JP2009534842A - High temperature anodic bonding equipment - Google Patents
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Abstract
陽極接合形成装置は、第1の材料シートを嵌め込み、これに制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも1つを与えるように動作させることができる第1の接合形成プレート機構、第2の材料シートを嵌め込み、これに制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも1つを与えるように動作させることができる第2の接合形成プレート機構、第1および第2の接合形成プレート機構に動作可能な態様で結合され、第1および第2の材料シートのそれぞれの表面に沿って第1および第2の材料シートの相互に対する制御された圧力を達成するために第1および第2の接合形成プレート機構を互いに向けて押し付けるように動作することができる加圧機構、第1および第2の材料シートの間の陽極接合形成を達成するに十分な加熱、電圧および圧力プロファイルを与えるための第1および第2の接合形成プレート機構並びに加圧機構への制御信号を生成するように動作することができる制御ユニットを備える。 The anodic bond forming device includes a first bond forming plate mechanism that is operable to fit a first sheet of material and provide it with at least one of controlled heating, voltage, and cooling. Actuate second bond forming plate mechanism, first and second bond forming plate mechanisms that can be fitted and operated to provide at least one of controlled heating, voltage and cooling First and second bond formations to achieve a controlled pressure relative to each other of the first and second material sheets along the respective surfaces of the first and second material sheets, coupled in a possible manner A pressure mechanism that can operate to press the plate mechanism toward each other, sufficient heating, electrical power to achieve anodic bond formation between the first and second material sheets And a control unit which can operate to generate a control signal to the first and second bonding plate mechanism and the pressing mechanism for applying pressure profile.
Description
本出願は、レイモンド・シー・キャディ(Raymond C. Cady)により2006年4月21日に出願された、名称を「陽極接合形成に用いるための接合形成プレート機構(A BONDING PLATE MECHANISM FOR USE IN ANODIC BONDING)」とする、現在係属中の、米国仮特許出願第60/793976号の優先権を主張する。この出願の明細書はその全体が本明細書に参照として含まれる。 This application was filed on April 21, 2006 by Raymond C. Cady, with the name “A BONDING PLATE MECHANISM FOR USE IN ANODIC”. BONDING) ”claims the priority of the current pending US Provisional Patent Application No. 60/793976. The specification of this application is hereby incorporated by reference in its entirety.
本発明は陽極接合法を用いる、例えば絶縁体上半導体(SOI)構造を作成するための装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for making a semiconductor-on-insulator (SOI) structure, for example, using an anodic bonding method.
これまで、絶縁体上半導体構造に最も普通に用いられる半導体材料はシリコンであり、略称「SOI」がそのような構造に適用されてきた。SOI技術は、高性能薄膜トランジスタ、太陽電池および、アクティブマトリックスディスプレイのような、ディスプレイに益々重要になっている。 To date, the semiconductor material most commonly used in semiconductor-on-insulator structures is silicon, and the abbreviation “SOI” has been applied to such structures. SOI technology is becoming increasingly important for displays such as high performance thin film transistors, solar cells and active matrix displays.
説明を平易にするため、以下の議論では時にSOI構造を参照することになろうが、この特定のタイプの構造へのそのような言及は本発明の説明を容易にするためになされ、決して本発明の範囲を限定することは目的ではなく、またそのように解されるべきではない。本明細書において略称「SOI」は、絶縁体上シリコンを含むがこれには限定されない、全般的な絶縁体上半導体構造を指して用いられる。同様に、略称「SOG」は、ガラス上シリコンを含むがこれには限定されない、全般的なガラス上半導体構造を指して用いられる。呼称「SOG」は、ガラス−セラミック上シリコン構造を含むがこれには限定されない、ガラス−セラミック上半導体構造も含むとされる。略称「SOI」はSOG構造を包含する。 For ease of explanation, the following discussion will sometimes refer to the SOI structure, but such reference to this particular type of structure is made to facilitate the description of the present invention and is never a book. It is not the goal to limit the scope of the invention and should not be so construed. The abbreviation “SOI” is used herein to refer to a general semiconductor-on-insulator structure, including but not limited to silicon-on-insulator. Similarly, the abbreviation “SOG” is used to refer to general semiconductor-on-glass structures, including but not limited to silicon-on-glass. The designation “SOG” is also meant to include glass-ceramic on semiconductor structures, including but not limited to glass-ceramic on silicon structures. The abbreviation “SOI” includes the SOG structure.
SOI構造は絶縁材料上の実質的に単結晶の(一般に0.1〜0.3μm厚の)シリコン薄層を有することができる。SOI構造を得る様々な方法には、(i)単結晶シリコンウエハを、SiO2の酸化物層をその上に成長させた別のシリコンウエハに接合する方法、(ii)シリコンウエハに埋込酸化物層を形成するためのイオン注入法、(iii)シリコンドナーウエハから薄いシリコン層を分離(剥離)させてこれを別のシリコンウエハに接合するためのイオン注入法がある。 The SOI structure can have a substantially monocrystalline (generally 0.1-0.3 μm thick) thin silicon layer on an insulating material. Various methods for obtaining an SOI structure include (i) bonding a single crystal silicon wafer to another silicon wafer on which an oxide layer of SiO 2 is grown, and (ii) embedded oxidation in the silicon wafer. There are an ion implantation method for forming a physical layer, and (iii) an ion implantation method for separating (peeling) a thin silicon layer from a silicon donor wafer and bonding it to another silicon wafer.
特許文献1は熱プロセスを用いて基板上に単結晶シリコン膜を得るためのプロセスを開示している。平坦表面を有する半導体ドナーウエハが以下の工程、(i)ドナーウエハの本体を構成する下層領域および比較的薄い剥離層を構成する上層領域を定める微小気泡層を形成するイオンを用いるウエハの表面のボンバードによる注入工程、(ii)ウエハの平坦表面を少なくとも1つの硬質材料層で構成された補剛材に接触させる工程、および(iii)イオンボンバードが行われた温度より高く、微小気泡内に圧力効果を生じさせて薄膜と基板の本体の間の分離をおこさせるに十分な温度におけるウエハと補剛材の集成体の第3段階温度処理工程、にかけられる。ガラスまたはガラス−セラミックの基板では、ある種のガラスおよびガラス−セラミックの接合形成にはかなりの高温が必要であることから、明らかに、このプロセスは一般にうまくいかない。 Patent Document 1 discloses a process for obtaining a single crystal silicon film on a substrate using a thermal process. A semiconductor donor wafer having a flat surface is formed by the following steps: (i) Bombarding the surface of the wafer using ions that form a microbubble layer that defines a lower layer region constituting a donor wafer body and an upper layer region constituting a relatively thin release layer Implantation step, (ii) contacting the flat surface of the wafer with a stiffener composed of at least one hard material layer, and (iii) higher than the temperature at which the ion bombardment is performed and exerting a pressure effect in the microbubbles. A third stage temperature treatment step of the wafer and stiffener assembly at a temperature sufficient to cause separation between the thin film and the substrate body. Clearly, this process generally does not work for glass or glass-ceramic substrates, since certain glass and glass-ceramic bond formation requires fairly high temperatures.
特許文献2はSOG構造を作成するプロセスを開示している。特許文献2の開示はその全体が本明細書に参照として含まれる。このプロセスは、(i)接合形成表面を有する剥離層を形成するためにシリコンドナーウエハ表面に水素イオン注入を行う工程、(ii)シリコンドナーウエハの接合形成表面をガラス基板に接触させる工程、(iii)シリコンドナーウエハとガラス基板の間の接合形成を容易にするためにシリコンドナーウエハおよびガラス基板に圧力、温度および電圧を印加する工程、および(iv)ガラス基板およびシリコンの剥離層のシリコンドナーウエハからの分離を容易にするために、シリコンドナーウエハ−ガラス基板集成構造を共通温度に冷却する工程、を含む。 Patent Document 2 discloses a process for creating an SOG structure. The entire disclosure of Patent Document 2 is incorporated herein by reference. This process includes (i) a step of implanting hydrogen ions into the surface of the silicon donor wafer to form a release layer having a bonding surface, (ii) a step of bringing the bonding surface of the silicon donor wafer into contact with a glass substrate, iii) applying pressure, temperature and voltage to the silicon donor wafer and the glass substrate to facilitate bonding between the silicon donor wafer and the glass substrate, and (iv) a silicon donor for the glass substrate and the silicon release layer. Cooling the silicon donor wafer-glass substrate assembly to a common temperature to facilitate separation from the wafer.
特許文献2に開示されるプロセスで得られるSOG構造は、例えば、ガラス基板およびガラス基板に接合された半導体層を有することができる。半導体層の特定の材料は実質的に単結晶の材料の形態にあることができる。「実質的に」は、半導体材料が通常、格子欠陥または僅かな結晶粒界のような、固有のまたは意図的に加えられた内部欠陥または表面欠陥を少なくともいくらか含んでいるという事実を考慮して、半導体層を表現するために用いられる。「実質的に」は、いくらかのドーパントがバルク結晶の結晶構造を歪ませ得るか、そうではなくとも結晶構造に影響を与え得るという事実も表している。 The SOG structure obtained by the process disclosed in Patent Document 2 can have, for example, a glass substrate and a semiconductor layer bonded to the glass substrate. The particular material of the semiconductor layer can be in the form of a substantially single crystal material. “Substantially” takes into account the fact that semiconductor materials usually contain at least some inherent or intentionally added internal or surface defects, such as lattice defects or few grain boundaries. , Used to represent semiconductor layers. “Substantially” also represents the fact that some dopant may distort the crystal structure of the bulk crystal or otherwise affect the crystal structure.
論述の目的のため、本明細書で論じられる半導体層はシリコンで形成できるとすることができる。しかし、半導体材料がシリコン系半導体または、III-V族、II-VI族、II-IV-V族、等の半導体のような、その他のいずれかのタイプの半導体とし得ることは当然である。そのような材料の例には、シリコン(Si),ゲルマニウムドープシリコン(SiGe),炭化シリコン(SiC),ゲルマニウム(Ge),ヒ化ガリウム(GaAs),GaPおよびInPがある。ガラス基板は酸化物ガラスまたは酸化物ガラス−セラミックで形成することができる。必要ではないが、本明細書に説明されるSOG構造は酸化物ガラスまたは酸化物ガラス−セラミックを有することができる。例として、ガラス基板は、コーニング社(Corning Incorporated)ガラス製品カタログ番号1737またはコーニング社ガラス製品カタログ番号EAGLE2000(商標)でつくられる基板のような、アルカリ土類イオンを含有するガラス基板で形成することができる。これらのガラス材料は特に、例えば、液晶ディスプレイの製造に用いられる。 For discussion purposes, the semiconductor layers discussed herein may be formed of silicon. However, it will be appreciated that the semiconductor material can be a silicon-based semiconductor or any other type of semiconductor, such as a III-V, II-VI, II-IV-V, etc. semiconductor. Examples of such materials include silicon (Si), germanium doped silicon (SiGe), silicon carbide (SiC), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), GaP and InP. The glass substrate can be formed of oxide glass or oxide glass-ceramic. Although not required, the SOG structure described herein can have an oxide glass or an oxide glass-ceramic. As an example, the glass substrate is formed of a glass substrate containing alkaline earth ions, such as a substrate made with Corning Incorporated glass product catalog number 1737 or Corning glass product catalog number EAGLE2000 ™. Can do. These glass materials are used in particular for the production of liquid crystal displays, for example.
薄い剥離半導体層(例えばSi層)と、ある種のガラスおよびガラス−セラミックの基板のような、ある種の基板の間の高品質陽極接合には多くのプロセス変数の慎重な制御が必要であることが、本発明の発明者等によって見いだされた。そのような変数には、温度(特に1000℃に近い高温および/または1000℃以上の高温)、(半導体層と基板の間の)圧力、(電解を誘起するための)電圧、雰囲気条件(例えば、真空または非真空)、(剥離を誘起するための)冷却プロファイル、(例えば剥離を補助するための)機械的分離強化、等の内の1つないしさらに多くがある。ガラス基板またはガラス−セラミック基板への半導体層の陽極接合形成に対する従来技法は上記プロセス変数に十全には対処していない。例えば、従来の陽極接合形成プロセスの温度上限は約600℃である。
したがって、例えば上記プロセス変数の1つないしさらに多くを制御することによって、陽極接合形成プロセスの改善を達成できる新しい装置が技術上必要とされている。 Accordingly, there is a need in the art for a new apparatus that can achieve an improved anodic bonding process, for example, by controlling one or more of the above process variables.
本発明の1つないしさらに多くの実施形態にしたがえば、陽極接合形成装置は、第1の材料シートを嵌め込み、制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも1つを第1の材料シートに与えるように動作することができる第1の接合形成プレート機構、第2の材料シートを嵌め込み、制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも1つを第2の材料シートに与えるように動作することができる第2の接合形成プレート機構、第1および第2の接合形成プレート機構に動作可能な態様で結合され、第1および第2の材料シートのそれぞれの表面に沿う第1および第2の材料シートの互いに対する制御された圧力を達成するために第1および第2の接合形成プレート機構を相互に押し付けるように動作することができる加圧機構、および第1および第2の材料シートの間の陽極接合形成を達成するに十分な加熱、電圧および圧力プロファイルを与えるための第1および第2の接合形成プレート機構並びに加圧機構への制御信号を生成するように動作することができる制御ユニット、を備える。 In accordance with one or more embodiments of the present invention, an anodic bond forming apparatus includes a first material sheet that is fitted and at least one of controlled heating, voltage, and cooling is the first material sheet. A first bond-forming plate mechanism that can be operated to provide a second material sheet that engages and operates to provide at least one of controlled heating, voltage, and cooling to the second material sheet A second bond-forming plate mechanism that can be operatively coupled to the first and second bond-forming plate mechanisms and first and second along respective surfaces of the first and second material sheets A pressure mechanism operable to press the first and second bond-forming plate mechanisms together to achieve a controlled pressure of the material sheets against each other; and Generate control signals to the first and second bond forming plate mechanisms and the pressure mechanism to provide sufficient heating, voltage and pressure profiles to achieve anodic bond formation between the first and second material sheets. A control unit capable of operating as described above.
本発明の1つないしさらに多くの別の実施形態にしたがえば、陽極接合形成装置は、第1の材料シートを嵌め込み、制御された加熱および電圧の内の少なくとも1つを第1の材料シートに与えるように動作することができる第1の接合形成プレート機構、第2の材料シートを嵌め込み、制御された加熱および電圧の内の少なくとも1つを第2の材料シートに与えるように動作することができる第2の接合形成プレート機構、および第1の接合形成プレート機構に動作可能な態様で結合され、第1および第2の材料シートの陽極接合形成を補助するために第1および第2の材料シートのそれぞれの表面に沿う第1および第2の材料シートの互いに対する制御された圧力を達成するために第1および第2の接合形成プレート機構を相互に押し付けるように動作することができる上昇−加圧機構、を備える。 In accordance with one or more alternative embodiments of the present invention, an anodic bond forming apparatus includes a first material sheet that is fitted and at least one of controlled heating and voltage is applied to the first material sheet. A first bond-forming plate mechanism that can be operated to provide a second material sheet that is fitted and operates to provide at least one of controlled heating and voltage to the second material sheet. A second bond forming plate mechanism capable of being coupled, and operatively coupled to the first bond forming plate mechanism, the first and second to assist in anodic bond formation of the first and second material sheets Pressing the first and second bond forming plate mechanisms together to achieve a controlled pressure of the first and second material sheets against each other along the respective surfaces of the material sheets Increase may operate to - pressurizing mechanism comprises a.
本発明の1つないしさらに多くの別の実施形態にしたがえば、陽極接合形成装置は、第1の材料シートを嵌め込むように動作することができる第1の接合形成プレート機構および第2の材料シートを嵌め込むように動作することができる第2の接合形成プレート機構であって、第1および第2の接合形成プレート機構のそれぞれが搭載面を有し、それぞれの搭載面が第1および第2の材料シートのそれぞれ1つを嵌め込むための搭載平面を定める、第1および第2の接合形成プレート機構、および第2の接合プレート機構に動作可能な態様で結合され、(i)閉配置にあるときに、下接合形成プレート機構の上接合形成プレート機構に向かう運動が第1および第2の材料シートのそれぞれの表面に沿う第1および第2の互いに対する制御された圧力を達成するように、上接合形成プレート機構の下接合形成プレート機構に対する所定の位置への保持を補助するため、および(ii)第1の運動が第1および第2の接合形成プレート機構のそれぞれの搭載平面に実質的に垂直な方向に第2の接合形成プレート機構を第1の接合形成プレート機構から分離し、第2の運動が、第2の接合形成プレート機構の搭載平面が第1の接合形成プレート機構の搭載平面に対して斜角をなすように、第2の接合形成プレート機構を傾けて第1の接合形成プレート機構から離す、二重開動作プロファイルを提供するように動作することができる開閉機構、を備える。 In accordance with one or more alternative embodiments of the present invention, an anodic bond forming device includes a first bond forming plate mechanism and a second bond forming plate mechanism operable to fit a first material sheet. A second bond forming plate mechanism operable to fit a material sheet, wherein each of the first and second bond forming plate mechanisms has a mounting surface; Operatively coupled to the first and second bond forming plate mechanisms and the second bond plate mechanisms defining a mounting plane for fitting each one of the second material sheets, and (i) closed When in position, movement of the lower bond forming plate mechanism toward the upper bond forming plate mechanism is controlled relative to the first and second each other along the respective surfaces of the first and second material sheets. To help hold the upper bond forming plate mechanism in place relative to the lower bond forming plate mechanism to achieve pressure, and (ii) the first movement of the first and second bond forming plate mechanisms The second bond forming plate mechanism is separated from the first bond forming plate mechanism in a direction substantially perpendicular to the respective mounting plane, and the second motion is such that the mounting plane of the second bond forming plate mechanism is the first. The second bond forming plate mechanism is tilted away from the first bond forming plate mechanism so as to form an oblique angle with respect to the mounting plane of the bond forming plate mechanism. An opening / closing mechanism capable of
本発明の1つないしさらに多くの別の実施形態にしたがえば、陽極接合形成装置は、第1の材料シートを嵌め込み、制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも1つを第1の材料シートに与えるように動作することができる第1の接合形成プレート機構、第2の材料シートを嵌め込み、制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも1つを第2の材料シートに与えるように動作することができる第2の接合形成プレート機構、および複数の可動集成間隙調整板を有するスペーサ機構であって、第1の接合形成プレート機構に結合され、第1および第2の材料の周端の相互接触を防止するために第1および第2の材料シートに向けて第1の材料シートと第2の材料シートの間で集成間隙調整板を対称に移動させるように動作することができるスペーサ機構、を備える。 In accordance with one or more alternative embodiments of the present invention, an anodic bond forming apparatus includes a first sheet of material that is fitted with at least one of controlled heating, voltage, and cooling as a first. A first bond-forming plate mechanism operable to impart to the material sheet, the second material sheet is fitted, and at least one of controlled heating, voltage and cooling is provided to the second material sheet. And a spacer mechanism having a plurality of movable assembly gap adjustment plates, coupled to the first bond forming plate mechanism and having a circumference of the first and second materials. Operate to move the assembly gap adjustment plate symmetrically between the first material sheet and the second material sheet toward the first and second material sheets to prevent mutual contact of the edges Possible spacer mechanism comprises a.
本発明の1つないしさらに多くの別の実施形態にしたがえば、(第1および第2の材料シートの陽極接合形成に用いるための)接合形成プレート機構は、隔てて配置された第1および第2の面を有するベース、ベースの第2の面によって支持され、ベースへの熱伝達を妨げるように動作することができる熱インシュレータ、熱インシュレータに直接または間接に結合され、電力に応じて熱を発生するように動作することができる加熱ディスク、および加熱ディスクに直接または間接に結合され、第1の材料シートに加熱ディスクからの熱を少なくとも通路を通じて運ぶためおよび電圧を印加するように動作することができる熱スプレッダーを有し、第1の材料シートに印加される熱および電圧がそれぞれの加熱および電圧プロファイルにしたがって第1および第2の材料シートの陽極接合形成を補助する。 According to one or more alternative embodiments of the present invention, the bond-forming plate mechanism (for use in forming anodic bonds of the first and second material sheets) includes first and second spaced-apart A base having a second surface, a thermal insulator supported by the second surface of the base and operable to impede heat transfer to the base, directly or indirectly coupled to the thermal insulator, and heat in response to power A heating disk that can be operated to generate heat, and is directly or indirectly coupled to the heating disk and operates to carry heat from the heating disk at least through the passage and to apply a voltage to the first material sheet. The heat and voltage applied to the first material sheet have their respective heating and voltage profiles To assist in the anodic bonding of the first and second sheet of material I.
本発明の1つないしさらに多くの別の実施形態にしたがえば、(第1および第2の材料シートの陽極接合形成に用いるための)接合形成プレート機構は、隔てて配置された第1および第2の面を有するベースおよびベースに直接または間接に結合され、電力に応じて熱を発生するように動作することができる加熱ディスクを有し、加熱ディスクは縁端損失温度補償機能を提供するようにはたらくことができる複数の加熱域を有し、第1の材料シートに与えられる熱は第1および第2の材料シートの陽極接合形成を補助するための加熱プロファイルにしたがう。 According to one or more alternative embodiments of the present invention, the bond-forming plate mechanism (for use in forming anodic bonds of the first and second material sheets) includes first and second spaced-apart A base having a second surface and a heating disk coupled directly or indirectly to the base and operable to generate heat in response to power, the heating disk providing an edge loss temperature compensation function The heat applied to the first material sheet follows a heating profile to assist in the anodic bond formation of the first and second material sheets.
本発明の1つないしさらに多くの別の実施形態にしたがえば、(第1および第2の材料シートの陽極接合形成に用いるための)接合形成プレート機構は、隔てて配置された第1および第2の面を有し、電力に応じて熱を発生するように動作することができる加熱ディスク、加熱ディスクの第2の面に直接または間接に結合され、第1の材料シートに加熱ディスクからの熱を少なくとも通路を通じて運ぶためおよび電圧を印加するように動作することができる熱スプレッダー、および加熱ディスクの第1の面と熱流通状態にあり、熱スプレッダーおよび加熱ディスクを介して第1の材料シートから熱を除去するための冷却流体を運ぶように動作することができる少なくとも1本の冷却チャネルを有し、第1の材料シートに印加される熱および電圧は第1および第2の材料シートの陽極接合形成を補助するためのそれぞれの加熱および電圧プロファイルにしたがい、第1の材料シートに与えられる冷却は第2の材料シートに接合された剥離層の、第1の材料層からの、分離を補助するための冷却プロファイルにしたがう。 According to one or more alternative embodiments of the present invention, the bond-forming plate mechanism (for use in forming anodic bonds of the first and second material sheets) includes first and second spaced-apart A heating disk having a second surface and operable to generate heat in response to power, directly or indirectly coupled to the second surface of the heating disk, and from the heating disk to the first material sheet A heat spreader operable to carry at least heat through the passage and to apply a voltage, and a first material in heat flow with the first surface of the heating disk and via the heat spreader and the heating disk Heat and electricity applied to the first sheet of material having at least one cooling channel operable to carry a cooling fluid to remove heat from the sheet. Follows the respective heating and voltage profiles to assist in the anodic bonding of the first and second material sheets, and the cooling provided to the first material sheet is of the release layer bonded to the second material sheet, According to a cooling profile to aid separation from the first material layer.
本発明の1つないしさらに多くの別の実施形態にしたがえば、(第1および第2の材料シートの陽極接合形成に用いるための)接合形成プレート機構は、隔てて配置された第1および第2の面並びに第1および第2の面を貫通する開口を有するベース、ベースによって支持され、ベースから熱絶縁された、電力に応じて熱を発生するように動作することができる加熱ディスクであって、加熱ディスクを貫通する開口を有する加熱ディスク、加熱ディスクに直接または間接に結合され、第1の材料シートに、加熱ディスクからの熱を少なくとも通路を通じて運び、接合形成電圧を印加するように動作することができる熱スプレッダーであって、熱スプレッダーを貫通する開口を有する熱スプレッダー、および、ベース、加熱ディスクおよび熱スプレッダーの開口を通って突き出す電極を有する予荷重プランジャーであって、第1の材料シートが熱スプレッダーに接触すると第1の材料シートに電気的に接続するために電極がはたらくことができる予荷重プランジャー、を有する。 According to one or more alternative embodiments of the present invention, the bond-forming plate mechanism (for use in forming anodic bonds of the first and second material sheets) includes first and second spaced-apart A heating disk that is operable to generate heat in response to electrical power, supported by the base and thermally insulated from the base, having a second surface and an opening through the first and second surfaces. A heating disk having an opening extending through the heating disk, directly or indirectly coupled to the heating disk, carrying heat from the heating disk through at least a passage to the first material sheet and applying a junction forming voltage. A heat spreader capable of operating, the heat spreader having an opening through the heat spreader, and the base, heating disk and heat spreader. A preload plunger having an electrode projecting through an opening in a redder, wherein the electrode can act to electrically connect to the first material sheet when the first material sheet contacts the heat spreader A plunger.
その他の態様、特徴、利点等は、本明細書において本発明の説明が添付図面とともになされたときに、当業者には明らかになるであろう。 Other aspects, features, advantages, etc. will become apparent to those skilled in the art when the description of the invention herein is taken in conjunction with the accompanying drawings.
本発明の様々な態様を説明する目的のため、現在好ましい形態が図面に示されているが、図示される精確な配置および装備に本発明が限定されないことは当然である。 For the purpose of illustrating the various aspects of the invention, there are shown in the drawings embodiments that are presently preferred, but it is to be understood that the invention is not limited to the precise arrangements and equipment shown.
同様の参照数字が同様の要素を示す、図面を参照すれば、本発明の1つないしさらに多くの実施形態にしたがう接合形成装置10が図1に示されている。本実施形態において、接合形成装置は、従来の接合形成温度より高い、例えば約600℃より高く、1000℃に近い温度および/または1000℃をこえる、温度でSOI構造の2枚の材料シートの陽極接合形成を行うことができる一体型処理システムである(接合形成装置10は従来温度においても陽極接合形成を行えることに注意されたい)。(限定のためではなく)説明の目的のために、接合形成装置10が作業を施すに(例えばSOI構造の形成に)適する工作物としてSOI構造が本明細書で説明される。また、(限定のためではなく)説明の目的のために、工作物として以降に論じられる特定のSOI構造は、(シリコンウエハのような)半導体ドナーウエハをガラス(またはガラス−セラミック)基板に接合し、シリコンドナーウエハからシリコン層を、シリコン層がガラス基板上に接合されたままであるように、剥離することによって形成されるSOG構造である。
Referring to the drawings, wherein like reference numerals indicate like elements, a
接合形成装置10は以下のコンポーネント、上昇−加圧機構100,開閉機構200,スペーサ機構300,上接合形成プレート機構400,および下接合形成プレート機構500を備える。これらの主コンポーネントは相互に結合され、この複合体はベースプレート12および支持フレーム14で支持される。1つないしさらに多くの閉制御ループを有することができる制御ユニット(図示せず)が、以下でさらに詳細に論じられるように、(例えばコンピュータプログラムを用いて)接合形成装置10の様々な要素を制御するように動作することができる。
The
接合形成装置10の動作およびいくつかの特定の接合形成プロセスが本明細書で後にさらに詳細に論じられるが、そのような動作の概要をここで提示する。図1において、接合形成装置は、上接合形成プレート機構400が下接合形成プレート機構500に密に重なる、閉配置にある。図2に示されるように、上接合形成プレート機構400は、接合されるべき2枚の材料シート(例えばシリコンドナーウエハおよびガラス基板)の装置10への挿入を可能にするために、上方に回転して下接合形成プレート機構500から離れるように動作することができる。ここでも、論述の目的のため、シリコンドナーウエハが、ガラス基板に接合され、後にシリコンドナーウエハから分離されることになる、剥離層を有すると想定されている。
Although the operation of the
本例においては、接合形成プロセス中、シリコンドナーウエハが上接合形成プレート機構400に接触し、ガラス基板が下接合形成プレート機構500に接触すると想定されている。例えば、下接合形成プレート機構500上にガラス基板を置くことができ、(装置10が閉じたときに)上接合形成プレート機構400に接する位置にシリコンドナーウエハがくるであろうように、シリコンドナーウエハをガラス基板上に置くことができる(しかし、本発明の様々な実施形態の範囲を逸脱せずにこの配置を反転させ得ることは当然である)。別の実施形態において、上接合形成プレート機構400が開位置にあるときに、例えば、クリップ、チャック機構、真空等によって、シリコンドナーウエハを上接合形成プレート機構400に結合させることができる。
In this example, it is assumed that during the bond formation process, the silicon donor wafer contacts the upper bond
一般に、上接合形成プレート機構400は制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも1つをシリコンドナーウエハに与えるように動作することができ、下接合形成プレート機構500は制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも1つをガラス基板に与えるように動作することができる。上昇−加圧機構100は動作可能な態様で上接合形成プレート機構400および下接合形成プレート機構500に結合され、シリコンドナーウエハおよびガラス基板のそれぞれの面(すなわち界面)に沿うガラス基板に対するシリコンドナーウエハの制御された圧力を達成するために上接合形成プレート機構400と下接合形成プレート機構500を互いに押し付けるように動作することができる。制御ユニットはシリコンドナーウエハとガラス基板の間の陽極接合形成を達成するに十分な加熱、電圧および圧力プロファイルを与えるための上接合形成プレート機構400および下接合形成プレート機構500並びに上昇−加圧機構100への制御信号を生成するように動作することができる。制御ユニットは上接合形成プレート機構400および/または下接合形成プレート機構500を強制冷却して接合形成後のシリコンドナーウエハからの剥離層の分離を容易にするための上接合形成プレート機構400および/または下接合形成プレート機構500への制御信号を生成するようにも動作することができる。
In general, the upper
図2に示されるように、上接合形成プレート機構400が上方に回転して下接合形成プレート機構500から離れ、シリコンドナーウエハおよびガラス基板が上接合形成プレート機構400と下接合形成プレート機構500の間に挿入された後、上接合形成プレート機構400は(開閉機構200によって)下方に回転して、上接合形成プレート機構400と下接合形成プレート機構500が間隔をおいて隔てられるように動作することができる。したがって、シリコンドナーウエハがガラス基板の上に置かれていれば、上接合形成プレート機構400はシリコンドナーウエハから隔てられているであろう。あるいは、シリコンドナーウエハが(例えば、前述したクリップ、チャック、真空等によって)上接合形成プレート機構400に結合されていれば、シリコンドナーウエハとガラス基板は隔てられているであろう。後者の手法が用いられる場合には、シリコンドナーウエハおよびガラス基板を(1000℃に近い温度および/または1000℃をこえる温度とすることができる)特定の温度への個別の加熱を、上接合形成プレート機構400および下接合形成プレート機構500のそれぞれへの制御された電力供給によって開始することができる。前者の手法が用いられる場合には、接合形成装置10を完全に閉じた後に個別の加熱を開始することができる。
As shown in FIG. 2, the upper
図4Aおよび4Bに示されるように、上昇−加圧機構100の制御された作動の下に、シリコンドナーウエハとガラス基板は相互に接触することができる。上昇−加圧機構100は、シリコンドナーウエハとガラス基板の間に制御された加熱および圧力を達成できるような位置に下接合形成プレート機構500(およびガラス基板)を押し上げる。シリコンドナーウエハおよびガラス基板には上接合形成プレート機構400および下接合形成プレート機構500のそれぞれによって印加される約1750VDCの電位差がかけられる。圧力、温度差および電位差は制御された時間にわたり印加される。その後、電圧がゼロに戻され、シリコンドナーウエハおよびガラス基板は冷却され(強制冷却とすることができる)、冷却によりシリコンドナーウエハからの剥離層の分離が少なくとも開始される。そのようなことがおこるとは考えられないが、剥離層とシリコンドナーウエハの間の分離が冷却プロセスで完了していなければ、剥離プロセスを補助するために1つないしさらに多くの機械的またはその他の機構を用いることができる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, under the controlled operation of the lift-
ここで接合形成装置10のそれぞれの要素をさらに詳細に論述する。図5は、部分的に分解された、接合形成装置の斜視図である。すなわち、上昇−加圧機構100,開閉機構200,スペーサ機構300並びに上接合形成プレート機構400および下接合形成プレート機構500の特定のコンポーネントが容易に見分けられる。
Each element of the
さらに図6を参照して上昇−加圧機構100の一実施形態が次に論じられる。上昇−加圧機構100は下接合形成プレート機構500に結合され、シリコンドナーウエハとガラス基板の陽極接合形成を補助するためのシリコンドナーウエハおよびガラス基板のそれぞれの面に沿ってシリコンドナーウエハおよびガラス基板の互いに対する制御された圧力を達成するために、上接合形成プレート機構400と下接合形成プレート機構500を相互に押し付けるように動作することができる。本実施形態において、上昇−加圧機構100は下接合形成プレート機構500の、(i)上接合形成プレート機構400および下接合形成プレート機構500の(したがってガラス基板およびシリコンドナーウエハの)初期予荷重位置を達成するために下接合形成プレート機構500がガラス基板を上接合形成プレート機構400に向けて垂直に移動する予荷重印加動作、および(ii)制御された圧力においてガラス基板がシリコンドナーウエハに押し付けられる圧力印加動作(これは実質的に一様な圧力分布のためのガラス基板とシリコンドナーウエハの間の自動位置合せも可能にすることができる)の、2つの基本動作を可能にするように動作することができる。
Still referring to FIG. 6, one embodiment of the lift-
上昇−加圧機構100は、ベース102,第1のアクチュエータ104,第2のアクチュエータ106,および下マウント108を有する。ベース102は上面110および下面112を有する。第1のアクチュエータ104はベース102の下面112に結合させることができ、第2のアクチュエータ106はベース102の上面110に結合させることができる。下マウント108は、第2のアクチュエータ106がベース102と下マウント108の間に挟まれるように、第2のアクチュエータ106に結合される。
The ascending-pressurizing
ベース102は複数本の案内柱114,116,118に対して滑動可能である(3本の案内柱が示されているが、より少ないかまたはより多い数の案内柱を用いることができる)。例として、ベース102はそれぞれのガイドブッシュ120,122,124を有することができ(ガイドブッシュ124は見えない)、案内柱114,116,118は、案内柱114,116,118がそれぞれのガイドブッシュ120,122,124内を軸方向に滑動できるように、ガイドブッシュ120,122,124内に同軸に配置される。案内柱114,116,118のそれぞれはファスナー130を用いて接合形成装置10のベースプレート12に固定することができる。
The
1つないしさらに多くの実施形態にしたがえば、第1のアクチュエータ104の作動は、上接合形成プレート機構400および下接合形成プレート機構500(したがってガラス基板およびシリコンドナーウエハ)の初期予荷重印加位置決めを達成するために下接合形成プレート機構500が上接合形成プレート機構400に向けて下マウント108を介して移動する、前述した予荷重印加動作を達成することができる。この予荷重印加動作は上接合形成プレート機構400に向かう下接合形成プレート機構500の粗変位とすることができる。第1のアクチュエータ104および第2のアクチュエータ106は、第1のアクチュエータ104の作動が第2のアクチュエータ106および下接合形成プレート機構500のいずれもの粗変位を与えるように、下接合形成プレート機構500に軸を合せて取り付けることができる。
In accordance with one or more embodiments, the actuation of the
さらに詳しくは、第1のアクチュエータ104は第1のアクチュエータ104を上下方向に移動させるように動作することができるシャフト104Aを有することができる。シャフト104Aは、電気機械ソレノイド、液圧ピストン機構、等のような、いずれか適する機構を用いて駆動することができる。第1のアクチュエータ104の上下移動は対応するベース102の移動をおこさせることができ、ベース102の平面配置は案内柱114,116,118がガイドブッシュ120,122,124内を滑動する際に案内柱114,116,118によって維持される。ベース102の移動の結果、第2のアクチュエータ106,下マウント108および下接合形成プレート機構500の対応する移動がおこる。シャフト104Aによる第1のアクチュエータ104の移動は、下接合形成プレート機構500の予荷重印加動作が制御されるように、機械的に、電気的に、および/または液圧で、制限することができる。制限された移動は、図6に示されるように、それぞれのファスナー130とガイドブッシュ120,122,124の間隔Dを、図3に示されるような実質的にゼロであるかまたは休止時の間隔と比較して、測ることができる。
More specifically, the
上昇−加圧機構100の第2のアクチュエータ106は下接合形成プレート機構500に制御可能な力(例えば、前述した粗移動に比較して微細な移動)を与えるように動作することができ、制御可能な力は下接合形成プレート機構500の搭載面(すなわち、ガラス基板に接する表面)に実質的に垂直である。上接合形成プレート機構400の搭載面は下接合形成プレート機構500の搭載面に平行であるから、上昇−加圧機構100の第2のアクチュエータ106は、シリコンドナーウエハとガラス基板の間の、掻き傷またはその他の障害を陽極接合の品質に生じさせかねない横方向の力が全く(または最小限にしか)印加されないことを保証する。
The
第2のアクチュエータ106は、ベローズの内部流体圧(例えば液圧またはガス圧)の変化に応じて下マウント108を上下に移動させるように動作することができるベローズアクチュエータとすることができる。第2のアクチュエータ106は、ガラス基板がシリコンドナーウエハに押し付けられる、前述した圧力印加動作を達成するために(第1のアクチュエータ104に対して)独立に制御することができる。ガラス基板とシリコンドナーウエハの間に陽極接合形成に適切な(psi単位(Pa単位)の)圧力を確立するために、制御ユニットによる第2のアクチュエータ106の慎重な制御(例えば、ベローズ内の圧力の制御)を用いることができる。さらに、第2のアクチュエータ106にベローズを用いれば、下マウント108,下接合形成プレート機構500およびガラス基板を、上接合形成プレート機構400(およびシリコンドナーウエハ)に対して浮かすかまたは自動位置合せをおこなうことが可能になる。
The
上昇−加圧機構100は、下マウント108に結合された上向ポスト140のような、複数のマウント素子も有することができる。マウント素子140は本説明で後にさらに詳細に論じられるように、スペーサ機構300を嵌合して保持するようにはたらくことができる。
The lift-
図5に最善に示されるように、上昇−加圧機構100は下マウント108および/または下接合形成プレート機構500に結合された位置センサ150を有することもできる。位置センサ150は下接合形成プレート機構500がどれだけ移動したかを示す出力信号を制御機構に与えるように動作することができる。例えば、位置センサ150の出力信号は下接合形成プレート機構500の(上接合形成プレート機構400に向かう)前述した粗変位が行われたか否かの指標を与えることができる。この指標は、加熱、予荷重圧力およびシード電圧印加等をいつ開始すべきかの指標を与えることができる。さらにまたはあるいは、位置センサ150の信号は下接合形成プレート機構500の速度および/または加速度の指標を与えることができる。当業者であれば、位置センサ150の出力信号から得られる1つないしさらに多くの位置測定値およびタイムベースに基づいて、下接合形成プレート機構500の位置、速度、加速度等を制御ユニットが計算できることを認めるであろう。例として、位置センサは、変換器の可動コアの関数として振幅が変化する出力信号を与える、線形電圧可変差動変成器(LVDT)を用いて実施することができる。
As best shown in FIG. 5, the lift-
さらに図7を参照して開閉機構200の一実施形態が次に論じられる。本実施形態において、開閉機構200は、集成リフト202,集成アクチュエータ204,集成チルト機構206およびマウントプレート208を有する。開閉機構200は上接合形成プレート機構400(図7には示されていない。図1および5を見よ)に結合され、(i)閉配置にあるときに、上接合形成プレート機構400に向かう下接合形成プレート500の移動がガラス基板に対するシリコンドナーウエハの制御された圧力を達成するような下接合形成プレート機構500に対する所定の位置への上接合形成プレート400の保持を補助するため、および(ii)第1の動作が下接合形成プレート機構500から上接合形成プレート機構400を下接合形成プレート機構500および上接合形成プレート機構400のそれぞれの搭載平面に実質的に垂直な方向に分離し、第2の動作が、上接合プレート機構400の搭載平面が下接合形成プレート機構500の搭載平面に対して斜角をなすように、上接合形成プレート機構400を傾けて下接合プレート機構500から離す、二重開動作プロファイルを与えるように動作することができる。
Still referring to FIG. 7, one embodiment of the opening and
二重開動作プロファイルに関し、集成リフト202,集成アクチュエータ204,集成チルト機構206およびマウントプレート208は協同して、(i)ベースプレート12に対するマウントプレート208の垂直運動、および(ii)ベースプレート12に対するマウントプレートの上方への回転を可能にするチルト運動の、2つの基本動作を達成する。上接合形成プレート機構400はマウントプレート208に結合するように動作することができ、マウントプレート208の回転によって(上で論じたように)上接合形成プレート機構400と下接合形成プレート機構500の間での接合形成装置10へのシリコンドナーウエハおよびガラス基板の挿入のためのアクセスが可能になる。マウントプレート208(および上接合形成プレート機構400)の垂直運動により、実質的に純粋に垂直方向である、上接合形成プレート機構400と下接合形成プレート機構500の間の初期分離運動が可能になる。これにより、そうでなければ、SOG構造に損傷を与えかねない横方向への掻き傷をつけない分離が可能になる。これらの特徴は以下でさらに詳細に論じられる。
With respect to the double-open motion profile, the
集成リフト202はベース210,案内シャフト212および案内ブッシュ214を有する。ベース210は、直接または間接にベースプレート12に連結するため、および上昇運動およびチルト運動をそこから開始できる高剛性基準を提供するようにはたらくことができる。案内シャフト212はベース210に動作可能な態様で結合され、集成チルト機構206およびマウントプレート208に向かって垂直方向に延びる。案内ブッシュ214は案内シャフト212を滑り嵌めするようにはたらくことができる。以下でさらに詳細に論じられるように、案内シャフト212に対する案内ブッシュ214の滑り運動がマウントプレート208の垂直運動および回転運動をおこさせる。案内ブッシュ214は集成アクチュエータ204への機械的連結を可能にするようにはたらくことができる締結プレート216を有する。
The
集成アクチュエータ204は、同じくマウントプレート208の上昇運動および傾斜運動を得るために案内ブッシュ214の制御された滑りが達成されるように、案内ブッシュ214の締結プレート216に垂直方向の力を与えるように動作することができる。一実施形態において、集成アクチュエータ204は、ダフ-ノートン(Duff-Norton)ジャッキのような、ジャッキ230,ジャッキ230に連結されたシャフト232および案内ブッシュ214の締結プレート212に接続された結合素子234を有することができる。1つないしさらに多くの実施形態において、ダフ-ノートンジャッキ230は、シャフト236への回転力の印加がシャフト232の垂直運動、したがって案内ブッシュ214の垂直運動を生じさせるように動作することができる。ジャッキ230の作動は制御ユニットによって、シャフト236を回転させるための電気モーターの使用によるように、制御することができる。
The
マウントプレート208は、上接合形成プレート機構400を嵌合するようにはたらくことができる第1の終端240および集成チルト機構206と動作可能な態様で結合された第2の終端242を有することができる。本実施形態において、集成チルト機構206はマウントプレート208を(以下でさらに詳細に論じられる)集成リフト202に結合するヒンジプレート250を有する。集成チルト機構206は、第1のストップアーム252,第2のストップアーム254およびマウントプレート208へのヒンジプレート250の軸旋回リンク仕掛258も有する。ストップアーム252,254は、それぞれの第1の末端においてベースプレート12に結合され、それぞれの第2の末端においてマウントプレート208に結合される。ストップアーム252,254は、(ベースプレート12に対する)それぞれの垂直運動は阻止されるが、第1の末端を中心とする第2の末端の軸旋回運動は許容されるように、第1の末端においてベースプレート12に回転可能な態様で結合させることができる。ストップアーム252,254のそれぞれは、マウントプレート208の第2の終端242から水平方向に延び出している、対応するローラーまたはピン244を受け入れるようにはたらくことができるスロット256を有する。
The
マウントプレート208は軸旋回リンク仕掛258によってヒンジプレート250に動作可能な態様で結合される。さらに詳しくは、ヒンジプレート250はマウントプレート208の開口245に少なくともある程度は延び込んでいるブロック260を有する。軸旋回リンク仕掛258により、軸旋回リンク仕掛258を軸とするマウントプレート208の回転すなわち軸旋回が可能になる。開口245は、ブロック260が妨害されずに開口245内で回転できるような寸法および形状につくることができる。
ジャッキ230の(例えばシャフト236への回転力の印加による)作動に応答して、シャフト232は案内ブッシュ214を上昇/下降させることができる。図示される配置において、案内ブッシュ214は前述した作動に応答して上昇し、よってヒンジプレート250に(上方への)垂直運動を与える。応答して、ヒンジプレート250はブロック260および軸旋回リンク仕掛258を介してマウントプレート208に垂直方向の力を印加する。明らかに、マウントプレート208は上接合プレート機構400および下接合形成プレート機構500の搭載平面が上昇運動中の上接合形成プレート機構400の限られた行程の実質的に全てを通して実質的に平行なままでいるような態様でブロック260による運動を行う。
In response to actuation of the jack 230 (eg, by application of rotational force to the shaft 236), the
ヒンジプレート250によってマウントプレート208に印加される垂直方向の力は、それぞれのストップアーム252,254のそれぞれのスロット256内でのマウントプレート208のローラーまたはピン244の上方への移動をおこさせる。したがって、マウントプレート208は、ベースプレート12に対して実質的に平行な関係を維持しながら、垂直に上昇してベースプレート12から離れるであろう。ベースプレート12に対する実質的に平行な配置を維持しながらの、垂直な上方移動(すなわち上昇)は、制限された行程中、すなわちマウントプレート208のローラーまたはピン244がスロット256内の上限に接するまで、続くであろう。ローラーまたはピン244がこの上限に達すると、ブロック260によってマウントプレート208にかけられた連続的な上向きの力が、軸旋回リンク仕掛258を中心とする回転運動に応答するマウントプレート208の第1の終端の上方への傾きを生じさせる(軸旋回リンク仕掛258を軸とする旋回に応答するマウントプレート208の横方向運動を考慮に入れるためにストップアーム252,254のそれぞれの第1の末端を軸とする若干の旋回運動が許容される)。マウントプレート208の傾きの大きさは、それぞれのストップアーム252,254の末端に配置されるストップ257を用いて調節することができる。例として、ストップ257はねじ込みロッドおよびナットを有することができ、ねじ込みロッドは回して可変量だけ付随スロット256に出し入れすることができる。スロット256の有効な長さ内でのこの調節により、ローラーまたはピン244の許容行程およびマウントプレート208の傾きの大きさの変更が可能になる。
The vertical force applied to the
集成アクチュエータ204の反転作動により、マウントプレート208のベースプレート12に実質的に平行な配置への下向きの傾きがおこり、続いて、マウントプレート208がベースプレート12との実質的に平行な関係を維持する、垂直方向に下向きの運動がおこる。マウントプレート208の平行配置はヒンジプレート250の1つないしさらに多くのストップ259によって調節することができる。例えば、ストップ259は、マウントプレート208に可調休止位置を与えるため、回転させてヒンジプレート250に出し入れすることができるねじ込みボルトを有することができる。
Reversing actuation of the
マウントプレート208の第1の終端240は上昇−加圧機構100の案内柱114,116,118の上端114A、116A、118Aに嵌合して結合するようにはたらくことができる複数のロック246も有することが好ましい(図6を見よ)。例として、ロック246は手動で操作できるねじ込みボルトを利用して実施することができる。マウントプレート208が図4A,4Bに示される位置まで下降すると、集成リフト202,集成アクチュエータ204または集成チルト機構206に過剰な力をかけずに、マウントプレート208がシリコンドナーウエハおよび上接合形成プレート機構400にかかる上向きの圧力に対抗できることを保証する。
The
マウントプレート208の第1の終端240は、以下でさらに詳細に論じられるように、様々なワイア、ケーブルおよびコンジットがそこを通過できる複数の開口も有する。
The
上接合形成プレート機構400に関するさらなる詳細を与える図8Aおよび8Bを次に参照する。図8Aは上接合形成プレート機構400の斜視図であり、図8Bは上接合形成プレート機構400の断面図である。接合形成装置10の対称性により、(以下で論じられるように)上接合形成プレート機構400の機能的および/または構造的な詳細は下接合形成プレート機構500に容易に適用され得ることに注意されたい。
Reference is now made to FIGS. 8A and 8B, which provide further details regarding the top bond forming
上接合形成プレート機構400の主要なコンポーネントには、ベース402,インシュレータ404,バックプレート406,加熱ディスク408および熱スプレッダー410がある。上接合形成プレート機構400の主要な機能には、シリコンドナーウエハの加熱、シリコンドナーウエハへの圧力印加、シリコンドナーウエハへの電位印加およびシリコンドナーウエハの冷却がある。
Major components of the upper
加熱機能は加熱ディスク408に基づき、約600℃より高いかまたは低く、1000℃に近づくかまたはこえることができる、温度を与えるように動作することができる。上接合形成プレート機構400の本実施形態は、シリコンドナーウエハの実質的に全面にわたり、制御された設定温度の±0.5%の範囲内の熱一様性を与えるように動作することもできる。
The heating function is based on the
上接合形成プレート機構400によってシリコンドナーウエハにかけられる圧力は熱スプレッダー410によりウエハにわたって実質的に一様に分布され、熱スプレッダー410は(下接合形成プレート機構500によって与えられる)ガラス基板による上向きの力への反力を与える。この結果、シリコンドナーウエハとガラス基板の間の界面に陽極接合形成に適する圧力プロファイルが得られる。下接合形成プレート機構500によって与えられる上向きの圧力を(例えば、制御ユニットの制御の下で)制御することによって、圧力プロファイルは約1ポンド/平方インチ(psi)〜100psi(約6.9×103〜6.9×105Pa)の間の少なくともピーク圧力を有することができる。約10〜50psi(約6.9×104〜3.4×105Pa)の低い側の圧力(例えば約20psi(約1.4×104Pa))が、シリコンドナーウエハまたはガラス基板にクラックを生じさせ難いであろうから、有利であると考えられる。
The pressure applied to the silicon donor wafer by the upper bond forming
上で論じたように、シリコンドナーウエハとガラス基板には約1750VDCの電位差がかけられ、この電位差は上接合形成プレート機構400および下接合形成プレート機構500のそれぞれによって印加される。この電位差は、(i)シリコンドナーウエハおよびガラス基板の一方に(他方は接地して)電位を与えるか、または(ii)シリコンドナーウエハおよびガラス基板の双方にそれぞれ(シリコンドナーウエハには正電位、ガラス基板には負電位のような)電位を与えることによって達成できることに注意されたい。すなわち、シリコンドナーウエハに(接地以外の)電位を与えることができる上接合形成プレート機構400の能力は、必要に応じて備えられる特徴である。上接合形成プレート機構400によってシリコンドナーウエハに(接地以外の)接合形成電位が与えられる場合には、そのような電位は熱スプレッダー410によりウエハの全面にわたって実質的に一様に分布させることができる。
As discussed above, a potential difference of about 1750 VDC is applied to the silicon donor wafer and the glass substrate, and this potential difference is applied by each of the upper and lower bond forming
本発明はいかなる動作原理にも限定されないが、接合形成の電圧、温度、時間および財力特性の間に一般的な関係があり得ることに注意されたい。例えば、接合形成電圧が低下すると、同じ接合形成結果に少なくとも向かう傾向を得るために、温度、時間および/または(例えばガラス基板の)導電イオン量を増大させることができる。この関係は、温度、時間および/または導電イオン量が独立変数である場合に同じく成立する。シリコンドナーウエハとガラス基板の間の接合形成電位差は約100VDC(ないしそれ以下)から約2000VDC(ないしそれ以上)の範囲とすることができ、ピーク、平均、RMSまたはその他の従来の測定様式を用いて測定することができる。いくつかのタイプのガラス基板については、約1000VDC〜約2000VDCの範囲の接合形成電圧が適している。 It should be noted that the present invention is not limited to any operating principle, but there may be a general relationship between junction formation voltage, temperature, time and financial characteristics. For example, as the junction formation voltage decreases, the temperature, time, and / or the amount of conductive ions (eg, of the glass substrate) can be increased to at least tend to the same junction formation result. This relationship is similarly established when temperature, time and / or the amount of conductive ions are independent variables. The junction formation potential difference between the silicon donor wafer and the glass substrate can range from about 100 VDC (or less) to about 2000 VDC (or more) using peak, average, RMS or other conventional measurement formats. Can be measured. For some types of glass substrates, junction formation voltages in the range of about 1000 VDC to about 2000 VDC are suitable.
シリコンドナーウエハの強制冷却が望ましければ、上接合形成プレート機構400を通る制御された流体流を用いてそのような冷却を達成することができる。上接合形成プレート機構の上記およびその他の特徴は以下でさらに詳細に論じられる。
If forced cooling of the silicon donor wafer is desired, such cooling can be achieved using a controlled fluid flow through the top
上接合形成プレート機構400のベース402は実質的に円柱形の構造をもち、インシュレータ404を受け入れるための内部空間を定める。例として、ベース402は、構造保全性および耐熱性のいずれをも提供する、機械加工可能なガラス−セラミック(例えば、MACOR)で形成することができる。さらにまたはあるいは、その他の適する材料をベース402の形成に用いることができる。インシュレータ404は加熱ディスク408からベース402(および接合形成装置10の他の部分)への熱流を制限するかまたは妨げるようにはたらくことができる。例として、インシュレータ404は、40%低密石英ガラスのような、セラミック気泡断熱材料で形成することができる。さらにまたはあるいは、その他の適する断熱材料を用いることができる。インシュレータ404は、加熱ディスクが600℃ないしさらに高い、1000℃に近づくかまたはこえるような、温度を達成するように動作することができる以上、かなりの断熱能力を提供するべきである。断熱が不十分なためにベース402にかなりの熱が流れることが可能であると接合形成装置10の他の部分の適切な動作に関して破局的な結果が生じ得るであろう。さらに、ベース402と加熱ディスク408の間の比較的高度の断熱により、上接合形成プレート機構400の熱慣性が比較的低くなることが保証され、低い熱慣性は高速熱サイクル能力の達成に役立つ。
The
バックプレート406はインシュレータ404によってベース402から断熱される。バックプレート406は、SOG構造、特にシリコンドナーウエハの温度を強制的に下げることが望ましい場合に、冷却流体がそれを流過することができる少なくとも1本の冷却チャネル420を提供するようにはたらくことができる。例として、バックプレート406は、高温および(冷却流体がチャネル420に流し込まれる場合のような)比較的高速な温度変化に耐えるように、熱間加圧成形窒化ホウ素(HBN)で形成することができる。さらにまたはあるいは、その他の適する材料をバックプレート406を形成するために用いることができる。少なくとも1本の流入管422が冷却流体をチャネル420に流し込むようにはたらくことができ、(図8Bでは見えないが、以下で論じられるように図11Bに見ることができる)少なくとも1本の流出管424が冷却流体をチャネル420から取り出すようにはたらくことができる。冷却流体を、流入管422に再び流し込む前に、冷却するために熱交換器(図示せず)を用いることができる。
The
強制冷却は、チャネル420を流過する冷却流体の温度および流量を制御ユニットを用いて制御することによって、達成することができる。例えば、上接合形成プレート機構400の冷却プロファイルは、様々な冷却速度および様々な冷却レベル(例えば滞留時間)の内の少なくとも1つをシリコンドナーウエハに与えるために、(例えば制御ユニットによって)積極的に制御することができる。シリコンドナーウエハおよびガラス基板のそれぞれに異なる冷却プロファイルを与えることによってシリコンドナーウエハからの剥離層の一層良好な分離が容易になると考えられる。特に、上接合形成プレート機構400の強制冷却機能は、シリコンドナーウエハとガラス基板の間でそれぞれに異なる冷却プロファイルは(以下でさらに詳細に論じられるように)下接合形成プレート機構500による(シリコンドナーウエハではなく)ガラス基板の強制冷却によって達成できるから、必要に応じて備えられる。
Forced cooling can be achieved by controlling the temperature and flow rate of the cooling fluid flowing through the
キャップリング426(図8Bを見よ)は、インシュレータ404をベース402内の所定の位置に維持するために、また加熱ディスク408をその中に配置することができるくぼみを与えるようにも、はたらくことができる。キャップリング426は(上述したMACORのような)機械加工可能なガラス−セラミックで形成することができる。
The cap ring 426 (see FIG. 8B) may serve to maintain the
加熱ディスク408は電気(電圧および電流)加熱に応答して熱を発生するように動作することができ、シリコンドナーウエハに印加される電位がバックプレート406またはベース402には印加されないように、電気絶縁特性も備える。実際上、印加される比較的高い電位はシリコンドナーウエハに限定されるべきである。したがって、加熱ディスク408はかなりの電気絶縁特性およびかなりの熱伝導率を示す材料で形成することができる。適するそのような材料の1つは熱分解窒化ホウ素(PBN)である。
The
図9Aおよび9Bを参照すると、加熱ディスク408の実施に適する加熱ディスク構造の2つの例が示されている。図9Aは第1の加熱ディスク408Aの斜視図であり、図9Bは別の、第2の加熱ディスク408Bの斜視図である。実質的に一様な加熱が望まれるから、加熱ディスク408A,408Bは、加熱ディスク408A,408Bの外側部分が加熱ディスク408A,408Bの中央部分より低温になる傾向に対処できるような、縁端熱損失補償を有することができる。図示される実施形態において、加熱ディスク408A,408Bの縁端熱損失補償は、一方は実質的に中央に配置され、他方は中央域を囲む円環の形態にある、2つの加熱域を用いて達成することができる。これらの加熱域はそれぞれの加熱素子を用いて実施することができる。
Referring to FIGS. 9A and 9B, two examples of heating disk structures suitable for implementation of the
図9Aの加熱ディスク408Aは2つの個別加熱素子409Aおよび409Bを有し、加熱素子409Bは実質的に中央に配置され、加熱素子409Aは加熱素子409Bを囲む円環の形態にある。加熱素子409A,409Bはそれぞれ、それぞれの電源に接続することができる、一対の端子411A,411Bを有する。それぞれの電源から加熱ディスク408Aの加熱素子408Aおよび409Bへの電圧および電流の印加は、2つの加熱域のそれぞれの温度を個別に調節でき、縁端熱損失の補償を達成できるように、制御ユニットによって個別に制御することができる。
The
加熱素子409Aおよび409Bは、熱分解グラファイト(PG)、THERMOFOIL等で形成することができる。THERMOFOIL材は、可撓性絶縁材層の間に挟み込まれたエッチング加工ホイル抵抗素子を有する、薄く、可撓性の、加熱特性を有する材料である。THERMOFOILは真空環境でより優れた信頼性を示し得るが、本明細書では(大気環境のような、1つないしさらに多くの酸化剤を含有し得る)非真空環境での使用も考えられる。非真空雰囲気においては、優れた耐蝕特性および耐熱特性を有する高強度オーステナイト系ニッケル−クロム−鉄合金族を含む、インコネルで加熱素子409Aおよび409Bを形成することができる。
The
1つないしさらに多くの実施形態において、加熱素子409Aおよび409Bは縁端熱損失補償を補助するために垂直方向にオフセットさせることができる。例えば、中央域の加熱素子409Bを加熱ディスク408Aの底面側に向けて配置することができ、円環域の加熱素子409Aを加熱ディスク408Aの上面側に、または上面側に向けて、配置することができる。これにより、加熱ディスク408Aの周縁における加熱素子409Aとシリコンドナーウエハの間の熱抵抗が加熱ディスク408Aの中央における加熱素子409Bとシリコンドナーウエハの間の熱抵抗に比較して小さくなる。オフセット構造は、例えば、加熱素子409Aと409Bの間にスペーサ素子(図示せず)、例えばシート材を挟み込むことによって、達成することができる。これにより、端子411Bを、図9Aに示されるように下方に引き出すのではなく、横方向に引き出すことも可能になる。
In one or more embodiments, the
図9Bの加熱ディスク408Bは、個別の加熱素子409C,409Dを有しているかのように動作する、一体形成された、連続加熱素子を有する。詳しくは、加熱素子を形成するために用いられる抵抗材料の幅(および/または厚さ)が加熱ディスク408B内の位置に依存して変えられる。例えば、周辺位置409Cにおける加熱素子の幅は中央位置409Dにおける加熱素子の幅より狭い。加熱素子の幅の変化によって加熱素子の抵抗(したがって加熱特性)が位置の関数として変わる。一体加熱素子の抵抗を加熱ディスク408Bの中央領域からの位置の関数として変えることにより、縁端熱損失補償を達成するに必要な電圧および電流の印加が一組だけで済む。実際上、領域409Cと409Dにおける加熱素子の抵抗変化によって、一体加熱素子は印加電圧および電流に応答して相異なる態様で反応(加熱)するであろう。
The
加熱素子の構成にかかわらず、加熱素子の抵抗は約10〜20Ω程度(例えば約15Ω)とすることができる。前述した約600℃〜1000℃の加熱レベルを達成するため、約200V(AC)の電圧を加熱素子にかけて印加することができ、これにより約3250W RMS程度の熱放散が生じる。 Regardless of the configuration of the heating element, the resistance of the heating element can be about 10-20Ω (eg, about 15Ω). To achieve the heating level of about 600 ° C. to 1000 ° C. described above, a voltage of about 200 V (AC) can be applied across the heating element, resulting in a heat dissipation of about 3250 W RMS.
1つないしさらに多くの実施形態において、加熱ディスク408は、少なくともある程度は材料および構成の選択によって、比較的低い熱慣性を示す。加熱ディスクは、上で詳細を論じた材料および構成を用い、実測で2mm厚とすることができる。(実測で1〜2インチ(約25〜50mm)厚の従来の加熱素子と比較して)比較的薄い厚さが熱容量および熱慣性を低めるに寄与し、これは高速熱サイクル能力の達成に役立つ。
In one or more embodiments, the
熱スプレッダー410は加熱ディスク408と熱流通状態にあり、より一様な熱供給がシリコンドナーウエハに行われるように、加熱ディスク408によって与えられる加熱プロファイルを積分するようにはたらくことができる。熱スプレッダー410は、シリコンドナーウエハと直接に接してウエハの加熱およびウエハへの前述した高電圧の印加を容易にするように、電気伝導性かつ熱伝導性とすることができる。
The
熱スプレッダー410の実施に用いることができる材料の中では、THERMOFOILのような、導電性グラファイトが望ましい。非真空雰囲気においては(例えば空気中で)、熱スプレッダー410は酸化性環境内でより優れた信頼性を示すことができる、非酸化性電気伝導−熱伝導素子、(無電界メッキニッケル、白金、モリブデン、タンタル等のような)非酸化性コーティングが施された銅、(無電界メッキニッケル、白金、モリブデン、タンタル等のような)非酸化性コーティングが施されたTHERMOFOIL、(コーティングを施すかまたは施さないでおくことができる)炭化ケイ素、(無電界メッキニッケル、白金、モリブデン、タンタル等のような)金属コーティングが施されたケブラーのような、その他の材料で形成することができる。
Of the materials that can be used to implement the
1つないしさらに多くの実施形態において、熱スプレッダー410も、やはり少なくともある程度は材料および構成の選択によって、比較的低い熱慣性を示す。熱スプレッダー410は、上に詳細を論じた材料および構成を用いて、実測で約0.5〜6mm厚とすることができる。
In one or more embodiments, the
加熱ディスク408および熱スプレッダー410の比較的薄い厚さは、インシュレータ404および上で論じたその他の材料選択によって示される高断熱特性と相まって、上接合形成プレート機構400の非常に低い熱容量および熱慣性に寄与する。すなわち、上接合形成プレート機構400は材料シートを約2分で室温から約1000℃まで加熱することができ、約1000℃まで加熱された材料シートを約10分ないしさらに短い時間で室温まで冷却することができる。これは、材料シートの温度を室温から僅か約600℃に上げるに約30分から1時間かかり得るし、また約600℃の材料シートを室温まで冷却するに約20分かかり得る、従来の基板ヒーターとは比較にならない。
The relatively thin thickness of the
制御ユニットは、いずれか所望の傾斜加熱プロファイルまたは傾斜冷却プロファイルおよびいずれか所望の処理温度における滞留時間にしたがうように上接合形成プレート機構400をプログラムするように動作することができる。
The control unit can operate to program the top bond forming
図8Aに示されるように、上接合形成プレート機構400は接合形成プロセス中に、例えば、シリコンドナーウエハに予荷電圧を印加するための、ウエハへのアクセスを可能にする開口450を有することができる。この必要に応じて備えられる特徴は本説明において以下でさらに詳細に論じられる。
As shown in FIG. 8A, the upper bond forming
図10は上接合形成プレート機構400の(ベース402およびインシュレータ404を除く)分解組立図を示す。本分解組立図に示されるように、上接合形成プレート機構400は、支持リング430,ガスケット432,バックプレート406,ガスケット434,加熱ディスク408および熱スプレッダー410を含む多層集成体である。支持リング430はバックプレート406およびガスケット432に対する支持を与える。バックプレート406は、冷却流体がチャネル420を流過するときの冷却流体の漏洩を防止するようにはたらく、ガスケット432とガスケット434の間に挟み込まれる。ガスケット432,434を形成できる材料の中では、GRAFOILリングが、適する封止特性および耐熱特性を示すから、望ましい。加熱ディスク408がガスケット434の上に重なり、熱スプレッダー410が加熱ディスク408の上に配置される。上接合形成プレート機構400のそれぞれの層はボルトを用いて相互に結合させることができる。
FIG. 10 shows an exploded view of the upper bond forming plate mechanism 400 (excluding the
1つないしさらに多くの実施形態において、バックプレート406は、1本の連続チャネル420または複数本の独立チャネル420を有することができる。図10に示されるように、バックプレート406は、それぞれがそれぞれの流入口406A,406Bを介して冷却流体を受け取り、共通流出口406Cを介して冷却流体を放出する、2本の独立チャネル420を有する。二重冷却チャネル420により、熱スプレッダー410(したがってシリコンドナーウエハ)面内の一層均等な冷却が保証される。
In one or more embodiments, the
特に、熱スプレッダー410は、熱スプレッダー410の周縁から外側に放射状に延び出す複数のフィン436を有する。フィン436は熱スプレッダー410を所定の位置に維持するためおよび高電圧源への接続を与えるために用いられる周辺面を提供する。図8Bに最善に示されるように、フィン436はそれぞれの保持クリップ440に嵌合されて、熱スプレッダー410を固定する。保持クリップ440は、電気絶縁および優れた構造保全性を与えるように、機械加工可能なガラス−セラミック(例えばMACOR)で形成されることが好ましい。
In particular, the
上で論じたように、上接合形成プレート機構400は、必要に応じて、ベース402,インシュレータ404,バックプレート406,加熱ディスク408および熱スプレッダー410の個別の開口450によって実施できる、開口450を有することができる。開口450は、シリコンドナーウエハの中央領域(例えばウエハの中心)へのアクセスが得られるように、中央に配置することができる。開口450によって与えられるシリコンドナーウエハへのアクセスの用途は以下でさらに詳細に論じられる。
As discussed above, the top bond forming
上接合形成プレート機構400の構造的および機能的態様をさらに示す、図11A,11Bおよび11Cを次に参照する。図11Bおよび11Cはそれぞれ図11Aの線11B-11Bおよび11C-11Cに沿ってとられた断面図である。図11Cに最善に示されるように、加熱電圧および電流は、ベース402,インシュレータ404およびバックプレート406を通って延び出す、端子452によって加熱ディスク408に印加することができる。端子452の数は、加熱ディスク408にどれだけの数の加熱素子が用いられているか、およびどのように加熱素子が実装されているかに依存するであろう。上で論じたように、1つないしさらに多くの実施形態においては、2つの加熱域の温度を厳密に調整できるように加熱電圧および電流の制御ユニットによる独立制御を可能にするために、2つの加熱素子を用いることができる。あるいは、温度調節および縁端熱損失補償のために単一加熱電圧を用い得るように、(可変抵抗を用いて)加熱素子を一体化することができる。
Reference is now made to FIGS. 11A, 11B and 11C, which further illustrate the structural and functional aspects of the top bond forming
図11Bに最善に示されるように、上接合形成プレート機構400への流体源(図示せず)の接続を可能にするために、流入管422および流出管424にそれぞれの流体カップリング460を接続することができる。特に、流入管422および流出管424はマウントプレート208の開口を通過するようにベース402から十分離れて延び出す。
As best shown in FIG. 11B, each
図11Bおよび11Cに最善に示されるように、(例えばヒーター電圧に比較して)比較的高い電圧を、ベース402,インシュレータ404,バックプレート406および加熱ディスク408を通って突き出している、高電圧端子453によって熱スプレッダー410に印加することができる。上に論じたように、熱スプレッダー410に印加される(約1000〜2000VDCの範囲とすることができる)電圧は、ガラス基板へのシリコンドナーウエハの陽極接合形成を補助するために用いられる。
As best shown in FIGS. 11B and 11C, a high voltage terminal that projects a relatively high voltage (eg, compared to the heater voltage) through
図示されていないが、上接合形成プレート機構400は、ベース402,インシュレータ404,バックプレート406および加熱ディスク408を通って熱スプレッダー410まで延びる、1本ないしさらに多くの真空コンジットを有することもできる。用いられていれば、図2に示されるように上接合形成プレート機構400が上方に回転された(開)位置にあるときにシリコンドナーウエハが熱スプレッダー410に結合されるであろうように、ウエハを熱スプレッダー410に密着させる際のウエハへの真空の印加が真空コンジットにより可能になる。真空の印加は、制御ユニットにより、あるいは接合形成装置10の作業者によって手動で、制御される通常の真空源(図示せず)を用いて達成することができる。
Although not shown, the upper bond forming
上で論じたように、上接合形成プレート機構400は、必要に応じて、接合形成プロセス中のシリコンドナーウエハへのアクセスを可能にするための開口450を有することができる。開口450が用いられる場合、その好ましい用途は、接合形成電圧の印加に先立つシリコンドナーウエハへの予荷重圧力および/またはシード電圧の印加を可能にすることである。予荷重圧力およびシード電圧の目的は接合形成電圧の印加に先立ってシリコンドナーウエハとガラス基板の間の界面の局所領域における陽極接合形成を開始するためであり、これによって界面の実質的に全域にわたる陽極接合形成が容易になる。シード電圧は接合形成電圧と同じかまたは異なる大きさとすることができるが、より低いかまたは等しい、例えば約750〜1000VDCの電圧が優ると考えられる。開口450は、初期陽極接合形成がシリコンドナーウエハとガラス基板の間の界面の中央領域またはその近傍でおこるように、中央に配置することができる。
As discussed above, the top bond
前述した予荷重圧力およびシード電圧機能の達成に適する器具を示す、図12A,12Bおよび13を次に参照する。図12Aは、上接合形成プレート機構400に嵌合し、その開口450を貫通してシリコンドナーウエハと機械的および電気的に接するようにはたらくことができる、予荷重プランジャー470の側面図を示す。図12Bは図12Aの予荷重プランジャー470の断面図であり、図13は上接合形成プレート機構400に結合された予荷重プランジャー470を含む上接合形成プレート機構400および下接合形成プレート機構500の断面図である。予荷重プランジャー470は近端474および遠端476を有するハウジング472を有する。電気端子478がハウジング472の近端474に配置され、シード電圧が得られる電源を接続するための手段を提供する。プランジャー480の一部がハウジング472内に配置され、プランジャー480はハウジング472の遠端476を通って突き出す。プランジャー480はハウジング472内を、望遠鏡と同じ態様で、滑動できる。プランジャー480は、プランジャー480が遠端476を完全に通過してハウジング472から抜け落ちることを防止するためのストップ482を一端に有する。電極484がプランジャー480内に同軸に配置され、電極484の先端486はプランジャー480の末端の先に突き出す(以下でさらに詳細に論じられるように、先端486はシリコンドナーウエハに接触する)。
Reference is now made to FIGS. 12A, 12B, and 13, which illustrate instruments suitable for achieving the preload pressure and seed voltage functions described above. FIG. 12A shows a side view of a
プランジャー480の滑動が端子478と電極484を電気的接触を妨げないように、第1の圧縮バネ488が電極484と端子478を機械的および電気的に結合する。第1の圧縮バネ488はまた、ストップ482がハウジング472と接するように、電極484(およびプランジャー480)を押し出す、すなわち偏移させる。第2の圧縮バネ490もストップ482がハウジング472と接するようにプランジャー480を押し出して、プランジャー480および電極484を突き出した配置に偏移させる。電極484およびプランジャー480にかかる軸方向の力は、電極484の先端486がシリコンドナーウエハに向けて偏移し、ウエハとの電気的接触を維持するように、圧縮バネ488,490のそれぞれによって吸収される。このようにして、電極484がシード電圧をシリコンドナーウエハに送る。1つないしさらに多くの実施形態において、電極484は、プランジャー480自体もシリコンドナーウエハに向けて偏移し、(単独で、または電極484との組合せで)ウエハに予荷重圧力を印加するように、プランジャー480内を滑動することができる。
A
好ましい実施形態において、電極484の先端486は、上昇−加圧機構100が下接合形成プレート機構500を上接合形成プレート機構400に向けて粗変位させたときに(すなわち、図4A〜4Bに示されるように、接合形成装置10が完全に閉じる前に)、シリコンドナーウエハに先端486が接するように、上接合形成プレート機構400の熱スプレッダー410の下まで突き出す。このようにして、全圧力、温度および電圧が印加される前に、予荷重圧力およびシード電圧の印加によってシリコンドナーウエハとガラス基板の陽極接合形成を開始することができる。
In a preferred embodiment, the
シリコンドナーウエハとガラス基板への接合形成電圧の印加と同様に、シード電圧は、(i)シリコンドナーウエハとガラス基板の一方に(他方は接地して)電位を印加する、または(ii)シリコンドナーウエハとガラス基板の双方にそれぞれの電位を印加する、ことによって達成することができる。すなわち、シリコンドナーウエハとガラス基板の間の界面の局所領域における初期接合形成が望まれる場合であっても、上接合形成プレート機構400のシリコンドナーウエハにシード電圧を与えることができる能力は必要に応じて備えられる機能である。実際上、本説明で後に論じられるように、シード電圧は下接合形成プレート機構500によって(シリコンドナーウエハは接地して)ガラス基板に印加することができる。
Similar to the application of the junction formation voltage to the silicon donor wafer and the glass substrate, the seed voltage applies (i) a potential to one of the silicon donor wafer and the glass substrate (the other is grounded), or (ii) silicon. This can be achieved by applying respective potentials to both the donor wafer and the glass substrate. That is, even when initial bonding formation in a local region at the interface between the silicon donor wafer and the glass substrate is desired, the ability to apply a seed voltage to the silicon donor wafer of the upper
上で論じたように予荷重圧力およびシード電圧を印加することができるが、予備接合形成がなされ得る面積を制限するために、予荷重圧力およびシード電圧が印加されている間のシリコンドナーウエハとガラス基板の接触面積を限定することが望ましい。この点に関しては、スペーサ機構300を前述した予荷重プランジャー470と組み合せて用いることができる。一般に、スペーサ機構300は下接合形成プレート機構500に結合され(図1および5を見よ)、予備接合形成がシリコンドナーウエハおよびガラス基板の中央領域で達成されるときのシリコンドナーウエハおよびガラス基板の周縁の相互接触を防止するようにはたらくことができる。予備接合形成が達成された後、全接合形成プロセスを進めるために、スペーサ機構300はシリコンドナーウエハとガラス基板を(シリコンドナーウエハおよびガラス基板の周縁を含めて)相互に接触させる。
A preload pressure and seed voltage can be applied as discussed above, but to limit the area where pre-bonding can be made, the silicon donor wafer and It is desirable to limit the contact area of the glass substrate. In this regard, the
スペーサ機構300の斜視図である、図14を次に参照する。スペーサ機構300は、予荷重圧力およびシード電圧の印加中にシリコンドナーウエハの周縁領域とガラス基板の周縁領域の相互分離保持を機械的に補助するようにはたらくことができる。1つないしさらに多くの実施形態において、スペーサ機構300はシリコンドナーウエハとガラス基板の間に対称的(多位置)間隙調整作用を与えるようにはたらくことができる。
Reference is now made to FIG. 14, which is a perspective view of the
スペーサ機構300は実質的に環状の構造を有し、マウントリング302,回転リング304および複数の集成間隙調整部品306を有する。マウントリング302は、中央開口308および周縁310を有する実質的に環状の構成を有する。複数の(開口のような)マウント素子312が周縁310のまわりに配置され、上向きポスト140(図1,5および6を見よ)とすることができるマウント素子140と相補的な構成を有する。マウント素子140および312の寸法、形状および位置はマウントリング302が上昇−加圧機構100の下マウント108に結合され得るように定められる。図示される実施形態において、マウントリング302が上昇−加圧機構100の下マウント108に対して回転することはできない。
The
回転リング304も実施的に環状の構造を有し、さらに中央開口308を定める。回転リング304はマウントリング302に回転可能な態様で結合され、したがってマウントリング302および上昇−加圧機構100の下マウント108に対して回転することができる。回転リング304は、回転リング304の周縁に配置された複数のカム320(例えばカムスロット)を有し、そのようなカム320は集成間隙調整部品306のそれぞれについて1つ設けることができる。カム320の内の1つは、上昇−加圧機構100のステップモーター144(図6を見よ)のギア142にピッチが対応する複数の歯を有する、ギア付カム320Aである。ステップモーター144がギア142を回すと、回転リング304がマウントリング302および上昇−加圧機構100の下マウント108に対して回転する。回転リング304の正確な回転運動を得るため、制御ユニットがステップモーター144に駆動信号を与えることができる。
The
集成間隙調整部品306のそれぞれはスライドブロック332に結合された間隙調整板330を有することができる。間隙調整板330はシリコンドナーウエハとガラス基板の間に嵌まり、シリコンドナーウエハとガラス基板を隔てる、寸法および形状につくられる。間隙調整板はスペーサ機構300の中心領域(したがってシリコンドナーウエハとガラス基板の間の界面の中心領域)に対する径方向に内向きおよび外向きの運動を達成するように動作することができる。この径方向運動はスライドブロック332とマウントリング302の間の滑動可能な嵌合によって達成される。例えば、集成間隙調整部品のそれぞれは、対応する1つないしさらに多くのピン336と滑動可能な態様で嵌合する、1本ないしさらに多くの案内ブッシュ334を有することができる。ピン336は、案内ブッシュ334のピン336に沿う滑動運動の結果、スライドブロック332および間隙調整板330の前述した径方向運動が生じるように、マウントリング302の周縁310から径方向に延び出すことができる。
Each assembly
スライドブロック332のそれぞれは、それぞれのカムスロット320に嵌合する、ローラーまたはピンのような、(図では見ることができない)カムガイドも有する。(ステップモーター144の作動による)回転リング304の回転が、それぞれのスライドブロック332が(案内ブッシュ334を介して)ピン336に沿って制御された態様で滑動するように、それぞれのスライドブロック332に径方向の力を印加する。このようにして、全ての間隙調整板330が、シリコンドナーウエハとガラス基板の間のいかなる不均一な摩擦荷重も防止する、対称運動で移動する。回転リング304の回転は、エアシリンダー、リニアモーター、集成ソレノイド等のような、その他の作動手段を用いても達成できることに注意されたい。間隙調整板330は、SOGにかかる電位がマウントリング302および接合形成装置10の他の部分に伝わらないように、電気的に絶縁されることが好ましい。例えば、スライドブロック332はセラミック材料で形成することができる。マウントリング302および回転リング304は下接合形成プレート機構500の高熱域の下側に配置することができ、これによってマウントリング302および回転リング304が過剰な熱の入力から防護される。
Each
図11Aに最善に見られるように、上接合形成プレート機構400は加熱ディスク408へのアクセスを可能にするための1つないしさらに多くの別の開口を有することができる。例として、第1の開口454は、熱電対が加熱ディスク408に熱的に結合して、制御ユニットに(加熱ディスク408およびシリコンドナーウエハの厳密な温度調節を可能にする)温度フィードバック信号を供給できるように、上接合形成プレート機構400を貫通する熱電対の挿入を可能にすることができる。開口454は図11Aに見られるように上接合形成プレート機構400の背面から延び込み、よって鎖線で示されていることに注意されたい。別の温度調節のために加熱ディスク408への別のアクセスを提供する(これも背面からの)第2の開口456を有することもできる。特に、第1の開口454は加熱ディスク408の中央加熱素子の領域に配置され、第2の開口456は加熱ディスク408の環状加熱素子の領域またはその近傍に配置される。これにより、(中央加熱素子および環状加熱素子が一体形成されていなければ)中央加熱素子および環状加熱素子のそれぞれへの電力信号の独立のフィードバックおよび制御が可能になり、よって縁端熱効果補償も全体的温度調節も可能になる。
As best seen in FIG. 11A, the top bond forming
図15は、開口454,456を通して延び込ませ、加熱ディスク408に接触させるために用いることができる、集成熱電対494の斜視図である。集成熱電対494は、標準熱電対プラグ495,集成バネ部品496およびプローブ498を有する。プローブ498は、プローブ498が加熱ディスク408に押し付けられ、よってプローブ498と加熱ディスク408の間の適切な熱伝導を確保するように、動作可能な態様で集成バネ部品496によって押し出される。
FIG. 15 is a perspective view of an
下接合形成プレート機構500の1つないしさらに多くの実施形態の構造の詳細が次に論じられる。下接合形成プレート機構500の主要機能は上接合形成プレート機構400の主要機能と相補的、すなわち、ガラス基板の加熱、ガラス基板への圧力印加、ガラス基板への電位印加およびガラス基板の冷却である。
Details of the structure of one or more embodiments of the lower
1つないしさらに多くの実施形態にしたがえば、下接合形成プレート機構500は上述した上接合形成プレート機構400の実施形態の特徴をいかなる数でも有し得る。例えば、図13に示される実施形態において、上接合形成プレート機構400と下接合形成プレート機構500は、上接合形成プレート機構400では開口450および予荷重プランジャー470が用いられるが、下接合形成プレート機構500では用いられないことを除き、実質的に同じである。
In accordance with one or more embodiments, the lower bond forming
下接合形成プレート機構500の加熱機能は約600℃より低いかまたは高い温度を与えるように動作することができ、温度は1000℃に近づくかまたはこえることができる。下接合形成プレート機構500は、ガラス基板の実質的に全面にわたって、制御された設定温度の±0.5%の範囲内の温度一様性を提供するように動作することができる。必要に応じて、下接合形成プレート機構500によって(約1750VDCの)電位をガラス基板に印加することができ、ガラス基板の全面にわたって実質的に一様に分布させることができる。下接合形成プレート機構500の別の実施形態では制御された流体流を用いてガラス基板に強制冷却を与えることができる。
The heating function of the lower
図16〜21に示される下接合形成プレート機構500の実施形態は上で論じた上接合形成プレート機構400と同様の特徴を有するが、下接合形成プレート機構500は異なる特徴もいくつか有することができる。図16は下接合形成プレート機構500の斜視図であり、図17は下接合形成プレート機構500の分解組立図である。下接合形成プレート機構500の主要コンポーネントには、ベース502,インシュレータ504,加熱ディスク508および熱スプレッダー510がある。これらの要素は、例えばステンレス鋼で形成することができる、ハウジング506内に配置されるか、ハウジング506に結合されるか、またはハウジング506に支持される。
Although the embodiment of the lower bond forming
ベース502はハウジング506の下部に結合され、よってインシュレータ504を受け入れるための内部空間を定める実質的に円筒形の構造を形成する。限定ではなく、例として、ベース502は、構造保全性および高温耐性のいずれをも提供する、機械加工可能なセラミック材料(例えば、機械加工可能なケイ酸アルミナの、Contronics 902)で形成することができる。インシュレータ504は加熱ディスクからベース502,ハウジング506および接合形成装置10のその他の部分への熱流を制限するようにはたらくことができる。限定ではなく、例として、インシュレータ504は、40%低密石英ガラスのような、セラミック気泡断熱材料で形成することができる。インシュレータ504の断熱特性は、加熱ディスク508からベース502(およびその他のコンポーネント)への熱流を阻止し、(高速熱サイクル能力のため)下接合形成プレート機構500の比較的低い熱慣性を提供すべきである。
加熱ディスク509とインシュレータ504は、Contronics RESBOBD 905のような、セラミック接着剤を用いて接合することができる。
The heating disk 509 and the
加熱ディスク508は電気(電圧および電流)加熱に応答して熱を発生するように動作することができ、同時に、ガラス基板に直接または間接に印加されるいかなる電位もベース502またはハウジングには印加されないように、電気絶縁特性も提供する。すなわち、加熱ディスク508はかなりの電気絶縁特性およびかなりの熱伝導性を示す材料で形成することができる。
The
図18を参照すれば、加熱ディスク508は、2枚(ないしさらに多くの)電気絶縁層508Bの間に挟み込まれた抵抗加熱ヒーター層508Aで形成することができる。限定ではなく、例として、抵抗加熱ヒーター層508AはTHERMOFOIL巻きグラファイトで形成することができ、電気絶縁層508Bは石英ガラスで形成することができる。抵抗加熱ヒーター層508Aと電気絶縁層508Bは(低熱膨張特性を示す)Contronics RESBOBD 905のような、セラミック接着剤を用いて接合することができる。
Referring to FIG. 18, the
実質的に一様な加熱が望ましいから、加熱ディスク508は縁端熱損失補償を有することができる。本実施形態において、加熱ディスク508は、一方は実質的に中央に配置され、他方は中央域を囲む円環の形態にある、2つの加熱域を有することができる。加熱域は抵抗加熱ヒーター層508内に実施することができる。例えば、それぞれの加熱域は抵抗加熱材料が層508Aの中心から螺旋を描いて外側に向かうにつれて材料のそれぞれの幅を変えることで形成することができる。この結果、層508Aの中心からの材料の径方向距離に依存する材料の抵抗(したがって加熱特性)の変化が生じる。これにより、ヒーター素子は径方向位置の関数としての抵抗の差によって、加熱電圧および電流に対して異なる態様で応答(発熱)するであろうから、単一の加熱電圧および電流の使用による縁端熱損失補償の達成が可能になる。
Since substantially uniform heating is desired, the
抵抗加熱ヒーター層508Aへの電圧および電流印加は電源(図示せず)によって行われ、(以下で論じられるようにフィードバック制御を用いることができる)温度調節を達成するために制御ユニットによって制御される。制御ユニットは、いずれか所望の傾斜加熱プロファイルまたは傾斜冷却プロファイルおよびいずれか所望の処理温度における滞留時間にしたがうように下接合形成プレート機構500をプログラムするように動作することができる。端子552(図16〜17)および端子508C(図18)によって、電源から抵抗加熱ヒーター層508Aへの電気的接続が可能になる。
Voltage and current application to the
熱スプレッダー510は加熱ディスク508と熱流通状態にあり、より一様な熱供給がガラス基板に行われるように、加熱ディスク508によって与えられる加熱プロファイルを積分するようにはたらくことができる。熱スプレッダー510は、ガラス基板と直接に接して基板の加熱、および必要に応じて基板への接合形成電圧の印加、を容易にするように、電気伝導性かつ熱伝導性とすることができる。この場合も、シリコンドナーウエハおよびガラス基板に印加される接合形成電圧は、(i)シリコンドナーウエハおよびガラス基板の一方に(他方は接地して)電位を印加するか、あるいは(ii)シリコンドナーウエハおよびガラス基板のいずれにもそれぞれの電位を印加することによって達成することができる。すなわち、ガラス基板に(接地以外の)電位を与えることができる下接合形成プレート機構500の能力は、必要に応じて備えられる特徴である。下接合形成プレート機構500によってガラス基板に(接地以外の)接合形成電位が印加される場合には、そのような電位は基板の全面にわたって実質的に一様に分布させることができ、約1750VDCの範囲とすることができる。
The
熱スプレッダー510の実施に用いることができる材料の中では、THERMOFOILのような、導電性グラファイトが望ましい。端子553により、熱スプレッダー510への高電圧電源(図示せず)から電気的接続が可能になる。制御ユニットは(1750VDCのような)所望の電圧を達成するために高電圧電源からの電圧レベルをプログラムするように動作することができる。
Among materials that can be used to implement the
下接合形成プレート機構500のさらなる構造的および機能的態様を説明する、図19を次に説明する。図示されるように、下接合形成プレート機構500は、必要に応じて、例えば基板に予荷重圧力および/またはシード電圧を与えるために、接合形成プロセス中のガラス基板へのアクセスを可能にする開口550を有することができる。この必要に応じて備えられる特徴は用いられる必要はないが、以下で論じられるように有益な動作を提供することができる。開口550が用いられる場合、その好ましい用途は接合形成電圧および全接合形成圧力の印加に先立つガラス基板への予荷重圧力および/またはシード電圧の印加を可能にすることである。上接合形成プレート機構400に関して上で論じたように、予荷重圧力およびシード電圧の目的は、接合形成電圧の印加に先立って、シリコンドナーウエハとガラス基板の間の界面の局所領域において陽極接合形成を開始することであり、これによって界面の実質的に全領域にわたる陽極接合形成が容易になる。シード電圧は接合形成と同じかまたは異なる大きさとすることができるが、より低いかまたは等しい電圧、例えば750〜1000VDCが優ると考えられる。
FIG. 19, which illustrates further structural and functional aspects of the lower bond forming
例として、前述した予荷重機能を達成するために予荷重プランジャー570を用いることができる。予荷重プランジャー570は図12a〜12bに関して上で論じた予荷重プランジャー470と実質的に同じ構成とすることができる。予荷重プランジャー570は下接合形成プレート機構500に嵌合し、その開口550を貫通して、ガラス基板と電気的および機械的に接触するようにはたらくことができる。予荷重プランジャー570の電極584が少なくともシード電圧を与えるためにガラス基板に接する。予荷重プランジャー570のプランジャーが電極584を囲んで同軸に配置され、単独で(または電極584と組み合されて)予荷重圧力を印加する。
As an example, a
下接合形成プレート機構500は、熱電対が加熱ディスク508に熱的に結合して、制御ユニットに(加熱ディスク508およびガラス基板の厳密な温度調節を可能にする)温度フィードバック信号を供給できるように、下接合形成プレート機構500を貫通する熱電対の挿入を可能にするための1つないしさらに多くの別の開口を有することができる。熱電対(および熱電対自体)のための開口の構造および位置は、上接合形成プレート機構400に関して上で論じた構造および位置と実質的に同じとすることができる。
The lower bond forming
下接合形成プレート機構の別の1つないしさらに多くの実施形態に用いることができる別の機能を説明する、図20〜21を次に参照する。図20は強制冷却機能を用いる下接合形成プレート機構500Aの断面図である。図21は図20の下接合形成プレート機構500Aの分解組立図である。本実施形態において、下接合形成プレート機構500Aのインシュレータ504Aは、SOG構造、特にそのガラス基板の温度を下げることが望ましい場合に冷却流体がそれを流過することができる1本ないしさらに多くの冷却チャネル520を有する。例えば、冷却チャネル520はインシュレータ504Aの中心からその周縁に向けて螺旋を描いて延びることができる。チャネル520はインシュレータ504Aの表面に機械加工で形成することができる。チャネル520に冷却流体を流し込むために流入管522がはたらくことができ、チャネル520から冷却流体を流し出すために流出管524が動作することができる。流入管522に冷却流体を再び流し込む前に冷却流体を冷却するために、熱交換器(図示せず)を用いることができる。強制冷却はチャネル520を流過する冷却流体の温度および流量を制御ユニットを用いて制御することによって達成することができる。図13に示されるように、下接合形成プレート機構500Aへの流体源(図示せず)の接続を可能にするために、流入管522および流出管524に適切な流体カップリング560を接続することができる。
Reference is now made to FIGS. 20-21, which illustrate other features that can be used in one or more embodiments of the lower bonding plate mechanism. FIG. 20 is a cross-sectional view of the lower joint forming
図22を参照すれば、真空、(水素、窒素等のような)ガス雰囲気のような接合形成環境の雰囲気条件およびその他の条件の制御を与えるための雰囲気制御チャンバ50内に接合形成層装置10を配置することができる。特に、接合形成装置10は、接合形成装置10の様々なコンポーネント、特に接合形成プレート機構400,500の劣化をおこさずに、非真空雰囲気(例えば、1つないしさらに多くの酸化剤を含み得る雰囲気)内で動作することができる。
Referring to FIG. 22, the
接合形成装置10に関するさらなる詳細を、図23〜27を参照して次に説明する。図23は最終SOG構造600を示し、図24〜27は接合形成装置10の1つないしさらに多くの実施形態を用いて形成されるSOG構造の中間構造を示す。図24を参照すれば、材料を接合形成装置10に入れる前に、半導体ドナーウエハ620の注入面621が、ガラスまたはガラス−セラミック基板602(図23)への接合形成に適する比較的平坦で一様な注入面621を形成するために、例えば研磨、洗浄等によって、調製される。論考の目的のため、半導体ウエハ620は実質的に単結晶のSiウエハとすることができるが、上に論じたようにその他いずれかの半導体材料を用いることができる。
Further details regarding the
剥離層622は、注入面621をイオン注入プロセスにかけて、半導体ドナーウエハ620の注入面621の下に、剥離層622を定める、弱化領域をつくることによって形成される。例として、水素イオン注入または、ホウ素、ヘリウム等のような、その他の希土類イオンの注入を注入面621に行うことができる。注入面621上の、例えば水素イオン濃度を低減するための処理を半導体ドナーウエハ620に施すことができる。例えば、半導体ドナーウエハ620を洗浄することができ、剥離層622の注入面621を軽く酸化することができる。軽い酸化処理には、酸素プラズマ内の処理、オゾン処理、過酸化水素による処理、過酸化水素およびアンモニアによる処理、過酸化水素および酸による処理、およびこれらの処理の組合せを含めることができる。これらの処理中に、水素終端表面基が酸化されて水酸基になり、これらの水酸基が続いてシリコンウエハ表面を親水性にすると考えられる。処理は、酸素プラズマについては室温で行うことができ、アンモニア処理または酸処理については25〜150℃の範囲の温度で行うことができる。ガラス基板602(および剥離層622)の適切な表面洗浄を行うことができる。
The
上接合形成プレート機構400が(図2におけるように)上方に回転している初期配置に接合形成装置10があれば、半導体ドナーウエハ620およびガラス基板602が接合形成装置10に挿入される。本例においては、下接合形成プレート機構500にガラス基板602がおかれて重力で保持され、半導体ドナーウエハ620がガラス基板602の上におかれるとする。半導体ドナーウエハ620およびガラス基板602の中央領域における接合形成を開始するための予荷重圧力およびシード電圧の印加が望まれる場合は、ガラス基板602の上に半導体ドナーウエハ620をおく前に、スペーサ機構300を起動することができる。図6および14に関して論じたように、回転ロング304がマウントリング302に対して回転し、よって間隙調整板330を駆動して間隙調整板330がガラス基板602の周辺域に載るように、ステップモーター144がギア142を回転させることができる。次いで、半導体ドナーウエハ620とガラス基板602の間に間隙調整板330が挟み込まれるように、半導体ドナーウエハ620を間隙調整板330の上におくことができる。このようにすれば、半導体ドナーウエハ620とガラス基板602は間隙調整板330の厚さだけ隔てられるであろう。
If the
次に、上接合形成プレート機構400と下接合形成プレート機構500が間隔をおいた平行配置になるように、上接合形成プレート機構400が(開閉機構200によって)下方に回転するように動作することができる。さらに詳しくは、図7に関して上で論じたように、シャフト236を操作することでジャッキ230が作動し、この結果、シャフト232,案内ブッシュ214およびヒンジプレート250が下降する。ヒンジプレート250の下降が、マウントプレート208がヒンジプレート250のストップ259に接するまでマウントプレートおよび上接合形成プレート機構400が下方に傾くように、軸旋回リンク仕掛258を中心にしてマウントプレート208を旋回させる。この時点で、上接合形成プレート機構400は下接合形成プレート機構400に対して実質的に平行な配置にある。ヒンジプレートが下方に動き続ける結果として、ロック246が上昇−加圧機構100の案内柱114,116,118の上端114A,116A,118A(図6)に接する。次いで、作業者がロック246を上昇−加圧機構100の案内柱114,116,118に嵌合させることができる。ロック246は、上昇−加圧機構100に過剰な力をかけずに、マウントプレート208が半導体ドナーウエハ620および上接合形成プレート機構400にかかる上向きの力に確実に対抗できるようにする。
Next, the upper bonding
次いで、上昇−加圧機構100が下接合形成プレート機構500(およびガラス基板602および半導体ドナーウエハ620)の上接合形成プレート機構400に向かう粗変位を行わせることができる。予荷重プランジャー470の電極が上接合形成プレート機構400の熱スプレッダー410の下に突き出しているから、上昇−加圧機構100が上接合形成プレート機構400に向かう下接合形成プレート機構500の粗変位をおこさせると、電極484は半導体ドナーウエハ620に接触する。半導体ドナーウエハ620とガラス基板602の周端の相互接触をスペーサ機構300の間隙調整板330が阻止するから、予荷重プランジャー470は、半導体ドナーウエハ620の中央領域がガラス基板602に接触するように、半導体ドナーウエハ620を弓なりに反らせようとするであろう。このようにして、全圧、温度および電圧が印加される前に、予荷重圧力およびシード電圧の印加によって半導体ドナーウエハ620とガラス基板602の陽極接合形成を開始することができる。
The ascending-
半導体ドナーウエハ620とガラス基板602の中央領域の初期陽極接合形成に続いて、間隙調整板330を引き抜くようにスペーサ機構300に命令することができる。制御ユニットがステップモーター144に命令して、回転リング304がマウントリング302に対して回転し、よって半導体ドナーウエハ620とガラス基板602の間から間隙調整板330を引き抜くように、ギア142を回転させることができる。間隙調整板330は対称運動で移動し、これにより、半導体ドナーウエハ620とガラス基板602の間のいかなる不均等な摩擦負荷も防止される。接合形成プロセスが真空内で行われていれば、間隙調整板330の引抜きに先立つ半導体ドナーウエハ620とガラス基板602の中央領域の接合形成によって、半導体ドナーウエハ620とガラス基板602の間からいかなるガスも排出することができる。したがって、半導体ドナーウエハ620とガラス基板602の間の適切な接合をガス(例えば空気)が妨げる可能性を低めることができる。
Following the initial anodic bonding formation of the central region of the
図25を参照すれば、上で論じたように接合形成装置10を用いてガラス基板602と半導体ドナーウエハ620を直接に接触させ、ガラス基板602および半導体ドナーウエハ620に温度、電圧および圧力をかけることにより、陽極(電解)プロセスを用いてガラス基板602を剥離層622に接合することができる。接合形成装置10は、所望の陽極接合形成を達成するため、(制御ユニットのプロセッサ上で走る)コンピュータプログラムの制御の下で動作することができる。したがって、コンピュータプログラムが接合形成装置10の様々な機構を本明細書で論じた態様で動作させて、陽極接合形成を達成すると見なすことができる。
Referring to FIG. 25, the
半導体ドナーウエハ620の剥離層622およびガラス基板602は温度差勾配の下で加熱される。ガラス基板602は半導体ドナーウエハ620および剥離層622の(上接合形成プレート機構400による)加熱温度より高温に(下接合形成プレート機構500によって)加熱することができる。例として、ガラス基板602と半導体ドナーウエハ620(および剥離層622)の間の温度差は約6℃と約200℃ないしそれ以上との間のどこかとすることができる。この温度差は、後の熱応力による半導体ドナーウエハ620からの剥離層622の分離が容易になるから、ガラス基板の熱膨張係数(CTE)を半導体ドナーウエハ620のCTEに整合させる(例えばシリコンのCTEに整合させる)ために望ましい。ガラス基板602および半導体ドナーウエハ620の温度は、ガラス基板602の歪点の約±650℃の範囲内にとることができる。
The
機械的圧力も集成中間体に印加される。圧力は、約1〜約100ポンド/平方インチ(psi)(約6.9×103〜約6.9×105Pa)の範囲、約6〜約50psi(約4.1×104〜約3.4×105Pa)の範囲、または約20psi(約1.4×105Pa)とすることができる。より高い圧力、例えば約100psi(約6.9×105Pa)ないしさらに高い圧力の印加も可能であるが、そのような圧力は、ガラス基板602の割れを生じさせ得るから、慎重に用いられるべきである。図4A,4Bおよび6に関して上で論じたように、半導体ドナーウエハ620とガラス基板602は上昇−加圧機構100の制御された作動の下で相互に接触することができる。上昇−加圧機構100の第2のアクチュエータ106が下マウント108,下接合形成プレート機構500およびガラス基板602を押し上げて、半導体ドナーウエハ620とガラス基板602の間の制御された加熱および圧力を達成できるような位置につける。
Mechanical pressure is also applied to the assembly intermediate. The pressure ranges from about 1 to about 100 pounds per square inch (psi) (about 6.9 × 10 3 to about 6.9 × 10 5 Pa), about 6 to about 50 psi (about 4.1 × 10 4 to In the range of about 3.4 × 10 5 Pa), or about 20 psi (about 1.4 × 10 5 Pa). Application of higher pressures, for example about 100 psi (about 6.9 × 10 5 Pa) or higher, is possible, but such pressures can be used with caution since they can cause cracking of the
集成中間体にかけて、例えば、半導体ドナーウエハ620に正電位を与えてガラス基板602により低い電位を与えることにより、電圧も印加される。電位の印加によって、ガラス基板602内のアルカリイオンまたはアルカリ土類イオンが半導体/ガラス界面から離れてガラス基板602深くに移動させられる。これにより、(i)無アルカリイオンまたは無アルカリ土類イオン界面が形成される、および(ii)ガラス基板602の反応性が非常に高くなり、比較的低い温度における熱の印加によって半導体ドナーウエハ620の剥離層622に強く接合する、の2つの機能が達成される。
A voltage is also applied across the assembled intermediate, for example by applying a positive potential to the
圧力、温度差および電位差は制御された時間(例えばほぼ6時間ないしそれより短い時間)にわたって印加される。その後、高レベル電位がゼロまで下げられ、半導体ドナーウエハ620およびガラス基板602は、半導体ドナーウエハ620からの剥離層622の分離が少なくとも開始されるように冷却される。冷却プロセスには、上接合形成プレート機構400および下接合形成プレート機構500の一方に、またはいずれにも、冷却流体が流し込まれる、強制冷却を含めることができる。1つないしさらに多くの実施形態において、強制冷却プロファイルには、剥離過程の強さおよび品質に影響を与えるために、半導体ドナーウエハ620およびガラス基板602の異なるプロファイル(例えば、冷却速度、滞留時間および/またはレベル)での冷却を含めることができる。
The pressure, temperature difference and potential difference are applied over a controlled time (eg, approximately 6 hours or less). Thereafter, the high level potential is lowered to zero and the
図26に示されるように、分離後、得られた構造はガラス基板602およびガラス基板620に接合された半導体材料の剥離層622を有することができる。この構造にアクセスするため、案内柱114,116,118からロック246が外され、シャフト232が案内ブッシュ214を上昇させて、ヒンジプレート250がブロック260および軸旋回リンク仕掛258によってマウントプレート208に垂直方向の力をかけるように(図6〜7)、ジャッキ230が(例えばシャフト236に回転力を印加することによって)作動される。これによって、上接合形成プレート機構400は、下接合形成プレート機構500に対して実質的に平行な関係を維持しながら、下接合形成プレート機構500から垂直に上昇して離れるであろう。マウントプレート208にかかり続ける上向きの力は、軸旋回リンク仕掛258を中心とする回転運動に応答する上接合形成プレート機構400の傾きを生じさせる。次いで、接合形成装置10から中間SOG構造を取り出すことができる。
As shown in FIG. 26, after separation, the resulting structure can have a
図27に示されるようなガラス基板602上の半導体層604を得るために、薄化および/または研磨手法により、例えば、CMPまたは技術上既知のその他の手法により、表面623からいかなる不要な、または粗い、半導体材料も除去することができる。
In order to obtain a
半導体ドナーウエハ620は続いて別のSOG構造600を作成するために再使用できることに注意されたい。
Note that the
本発明の別の1つないしさらに多くの実施形態にしたがえば、ガラス、ガラス−セラミック、セラミック等のような基板に微細構造をエンボス加工するために接合形成装置10を用いることができる。ガラスのような基板上に複製パターンを形成するための従来手法は、(例えばUV硬化性ポリマーを用いる)加算型プロセスまたは減算型プロセス(例えば、化学エッチング、反応性イオンエッチング)を含んでいる。これらの従来手法はいずれの用途においても望ましくない。実際上、ポリマー構造は極めて多目的に用い得るが、所望の材料特性を有することができず、エッチング法は微細構造を形成できるが、非常に時間および費用がかかることが多い。しかし、本発明の多くの態様の内の1つにしたがえば、加熱によって種型から基板にパターンが型押/エンボス加工される。種型は構造的に剛性が高く、基板の融点より高い融点を有する、材料で構成される。種型および/または基板は基板が種型の微細構造に流れ込むレベルまで加熱される。その後、コンポーネントは冷却されて分離される。
In accordance with one or more embodiments of the present invention, the
1つないしさらに多くの実施形態において、接合形成装置10は、種型および/または基板(例えばガラス)を高速加熱して高スループットを可能にするように適合させることができる。前述した、接合形成装置10の強制冷却機能、制御された加圧機能、真空雰囲気等もスループットを高めることができる。
In one or more embodiments, the
図28を参照すれば、接合形成装置10は、(例えばナノメートルスケールの)微細構造701がその少なくとも一表面に配されている種型700を受け入れるように動作することができる。種型700上の微細構造は基板702上にエンボス加工されることが望ましい微細構造の反転である。例として、下接合形成プレート機構500に種型700を結合させることができ、基板702(例えばガラス基板)を種型700の上におくことができる。あるいは、下接合形成プレート機構500に基板702を結合させることができ、種型700を基板702の上におくことができる。また別の実施形態において、上接合形成プレート機構400に種型700をクリップ止めするか、さもなければ締結することができる。上接合形成プレート機構400/下接合形成プレート機構500と基板702/種型700の間にそれぞれGRAFOILガスケット704A,704Bを挟み込むことができる。
Referring to FIG. 28, the
次いで、接合形成装置10を(上で論じたように)閉じることができ、ガラス基板702のTgより高い温度がかけられる。このようにしてパターンまたは構造が種型700からガラス基板702に転写される。複製プロセスは、上に論じたような接合形成装置10の制御された加圧機能による高圧の下で行うことができる。あるいは、種型700の微細構造710へのガラス基板702の流れ込みを容易にするために重力および大気圧を用いることができる。
The
種型700は、ガラス基板702のTgのような、基板の流れ温度まで、またはそれより上まで、高められた温度において構造的に変化しないであろう材料で構成することができる。例として、石英ガラスを、種型700を提供するために用いることができる。微細構造701は反応性イオンエッチング(RIE)によって種型700に形成することができる。ダイアモンドコーティングのような、種型700および/または基板702の表面処理も行うことができる。
The
本発明を特定の実施形態を参照して本明細書に説明したが、これらの実施形態が本発明の原理および応用の例証に過ぎないことは当然である。したがって、添付される特許請求の範囲に定められるような本発明の精神および範囲を逸脱することなく、数多くの改変が例証実施形態になされ得ることおよび別の構成が案出され得ることは当然である。 Although the invention herein has been described with reference to particular embodiments, it is to be understood that these embodiments are merely illustrative of the principles and applications of the present invention. Thus, it will be appreciated that numerous modifications may be made to the illustrated embodiments and alternative configurations may be devised without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. is there.
10 接合形成装置
12 ベースプレート
14 支持フレーム
50 雰囲気制御チャンバ
100 上昇−加圧機構
200 開閉機構
300 スペーサ機構
400,500 接合形成プレート機構
600 SOG構造
602 ガラス基板
604 半導体層
620 半導体ドナーウエハ
622 剥離層
700 種型
701 微細構造
702 基板
DESCRIPTION OF
Claims (21)
第1の材料シートを嵌め込み、該第1の材料シートに制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも1つを与えるように動作することができる第1の接合形成プレート機構、
第2の材料シートを嵌め込み、該第2の材料シートに制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも1つを与えるように動作することができる第2の接合形成プレート機構、
前記第1の接合形成プレート機構および前記第2の接合形成プレート機構に動作可能な態様で結合され、前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートのそれぞれの表面に沿って、該第1の材料シートおよび該第2の材料シートの相互に対する制御された圧力を達成するために、前記第1の接合形成プレート機構および前記第2の接合形成プレート機構を互いに向けて押し付けるように動作することができる加圧機構、および
前記第1の材料シートと前記第2の材料シートの間の陽極接合形成を達成するに十分な加熱、電圧および圧力プロファイルを与えるための前記第1の接合形成プレート機構および前記第2の接合形成プレート機構並びに前記加圧機構への制御信号を生成するように動作することができる制御ユニット、
を備えることを特徴とする陽極接合形成装置。 In the anodic bonding apparatus,
A first bond forming plate mechanism that is operable to fit a first material sheet and provide the first material sheet with at least one of controlled heating, voltage, and cooling;
A second bond-forming plate mechanism operable to mate the second material sheet and to provide the second material sheet with at least one of controlled heating, voltage and cooling;
Operatively coupled to the first bond-forming plate mechanism and the second bond-forming plate mechanism, and along the respective surfaces of the first material sheet and the second material sheet, the first Operating the first bond forming plate mechanism and the second bond forming plate mechanism toward each other to achieve a controlled pressure on the material sheet and the second material sheet relative to each other. And a first bond forming plate mechanism for providing a heating, voltage and pressure profile sufficient to achieve anodic bond formation between the first material sheet and the second material sheet And a control unit operable to generate a control signal to the second bond forming plate mechanism and the pressure mechanism,
An anodic bonding apparatus comprising:
前記加熱プロファイルが、前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートの内の少なくとも1つの、約600℃と1000℃の間の少なくともピーク温度を含む、
前記加熱プロファイルが、前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートの内の少なくとも1つの、約1000℃より高い少なくともピーク温度を含む、
前記電圧プロファイルが、前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートの内の少なくとも1つの、約100VDCと約2000VDCの間の少なくともピーク電圧を含む、
前記電圧プロファイルが、前記第1の材料シートと前記第2の材料シートの間の約1000VDCと約2000VDCの間の少なくともピーク電位差を含む、
前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートの一方が接地電位にある、
前記ピーク電位差が、前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートの一方に正の電位を印加し、前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートの他方に負の電位を印加を印加することによって達成される、
前記圧力プロファイルが、前記第1の材料シートと前記第2の材料シートの間の約1ポンド/平方インチ(psi)(約6.9×103Pa)と100psi(約6.9×105Pa)の間の少なくともピーク圧力を含む、および、
前記圧力プロファイルが、前記第1の材料シートと前記第2の材料シートの間の約20psi(約1.4×104Pa)の少なくともピーク圧力を含む、
の内の少なくとも1つを特徴とする請求項1に記載の陽極接合形成装置。 The heating profile includes at least a peak temperature greater than about 600 ° C. of at least one of the first material sheet and the second material sheet;
The heating profile includes at least a peak temperature between about 600 ° C. and 1000 ° C. of at least one of the first material sheet and the second material sheet;
The heating profile includes at least a peak temperature greater than about 1000 ° C. of at least one of the first material sheet and the second material sheet;
The voltage profile includes at least a peak voltage between about 100 VDC and about 2000 VDC of at least one of the first material sheet and the second material sheet;
The voltage profile includes at least a peak potential difference between about 1000 VDC and about 2000 VDC between the first material sheet and the second material sheet;
One of the first material sheet and the second material sheet is at ground potential;
The peak potential difference is such that a positive potential is applied to one of the first material sheet and the second material sheet, and a negative potential is applied to the other of the first material sheet and the second material sheet. Achieved by applying,
The pressure profile is about 1 pound per square inch (psi) (about 6.9 × 10 3 Pa) and 100 psi (about 6.9 × 10 5 ) between the first material sheet and the second material sheet. Pa) at least during peak times, and
The pressure profile includes at least a peak pressure of about 20 psi (about 1.4 × 10 4 Pa) between the first material sheet and the second material sheet;
The anodic bonding apparatus according to claim 1, wherein at least one of the anodic bonding apparatus is provided.
第1の材料シートを嵌め込み、前記第1の材料シートに制御された加熱および電圧の内の少なくとも1つを与えるように動作することができる、第1の接合形成プレート機構、
第2の材料シートを嵌め込み、前記第2の材料シートに制御された加熱および電圧の内の少なくとも1つを与えるように動作することができる、第2の接合形成プレート機構、および
前記第1の接合形成プレート機構に動作可能な態様で結合され、前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートの陽極接合形成を補助するための、前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートのそれぞれの表面に沿い、前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートの相互に対する制御された圧力を達成するために、前記第1の接合形成プレート機構および前記第2の接合形成プレート機構を互いに向けて押し付けるように動作することができる上昇−加圧機構、
を備えることを特徴とする陽極接合形成装置。 In the anodic bonding apparatus,
A first bond forming plate mechanism operable to mate a first material sheet and to provide at least one of controlled heating and voltage to the first material sheet;
A second bond forming plate mechanism operable to fit a second sheet of material and provide at least one of controlled heating and voltage to the second sheet of material; and Of the first material sheet and the second material sheet, operatively coupled to a bond forming plate mechanism, to assist in anodic bond formation of the first material sheet and the second material sheet Along the respective surfaces, the first bond forming plate mechanism and the second bond forming plate mechanism are configured to achieve a controlled pressure on the first material sheet and the second material sheet relative to each other. Lift-pressurization mechanism, which can operate to press towards each other
An anodic bonding apparatus comprising:
前記上昇−加圧機構が前記第1の接合形成プレート機構に制御可能な力をかけるように動作することができ、前記制御可能な力が前記第1の接合形成プレート機構の前記搭載平面に実質的に垂直である、
ことを特徴とする請求項6に記載の陽極接合形成装置。 Each of the first bonding formation plate mechanism and the second bonding formation plate mechanism has a mounting surface, and each of the mounting surfaces has one each of the first material sheet and the second material sheet. A mounting plane for fitting, and the lift-pressurization mechanism can operate to apply a controllable force to the first bond-forming plate mechanism, the controllable force being the first Substantially perpendicular to the mounting plane of the bonding plate mechanism;
The anodic bonding apparatus according to claim 6.
前記第1の接合形成プレート機構を前記第2の接合形成プレート機構に向けて移動させるための前記第1の接合形成プレート機構の粗変位を与える第1のアクチュエータ機能、および
前記第1の接合形成プレート機構に前記制御可能な力をかける第2のアクチュエータ機能、
を提供するように動作することができることを特徴とする請求項7に記載の陽極接合形成装置。 The ascending-pressurizing mechanism is
A first actuator function for providing a rough displacement of the first bond forming plate mechanism for moving the first bond forming plate mechanism toward the second bond forming plate mechanism; and the first bond forming. A second actuator function for applying the controllable force to the plate mechanism;
The anodic bonding apparatus of claim 7, wherein the anodic bond forming apparatus is operable to provide
前記第1のアクチュエータの作動が前記第2のアクチュエータおよび前記第1の接合形成プレート機構のいずれにも前記粗変位を与えるように、前記前記第1のアクチュエータおよび前記第2のアクチュエータが配置される、および
前記第2のアクチュエータの作動が前記第1のアクチュエータにいかなる変位も与えない、
の内の少なくとも1つを特徴とする請求項9に記載の陽極接合形成装置。 A first actuator and a second actuator, wherein the first-actuator mechanism is operable to provide the first actuator function and the second actuator function, respectively, wherein the first actuator and The second actuator is axially aligned with the first bonding plate mechanism;
The first actuator and the second actuator are arranged such that operation of the first actuator imparts the coarse displacement to both the second actuator and the first joint forming plate mechanism. And actuating the second actuator does not impart any displacement to the first actuator;
The anodic bonding apparatus according to claim 9, wherein at least one of the anodic bonding apparatus is provided.
第1の材料シートを嵌め込むように動作することができる第1の接合形成プレート機構および第2の材料シートを嵌め込むように動作することができる第2の接合形成プレート機構であって、該第1の接合形成プレート機構および該第2の接合形成プレート機構のそれぞれは搭載面を有し、該搭載面のそれぞれは前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートのそれぞれ1つを嵌め込むための搭載平面を定めるものである第1と第2の接合形成プレート機構、および
前記第2の接合形成プレート機構に動作可能な態様で結合され、
(i)閉配置にあるときに、前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートのそれぞれの表面に沿う前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートの互いに対する制御された圧力の達成を補助し、
(ii)第1の動作は前記第2の接合形成プレート機構を前記第1の接合形成プレート機構および前記第2の接合形成プレート機構のそれぞれの前記搭載平面に実質的に垂直な方向に前記第1の接合形成プレート機構から分離し、第2の動作は前記第2の接合形成プレート機構の前記搭載平面が前記第1の接合形成プレート機構の前記搭載平面に対して斜角をなすように前記第2の接合形成プレート機構を傾けて前記第1の接合形成プレート機構から離す、二重開動作プロファイルを提供するように、
動作することができる開閉機構、
を備えることを特徴とする陽極接合形成装置。 In the anodic bonding apparatus,
A first bond forming plate mechanism operable to fit a first material sheet and a second bond forming plate mechanism operable to fit a second material sheet comprising: Each of the first bond forming plate mechanism and the second bond forming plate mechanism has a mounting surface, and each of the mounting surfaces is fitted with one each of the first material sheet and the second material sheet. A first and second joint forming plate mechanism that defines a mounting plane for insertion, and is operatively coupled to the second joint forming plate mechanism,
(I) a controlled pressure of the first material sheet and the second material sheet on each other along the respective surfaces of the first material sheet and the second material sheet when in a closed configuration; Help achieve,
(Ii) In the first operation, the second bonding formation plate mechanism is moved in the direction substantially perpendicular to the mounting plane of each of the first bonding formation plate mechanism and the second bonding formation plate mechanism. Separating from the first bonding plate mechanism, and the second operation is such that the mounting plane of the second bonding plate mechanism is at an oblique angle to the mounting plane of the first bonding plate mechanism. To provide a double open motion profile that tilts the second bond forming plate mechanism away from the first bond forming plate mechanism;
Opening and closing mechanism, which can operate
An anodic bonding apparatus comprising:
前記第1の接合形成プレート機構の前記搭載平面に実質的に垂直な方向への延び出しおよび引き込みを行うように動作することができる集成リフト、および
第1の終縁および第2の終縁を有するマウントプレートであって、前記第2の接合形成プレート機構は前記マウントプレートの前記第1の終縁に向けて配置されており、前記第1の終縁および前記第2の終縁の中間の位置において前記集成リフトに軸旋回可能な態様で結合されているマウントプレート、
を有し、
前記第1の接合形成プレート機構および前記第2の接合形成プレート機構の前記搭載平面が前記第2の接合形成プレート機構の前記第1の開動作の実質的に全てにわたって実質的に平行なままである、
ことを特徴とする請求項12に記載の陽極接合形成装置。 The opening / closing mechanism is
An assembly lift operable to extend and retract in a direction substantially perpendicular to the mounting plane of the first bond-forming plate mechanism; and a first end edge and a second end edge A mounting plate, wherein the second bond-forming plate mechanism is disposed toward the first end edge of the mount plate and is intermediate between the first end edge and the second end edge. A mounting plate coupled in a pivotable manner to the assembly lift in position,
Have
The mounting planes of the first bond forming plate mechanism and the second bond forming plate mechanism remain substantially parallel throughout substantially all of the first opening operation of the second bond forming plate mechanism. is there,
The anodic bonding apparatus according to claim 12.
前記ストップアームにより、前記第1の接合形成プレート機構および前記第2の接合形成プレート機構のそれぞれの前記搭載平面に実質的に垂直な方向に前記第2の接合形成プレート機構が前記第1の接合形成プレート機構から分離して離れるように前記第1の動作中に前記集成リフトが限定された行程にわたって延び出すような、前記マウントプレートの前記第2の終縁の運動が可能になる、
ことを特徴とする請求項13に記載の陽極接合形成装置。 The opening / closing mechanism extends in a direction substantially parallel to the assembly lift and is slidably fitted to the second end edge of the mount plate at a first end of the assembly lift. Or even more stop arms,
The stop arm causes the second bonding plate mechanism to move in the direction substantially perpendicular to the mounting plane of each of the first bonding plate mechanism and the second bonding plate mechanism. Allowing movement of the second end edge of the mounting plate such that the assembly lift extends over a limited stroke during the first movement away from the forming plate mechanism;
The anodic bonding apparatus according to claim 13.
前記マウントプレートの前記第2の終縁における前記梃子作用が前記第2の接合形成プレート機構を傾けて前記第1の接合形成プレートから離す、
前記第1の接合形成プレート機構および前記第2の接合形成プレート機構の開配置からの前記集成リフトの引き込みが前記マウントプレートの前記第2の終縁における前記梃子作用によって前記第2の接合形成プレート機構を前記第1の接合形成プレート機構に向けて傾ける、および
前記集成リフトの前記引き込みが、前記第1の接合形成プレート機構および前記第2の接合形成プレート機構のそれぞれの前記搭載面に実質的に垂直な方向に前記第2の接合形成プレート機構が前記第1の接合形成プレート機構から分離して離れるように、前記集成リフトの引き込みを継続して前記マウントプレートの前記第2の終縁の前記限定された行程を完遂させるように動作することができる、
の内の少なくとも1つを特徴とする請求項14に記載の陽極接合形成装置。 The one or more stop arms cause the continued extension of the assembly lift to produce a lever action at the second end of the mount plate about the pivot connection of the mount plate and the assembly lift. Can be operated to inhibit movement of the second end edge of the mount plate beyond the limited stroke,
The lever action at the second end edge of the mount plate tilts the second bond forming plate mechanism away from the first bond forming plate;
Retraction of the assembly lift from the open arrangement of the first bond forming plate mechanism and the second bond forming plate mechanism is due to the lever action at the second end edge of the mount plate. Tilting the mechanism toward the first bond forming plate mechanism, and the pulling of the assembly lift is substantially on the mounting surface of each of the first bond forming plate mechanism and the second bond forming plate mechanism. The assembly lift is continuously retracted so that the second bond forming plate mechanism is separated from the first bond forming plate mechanism in a direction perpendicular to the first bond forming plate mechanism. Can operate to complete the limited journey,
The anodic bonding apparatus according to claim 14, wherein at least one of
第1の材料シートを嵌め込み、前記第1の材料シートに制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも1つを与えるように動作することができる第1の接合形成プレート機構
第2の材料シートを嵌め込み、前記第2の材料シートに制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも1つを与えるように動作することができる第2の接合形成プレート機構、および
複数の可動集成間隙調整部品を有するスペーサ機構であって、前記スペーサ機構は前記第1の接合形成プレート機構に結合されており、前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートの周端の相互接触を防止するために、前記集成間隙調整部品を前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートに向けて、前記第1の材料シートと前記第2の材料シートの間に、対称に移動させるように動作することができるスペーサ機構、
を備え、
前記第1の材料シートがガラス基板およびガラス−セラミック基板の内の少なくとも1つであり、前記第2の材料シートが半導体ドナーウエハである、
ことを特徴とする陽極接合形成装置。 In the anodic bonding apparatus,
A first bond forming plate mechanism that is operable to fit a first material sheet and provide the first material sheet with at least one of controlled heating, voltage, and cooling. A second bond forming plate mechanism operable to provide at least one of controlled heating, voltage and cooling to the second material sheet, and a plurality of movable assembly gap adjustment components A spacer mechanism, wherein the spacer mechanism is coupled to the first bond forming plate mechanism to prevent mutual contact between the peripheral edges of the first material sheet and the second material sheet; The assembly gap adjustment component is directed toward the first material sheet and the second material sheet, and symmetrically between the first material sheet and the second material sheet. Spacer mechanism that can operate to movement,
With
The first material sheet is at least one of a glass substrate and a glass-ceramic substrate, and the second material sheet is a semiconductor donor wafer;
An anodic bonding apparatus characterized by that.
前記第1の接合形成プレート機構に対して固定態様で結合されたマウントリング、および
前記マウントリングに回転可能な態様で結合された回転リング、
を有し、
前記複数の集成間隙調整部品が、前記回転リングの順回転および逆回転に応答して前記第1の材料シートと前記第2の材料シートの間の空間におよび/または前記空間から同期態様で移動できるように、前記複数の集成間隙調整部品が前記マウントリングに滑動可能な態様で取り付けられる、
ことを特徴とする請求項16に記載の陽極接合形成装置。 The spacer mechanism has a substantially annular structure;
A mount ring coupled in a fixed manner to the first joint-forming plate mechanism; and a rotary ring coupled in a rotatable manner to the mount ring;
Have
The plurality of assembly gap adjustment components move in and / or out of the space between the first material sheet and the second material sheet in response to forward and reverse rotations of the rotating ring. The plurality of assembly gap adjustment components are slidably attached to the mount ring, so that
The anodic bonding apparatus according to claim 16.
前記集成間隙調整部品のそれぞれが、前記回転リングが回転すると、前記第1の材料シートと前記第2の材料シートの間の前記空間におよび/または前記空間から前記集成間隙調整部品が同期態様で移動するように、前記回転リングの前記1つないしさらに多くのカムに嵌合する1つないしさらに多くのカムガイドを有する、および
前記回転リングがそれぞれの集成間隙調整部品について1つのカムスロットを有し、前記カムスロットのそれぞれは前記スペーサ機構の中心から螺旋を描いて離れる、
の内の少なくとも1つを特徴とする請求項14に記載の陽極接合形成装置。 The rotating ring has one or more cams disposed at an end edge of the rotating ring;
Each of the assembly gap adjustment components is synchronized with the assembly gap adjustment component in and / or from the space between the first material sheet and the second material sheet as the rotating ring rotates. One or more cam guides that fit into the one or more cams of the rotating ring to move, and the rotating ring has one cam slot for each assembly clearance adjustment component. And each of the cam slots spirals away from the center of the spacer mechanism,
The anodic bonding apparatus according to claim 14, wherein at least one of
前記スペーサ機構が、前記集成間隙調整部品が少なくとも前記第1の接合形成プレート機構の前記搭載面に実質的に平行に移動して前記第1の材料シートと前記第2の材料シートの間に挟み込まれるかあるいは前記第1の材料シートと前記第2の材料シートの間から外に移動されるように、動作することができる、
ことを特徴とする請求項16に記載の陽極接合形成装置。 Each of the first bonding formation plate mechanism and the second bonding formation plate mechanism has a mounting surface, and each of the mounting surfaces includes one each of the first material sheet and the second material sheet. A mounting plane for fitting; and the spacer mechanism, wherein the assembly gap adjusting component moves at least substantially parallel to the mounting surface of the first joint forming plate mechanism and the first material sheet Operable to be sandwiched between the second material sheets or moved out of between the first material sheet and the second material sheet,
The anodic bonding apparatus according to claim 16.
前記スペーサ機構が、前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートの前記中央領域における接合形成が達成された後に、前記第1の材料シートと前記第2の材料シートの間から前記集成間隙調整板を外に移動させるように動作することができる、
前記装置が前記第1の接合形成プレート機構の開口を通して突き出している電極を少なくとも有する少なくとも1つの予荷重プランジャーをさらに備え、前記電極は前記第1の材料シートに電気的に接続するようにはたらくことができる、
前記予荷重プランジャーは、前記第1の材料シートに力を加え、前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートの中央領域において前記第2の材料シートに対して動かすように動作できる、および、
前記予荷重プランジャーは、前記第1の材料シートおよび前記第2の材料シートの中央領域における前記第1の材料シートと前記第2の材料シートの間の接合形成を誘起するために、前記第1の材料シートにシード電圧を印加するように動作することができる、
の内の少なくとも1つを特徴とする請求項16に記載の陽極接合形成装置。 The assembly between the first material sheet and the second material sheet so that the spacer mechanism only allows a bond formation in the central region of the first material sheet and the second material sheet. Can operate to move the gap adjustment component,
After the spacer mechanism has been joined in the central region of the first material sheet and the second material sheet, the assembly gap is between the first material sheet and the second material sheet. Can operate to move the adjusting plate out,
The apparatus further comprises at least one preload plunger having at least an electrode protruding through an opening in the first bond forming plate mechanism, the electrode serving to electrically connect to the first sheet of material. be able to,
The preload plunger is operable to exert a force on the first material sheet and move relative to the second material sheet in a central region of the first material sheet and the second material sheet; and,
The preload plunger is configured to induce a bond formation between the first material sheet and the second material sheet in a central region of the first material sheet and the second material sheet. Operable to apply a seed voltage to one material sheet;
The anodic bonding apparatus according to claim 16, wherein at least one of
材料シートを嵌め込み、前記材料シートに制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも1つを与えるように動作することができる第1の接合形成プレート機構
微細構造をその上に有する型押種型を嵌め込み、前記型押種型に制御された加熱、電圧および冷却の内の少なくとも1つを与えるように動作することができる第2の接合形成プレート機構、
前記第1の接合形成プレート機構および前記第2の接合形成プレート機構に動作可能な態様で結合され、前記型押種型および前記材料シートのそれぞれの表面に沿う、前記材料シートに対する前記型押種型の制御された圧力を達成するために、前記第1の接合形成プレート機構および前記第2の接合形成プレート機構を互に向けて押し付けるように動作することができる加圧機構、および
前記材料シートの前記型押種型の前記微細構造への流れ込みをおこさせるに十分な加熱プロファイルを与えるための前記第1の接合形成プレート機構および前記第2の接合形成プレート機構並びに前記加圧機構への制御信号を生成するように動作することができる制御ユニット、
を備えることを特徴とする装置。 In the device
A first bond-forming plate mechanism that is operable to fit a material sheet and provide the material sheet with at least one of controlled heating, voltage, and cooling. A second bond forming plate mechanism operable to provide at least one of controlled heating, voltage and cooling to the embossing mold,
The embossing type for the material sheet along the respective surfaces of the embossing die and the material sheet, which are operatively coupled to the first joining forming plate mechanism and the second joining plate mechanism. A pressure mechanism operable to press the first bond forming plate mechanism and the second bond forming plate mechanism toward each other to achieve a controlled pressure of the mold, and the material sheet Control of the first bond forming plate mechanism, the second bond forming plate mechanism, and the pressurizing mechanism to provide a heating profile sufficient to cause the embossing mold to flow into the microstructure. A control unit, which can operate to generate a signal,
A device comprising:
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