸附区具有等于或小于第二吸附区的面积，并且在下平台110的外围区域中形成第四吸附区，其中，第四吸附区具有等于第二吸附区的面积，其中，第三吸附区被理解为是从真空泵240主动向其供应真空压力的第二吸附孔230的总区域，并且第四吸附区被理解为是从真空泵240主动向其供应真空压力的第一吸附孔130的总区域。将理解的是，在一些示例实施例中，将真空压力施加到上平台210和/或下平台110的某些吸附部分的控制可以包括对耦接到真空泵240的一个或多个阀的阀位置进行控制，以便控制真空压力被供应到哪个吸附导管131、231。在图6B中，上平台210和下平台110的第三吸附部分Z3由剖面线示出。
在下文中，将说明用于补偿根据晶圆接合传播的第一晶圆和第二晶圆的不对称的控制方法。
图7是示出根据一些示例实施例的下推动杆的突出长度和上推动杆的突出长度的比率根据接合传播的改变的曲线图。图8A和图8B是示出在接合初始时间处根据下推动杆的突出长度和上推动杆的突出长度的比率的第一晶圆和第二晶圆的曲率的曲线图。图9A和图9B是示出在接合传播时间处根据下推动杆的突出长度和上推动杆的突出长度的比率的第一晶圆和第二晶圆的曲率的曲线图。图8A至图9B中的曲线W1 REVERSED表示与第一晶圆W1的曲率对称的曲率。
参照图7，在一些示例实施例中，下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率(B/T)可被控制为根据所确定的接合传播而改变。例如，下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率(B/T)可以被控制(例如，基于从控制器500发送的控制信号被控制)为根据接合传播而逐渐地增加(例如，随着时间连续地增加、以恒定或变化的速率增加、以单独的离散的阶跃变化增加等)。下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率(B/T)可以根据接合传播而逐渐地增加，以确保第一晶圆和第二晶圆的粘合点处的对称性，从而减小或最小化(降低)对齐误差。
参照图8A，在接合初始时间处，当下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率被预设为50:50时，可以看出，第一晶圆W1和第二晶圆W2的粘合点处的曲率彼此不对称。由于上推动杆322的施压方向与重力方向一致，而下推动杆312的施压方向与重力方向相反，因此当下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率预设为50:50时，可以理解第一晶圆W1和第二晶圆W2的曲率彼此不对称。
参照图8B，在接合初始时间处，当下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率预设为40:60，使得在接合初始时间处，下推动杆312的突出长度B1小于上推动杆322的突出长度T1时，可以看出第一晶圆W1和第二晶圆W2的粘合点处的曲率彼此对称。
因此，在接合初始时间处，下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率可以被预设为彼此不对称，从而减小或最小化(降低)晶圆之间的对齐误差。
参照图9A，在接合初始时间之后的接合传播时间处，当下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率被预设为50:50，使得在接合传播时间处，下推动杆312的突出长度B2等于上推动杆322的突出长度T2时，可以看出第一晶圆W1和第二晶圆W2的粘合点处的曲率彼此对称。在一些示例实施例中，在接合传播时间处，下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率可被预设为大于50:50，使得在接合传播时间处，下推动杆312的突出长度B2大于上推动杆322的突出长度T2。
参照图9B，在接合传播时间处，当下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率被预设为40:60时，可以看出，第一晶圆W1和第二晶圆W2的粘合点处的曲率彼此不对称。
因此，在接合终止时间(例如，接合传播已经延伸到第一晶圆W1和第二晶圆W2的边缘，使得第一晶圆W1和第二晶圆W2彼此完全接合的时间)处，下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率可以被预设为彼此对称，使得在接合终止时间处，控制器500使得下推动杆312的突出长度等于上推动杆322的突出长度，从而减小或最小化晶圆之间的对齐误差。在一些示例实施例中，在接合终止时间处，控制器500可使下推动杆312的突出长度大于上推动杆322的突出长度。
图10A是示出根据一些示例实施例的根据接合传播的下平台的位置的曲线图，图10B是示出根据一些示例实施例的根据接合传播的下推动杆和上推动杆的突出长度的曲线图。图11是示出在接合传播位置处下平台与上平台之间的距离的曲线图。
参照图10A和图10B，在一些示例实施例中，下平台110和上平台210之间的距离(G)可以被控制为根据接合传播而改变。例如，下平台110和上平台210之间的距离(G)可以被控制为根据所确定的接合传播位置而逐渐减小(例如，随着时间连续地减小、以恒定或变化的速率减小、以单独的离散的阶跃变化减小等)。下平台110和上平台210之间的距离(G)可以根据接合传播而逐渐减小，从而减小或最小化(降低)对齐误差。
参照图11，下平台110和上平台210之间的距离(G)可以从接合初始时间处的100μm减小到接合传播位置处的20μm。
在接合终止时间处，可以释放上平台210的真空吸附，以将第二晶圆W2从上平台210分离，使得第二晶圆W2落到第一晶圆W1上。因此，可以终止晶圆的外围区域(例如，R＝100mm至150mm)的接合。在这种情况下，当第二晶圆W2落下时，由于流体动力学特性，可能出现对齐误差。在接合传播期间，下平台110可以逐渐升高，从而在接合终止时间处减少吸附释放期间发生的对齐误差。
图12A、图12B和图12C是示出在接合传播期间根据上平台和下平台的吸附面积的比率的第一晶圆和第二晶圆的曲率的曲线图。
参照图12A至图12C，上平台210和下平台110的吸附面积的比率可以被控制为根据接合传播而改变(例如，基于由控制器500发送至真空泵240的控制信号而改变)。例如，上平台210和下平台110的吸附面积的比率可以被控制为根据所确定的接合传播位置而逐渐地减小(例如，随着时间连续地减小、以恒定或变化的速率减小、以单独的离散的阶跃变化减小等)。
图12A中的右上图表示在接合初始时间处，真空压力被供应至上平台210的第三吸附部分Z3(Z3：接通)并且真空压力被供应至下平台110的第三吸附部分Z3(Z3：接通)的情况。在这种情况下，可以看出第一晶圆W1和第二晶圆W2的曲率彼此不对称(这里，下推动杆312的突出长度(B3)可以被预设为大于上推动杆322的突出长度(T3)。
图12A中的右下图表示在接合初始时间处，真空压力被供应至上平台210的第一吸附部分至第三吸附部分Z1、Z2、Z3(Z1、Z2、Z3：接通)并且真空压力被供应至下平台110的第三吸附部分Z3(Z3：接通)的情况。在这种情况下，可以看出第一晶圆W1和第二晶圆W2的曲率彼此对称(这里，下推动杆312的突出长度(B3)可以被预设为与上推动杆322的突出长度(T3)相同)。
图12B中的右上图表示在接合中间时间处，真空压力被供应至上平台210的第三吸附部分Z3(Z3：接通)并且真空压力被供应至下平台110的第三吸附部分Z3(Z3：接通)的情况。在这种情况下，可以看出第一晶圆W1和第二晶圆W2的曲率彼此不对称(这里，下推动杆312的突出长度(B4)可以被预设为大于上推动杆322的突出长度(T4)。
图12B中的右下图表示在接合中间时间处，真空压力被供应至上平台210的第二吸附部分Z2和第三吸附部分Z3(Z2、Z3：接通)并且真空压力被供应至下平台110的第三吸附部分Z3(Z3：接通)的情况。在这种情况下，可以看出第一晶圆W1和第二晶圆W2的曲率彼此对称(这里，下推动杆312的突出长度(B4)可以被预设为与上推动杆322的突出长度(T4)相同)。
图12C中的右图表示在接合传播时间处，真空压力被供应至上平台210的第三吸附部分Z3(Z3：接通)并且真空压力被供应至下平台110的第三吸附部分Z3(Z3：接通)的情况。在这种情况下，可以看出第一晶圆W1和第二晶圆W2的曲率彼此对称(这里，下推动杆312的突出长度(B5)可以被预设为与上推动杆322的突出长度(T5)相同)。
在一些示例实施例中，在接合初始时间处，上平台210的外围区域中的吸附面积可以被预设为大于下平台110的外围区域中的吸附面积，并且根据接合传播，上平台210的外围区域中的吸附面积可以被控制为相对地减小，并且下平台110的外围区域中的吸附面积可以被控制为保持不变。因此，可以补偿第一晶圆W1和第二晶圆W2之间的根据接合传播的不对称变形。
在下文中，将描述使用图1中的晶圆接合系统的晶圆到晶圆接合方法。
图13是示出根据一些示例实施例的晶圆到晶圆接合方法的流程图。图14是示出图13中的晶圆到晶圆接合方法的视图。图15是示出图13中的晶圆到晶圆接合方法的接合阶段的流程图。
参照图1、图2、图3和图13至图15，首先，可以对将要彼此接合的晶圆的接合表面中的至少一个执行预处理(S100)。
在一些示例实施例中，晶圆W1、晶圆W2可以被装载到等离子体处理设备40的室中，等离子体气体可以通过喷头供应到晶圆W1、晶圆W2上，然后可以在室中执行等离子体处理。
然后，可以清洁已经经过等离子体处理的晶圆的表面。可以使用清洁设备的旋涂机将DI水涂覆在晶圆表面上。DI水可以清洁晶圆表面，并允许-OH基团容易地键合在晶圆表面上，使得容易地在晶圆表面上产生悬空键。
然后，可以将经过预处理的晶圆W1、晶圆W2对齐(S110)，并且对晶圆W1、晶圆W2的中间部分施压，使得晶圆的中间部分突出(S120)，然后，从中间部分向外围区域逐渐结合晶圆，使得晶圆W1和晶圆W2结合(S130)。
在一些示例实施例中，可以将经过预处理的第一晶圆W1和第二晶圆W2分别吸附保持在下平台110和上平台210上。第一晶圆W1可以被形成在下平台110中的第一吸附孔130真空吸附。第二晶圆W2可以被形成在上平台210中的第二吸附孔230真空吸附。
然后，下推动杆312可以朝向上平台210上升，以对第一晶圆W1的中间部分施压。因此，第一晶圆W1的中间部分可与下平台110的第一表面112分离，以比外围区域更向上突出。同时，上推动杆322可朝向下平台110下降，以对第二晶圆W2的中间部分施压。因此，第二晶圆W2的中间部分可与上平台210的第二表面212分离，以比外围区域更向下突出。
当第一晶圆W1向上弯曲使得其向上凹并且第二晶圆W2向下弯曲使得其向下凹时，下平台110可以向上行进使得第一晶圆W1接触第二晶圆W2。如果第一晶圆W1的中间部分最初接触第二晶圆W2的中间部分，则开始接合。
在接合的初始时间处，下推动杆312可以具有从下台110起的第一突出长度B1，并且上推动杆322可以具有第一突出长度T1。例如，下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率可以被预设为40:60。在此，下平台110与上平台210之间的距离(G)可维持在约100mm。
另外，在接合初始时间处，真空压力可以被施加到上平台210的第一吸附部分至第三吸附部分Z1、Z2、Z3(Z1、Z2、Z3：接通)，并且真空压力可以被施加到下平台110的第三吸附部分Z3(Z3：接通)。因此，第一吸附面积的吸附区域可以形成在上平台210的外围区域中，并且小于第一吸附面积的第三吸附面积的吸附区域可以形成在下平台110的外围区域中。
然后，如图15所示，在接合传播时间处，位置检测传感器400可以检测第一晶圆W1和第二晶圆W2的接合传播位置(S1302)。
例如，位置检测传感器400可以包括视觉相机。视觉相机可通过形成在上平台210中的检测孔216检测第二晶圆W2的变形。检测孔216可以位于从上平台210的中心起的半径(R)的0.25R至0.75R之间的范围内。在晶圆具有300mm直径的情况下，检测孔216可以具有从上平台210的中心起约40mm的内半径和约110mm的外半径。因此，可以使用视觉相机来检测从上平台210的中心起40mm和110mm之间的范围内的接合传播位置。
然后，可以将下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率(B/T)控制为根据接合传播而改变(S1304)。
例如，可以将下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率(B/T)控制为根据接合传播而逐渐地增加。下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率(B/T)可以根据接合传播而逐渐地增加，以确保第一晶圆W1和第二晶圆W2的粘合点处的对称性，从而减小或最小化(降低)对齐误差。
另外，可以将上平台210的吸附面积和下平台110的吸附面积的比率控制为根据接合传播而改变(S1306)。
例如，可以将上平台210的外围区域中的吸附面积和下平台110的外围区域中的吸附面积的比率(上平台吸附面积/下平台吸附面积)控制为根据接合传播而逐渐地减小。上平台210的吸附面积和下平台110的吸附面积的比率可以根据接合传播位置而逐渐地减小，以确保第一晶圆W1和第二晶圆W2的粘合点处的对称性，从而减小或最小化(降低)对齐误差。
另外，可以将下平台110和上平台210之间的距离(G)控制为根据接合传播而改变(S1308)。
例如，可以将下平台110和上平台210之间的距离(G)控制为根据接合传播而逐渐地减小。下平台110和上平台210之间的距离(G)可以根据接合传播而逐渐地减小，从而减小或最小化(降低)对齐误差。
在接合传播位置处，下推动杆312可以具有从下平台110起的第二突出长度B2，上推动杆322可以具有第二突出长度T2。例如，在接合传播位置处，下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率(B/T)可以被预设为50:50或60:40。在此，下平台110与上平台210之间的距离(G)可维持在约20mm。
另外，在接合传播位置处，真空压力可以被施加到上平台210的第三吸附部分Z3和下平台110的第三吸附部分Z3(Z3：接通)。因此，形成在上平台210的外围区域中的吸附区域和形成在下平台110的外围区域中的吸附区域可以具有相同的吸附面积。
如上所述，在上晶圆和下晶圆的接合径向向外传播的同时，可以改变下推动杆312的突出长度和上推动杆322的突出长度的比率(B/T)、下平台110的吸附面积和上平台210的吸附面积的比率、以及下平台110和上平台210之间的距离(G)。
此外，在接合终止时间处，接合传播可以已进行至第一晶圆W1和第二晶圆W2的边缘，使得接合工艺完成并因此终止(S1310)。
因此，在上晶圆和下晶圆的接合传播的同时，可以将晶圆在粘合点处的曲率控制为彼此对称，从而减小或最小化(降低)晶圆之间的对齐误差，从而改善经由晶圆接合形成的半导体装置的性能、可靠性、结构等。
上述晶圆到晶圆接合系统和晶圆到晶圆接合方法可以用于制造例如包括逻辑装置和存储器装置的半导体封装件或图像传感器。例如，半导体封装件可以包括易失性存储器装置(诸如DRAM装置和SRAM装置)或者非易失性存储器装置(诸如闪存装置、PRAM装置、MRAM装置、ReRAM装置等)。
以上是一些示例实施例的说明，并且不应被解释为对示例实施例的限制。尽管已经描述了一些示例实施例，但是本领域技术人员将容易理解的是，在一些示例实施例中，在不实质上脱离本发明构思的新颖教导和优点的情况下许多修改是可能的。因此，所有这些修改都旨在被包括在如权利要求中限定的一些示例实施例的范围内。

Claims (20)

1.一种晶圆接合设备，包括：
真空泵；
下平台，其具有第一表面并且包括所述第一表面中的多个第一吸附孔，其中，所述下平台被配置为基于真空压力从所述真空泵被供应到所述多个第一吸附孔来将第一晶圆真空吸附在所述第一表面上；
上平台，其具有第二表面并且包括所述第二表面中的多个第二吸附孔，其中，所述上平台被配置为基于真空压力从所述真空泵被供应到所述多个第二吸附孔来将第二晶圆真空吸附在所述第二表面上；
下推动杆，其能够移动穿过所述下平台的中间部分中的第一中心孔，以接触所述第一晶圆的与所述第一中心孔重叠的中间区域并向所述第一晶圆的所述中间区域施加压力；
上推动杆，其能够移动穿过所述上平台的中间部分中的第二中心孔，以接触所述第二晶圆的与所述第二中心孔重叠的中间区域并向所述第二晶圆的所述中间区域施加压力；
位置检测传感器，其被配置为基于通过所述下平台和所述上平台中的至少一个平台中的检测孔检测所述第一晶圆和所述第二晶圆中的至少一个，来生成指示所述第一晶圆和所述第二晶圆的接合传播位置的晶圆位置信息；
平台驱动器，其被配置为使所述下平台和所述上平台相对于彼此移动；
推动杆驱动器，其被配置为在竖直方向上移动所述下推动杆和所述上推动杆；
其中，所述真空泵被配置为将真空压力选择性地供应至所述多个第一吸附孔和所述多个第二吸附孔两者；以及
处理电路，其被配置为对所述平台驱动器、所述推动杆驱动器和所述真空泵的操作进行控制，所述处理电路还被配置为对所述晶圆位置信息进行处理以检测所述接合传播位置，所述处理电路还被配置为根据所述接合传播位置来改变以下项中的至少一项：
所述下推动杆的突出长度与所述上推动杆的突出长度的比率，和
所述上平台的吸附面积与所述下平台的吸附面积的比率。
2.如权利要求1所述的晶圆接合设备，其中，所述处理电路被配置为根据所述接合传播位置使所述下推动杆的突出长度与所述上推动杆的突出长度的所述比率随时间而增加。
3.如权利要求2所述的晶圆接合设备，其中，所述处理电路被配置为根据所述接合传播位置使所述下推动杆的突出长度与所述上推动杆的突出长度的所述比率随时间而增加，以使得
在接合初始时间处，所述下推动杆的突出长度小于所述上推动杆的突出长度，以及
在所述接合初始时间之后的接合传播时间处，所述下推动杆的突出长度等于或大于所述上推动杆的突出长度。
4.如权利要求1所述的晶圆接合设备，其中，所述位置检测传感器包括视觉相机。
5.如权利要求1所述的晶圆接合设备，其中，所述检测孔位于从所述上平台的中心到所述上平台的外边缘的半径R的0.25R至0.75R之间的范围内，或从所述下平台的中心到所述下平台的外边缘的半径R的0.25R至0.75R之间的范围内。
6.如权利要求1所述的晶圆接合设备，其中，所述处理电路被配置为根据所述接合传播位置使所述上平台的吸附面积与所述下平台的吸附面积的所述比率随时间而减小。
7.如权利要求6所述的晶圆接合设备，其中，所述处理电路被配置为根据所述接合传播位置使所述上平台的吸附面积与所述下平台的吸附面积的所述比率随时间减小，以使得
在接合初始时间处，在所述上平台的外围区域中形成第一吸附区，并且在所述下平台的外围区域中形成具有小于所述第一吸附区的面积的第二吸附区，以及
在所述接合初始时间之后的接合传播时间处，在所述上平台的外围区域中形成具有等于或小于所述第二吸附区的面积的第三吸附区，并且在所述下平台的外围区域中形成具有等于所述第二吸附区的面积的第四吸附区。
8.如权利要求1所述的晶圆接合设备，其中，所述处理电路被配置为使所述下平台与所述上平台之间的距离根据所述接合传播位置而改变。
9.如权利要求8所述的晶圆接合设备，其中，所述处理电路被配置为根据所述接合传播位置使所述下平台与所述上平台之间的距离随时间而改变。
10.如权利要求1所述的晶圆接合设备，其中，
所述多个第一吸附孔围绕所述下平台的中心环形地延伸，并且位于从所述下平台的所述中心到所述下平台的外边缘的半径R的至少0.8R处，并且
所述多个第二吸附孔围绕所述上平台的中心环形地延伸，并且位于从所述上平台的所述中心到所述上平台的外边缘的半径R的至少0.8R处。
11.一种晶圆接合设备，包括：
下平台，其具有第一表面并且包括所述第一表面中的多个第一吸附孔，其中，所述下平台被配置为基于真空压力从真空泵被供应到所述多个第一吸附孔来将第一晶圆真空吸附在所述第一表面上；
上平台，其具有第二表面并且包括所述第二表面中的多个第二吸附孔，其中，所述上平台被配置为基于真空压力从所述真空泵被供应到所述多个第二吸附孔来将第二晶圆真空吸附在所述第二表面上；
下推动杆，其能够移动穿过所述下平台的中间部分中的第一中心孔，以接触所述第一晶圆的与所述第一中心孔重叠的中间区域并向所述第一晶圆的所述中间区域施加压力；
上推动杆，其能够移动穿过所述上平台的中间部分中的第二中心孔，以接触所述第二晶圆的与所述第二中心孔重叠的中间区域并向所述第二晶圆的所述中间区域施加压力；
位置检测传感器，其被配置为基于通过所述下平台和所述上平台中的至少一个平台中的检测孔检测所述第一晶圆和所述第二晶圆中的至少一个，来生成指示所述第一晶圆和所述第二晶圆的接合传播位置的晶圆位置信息；以及
处理电路，其被配置为对所述晶圆位置信息进行处理以检测所述接合传播位置，所述处理电路还被配置为根据所述接合传播位置来改变以下项中的至少一项：
所述下推动杆的突出长度与所述上推动杆的突出长度的比率，和
所述上平台的吸附面积与所述下平台的吸附面积的比率，
其中，所述检测孔位于从所述上平台的中心到所述上平台的外边缘的半径R的0.25R至0.75R之间的范围内，或从所述下平台的中心到所述下平台的外边缘的半径R的0.25R至0.75R之间的范围内。
12.如权利要求11所述的晶圆接合设备，还包括：
下推动杆驱动器，其被配置为根据由所述处理电路生成的控制信号来移动所述下推动杆；以及
上推动杆驱动器，其被配置为根据由所述处理电路生成的单独的控制信号来移动所述上推动杆。
13.如权利要求11所述的晶圆接合设备，其中，所述处理电路被配置为根据所述接合传播位置使所述下推动杆的突出长度和所述上推动杆的突出长度的所述比率随时间而增加。
14.如权利要求13所述的晶圆接合设备，其中，所述处理电路被配置为控制所述下推动杆的突出长度和所述上推动杆的突出长度，使得，
在接合初始时间处，所述下推动杆的突出长度小于所述上推动杆的突出长度，并且
在所述接合初始时间之后的接合终止时间处，所述下推动杆的突出长度等于或大于所述上推动杆的突出长度。
15.如权利要求11所述的晶圆接合设备，其中，所述位置检测传感器包括视觉相机。
16.如权利要求11所述的晶圆接合设备，其中，所述处理电路被配置为根据所述接合传播位置使所述上平台的吸附面积和所述下平台的吸附面积的所述比率随着时间而减小。
17.如权利要求16所述的晶圆接合设备，其中，所述处理电路被配置为根据所述接合传播位置使所述上平台的吸附面积和所述下平台的吸附面积的所述比率随时间而减小，使得
在接合初始时间处，在所述上平台的外围区域中形成第一吸附区，并且在所述下平台的外围区域中形成具有小于所述第一吸附区的面积的第二吸附区，以及
在所述接合初始时间之后的接合传播时间处，在所述上平台的外围区域中形成具有等于或小于所述第二吸附区的面积的第三吸附区，并且在所述下平台的外围区域中形成具有等于所述第二吸附区的面积的第四吸附区。
18.如权利要求11所述的晶圆接合设备，其中，所述处理电路被配置为使所述下平台与所述上平台之间的距离根据所述接合传播位置而改变。
19.如权利要求18所述的晶圆接合设备，其中，所述处理电路被配置为根据所述接合传播位置使所述下平台与所述上平台之间的距离随时间而改变。
20.如权利要求11的晶圆接合设备，其中，
所述多个第一吸附孔围绕所述下平台的中心环形地延伸，并且位于从所述下平台的所述中心到所述下平台的外边缘的半径R的至少0.8R处，并且
所述多个第二吸附孔围绕所述上平台的中心环形地延伸，并且位于从所述上平台的所述中心到所述上平台的外边缘的半径R的至少0.8R处。
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