JP2011524084A - 分子接合を開始する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、第２のウェハ（２０）の一方の面（２１）に第１のウェハ（３０）の一方の面（３１）を向かい合わせるステップと、それらの向かい合う２つの面の間で１点の接触を開始するステップとを含む、分子接合を開始する方法に関する。その１点の接触は、例えばツール（５０）のベアリング要素（５１）を用いて、２枚のウェハのうち一方に０．１ＭＰａから３３．３ＭＰａの範囲の機械的圧力を印加することによって開始される。

Description

本発明は、最初の基板から形成された少なくとも１つの層を最終の基板上に転写することによって作製され、その転写された層が最初の基板の一部分に相当する、複数層の半導体ウェハまたは基板を作製する分野に関する。その転写された層は、コンポーネントまたは複数のマイクロコンポーネントの全部または一部をさらに含むことができる。

より正確には、本発明は、「ドナー基板」と称される基板から「レシーバ基板」と称される最終の基板上に層を転写する間に生じる、不均一な変形の問題に関する。こうした変形は、１つまたは複数の層のマイクロコンポーネントを最終の支持基板上に転写する必要がある３次元のコンポーネントの集積技術（３Ｄ集積）の場合、および回路の転写またはバックライト付イメージャの製造の場合にも見られている。転写された１つまたは複数の層は、少なくとも部分的に最初の基板上に作製したマイクロコンポーネント（電子式、光電子式など）を含み、その際、上記層が最終の基板上に積層され、その最終の基板はそれ自体が任意選択でコンポーネントを含むことができる。まず、単一層の上に存在するマイクロコンポーネントはサイズが非常に小さく数が多いので、下にある層と非常に厳密に位置合わせするためには、転写された各層を最終の基板上で高精度に位置決めしなければならない。さらに、転写した後に、例えば、他のマイクロコンポーネントを形成する、マイクロコンポーネントの表面のカバーを外す、相互接続部を作製するためになど、層上で処理を実行することが必要な場合がある。

しかし、本出願人は、転写前に形成されたマイクロコンポーネントと位置合わせされる追加のマイクロコンポーネントを転写後に形成することが、不可能ではないにしても非常に難しい状況であることを観察している。

こうした位置合わせ不良の現象を、図１Ａから図１Ｅを参照して説明する。これらの図は、３次元構造の例示的な実施形態を示し、最初の基板上に形成された、マイクロコンポーネント層を最終の基板上に転写するステップと、接合後に最初の基板の露出面上に追加のマイクロコンポーネント層を形成するステップとを含む。図１Ａおよび図１Ｂは、最初の基板１０を示しており、その最初の基板１０上に第１の連続したマイクロコンポーネント１１が形成されている。マイクロコンポーネント１１は、マスクを用いたフォトリソグラフィによって形成され、作製されるマイクロコンポーネント１１に対応するパターンの形成ゾーンを画定することができる。

次いで、図１Ｃに見ることができるように、最初の基板１０のうちマイクロコンポーネント１１を含む面は、最終の基板２０の一方の面と密着する。最初の基板１０と最終の基板２０との間の接合は、一般に、分子接合によって行われる。したがって、埋め込まれたマイクロコンポーネント１１層は、基板１０と２０の間の接合界面に形成される。接合後に、図１Ｄに見ることができるように、最初の基板１０は、マイクロコンポーネント１１の層の上方に存在する材料の一部分を除去するために薄層化されている。したがって、最終の基板２０および層１０ａから複合構造３０が形成され、その層１０ａは、最初の基板１０の残りの部分に相当する。

図１Ｅに見ることができるように、３次元構造を作製する次のステップは、層１０ａに含まれるコンポーネント（接点、相互接続部など）と位置合わせして、薄層化された最初の基板１０のうち露出した表面に第２の層のマイクロコンポーネント１２を形成するステップ、またはその露出した表面に追加の技術を実行するステップからなる。単純にするために、用語「マイクロコンポーネント」は、この文書の残りの部分では、正確に位置決めしなければならない層上または層中に行われる技術ステップから生じるデバイスまたは他の任意のパターンを定義するために用いられる。したがって、それらはアクティブもしくはパッシブコンポーネント、単なる接点、または相互接続部でよい。

埋め込まれたマイクロコンポーネント１１と位置合わせされたマイクロコンポーネント１２を形成するために、マイクロコンポーネント１１を形成するために使用されるものと同様のフォトリソグラフィマスクが用いられる。層１０ａのような転写された層は、典型的には、マイクロコンポーネントと、層を形成する部分との両方において、特にフォトリソグラフィ中に行われるような技術的処理ステップ中に位置決めおよび位置合わせツールによって使用されるマークを含む。

しかし、位置決めツールを使用しても、いくつかのマイクロコンポーネント１１と１２の間に、図１Ｅに示すオフセットΔ₁₁、Δ₂₂、Δ₃₃、Δ₄₄（それぞれ、マイクロコンポーネント１１₁／１２₁、１１₂／１２₂、１１₃／１２₃および１１₄／１２₄の対の間で観察されるオフセットに相当する）などのオフセットが生じる。

こうしたオフセットは、基板の不正確な組立てに起因することがある基本の変化（平行移動、回転、またはそれらの組み合わせ）の結果ではない。これらのオフセットは、最終の基板と組み立てられる間に最初の基板から得られる層に現れる不均一な変形の結果生じる。実際に、こうした変形は、特定のマイクロコンポーネント１１の局所的であり一様でない変位を含む。さらに、転写後に基板の露出した表面上に形成される特定のマイクロコンポーネント１２は、それらのマイクロコンポーネント１１に対して位置のばらつきがあり、そのばらつきは数百ナノメートル程度、またはマイクロメートル程度の場合がある。

マイクロコンポーネント１１および１２の２つの層の間のこうした位置合わせ不良（「オーバーレイ」とも呼ばれる）の現象は、ショート、積層物中の歪み、または２つの層のマイクロコンポーネント間の接続不良の原因となる恐れがある。したがって、転写されたマイクロコンポーネントが、画素から構成されたイメージャであり、転写後の処理ステップがそれらの各画素上にカラーフィルタを形成することを目的とするときは、それらの画素の特定のものに対して色づけ機能が失われることが観察される。

したがって、オーバーレイ現象により、製造された複数層の半導体ウェハの質および価値が低下する。マイクロコンポーネントの小型化の要求が高まり続け、それらの層あたりの集積密度が上昇するので、こうした現象の影響は強くなっている。

Ｂｕｒｎｓらによる文献「Ａ Ｗａｆｅｒ−Ｓｃａｌｅ ３−Ｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ Ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ、ｖｏｌ ５３、Ｎｏ １０、２００６年１０月 Ｈａｉｓｍａらによる文献「Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｗａｆｅｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ （Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ） Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｄｉｒｅｃｔ−Ｂｏｎｄｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ」、Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、ｖｏｌ ４９、Ｎｏ １／２、１９９５年

３次元構造の製造中の位置合わせに関する問題はよく知られている。非特許文献１には、接合された基板間の位置合わせのばらつきを検出する方法が記載されている。非特許文献２では、最終的なウェハの良好な品質を得る、すなわちマイクロコンポーネント間のオフセットをできるだけ小さくしたウェハを得るために、ウェハの平坦度、特に研磨ステップ中の平坦度の重要性が強調されている。しかし、これらの文献は、ウェハが組み立てられている間のウェハの位置決めの問題しか対象としていない。上記で説明したように、本出願人は、（この目的のために設けられたマークを用いて）接触するときに、２枚のウェハが互いに完全に位置合わせされているときでさえ、接合波の開始後に特定のマイクロコンポーネントの不均一な変位が生じることを観察している。

本発明は、基板を別の基板に転写する間にその基板に現れる不均一な変形を制限できる解決策を提供することを目的とする。

そのためには、本発明は、第２のウェハまたは基板の一方の面に第１のウェハまたは基板の一方の面を向かい合わせるステップと、それらの向かい合う２つの面の間で１点の接触を開始するステップとを含む、分子接合を開始する方法であって、それら２枚のウェハの一方に機械的圧力を印加することによってその１点の接触が開始され、上記圧力が０．１ＭＰａ［メガパスカル］から３３．３ＭＰａの範囲であることを特徴とする方法を提案する。

したがって、１点の接触の開始中にそれら２つの基板の一方に印加される圧力を制限することによって、接触している２枚のウェハの表面全体にわたる分子接合による接合を実行しながら、ウェハに生じる不均一な変形が低減される。

それにより、分子接合によって接合を作製するために１点の接触の印加によって通常生じる変形を最小限に抑えることによって、後続のマイクロコンポーネントの追加の層の形成中のオーバーレイのリスクが大幅に低減される。

本発明の第１の態様によれば、機械的圧力は、１ｍｍ²［平方ミリメートル］以下の表面積にわたって印加される。

本発明の特定の態様によれば、その１点の接触の開始は、２つの基板の一方にツールを用いることによって実現され、そのツールの基板上の接触表面積が０．３ｍｍ²から１ｍｍ²の範囲であり、ツールによって基板上にかけられる支持力が、０．１Ｎ［ニュートン］から１０Ｎの範囲である。

本発明は、第１のウェハまたは基板の一方の面上に第１の層のマイクロコンポーネントを作製するステップと、マイクロコンポーネントの層を含む第１のウェハのその面を第２のウェハまたは基板上に接合するステップとを含む、複合３次元構造を作製する方法であって、接合ステップ中に、分子接合が、本発明の分子接合の開始方法に従って開始されることを特徴とする方法も提供する。

本発明の分子接合の開始方法の使用により、マイクロコンポーネント層の転写中のオーバーレイ現象をなくすかまたは制限し、非常に質の高い複数層半導体ウェハを作製することができる。マイクロコンポーネント層は、具体的には、イメージセンサを含むことができる。

従来技術の３次元構造の作製を示す概略図である。 従来技術の３次元構造の作製を示す概略図である。 従来技術の３次元構造の作製を示す概略図である。 従来技術の３次元構造の作製を示す概略図である。 従来技術の３次元構造の作製を示す概略図である。 本発明の一実施形態による分子接合の開始方法を示す概略図である。 本発明の分子接合の開始方法を用いた、３次元構造の作製を示す概略図である。 本発明の分子接合の開始方法を用いた、３次元構造の作製を示す概略図である。 本発明の分子接合の開始方法を用いた、３次元構造の作製を示す概略図である。 本発明の分子接合の開始方法を用いた、３次元構造の作製を示す概略図である。 図３Ａから図３Ｄに示す３次元構造の作製中に実行されるステップを示す組織図である。 本発明の分子接合の開始方法の実装を極めて概略的に示す。 本発明の分子接合の開始方法の実装を極めて概略的に示す。 本発明の分子接合の開始方法の実装を極めて概略的に示す。

本発明は、概して、分子接合による、少なくとも第２の基板またはウェハ上への第１の基板またはウェハの接合を含む複合構造の作製に適用可能である。

分子接合による接合は、基本的によく知られた技術である。分子接合による接合の原理は、２つの表面を直接接触させる、すなわち、特定の材料（接着剤、ワックス、ろう材料など）を使用しないことに基づいていることに留意されたい。こうした作業により、接合のための表面が十分に滑らかであり、パーティクルまたは汚染がなく、開始する接触のために互いに十分に、典型的には、数ナノメートル未満の距離に接近することが必要になる。そのとき、２つの表面の間の引力は、分子接合（接合される２つの表面の原子間または分子間の電子的相互作用の所定の引力（ファンデルワールス力）によって誘発される接合）を引き起こすのに十分に高い。

分子接合は、１点の接触から接合波が伝播するのを開始するために、別のウェハと密着したあるウェハ上でのその１点の接触の開始によって実行される。本明細書で使用する用語「接合波（ｂｏｎｄｉｎｇ ｗａｖｅ）」は、接合または分子接合の先頭であり、開始点から伝播し、密着した２枚のウェハの間（接合界面）でその１点の接触から表面積全体にわたる引力（ファンデルワールス力）の拡散に対応する。その１点の接触は、２枚のウェハの一方に機械的圧力を印加することによって開始される。

本出願人は、１つおよび同じウェハ中の特定のパターン間またはマイクロコンポーネント間の相対変位が、そのウェハを別のウェハ上に分子接合するステップの結果として現れることを実証している。より正確には、本出願人によって行われた実験は、（張力および／または圧縮性の）ストレスが、その１点の接触、すなわち、機械的圧力が印加される領域において生成されることを実証している。これらのストレスは、ウェハに現れ、かつ特定のパターンまたはマイクロコンポーネントの互いに対する相対変位および不均等な変位の結果としての不均一な変形の原因である。

本出願人は、変形は、その１点の接触において、またその周りに本質的に局所化しており、これらの変形は弾性であることを観察している。これらの変形を、圧力を印加する点の周りで最大１５ｃｍ［センチメートル］の半径に拡大させることができる。

その結果、本発明は、接触した２枚のウェハの間で接合波の開始および伝播を可能にしながら、このゾーンのストレスを制限するために、接点で印加される機械的圧力を制御することを提案する。本発明によれば、その１点の接触で印加される圧力は、０．１ＭＰａから３３．３ＭＰａの範囲である。開始点は、ウェハ上のどの位置にも配置することができる。開始点は、好ましくは、ウェハのエッジ近くに配置される。この圧力を印加するゾーンの表面積は、典型的には数ｍｍ²未満、例えば１ｍｍ²である。印加する表面積をより大きくすることが可能であるが、接触表面積が大きすぎる（例えば５ｍｍ²超である）と、変形（オーバーレイ）が悪化する恐れがある。

こうした機械的圧力の印加は、高すぎるストレスを生じることなしに、２枚のウェハ間で１点の接触を開始し、その結果、ウェハ間の接触表面全体にわたる接合波の伝播を可能にするのに十分なものである。したがって、その１点の接触を開始するために印加される機械的圧力を制御することによって、ウェハに生じる変形が低減される。好ましくは、その１点の接触で印加される圧力は１０ＭＰａ未満であり、より好ましくは、この圧力は０．１ＭＰａから５ＭＰａの範囲である。

機械的圧力が印加される期間は、少なくとも、接合波の伝播現象を始動できる最短の期間に相当する。この最短期間は、実質的に、接合波がウェハ間の接触表面にわたって伝播するのに必要な期間に相当する。機械的圧力を印加する期間は、概して、直径２００ｍｍのウェハを組み立てるために１から１０秒の間、典型的には５秒である。

機械的圧力の制御された印加は、ツールを用いて実行することができる。図２では、第１のウェハまたは基板６０が、基板支持デバイス４０を含む接合機械中に配置される。基板支持デバイス４０は支持プラテン４０ａを含み、その支持プラテン４０ａの平面の不具合は好ましくは１５ミクロン（μｍ）未満である。支持プラテン４０ａは、分子接合によって第２のウェハまたは基板７０と組み立てる目的で、例えば支持プラテン４０ａに関連する静電気もしくは吸引システムによって、または単に重力下で第１のウェハ６０を保持する。オーバーレイの問題を強調しないようにウェハを変形させないことが判明している場合は、（静電気または吸引によって）ウェハを保持する関連のシステムが使用される。

上記で説明したように、かつ知られた様式で、接合されるウェハ６０および７０のそれぞれの表面６１および７１は、分子接合を可能にするために準備（研磨、洗浄、疎水／親水処理など）されている。

次いで、ウェハ６０、７０の表面６１、７１を互いに密着させる。分子接合のためのその１点の接触の開始は、ツール５０によって実行される。図２に極めて概略的に示すように、ツール５０は、スタイラスなどのベアリング要素５１、およびダイナモメータ５３を含む。ベアリング要素５１は、ダイナモメータ５３に接続され、自由端５２を含む。その自由端５２を介して、２枚のウェハ６０と７０の間で１点の接触を開始するために、機械的圧力がウェハ７０上にかかる。端部５２の接触表面積５２ａは０．３ｍｍ²および１ｍｍ²の範囲である。ウェハ７０とのツール５０の接触表面５２ａの面積が分かると、ツールによってウェハ上にかけられる支持力Ｆ（支持力＝機械的圧力×支持表面積）を制御することによって、０．１ＭＰａから３３．３ＭＰａの範囲の機械的圧力を印加することが可能である。ウェハ７０の端部５２によってかけられる支持力は、ダイナモメータ５３によって制御される。この力は０．１Ｎから１０Ｎの範囲である。

一例として、３．５ＭＰａの機械的圧力（１点の接触、その結果２枚のウェハ間の接合波を開始するのに十分な圧力）が、接触表面積が１ｍｍ²のツールで印加された場合、３．５Ｎの支持力が、例えば約６秒間印加される。

ベアリング要素、より詳細には、ウェハと接触することが意図された端部を、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、シリコンまたはポリマーなどの材料から作製するか、またはその材料で被覆することができる。一般に、ベアリング要素の端部は、制御して圧力を印加することができるのに十分に剛性のある材料から作製されるか、またはその材料で被覆される。材料の可撓性が高すぎると変形することになり、不正確な接触表面が生じ、その結果、印加される圧力が正確でなくなる。逆に、材料の剛性が高すぎると、ウェハ表面上に不具合（圧こん）が形成される恐れがある。

本発明の分子接合の開始方法を、接合機械で自動的に実行することができる。そのとき、その機械は、アクチュエータ（例えば、シリンダまたは機械的アーム）に連結されたベアリング要素を含む。いくつかの実施形態では、その機械は、ウェハ表面上の任意の位置において、または接合されたウェハから形成された積層体の直径に沿って、もしくは半径に沿ってベアリング要素を位置決めすることができる。その機械はまた、力センサ（ダイナモメータ、ストレスゲージなど）、およびアクチュエータを駆動することが意図されたサーボ制御装置も含む。サーボ制御装置は、ベアリング要素によって印加される機械的圧力を制御するようにしてアクチュエータを駆動する。より正確には、サーボ制御装置は、力センサからデータを受け取り、それらを、印加すべき機械的圧力、およびベアリング要素の端部の表面積の関数である支持力に関する所定の値と比較する。この機械はまた、（湾曲およびそりの測定など）ウェハの変形を判定する測定システムも含む。以下の検討から理解されるように、開始位置が所定の特定の位置に位置決めされる場合は、接合波を開始するために低い（例えば、１ＭＰａ未満の）圧力を、実現することもできる。

好ましくは、ウェハは湾曲変形が制限されている。本発明の制限した圧力では（具体的には、１０ＭＰａ未満、または０．１から５ＭＰａの範囲になるように圧力が選択されるときには）、接合波の生成を繰り返し可能に開始するのが難しいことがある。接触表面積が約１ｍｍ²のスタイラスを使用してウェハのエッジ近くに３．７Ｎの力を印加することによって行った試験では、良好な接合を確実にするためにウェハまたは基板の許容できる変形は、直径２００ｍｍの最終の基板またはウェハ（支持基板）の場合には−１０μｍから＋１０μｍの範囲であり、コンポーネントを含む最初の基板またはウェハの場合は−４５μｍから＋４５μｍの範囲であることが示された（分子接合ステップを容易にするためにコンポーネント上に実行される酸化物または他の任意の性質のものの堆積によってさらに変形するので、このウェハの許容変形の範囲はより広い）。これらの測定を、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＡＤＥタイプの装置を用いた容量性の測定装置によって実行した。良好な接合を確実にするためにこのように制限する変形値は、一定の湾曲とウェハ直径の比に対応する。その結果、より大きい直径の値を考慮するために適切な修正をした直径が大きい（例えば３００ｍｍ）ウェハにも有効である。

一方または両方のウェハが変形しているときは、分子接合に必要な機械的圧力をさらに最小限に抑えるために、接触するウェハの形状に応じて、その１点の接触を開始する位置（機械的圧力を印加する場所）を選択するのに有利な場合がある。接合される２枚のウェハが完全に平坦でない場合は、直面するウェハの表面の互いの局所的な分離が一様ではない。したがって、図５に極めて概略的に示すように、平坦なウェハ５１０、例えば酸化されている場合があるバルクウェハ上に、ウェハ５２０、例えば凹形の変形を有する回路ウェハを分子接合によって接合しなければならない。次いで、機械的圧力Ｐｍを印加することによって開始されるその１点の接触は、点Ｂではなく、好ましくは、点Ａ、すなわち凹形の変形の中心に配置される。というのは、接合を開始するために印加しなければならない機械的圧力は、点Ａより点Ｂの方が絶対的に高くなり、その結果変形がより大きくなるからである。図５に示すのと同様の基板のウェハで試験を行った。この試験では、概して平坦なウェハまたは基板５１０と接触して配置された、概して凹形のウェハまたは基板５２０の中心に、約２秒間、０．３Ｎの力を印加する。この概して平坦なウェハまたは基板５１０自体が接合機械の平坦なウェハ／基板支持デバイス上に配置される。こうした特定の構成では、制限した力は、ウェハの変形を最小限に抑えながら接合波を開始するのに十分である。

具体的には、支持されるウェハが少なくとも凹形または凸形の変形を呈するときに、ウェハ支持デバイスおよび支持されるウェハが密接しているかまたは互いに最短の距離にある位置に相当するように、その１点の接触を選択することもできる。

こうした最後の２つの要件は、接合を開始するために印加される必要な圧力により、ウェハの垂直の変位が最小限になり、したがってウェハの変形も最小限になることを保証する。

同様に、図６に示すように、ウェハ６２０、例えば回路ウェハが、より複雑な変形を有する、すなわち別の平坦なウェハ６１０に対していくつかの凹形および凸形部分を有するときは、好ましくはその１点の接触、したがって機械的圧力Ｐｍの印加は、ウェハ６２０凹形ゾーンの中心で開始される。凹形ゾーンの中心は、これらのウェハのうち、これらの領域と平坦なウェハ６１０の間の距離が最短である領域に相当し、その結果、ウェハの他のゾーンより低い機械的圧力の印加を必要とする。また、好ましくは、接合波が変位している間に、接合される積層体の垂直の変位を避けるために基板支持デバイスがウェハ６１０に近接した位置に機械的圧力が印加される。

図７では、組み立てられる２枚のウェハ７１０および７２０がそれぞれ独自の変形を有する。２枚のウェハの間でその１点の接触を開始するために機械的圧力Ｐｍを印加する点の選択は、互いに直面するように配置されるときに２枚のウェハの位置に応じて決定される。

ウェハ変形測定システムから収集されたウェハの形状の情報を、最も適切な位置を決定するために使用することもできる。

変形形態では、例えば、その１点の接触を開始するために使用されるツール（スタイラス）をウェハに対して変位できない場合は、ウェハのうちツールの下にあるゾーンが最小の機械的圧力を必要とする点に相当するように、一方または両方のウェハに所定の変形を加えることができる。こうした条件下では、ツールがウェハの中心の上方の固定位置にある接合機械で、例えば、上側のウェハに図５と同様の変形を加えることが可能な場合がある。

本発明のプロセスは、分子接合に適合した任意のタイプの材料、具体的には、シリコン、ゲルマニウム、ガラス、石英、サファイアなどの半導体材料の組立てに適用可能である。組み立てるウェハは、具体的には、直径が１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、または３００ｍｍでよい。ウェハは、それらの表面の大部分に、または限定されたゾーンにのみマイクロコンポーネントを含むこともできる。

本発明の組立て方法に関するある特定の、しかし排他的でない分野は、３次元構造を作製する方法である。

本発明の実施形態に従って最初の基板から最終の基板上に形成したマイクロコンポーネント層を転写する３次元構造を作製する一方法を、図３Ａから図３Ｄおよび図４を参照して説明する。

３次元構造の作製は、ウェハまたは最初の基板１００の表面上に第１の連続したマイクロコンポーネント１１０を形成することによって始まる（図３Ａ、ステップＳ１）。マイクロコンポーネント１１０は、コンポーネント全体および／またはその一部分のみでよい。最初の基板１００は、単層構造、例えば１層のシリコンでもよく、ＳＯＩ型構造などの複数層構造でもよい。マイクロコンポーネント１１０は、作製するマイクロコンポーネント１１０に対応するパターン形成ゾーンを画定できるマスクを用いたフォトリソグラフィによって形成される。フォトリソグラフィによるマイクロコンポーネント１１０の形成中に、最初の基板１００は基板支持デバイス１２０上に保持される。基板支持デバイスは支持プラテン１２０ａを含み、その支持プラテン１２０ａで、例えば支持プラテン１２０ａに関連する静電気または吸引システムによって、最初の基板１００が面一になる。

次いで、最初の基板１００のうちマイクロコンポーネント１１０を含む面は、分子接合によって接合する目的で、最終のウェハまたは基板２００の一方の面と接触する（ステップＳ２）。最初の基板１００のうちマイクロコンポーネント１１０を含む面、および／または最終の基板２００のうち密着することが意図される面上に、酸化物層、例えばＳｉＯ₂の酸化物層を形成することもできる。

本発明によれば、その１点の接触は、基板２００上に、好ましくはエッジ近くで、機械的圧力Ｐｍを印加することによって２枚の基板の間で開始される（ステップＳ３、図３Ｂ）。上記で示すように、圧力Ｐｍは、０．１ＭＰａから３３．３ＭＰａの範囲であり、１ｍｍ²以下の支持面に印加される。

その１点の接触の開始は、最初の基板１００と最終の基板２００の間の界面に接合波を伝播することを伴う。次いで、これらの２枚の基板は、マイクロコンポーネント１１０を含む最初の基板１００の変形なしに、またはほとんどなしに、接触表面（接合界面）全体にわたって分子接合によって互いに接合される。それにより、基板１００と２００の間の接合界面でマイクロコンポーネント１１０の埋め込まれた層が作製される。

接合後に、図３Ｃに見ることができるように、最初の基板１００は、材料のうちマイクロコンポーネント１１０の層の上方に存在する部分を除去するために薄層化される（ステップＳ４）。基板１００がＳＯＩタイプの基板であるときは、有利には、埋め込まれた絶縁層を使用して残りの層１００ａの厚さを画定することが可能である。したがって、複合構造３００が、最終の基板２００、および最初の基板１００の残りの部分に相当する層１００ａから形成されるように作製される。最初の基板１００は、具体的には、化学機械研磨（ＣＭＰ）、化学エッチングによって、または原子注入によって基板に形成された平面の弱点に沿って分割もしくは破損することによって、薄層化することができる。

図３Ｄに見ることができるように、３次元構造を作製する次のステップは、第２の層のマイクロコンポーネント１４０を、薄層化した最初の基板１００の露出した表面において形成するステップからなる（図３Ｄ、ステップＳ５）。マイクロコンポーネント１４０は、最終のコンポーネントを形成するためにマイクロコンポーネント１１０の相補的な部分に、かつ／またはマイクロコンポーネント１４０と共に働くことが意図された異なるコンポーネントに相当してよい。埋め込まれたマイクロコンポーネント１１０と位置合わせしてマイクロコンポーネント１４０を形成するために、マイクロコンポーネント１１０を形成するのに用いられたのと同様のフォトリソグラフィマスクが使用される。マイクロコンポーネント１１０の形成中に、最終の基板２００および層１００ａによって形成された複合構造３００は、デバイス１２０と同一の基板担持デバイス１３０の支持プラテン１３０ａ上に保持される。次いで、フォトリソグラフィマスクは、層１００ａの何もない表面に用いられる。

変形形態では、層の積層体によって３次元構造が形成され、各層は、本発明の組立て方法によって転写されており、すぐ隣の層と位置合わせされている。

本発明の分子接合の開始方法を使用して、最終の基板２００上への最初の基板１００の転写の前後にマイクロコンポーネント１１０の大幅なオフセットが観察されないようにして、最初の基板１００を、変形なしに、または少なくとも変形を低減して最終の基板上に接合することができる。したがって、これらの残りのオフセットを、ウェハ表面全体にわたって均一に２００ナノメートル（ｎｍ）未満、または１００ｎｍ未満の値に制限することができる。したがって、マイクロコンポーネント１４０、さらには非常に小さい寸法（例えば１μｍ未満）のマイクロコンポーネント１４０を、最初の基板の転写の後でも、簡単にマイクロコンポーネント１１０と位置合わせして形成することもできる。これは、例えば、２つの層または単一層の異なる２つの面に存在するマイクロコンポーネントを、相互接続部が不良になるリスクを最小限に抑えながら金属接続部を介して相互接続することができることを意味する。

その結果、本発明の組立て方法により、別の層または支持基板上へのある回路層の転写中にオーバーレイ現象をなくし、非常に質の高い複数層半導体ウェハを作製することができる。

Claims (18)

1. 分子接合を開始する方法であって、
   第２のウェハ（２０）の一方の面（２１）に第１のウェハ（３０）の一方の面（３１）を向かい合わせるステップと、
   向かい合う２つの前記面の間で１点の接触を開始するステップとを備え、
   ２枚の前記ウェハの一方に機械的圧力を印加することによって、前記１点の接触が開始され、前記圧力は０．１ＭＰａから３３．３ＭＰａの範囲であることを特徴とする方法。
2. 印加される前記機械的圧力は、１０ＭＰａ未満であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 印加される前記機械的圧力は、２ＭＰａから５ＭＰａの範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記機械的圧力は、１ｍｍ²以下の接触表面積に印加されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記１点の接触は、２枚の基板の一方にツール（５１）を用いることによって開始され、前記基板上の前記ツールの接触表面積（５２ａ）は０．３ｍｍ²から１ｍｍ²の範囲であり、前記ツールによって前記基板上にかかる支持力は０．１Ｎから１０Ｎの範囲であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. ２枚の前記基板の一方に載ることが意図された、少なくとも前記ツール（５１）の端部（５２）は、その表面（５２ａ）上に、少なくともＴｅｆｌｏｎ（登録商標）、シリコン、およびポリマーから選択された材料を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 複合３次元構造（３００）を作製する方法であって、
   第１の基板（１００）の一方の面上に第１の層のマイクロコンポーネント（１１０）を作製するステップと、
   前記第１の基板のうち前記マイクロコンポーネントの層を含む前記面を第２の基板（２００）上に分子接合によって接合するステップとを備え
   前記接合するステップ中に、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の分子接合の開始方法に従って分子接合を開始することを特徴とする方法。
8. 前記接合するステップ後に、前記第１の基板（１００）を薄層化するステップを備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の基板のうち前記第１の層のマイクロコンポーネントを含む面の反対側の面上に、第２の層のマイクロコンポーネント（１４０）を作製するステップをさらに備えることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の方法。
10. 前記接合するステップの前に、前記第１の基板（１００）のうち前記第１の層のマイクロコンポーネント（１１０）を含む面上に酸化物層を形成するステップを備えることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記第１の基板（１００）は、ＳＯＩ型構造であることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 少なくとも前記第１の層のマイクロコンポーネントは、イメージセンサを含むことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記第１の層のマイクロコンポーネント（１１０）および前記酸化物層を含む前記第１の基板（１００）の変形は、−４０μｍから＋４０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記第２の基板（２００）の変形は、−１０μｍから＋１０μｍの範囲であることを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記機械的圧力を印加するゾーンは、少なくとも１つの前記ウェハの変形に応じて決定されることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記第１の基板は凹形の変形を有し、前記１点の接触は前記凹形の変形の中心に位置し、前記第２のウェハは平坦なウェハであることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記第２のウェハは少なくとも凹形または凸形の変形を呈し、ウェハ支持デバイス上に配置され、前記１点の接触は、前記ウェハ支持デバイスおよび前記第２のウェハが密接しているか、または互いからの距離が最短である位置に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
18. 前記ウェハのうち前記ツールの下にあるゾーンが、必要な機械的圧力が最小の点に相当するように、所定の変形はウェハの一方または両方の上で行われることを特徴とする請求項１５に記載の方法。

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