JP5390380B2 - 半導体接合のための装置及び方法 - Google Patents
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Description
本願は、2006年6月22日に出願された「HIGH-FORCE BOND TOOL」と題する米国仮出願第60/815,619号、及び2007年6月21日に出願された「APPARATUS AND METHOD FOR SEMICONDUCTOR BONDING」と題する米国出願第11/766,531号の利益を主張するものであり、これらの内容は参照によって本明細書に明示的に援用される。
100 任意の適した駆動装置(例えば、電気式リニア駆動装置、空気圧式駆動装置、油圧式駆動装置等)とすることができるzドライブ
102 接続セクション
102w 環状シェル又は壁
102W 壁
102w 壁
103 一端
106 フランジ
12 チャンバ
12 チャンバハウジング
14 アクセスポート
14 ポート
15 予装填チャンバ
16 チャンバケーシング
16 チャンバの内部を外部から分離することができるように実質的に閉鎖されるケーシング又はシェル(shell:殻体)
16 装置10の構造の骨格
161 ターボポンプシステム
16P ケーシングのクロージャプレート
16S ケーシング16と支持シート56Tとの間にあるベローズシール
18 チャンバ12の下に位置する実質的に平坦なプレート
18 ベースプレート
18 下部構造体
18 下部構造体又は基礎構造体
20 上側ブロック
20 上側ブロックアセンブリ
20M 可動部分
21 チャック
21S ウェハ支持面
21S チャック21のウェハ支持面
21S ブロックアセンブリ22の座面
21S 下側ブロックアセンブリのウェハ支持面
22 下側ブロック
22 下側ブロックアセンブリ
22B ブロックアセンブリ22のベースセクション
22M ブロックアセンブリ22の可動セクション
22M 下側ブロックアセンブリ22の可動セクション
22M 可動ブロックセクション
22M 可動部分
23 チャック
23S 上側ブロックアセンブリ20のウェハ座面
23S 上側ブロックアセンブリ20の支圧面(bearing surface)
23S 上側ブロックアセンブリのウェハ支持面
23S、21S 上側ブロック20及び下側ブロック22のウェハ支圧面
23S、21S 対応する座面(seating surface)
23S、21S ウェハ接触面
24 キャリヤ締結具
280 円形状のリング
282a、282b、282c 円形リングの周縁に120度で離間して対称的に配置されている3つのスペーサ及びクランプアセンブリ(spacer and clamp assemblies)
283及び285 リニアアクチュエータ
284 スペーサ
286 クランプ
290 空気圧制御式のセンターピン(center pin:心軸)
295 圧力計
30 ヒータ
30、32 ヒータ
300 従来技術のウェハ接合システム
301 中心エリア
302 ウェハスタック
302 第1の球面エリア
302 (wafer stack:ウェハ積層体)ウェハスタック
303 別の球面エリア
304 変位が1μの範囲であるエリア
305 接合界面
306 中心領域
307 縁領域
307 周縁領域
308、309及び311 エリア
310 第1のウェハ
310a 第1の表面
310b 第2の表面
312 接合層
32 ヒータ
32 ヒータ(又はサーマルサイクラー)
320 第2のウェハ
320a 第1の表面
320b 第2の表面
322 接合層
32A ウェハの周縁を加熱するように構成されている第2の加熱ゾーン
32B ウェハの中心領域を加熱するように構成されている第1の加熱ゾーン
34 フランジ
34 支持フランジ
350 力
36 フランジ
40 骨格フレーム
40 骨格フレーム又は支持フレーム
40 骨格構造体
40 装置10の骨格フレーム
400 ウェハ接合システム
400 システム
401、402及び403 均一な変位を有する層
404 ばらつきを有しない均一な応力領域
405 ウェハ接合界面
405 接合界面
406 中心領域
407 周縁領域
410 第1のウェハ
410 第1の半導体ウェハ
410、420 ウェハ
410、420 ウェハ又は基板
410、420 基板
410、420 接合されたウェハ
410、420 1つ又は複数のウェハ
410a 第1の表面
410a、410b 接合される表面
410a、420a 界面接触するウェハ表面
410b 第2の表面
412、422 特有のタイプの接合を促進するように構成されている接合層
412及び422 接合層
42 支柱
42 実質的に剛性の支柱
420 第2のウェハ
420a 第1の表面
43 リニアスライド
430 1つ又は複数のスタック
430 ウェハスタック
430 ウェハスタック(複数可)
430 スタック
430 予め位置合せされているウェハスタック
44 接続部
44E 係合部材(例えば、ねじ山付きアーム)
450 力柱
46 取り付けプレート
46 上部取り付けプレート
460 第2の力柱
460 力柱
480 自動であるか又は他の方法で手動で動作する搬送アーム又はスライドのような搬送デバイス
50 アクチュエータ
51 アクチュエータのベース部材
51 ベース部材
52 アクチュエータ
52 実質的に均一に分布する力柱を生成するアクチュエータ
52B ベローズシール
52Z1及び52Z2 ピストン又はゾーンシール
52Z1及び52Z2 中間ゾーンシール
53 スパン構造体
53 スパン支持構造体(span support structure)
53 スパン部材
53 上部プレート
53B ベローズ
53B ベローズシール
54 アクチュエータ52のプレート部材
54 プレート部材
54 可動プレート
54 可動プレート部材
54F プレート面
54F 圧力面(pressure face surface)
55 プレート部材に結合されている反応部材又はベース部材
55 ベース
55 ベース部材
55 ベース部材又は反応部材
55 固定プレート
56 シート構造体(seat structure)
56 底部プレート
56S スパン(span:スパン構造体)
56S スパン構造体
56T ブロック支持シート(block support seat:ブロック支持シート構造体)
56T 支持シート
57 プレート部材
58 シート構造体56の表面
58 下側ブロックアセンブリ22の底部と係合するシート面(seat surface)
59 予圧ブロック
70 耐荷真空熱分離システム
70、72 耐荷、真空分離システム(load bearing, vacuum isolation system)
72 ヒータを支持しているブロックアセンブリの嵌合部分からヒータ32を熱分離する熱分離システム
72 構造体
72 耐荷、真空分離システム
72 熱分離システム
72 分離システム
74 耐荷領域の外部にあるベローズ
76 ダイヤフラム
78 プレート
78 低いCTEの材料層
78 低い熱膨張率(CTE)を有する材料を含むプレート
78S 接触面
78S 表面
82 レベリングシステム
82 実質的に水平に又は互いに平行に維持するレベリングシステム
84 リニアガイド部分
84B リニア軸受アセンブリ
84R ガイドロッド
85 接合界面中心
85 中心点
86 ジンバル
86 ジンバル部分
86 回転ガイド部分
86 回転ガイド部分又はジンバル部分
86 半球形の軸受アセンブリによって画定されるジンバル
FEA−DISPLACEMENT 変位の有限要素解析
FEA−VON MISES STRESS FEAのミーゼス応力
Claims (25)
- 半導体構造体の接合のための装置であって、
第1の半導体構造体(410)の第1の表面(410a)を第2の半導体構造体(420)の第1の表面(420a)に真向かいに接触するように位置付ける器具と、
前記第1の半導体構造体の前記第1の表面(410a)と前記第2の半導体構造体の前記第1の表面(420a)との間の接合界面エリア全体に均一な圧力を印加するように構成されている円柱状に生成される加圧気体である力柱(450)〔以下力柱(450)という〕を用いて、前記第1の半導体構造体(410)及び前記第2の半導体構造体(420)を共に押圧することによって前記第1の半導体構造体(410)の第1の表面(410a)と第2の半導体構造体(420)の第1の表面(420a)の間における前記接合界面エリアを形成する接合形成器具と、
を備える、半導体構造体の接合のための装置であって、
前記力柱(450)は、接合プロセス全体の間、前記力柱からつながる可動部分(22M又は20M)を経て、前記接合界面エリア全体にわたって均一に分布する荷重を半導体構造体に対して印加し、前記接合界面エリア全体に沿った変位、応力及び接合圧力を均一にするように構成されており、更に
前記力柱(450)及び前記可動部分(22M又は20M)の横断面が、前記第1の半導体構造体(410)の第1の表面(410a)と第2の半導体構造体(420)の第1の表面(420a)の間における前記接合界面エリア全体と一致する寸法になっており、円柱状に構成された、均一に分布する力からなる、前記力柱(450)が、接合界面エリア全体に印加するように構成されており、
前記接合形成器具は、前記力柱(450)を生成するように構成されているアクチュエータを備え、前記アクチュエータは、可動プレート部材(54又は57)を有する閉鎖系であり、力柱(450)の生成が加圧気体の前記アクチュエータ内への導入による前記可動プレート部材の移動によっておこる、半導体構造体の接合のための装置。 - 前記ベースの寸法は調整可能であって、前記ベースの寸法が、4インチ(約10.16cm)、6インチ(約15.24cm)又は8インチ(約20.32cm)の直径のうちの1つを有する前記接合界面エリアと一致するように調整されうる、請求項1に記載の装置。
- 前記力柱は、前記接合界面エリア全体に、前記圧力を少なくとも90パーセントの均一性を有するように印加し、前記圧力は、1000mbar〜50000mbarの範囲である、請求項1〜2のいづれか一に記載の装置。
- 前記位置付ける器具は、前記第1の半導体構造体の第2の表面と接触するように構成されている第1のクランプ部材と、前記第2の半導体構造体の第2の表面と接触するように構成されている第2のクランプ部材とを有するクランプ(286)を備え、前記第1の半導体構造体の前記第2の表面、及び前記第2の半導体構造体の前記第2の表面は、前記第1の半導体構造体の前記第1の表面、及び前記第2の半導体構造体の前記第1の表面に対してそれぞれ反対であり、前記力柱を用いて前記第1の半導体構造体及び前記第2の半導体構造体を共に押圧することは、前記力柱を用いて前記第1のクランプ部材及び前記第2のクランプ部材のうちの少なくとも一方を押圧することを含む請求項1〜3のいづれか一に記載の装置。
- 前記位置付け器具及び前記接合形成器具の荷重に耐えるように構成されているフレームをさらに備え、前記フレームは、少なくとも1つの剛性の支柱をさらに備え、前記第1のクランプ部材及び前記第2のクランプ部材は、前記半導体構造体の前記接合中に生成されるあらゆる曲げモーメントを前記フレームに伝達するように前記支柱に接続されるように構成されており、前記フレームは3つの剛性の支柱(42)を備える、請求項1〜4のいづれか一に記載の装置。
- 前記第1のクランプ部材及び前記第2のクランプ部材のうちの一方又は両方は、前記剛性の支柱に可動に接続される請求項5に記載の装置。
- 前記フレームは上部プレート及び底部プレートをさらに備え、該上部プレート及び該底部プレートは前記剛性の支柱に接続される、請求項6に記載の装置。
- 制御雰囲気チャンバをさらに備え、前記チャンバ内の圧力を監視するように構成されている圧力計(295)をさらに備える、請求項1〜7のいづれか一に記載の装置。
- 前記第1の半導体構造体及び前記第2の半導体構造体を、前記チャンバ内に出し入れするように搬送すると共に前記第1のクランプ部材及び前記第2のクランプ部材間に配置するように構成されているキャリヤ締結具(24)をさらに備え、前記キャリヤ締結具は、前記第1の半導体構造体の前記第1の表面、及び前記第2の半導体構造体の前記第1の表面を第1の距離に維持するように構成されている少なくとも1つのスペーサ(284)を備え、前記キャリヤ締結具は、前記第1の半導体構造体及び前記第2の半導体構造体を共に締め付ける少なくとも1つのクランプをさらに備える、請求項1〜8のいづれか一に記載の装置。
- 前記少なくとも1つのスペーサ及び前記少なくとも1つのクランプは独立して作動する、請求項9に記載の装置。
- 前記力柱を用いて前記第1の半導体構造体及び前記第2の半導体構造体を共に押圧する前に、該第1の半導体構造体の前記第1の表面、及び該第2の半導体構造体の前記第1の表面を固定するように構成されているピンをさらに備え、前記ピンは、調整可能な力を用いて前記第1の半導体構造体の前記第1の表面、及び前記第2の半導体構造体の前記第1の表面を固定する、請求項1〜10のいづれか一に記載の装置。
- 前記チャンバは、前記キャリヤ締結具を該チャンバ内に出し入れするように搬送することができるような寸法になっているポートを備える、請求項9に記載の装置。
- 前記ポートを介して前記チャンバと連通するように構成されている予装填チャンバ(15)であって、前記ポートは該予装填チャンバを前記チャンバから分離するシャッターを備える、予装填チャンバをさらに備える、請求項12に記載の装置。
- 前記第1のクランプ部材の第1の表面を前記第2のクランプ部材の第1の表面に平行に位置合せする器具であって、前記第1のクランプ部材の前記第1の表面は、前記第1の半導体構造体の前記第2の表面と接触するように構成されており、且つ前記第2のクランプ部材の前記第1の表面は、前記第2の半導体構造体の前記第2の表面と接触するように構成されている、位置合せする器具をさらに備え、前記位置合せ器具は、前記力柱が前記接合界面エリアに垂直に印加されるように、前記第1の半導体構造体の前記第1の表面と、前記第2の半導体構造体の前記第1の表面とを位置合せするように構成されている、請求項1〜13のいづれか一に記載の装置。
- 前記位置合せ器具は、リニアアライメント工具及び/又は回転アライメント工具を備え、前記回転アライメント器具は、前記接合界面エリアの中心の周囲で前記2つの第1の表面のうちの一方を回転によって位置合せするように構成されている、請求項14に記載の装置。
- 前記接合界面エリア全体が±1度の温度均一性に達するように前記第1の半導体構造体及び前記第2の半導体構造体を加熱する器具をさらに備える、請求項1〜15のいづれか一に記載の装置。
- 前記第1の半導体構造体及び前記第2の半導体構造体を前記位置付け器具及び前記接合形成器具から熱分離するように構成されている熱分離システム(72)をさらに備える、請求項16に記載の装置。
- 前記熱分離システムは、弾性膜と、低いCTEの材料を含む基板との間に閉じ込められる真空分離層を備え、前記基板は、前記膜との接触を最小限にするような構造になっている表面を備える、請求項17に記載の装置。
- 前記加熱する器具は、前記第1の半導体構造体及び前記第2の半導体構造体の中心領域並びに周縁領域の加熱を独立して制御するように構成されている独立制御式マルチゾーンヒータを備える、請求項18に記載の装置。
- 前記加熱する器具は、前記第1の半導体基板を加熱するように構成されている第1のセットのヒータと、前記第2の半導体基板を加熱するように構成されている第2のセットのヒータとを備え、前記第1のセットのヒータは、前記第2のセットのヒータの鏡像構成に配置される、請求項19に記載の装置。
- 前記第1の半導体構造体及び前記第2の半導体構造体は、半導体ウェハ、フラットパネル構造体、集積回路デバイス、3D集積マイクロエレクトロニクス、又はマイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記第1の半導体構造体の前記第1の表面、及び前記第2の半導体構造体の前記第1の表面は、金属、半導体、1つの絶縁体、接着剤、格子構造体、ガラス又は複数の絶縁体のうちの少なくとも1つを含む、第1の接合層及び第2の接合層をそれぞれさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記接合は、陽極接合、共昌接合、接着接合、溶融接合、ガラスフリット接合又は熱圧着接合のうちの1つを含む、請求項1に記載の装置。
- 半導体構造体を接合する方法であって、
第1の半導体構造体(410)の第1の表面(410a)を第2の半導体構造体(420)の第1の表面(420a)に真向かいに接触するように位置付けること、及び
前記第1の半導体構造体の前記第1の表面と前記第2の半導体構造体の前記第1の表面との間における接合界面エリア全体に均一な圧力を印加するように構成されている円柱状に生成される加圧気体である力柱(450)〔以下力柱(450)という〕を用いて、前記第1の半導体構造体及び前記第2の半導体構造体を共に押圧することによって前記第1の半導体構造体(410)の第1の表面(410a)と第2の半導体構造体(420)の第1の表面(420a)の間における前記接合界面エリアを形成すること、
を含む、半導体構造体を接合する方法であって;
前記力柱(450)は、接合プロセス全体の間、前記力柱からつながる可動部分(22
M又は20M)を経て、前記接合界面エリア全体にわたって均一に分布する荷重を半導体構造体に印加し、前記接合界面エリア全体に沿った変位、応力及び接合圧力を均一にし、更に
前記力柱(450)及び前記可動部分(22M又は20M)の横断面は、前記第1の半導体構造体(410)の第1の表面(410a)と第2の半導体構造体(420)の第1の表面(420a)の間における前記接合界面エリア全体と一致する寸法になっており、円柱状に構成された、均一に分布する力からなる、前記力柱(450)が、接合界面エリア全体に印加するように構成され、
前記力柱はアクチュエータによって生成され、前記アクチュエータは、可動プレート部材(54又は57)を有する閉鎖系であり、力柱(450)の生成が加圧気体の前記アクチュエータ内への導入による前記可動プレート部材の移動によっておこる、半導体構造体の接合のための方法。 - 前記接合は、陽極接合、共昌接合、接着接合、溶融接合、ガラスフリット接合又は熱圧着接合のうちの1つを含む、請求項24に記載の方法。
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