JP2015509284A

JP2015509284A - 複数の基板を接合する方法および装置

Info

Publication number: JP2015509284A
Application number: JP2014549370A
Authority: JP
Inventors: ブルクグラーフユルゲン
Original assignee: エーファウ・グループ・エー・タルナー・ゲーエムベーハー
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2015-03-26
Also published as: TW201330052A; KR20140107343A; SG2014009963A; EP2798670A1; WO2013097894A1; US20140360666A1; CN104247000A

Abstract

本発明は、以下の特徴を有する第１基板（２）と第２基板（２’）とを接合する装置に関する。すなわち、この装置は、支持基板（１）を収容するための収容部と、この収容部とは反対側を向いた、上記の支持基板（１）の基板面（１ｓ）上に複数の第１基板（２）を配置する配置装置と、各第１基板（２）の少なくとも１つの固定部分（２ａ）において、上記の基板面（１ｓ）に各第１基板（２）を固定するための固定装置とを有している。さらに本発明は、以下のステップを有する、第１基板（２）と第２基板（２’）とを接合する方法に関する。すなわち、この方法は、収容部に収容した支持基板（１）の基板面（１ｓ）に複数の第１基板（２）を配置するステップと、各第１基板（２）の少なくとも１つの固定部分（２ａ）において、この各第１基板（２）を上記の基板面（１ｓ）に固定するステップとを有する。

Description

本発明は、請求項１に記載した、複数の第１基板と、複数の第２基板とを接合する装置、および、請求項７に記載した対応する方法に関する。

少なくとも２つの基板からなるウェハ積層体（スタック）の作製は、調達コストの高い接合装置において行われ、接合プロセスは、殊に高い温度を必然的に伴い、時間がかかることが多い。これに相応して半導体プロセス技術において、スループットが低くなり、相応に単価が高くなり、またエネルギ消費が多くなるという問題がある。この問題は、極めて小さな基板を処理しなければならない応用に対して一層大きくなる。今日の視点において、小さいとは、直径≦６”、殊に≦４”また極端な場合は≦２”とみなすことができる。

したがって本発明の課題は、複数の基板を接合ないしはあらかじめ固定する装置および方法を提供して、基板の接合時に高いスループットと、少ない単価と、エネルギの節約とを可能にすることである。

この課題は、請求項１および７に記載した特徴的構成によって解決される。本発明の有利な発展形態は、従属請求項に示されている。本発明には、明細書、特許請求の範囲および／または図面に示した複数の特徴的構成のうちの少なくとも２つからなるすべての組み合わせも含まれる。上で挙げた境界内にある値は、上で示した値の範囲を境界値としても開示されているものであり、また任意の組み合わせで請求可能とするものである。

本発明は、殊に標準的な接合チャンバを使用し、並存して１つの支持基板上に配置されかつそれぞれ少なくとも第１基板および第２基板からなる複数の基板積層体を並行してないしは同時に接合するという基本的なアイデアに基づいている。

したがって独立した発明として、以下のような特徴を有する、第１基板と第２基板とを接合するための装置が設けられる。すなわち、この装置は、
− １つまたは殊に複数の支持基板を収容するための収容部と、
− この収容部とは反対側を向いた、上記の支持基板の基板面上に複数の第１基板を配置するための配置装置と、
上記の基板面上の各第１基板を、各第１基板の少なくとも１つの固定部分に固定するための固定装置とを有するのである。

ここではさらに独立した発明として、以下のようなステップを有する、殊に以下の順序の、第１基板と第２基板とを接合するための方法が設けられる。すなわち、この方法は、
− 収容部に収容されている支持基板の基板面上に複数の第１基板を配置するステップと、
− 各第１基板の少なくとも１つの固定部分において上記の基板面上に各第１基板を固定するステップとを有するのである。

複数の基板積層体（スタック）を上記のように予備的に固定することにより、すなわち、それぞれ少なくとも第１基板および第２基板から構成されかつそれらのうちの複数がそれぞれ上記の基板面に分散して配置される複数の基板積層体を上記のようにあらかじめ固定することにより、複数の基板積層体を同時に接合することが可能となる。上記の固定ないしは予備的な固定はもっぱら、本発明にしたがって作製される支持基板の、殊に独立して設けられた接合チャンバへの搬送に使用される。

本発明の有利な実施形態によれば、各第１基板を一時的に固定するための固定装置が設けられるかないしは上記の第１基板が基板面上に一時的に固定される。この一時的な固定は、「タッキング」という語でも知られており、この一時的に固定に対し、本発明ではポリマ、接着剤または共融合金の形成が選択される。択一的には研磨した２つの表面間のファンデルワールス結合を利用することも可能である。これらの接合は、従来技術において公知であり、例えば酸化ケイ素表面間で形成されて利用されることが多い。上記の一時的に固定は殊に、この固定が十分な強度で行われて、上記の支持基板が、その上に一時的に固定される基板積層体と共に搬送可能であり、その際にこの支持基板上に配置された基板がずれるかまたは落下してしまわないように行われる。

有利には上記の第１基板は、上記の配置の前に配向マークに配向され、ここでは、装置として、配向マークにおいて上記の第１基板を配向して配置するための配置装置（または独立した配置装置）が設けられる。これにより、第１基板における（それぞれ第２の、場合によって第３の、第４の等々の）別の基板の配置が高速化される。

これに相応して本発明の別の有利な実施形態によれば、第２基板は、殊に第１基板の配向マークにおいて配向した後、第１基板上に配置され、および／または、殊に一時的に固定される。このために装置として、殊に第１基板の配向マークにおいて、第２基板を第１基板上に配置するために上記の配置装置および／または独立した配置装置が設けられる。殊に上記の固定装置が、第１基板上に配置される各第２基板の、殊に一時的な固定のために設けられる場合には、配向マークを設けることにより、各基板を相互に迅速かつ正確に配置することができる。

本発明の殊に有利な実施形態において、上記の複数の第２基板はそれぞれ同時に複数の第１基板に、殊に永続的に接合され、殊に独立した接合モジュールとして構成された接合チャンバにおいて接合される。これにより、上で説明した予備的な固定と、時間のかかる接合ステップとが結び付けられるため、高いスループットが可能になり、この際には同時に、純粋な接合に限定される接合チャンバを設けることにより、エネルギを節約することができる。

ここまでは装置について複数の特徴を説明したが、これらの特徴は、方法についての特徴についても開示されておりかつ有効である。

本発明の別の利点、特徴および詳細は、以下の図面の説明から得られる。

本発明の第１方法ステップにおける支持基板の平面図である。本発明の第２方法ステップにしたがって配置された第１基板および断面線Ａ−Ａを有する上記の支持基板の平面図である。図２の断面線Ａ−Ａによる断面図である。第１基板上に第２基板を配置した後の、図２の断面線Ａ−Ａによる断面図である。

図面において本発明の利点および特徴的構成は、これらをそれぞれ識別する参照符号により、本発明の実施形態にしたがって示されており、同じ機能または類似の作用をする機能を有する構成部分ないしは特徴的構成は、同じ参照符号で示されている。

図１によれば、直径Ｄ₁を有する支持ウェハ１上には複数の配向マーク３が、殊に均一に分散されて上記の支持ウェハの基板面１ｓに設けられている。これらの配向マーク３は、基板面１ｓ上に複数の第１基板２を配置するための配置装置により、第１基板２がそれぞれ配向マーク３において支持基板１に配置できるように検出可能である（図２を参照されたい）。

第１基板２は、殊に直径Ｄ₁の半分よりも小さい、有利には直径Ｄ₁の３分の１よりも小さい、さらに有利には直径Ｄ₁の４分の１よりも小さい直径Ｄ₂を有する。これにより、図示の実施例において１４個の第１基板２を基板面１ｓに載置して一時的に固定することができる。

択一的な実施例において、上記の支持基板は実質的に第１基板と同じ直径を有する。殊に第１基板の直径は、支持基板の直径とは５０％未満、有利には２５％未満、さらに有利には１５％未満、最も有利には５％未満偏差している。この実施例の場合に上記の支持基板の上記の収容部は、この収容部が複数の支持基板を同時に収容しかつ固定できるように構成されている。有利な固定手段は当業者には公知である。例えば、真空固定法を使用することができる。別のすべての特徴および方法ステップは、第１基板の直径よりも大きい直径を有するただ１つの支持基板だけを備えた実施例と類似である。殊に上記の収容装置とは反対側を向いた面１ｓ上の上記の個々の支持基板上には、第１基板を配向するための１つまたは複数のパスマークが設けられている。

上記の一時的な固定はそれぞれ、各第１基板２の固定部分２ａにおいて行われ、すなわち、少なくとも、殊に点状の１つの固定位置において行われる。比較的大きな固定力を有する実施形態において、各第１基板２の固定は、２つまたは３つの固定部分２ａにおいて行われ、固定部分２ａがただ１つだけの場合には、固定部分２ａは各第１基板２の中心部に配置される（図２の実施形態を参照されたい）。

第１基板２を通る断面（図３を参照されたい）において、複数の第１基板２からなる各列の第１基板２は、殊に互いに等間隔で基板面１ｓに分散されて配置されている。

図４に示した方法ステップにおいて第２基板２’は、殊にそれぞれ個別に第１基板２に配置され、ここではこの配置のために第１基板２上に複数の配向マーク５が設けられている。殊に各第１基板２は少なくとも２つの配向マーク５を有しているため、第２基板２’と第１基板２との並進運動的に正しい配向だけが可能になるのではなく、回転運動的に正しい配向も可能になるのである。

第２基板２’を第１基板２上に配向および配置した後、支持基板１上には、それぞれ複数の第１基板２および第２基板２’から構成される多数の基板積層体４（図示したこの実施例では１４個の基板積層体４）が支持基板１に予備的に固定されて、支持基板１を複数の基板積層体４と共に、図示しない接合チャンバに搬送することができ、この接合チャンバにおいてこれらの基板積層体４が同時に永続的に接合される。

本発明によれば、図示しない１つの実施形態において、複数の第２基板２’上にそれぞれ別の複数の基板を積層してそれぞれ一時的に固定して、２つよりも多くの基板を有する基板積層体を得ることが考えられる。

本発明では、第１基板２および第２基板２’を配向する際、ならびに別の複数の基板を配向する際には例えば、有利には１００μｍ未満の、有利には５０μｍの未満の、さらに有利には１０μｍ未満の、さらに有利には２μｍ未満の配向精度を実現可能である。

接合チャンバにおける接合プロセス中、上記の一時的な接合は、例えば、永続的な接合によって自動的に、有利には温度を加えることによって溶融する。上記の一時的な接合にポリマおよび／または接着剤を使用する場合、このポリマおよび／または接着剤は、接合時に、殊に残留物が残らないように気化される。

上記の予備的な固定および／または接合に対し、有利にはいわゆるフリップ・チップボンダを使用する。

本発明の有利な１つの実施形態において、支持基板１は、第１基板２および／または第２基板２’の熱膨張係数から５％以上偏差しない熱膨張形態を有する材料から、殊に同じ材料から構成される。例示的にはガラスウェハまたはシリコンウェハを支持基板１および／または第１基板２／第２基板２’として使用可能である。

１支持基板、１ｓ基板面、２第１基板、２ａ固定部分、２’ 第２基板、３配向マーク、４基板積層体、５配向マーク、Ｄ１直径、Ｄ２直径

Claims

第１基板（２）と第２基板（２’）とを接合するための装置において、
− １つまたは複数の支持基板（１）を収容するための収容部と、
− 当該収容部とは反対側を向いた、前記支持基板（１）の基板面（１ｓ）上に複数の第１基板（２）を配置するための配置装置と、
− 前記各第１基板（２）の少なくとも１つの固定部分（２ａ）において、当該各第１基板（２）を前記基板面（１ｓ）上に固定するための固定装置とを有する、
ことを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置において、
前記固定装置は、各第１基板（２）を一時的に固定するために構成されている、
ことを特徴とする装置。
請求項１または２に記載の装置において、
前記配置装置は、配向マーク（３）に前記第１基板（２）を配向および配置するために構成されている、
ことを特徴とする装置。
請求項１ないし３のうちの１つまたは複数の請求項に記載の装置において、
前記配置装置は、前記第１基板（２）上に第２基板（２’）を配置するため、殊に前記第１基板（２）の配向マーク（５）において配向して配置するために設けられている、
ことを特徴とする装置。
請求項４に記載の装置において、
前記固定装置は、第１基板（２）上に配置される各第２基板（２’）を固定するため、殊に一時的に固定するために設けられている、
ことを特徴とする装置。
請求項４または５に記載の装置において、
殊に独立した接合モジュールとして設けられる接合チャンバは、同時に、殊に永続的に複数の前記第１基板（２）と複数の前記第２基板（２’）とを接合するために設けられている、
ことを特徴とする装置。
第１基板（２）と第２基板（２’）とを接合する方法において、
以下のステップを、殊に以下の順序で含む、すなわち、
− 収容部に収容される支持基板（１）上の基板面（１ｓ）上に複数の第１基板（２）を配置するステップと、
− 各第１基板（２）の少なくとも１つの固定部分（２ａ）において、当該各第１基板（２）を前記基板面（１ｓ）上に固定するステップと、
を含む、
ことを特徴とする方法。
請求項７に記載の方法において、
前記第１基板（２）を前記基板面（１ｓ）に一時的に固定する、
ことを特徴とする方法。
請求項７または８に記載の方法において、
前記第１基板（２）を、前記配置の前に配向マーク（３）において配向する、
ことを特徴とする方法。
請求項７から９までの１つまたは複数に記載の方法において、
前記第２基板（２’）を、殊に前記第１基板（２）の配向マーク（５）に配向した後、前記第１基板（２）に配置および／または一時的に固定する、
ことを特徴とする方法。
請求項１０に記載の方法において、
複数の前記第２基板（２’）をそれぞれ同時に複数の前記第１基板（２）に、殊に独立した接合モジュールとして構成される接合チャンバにおいて殊に永続的に接合する、
ことを特徴とする方法。