JP7453299B2 - チップを接合する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、チップを接合する方法および装置に関する。

チップ・トゥー・ウェハ（Ｃ２Ｗ）またはチップ・トゥー・チップ（Ｃ２Ｃ）プロセスは、従来技術では、はんだボールまたははんだキャップを備えた銅ピラー（英語ではＣｏｐｐｅｒ ｐｉｌｌａｒｓ ｗｉｔｈ ｓｏｌｄｅｒ ｃａｐｓ）を介して実装される。しかしながら、はんだボールもしくははんだキャップを備えた銅ピラーは極端に大きく、そのようにして形成されたチップの厚さを厚くしてしまう。

したがって本発明の課題は、改善された接合方法もしくは改善された接合装置もしくは改善された製品を提供することである。

この課題は、独立請求項の保護対象により解決される。従属請求項には、本発明の有利な発展形態が記載されている。本発明の範囲には、明細書、請求項および／または図面に記載された特徴のうち少なくとも２つの特徴から成る全ての組み合わせも含まれる。また、数値範囲が記載されている場合、そこに挙げられた限界範囲内にある値も限界値として開示されたものとみなされるべきであって、それらの値を任意の組み合わせで請求できるものとする。

本発明では、チップを基板、特に半導体基板または別のチップに接合する方法が提案されており、チップは、ダイレクト接合により基板または別のチップに接合される。ダイレクト接合とは、液相を形成することなく、じかに２つの表面の相互作用を介して形成される接合のことである。別の概念定義によれば、ダイレクト接合とは、付加的な材料を用いる必要がない接合のことである。特にダイレクト接合とは、金属と金属の固相接合のことであり、特に拡散接合、予備接合もしくは予備接合から生じる溶融接合、またはハイブリッド接合すなわち溶融接合成分と金属接合成分とに基づく接合のことである。

さらに本発明では、チップを基板または別のチップに接合する装置が提案されており、チップは、ダイレクト接合により基板または別のチップに接合可能である。

さらに本発明では、複数のチップから成るチップ積層体が提案されており、それらのチップはダイレクト接合により互いに接合されている。

さらに本発明では、チップを備えた基板（製品）が提案されており、チップはダイレクト接合により基板に接合されている。

本発明では、Ｃ２Ｃ平面またはＣ２Ｗ平面におけるダイレクト接合の可能性が実現される。有利には、はんだボールまたははんだキャップを備えた銅ピラーはもはや必要とされない。形成されたチップ積層体もしくは製品の厚さが薄くなり、スループットが上昇し、かつチップ間通信の性能が高まる。このダイレクト接合は特に、０．１Ｊ／ｍ２よりも大きい接合強度を有しており、好ましくは０．５Ｊ／ｍ２よりも大きい、いっそう好ましくは１．０Ｊ／ｍ２よりも大きい、最も好ましくは２．０Ｊ／ｍ２よりも大きい、極めて最も好ましくは２．５Ｊ／ｍ２よりも大きい接合強度を有する。このダイレクト接合は特に、４００℃よりも低い温度で行われ、好ましくは３００℃よりも低い温度で、いっそう好ましくは２００℃よりも低い温度で、最も好ましくは１５０℃よりも低い温度で、極めて最も好ましくは１００℃よりも低い温度で行われる。さらにこのダイレクト接合は、液相を生じさせることなく行われる。

本発明の基礎とする着想とは、後続のダイレクト接合ステップを行うことができるようにチップ表面をクリーンに保つ、ということである。そのようにして準備された汚れのない接合表面を有するチップを、次いで基板に（英語ではｃｈｉｐ－ｔｏ－ｗａｆｅｒ，Ｃ２Ｗ）、または別のチップに（英語ではｃｈｉｐ－ｔｏ－ｃｈｉｐ，Ｃ２Ｃ）、接合することができる。

本明細書を以下で説明していく中で、基板もしくは半導体基板とは、まだ個別化されておらず特に円形の、半導体産業の半製品のことである。特に好ましくは、基板はウェハである。基板はあらゆる任意の形状を有することができるけれども、好ましくは円形である。基板の直径は、特に業界で規格化されている。ウェハに関して業界で一般的な直径は、１インチ、２インチ、３インチ、４インチ、５インチ、６インチ、８インチ、１２インチおよび１８インチである。とはいえ本発明による実施形態によれば、基本的にどのような基板であっても、その直径にかかわらず取り扱うことができる。

本明細書を以下で説明していく中で、チップとは、半導体基板（ウェハ）の個別化によって得られた、たいていは矩形の部分のことである。１つのチップは通常、半導体基板の加工によって生じた集積回路を含む。

接合表面とは、本明細書においては、プロセスの過程においていずれかの時点で一度、接合界面の部分になる表面のことである。特に詳しくは、接合表面とは、チップを接合する前に本発明に従って処理する必要のある、特に洗浄する必要のある、チップ表面のことである。チップが基板に接合される場合には、基板表面も接合表面と称することができる。

１つの好ましい実施形態によれば、接合表面はハイブリッド接合表面である。ハイブリッド接合表面とは、金属領域と誘電体領域とから成る、つまりは金属の接合表面部分と誘電体の接合表面部分とから成る、接合表面のことである。よって、ダイレクト接合に概して係わる本明細書で挙げる全ての方法および／または装置を、ハイブリッド表面の接合に適用することができる。好ましくは、金属表面部分および誘電体表面部分は、１つの平面内に広範囲にわたり存在している。特に金属表面部分は、０．５μｍよりも僅かに、好ましくは１００ｎｍよりも僅かに、いっそう好ましくは５０ｎｍよりも僅かに、最も好ましくは１０ｎｍよりも僅かに、誘電体表面部分よりも後退しており、または誘電体表面部分よりも突出している。

洗浄方法
本明細書の以降の記載において、洗浄とは、以下の方法のうちの１つおよび／または複数によって接合表面の汚れを除去することである。
・湿式化学洗浄、特に
o水、特に
*ＣＯ２含有水
oアルコール
o酸、特に
*ギ酸
*クエン酸
*過硫酸
*スタンダードクリーン１（ＳＣ１）
*スタンダードクリーン２（ＳＣ２）
o塩基、特に
*ＮＨ４ＯＨ
による湿式化学洗浄
・プラズマ洗浄
・プラズマアッシング
・機械的洗浄、特に
oブラッシング

プラズマ洗浄とは、プラズマのイオン化部分により一般に高エネルギーで表面を照射することである。その際にプラズマのイオンは、電界および／または磁界によって加速され、無視することのできない侵入深さを有する。プラズマ洗浄に付随して、表面のプラズマ活性化を生じさせることができる。

プラズマアッシングとは、表面から有機物質を一般に低エネルギーで洗浄するプロセスのことである。その際にこの洗浄は、特に有機種の酸化により行われ、特に酸素および／またはフッ素または他の任意の適切なイオン化可能な酸化剤を用いて行われる。プラズマアッシングにより酸化した有機成分は、好ましくは反応室から排出される。このことは、プラズマの連続流によって行われるか、またはプラズマ室の逐次的な排気および通気によって行われる。当然ながら、１つの好ましい実施形態によれば、アッシングされ酸化された有機成分は、それらが基板表面に戻るのが阻止されるように、プラズマ室内において化学的および／または物理的な方法によって結合される。これによって、プラズマのサーキュレーションを必要とする複雑な機構が回避される。

オプションとして、プラズマアッシング後に上述の液体の１つまたは複数による湿式化学洗浄が実施され、その目的は、このようにすることで表面のクリーン度および／または洗浄すべき表面の表面化学をなおいっそう改善し、特に、接合のために適切な当業者に公知の種を用いた表面の停止によって最適化することである。有利にはこの方法は、特にプラズマアッシングにおいて発生した粒子および／または表面に残された粒子を除去するために用いられる。

つまり接合表面の洗浄を、上述の方法のうちの複数によって実施することもできる。洗浄を１つのチップにおいて実施してもよいし、または複数のチップにおいて同時に実施してもよい。特に、個々のチップを、２つのステーション間の搬送時に洗浄することができる。

セルフアライメント
１つの好ましい実施形態によれば、チップがポジショニングされ、チップのセルフアライメントが行われる。セルフアライメント（英語ではｓｅｌｆ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）とは、最小化の物理法則によって押し進められる、物体このケースではチップのポジショニングプロセスのことである。

セルフアライメントは、好ましくは以下のことによって行われる。すなわち、チップが接合表面において、特に接合表面上に堆積した液体により引き起こされるごく僅かな静止摩擦により、接合表面の複数の構造の間の特に中心にあるポジションに押し進められることによって行われる。

たとえばここで考えられるのは、接合表面上にたとえば４つの金属領域が、特にハイブリッド接合表面の一部分としてのコンタクトパッドまたはビアのように、特に金属の接合面が存在する、ということである。チップは、その接合表面にやはり４つの領域を有する。かかるチップを液体上に置く場合に前提とすべきことは、親水性領域が親水性領域の上に、疎水性領域が疎水性領域の上にポジショニングされることになる、という点である。よって、アライメントが引き起こされ、その際にハイブリッド接合表面の金属領域が一致させられるようになる。

当業者には明らかであるように、セルフアライメントに関与する構造の対称性が高ければ高いほど、この種のセルフアライメントをいっそう良好に行うことができる。関与する構造として、チップの幾何学的形状、ハイブリッド接合表面の金属領域間の間隔、金属領域の形状等が挙げられる。好ましくは、チップは正方形であるのが望ましい。さらに、好ましくはハイブリッド接合表面の金属領域も、仮想の正方形の角に位置するのが望ましい。対応するハイブリッド接合領域の親水性と疎水性との差異ができる限り大きいならば、さらなる利点が得られるであろう。親水性もしくは疎水性に対する基準尺度は、試験液滴、特に水と、測定すべき表面との間に形成される接触角度である。親水性表面は液滴を平坦にする。その理由は、液体と表面との間の粘着力が液体の凝集力に勝っており、したがって小さい接触角度が形成されるからである。疎水性表面によって液滴が球状の形態となる。その理由は、液体の凝集力が液体と表面との間の粘着力に勝っているからである。好ましくは、それぞれ異なる上述の２つのハイブリッド接合領域間の接触角度差は、１°よりも大きく、好ましくは５°よりも大きく、いっそう好ましくは２５°よりも大きく、最も好ましくは５０°よりも大きく、極めて最も好ましくは１００°よりも大きい。

接合表面に被着される液体層の厚さは、２ｍｍよりも薄く、好ましくは１．５ｍｍよりも薄く、いっそう好ましくは１ｍｍよりも薄く、最も好ましくは０．５ｍｍよりも薄く、極めて最も好ましくは０．１ｍｍよりも薄い。液体は好ましくは水である。とはいえ、他のあらゆる液体たとえば
・アルコール
・エーテル
・酸
・塩基
を用いることも考えられる。

特にエーテルは著しく高い蒸気圧を有しており、したがってほぼ余すところなく表面から蒸発し、その結果、セルフアライメントが達成された後、この液体の除去が自動的にもたらされる。有利には、表面間の液体の除去後、予備接合が自動的に発生する。

本発明による特別な実施形態によれば、基板および／またはチップの接合表面に、特に誘電体領域に、溝が設けられており、この溝によって、チップのセルフアライメント後の液体の除去が容易になり、またははじめて可能となる。これらの溝は、好ましくはチップ表面の領域からチップ周縁部へと導かれており、したがって液体を外側へ流すことによって、かつ／または蒸発によって、除去することができ、好ましくは自動的に、いっそう好ましくは、液体を外に押し出すに至る重力に支援されて、除去することができる。

接合装置および接合方法
チップを接合するための本発明による複数の装置およびプロセスが開示される。本発明による方法を、個別接合方法と集合接合方法とに分けることができる。よって、対応する装置は、個別接合装置もしくは集合接合装置である。本発明による全ての方法および装置に共通しているのは、チップの接合表面が接合プロセスに至るまで汚れのない状態でなければならない、ということである。この目標を達成するための本発明によるプロセスステップおよび設備について、以下でさらに詳しく説明する。

個別接合装置および個別接合方法
個別接合方法とは、チップを個別に、つまり相前後して別のチップ（Ｃ２Ｃ）またはウェハ（Ｃ２Ｗ）に配置するための、従来技術において一般的なプロセスのことである。かかる方法の有する利点とは、それぞれ異なる大きさおよび／またはそれぞれ異なる機能のチップを接合できる、ということである。

テープシート上での個別化
本発明による例示的な第１の方法によれば、基板が支持体特にテープシート（英語ではｔａｐｅ）上に固定され、そこにおいて複数のチップに個別化される。本明細書を以下で説明していく中で、テープシートが例示的な具体例として用いられる。とはいえ、剛性の支持体を用いることも考えられる。つまりこの場合、チップは、テープシート上に基板が固定された後にはじめて作成される。

この方法の第１のプロセスステップにおいて、支持体特にテープシートが、固定手段、特にフレーム（英語ではｄｉｃｉｎｇ ｆｒａｍｅ）上に固定される。支持体が剛性の支持体であるならば、このプロセスステップを省くことができ、もしくは剛性の支持体を基板ホルダ／支持体ホルダ上に固定することができる。

オプションとなる第２のプロセスステップにおいて、基板の接合表面が洗浄され、この基板からチップの以降の接合表面が生じる。この洗浄を、既述の洗浄方式のうちの１つとすることができる。特に、プラズマおよび／または液体および／または気体によって洗浄が行われる。プラズマ処理によって好ましくは付加的に、接合表面のプラズマ活性化がもたらされる。汚れがテープシートにいっしょに伝わってしまうように、先行するプロセスによって接合表面が汚されてしまった場合にだけ、あるいは後でダイレクト接合の形成を阻む、かつ／または損なう汚れが存在する場合にだけ、接合表面を洗浄すればよい。とはいえ好ましくは、固定の前には基板の接合表面の洗浄が必ず行われる。

本発明による第３のプロセスステップにおいて、基板が、特に洗浄されて好ましくはプラズマ活性化されたその接合表面のところで、支持体上に固定される。その際にテープシートは本発明によれば、基板が支持体から取り外された後に接合表面の汚れができる限り僅かになるように、形成されている。支持体が剛性の支持体であるならば、基板を固定する前に支持体表面に保護層を設ける必要が場合もあり得る。テープシートの場合には、かかる保護層はたいてい既に設けられている。

さらに支持体は、接合表面の接触時点以降、接合表面の保護としての役割も果たし、接合表面が汚れるのを阻止する。好ましくは、支持体は少なくとも基板中央の大部分において、基板の接合表面と支持体との間に僅かな粘着が生じるようにコーティングされている一方、支持体は基板周辺領域では、十分に固着特性を有することができる。高い固着性を有する領域つまり粘着力がより強い領域は、おそらく基板周辺部のところで汚れを生じさせることになり、後でチップが製造される元になる接合表面の領域に該当しない限りは、それらの汚れを好ましくは無視することができる。好ましくはテープシートは、固着力がテープシートへのエネルギー注入（ＵＶ、熱）によって弱まり、したがってチップを後でいっそう容易に取り外すことができるように、形成されている。かかるテープシートは、従来技術において公知である。

とはいえ好ましくは、本発明によるプロセスのために、特に汚れの少ないテープシートが用いられる。

好ましくは、テープシートは接着剤を有しており、この接着剤は、接合表面には、特に事前に実施されたプラズマ活性化によって形成された貯留部には、侵入することができない。好ましくはこのことは、ナノ多孔性表面への侵入を阻止する著しく高い粘性を接着剤が有することによって保証される。いっそう好ましくは、接着剤の分子は、大きい分子であることから孔への侵入が不可能であるようなサイズである。孔は特に１０ｎｍよりも小さく、いっそう好ましくは５ｎｍよりも小さく、最も好ましくは１ｎｍよりも小さく、さらにいっそう好ましくは０．５ｎｍよりも小さく、極めて最も好ましくは０．２ｎｍよりも小さい。孔のサイズは、国際公開第２０１２１００７８６号（ＷＯ２０１２１００７８６Ａ１）にも開示されている。最も好ましくは、接着剤は、ポリマーマトリックス内に結合された固体である。好ましくは、接着剤のかかる形態によって、テープシートを取り外した後、溶剤を用いた洗浄を省くことができ、したがってプラズマ活性化により接合表面の表面に形成された貯留部に溶剤が沈積するのを回避することができる。これによって接合結果が改善される。その理由は、接合後に溶剤が気体として放出されるのを、つまりは接合界面に気泡が形成されるのを、回避することができるからである。

かかる貯留部の形成については、以下の刊行物すなわち国際公開第２０１２１００７８６号（ＷＯ２０１２１００７８６Ａ１）、国際公開第２０１２１３６２６７号（ＷＯ２０１２１３６２６７Ａ１）、国際公開第２０１２１３６２６８号（ＷＯ２０１２１３６２６８Ａ１）、国際公開第２０１２１３６２６６号（ＷＯ２０１２１３６２６６Ａ１）および国際公開第２０１４０１５８９９号（ＷＯ２０１４０１５８９９Ａ１）に開示されている。

ただし極めて好ましい本発明による実施形態によれば、支持体は、基板を面全体にわたり固定でき、汚れが基板上に残されず、後で形成されるチップを容易に取り外すことができるように、コーティングされている。

本発明による第４のプロセスステップにおいて、基板が個別化される。接合表面が汚されない限り、この個別化をあらゆる任意の方法によって実施することができる。本明細書を以下で説明していく中で、いくつかの個別化方法について詳しく述べるが、それらの方法を用いることによって、接合表面の本発明によるクリーン状態維持が個別化の間にわたり保証される。

本発明による第５のプロセスステップにおいて、個別化されたチップが機械特にチップ接合機によって、支持体から取り外される。特に好ましい本発明による実施形態によれば、チップを取り外している間および／またはチップを別のポジション特に接合ポジションに搬送している間、チップの接合表面のさらに別の特に連続的な洗浄が行われる。この洗浄は、好ましくはプラズマによって行われる。その際にチップは、この洗浄が行われる領域を通過するか、またはこの洗浄の特性が自動的に生じる室内において、支持体からのチップの取り外しが行われる。したがってたとえば、プラズマ室内においてチップ接合機により支持体からチップを取り外すことが考えられる。いっそう好ましくは、チップは支持体から取り外された後、大気プラズマ源のところを通過して移動させられる。特に、好ましくは残留物のアッシングをもたらす酸素プラズマが用いられる。

本発明による第６のプロセスステップにおいて、搬送された個別化されたチップの接合表面が、接合特にダイレクト接合もしくはハイブリッド接合によって、第２の接合表面と接合される。その際にこの接合プロセスに先立ち、チップを接合させるべき第２の接合表面に対して、チップのアライメントプロセスが行われ、これは一般に比較的迅速に実施される。最適な接合のための本発明による改善については、本明細書の別のセクションでさらに詳しく言及する。好ましくは、このアライメントプロセスにかかる時間は、５秒よりも短く、いっそう好ましくは２秒よりも短く、最も好ましくは１秒よりも短い。

個別化方法
本発明による実施形態の基本的な観点は、基板もしくは基板から個別化されたチップの接合表面のクリーン状態を維持する、ということにある。接合表面のクリーン度を保証するためには、個別化プロセスによってもできる限り僅かな汚れしか引き起こさないようにしなければならない。特に、基板の個別化の際にバリを生じさせてはならない。本発明によれば、これを複数の異なるプロセスによって保証することができる。

第１の可能なプロセスいわゆるステルスダイシングによれば、チップの容易なダイシングを行うことができるように、フォーカシングされたレーザビームが材料特性を変化させる。この場合の利点はとりわけ、カッティングディスクといったような機械式ダイシング手段が省かれることである。ステルスダイシングプロセスの基本的な機能は、従来技術において公知である。

第２の可能なプロセスによれば、チップはプラズマを用いて互いにダイシングされる。

第３の可能なプロセスによれば、チップは機械式ダイシング手段を用いて互いにダイシングされる。この場合、極めて好ましい本発明による実施形態によれば、接合表面のオプションの洗浄および支持体への基板の固定の前に、接合側に切れ目が形成される。次いで基板裏側からの個別化プロセスにおいて、事前に形成された切れ目に機械式ダイシング手段が当てられる。このようにすれば切れ目によって、機械式ダイシング手段がいっそう早く空隙スペースに到達することから、個々のチップの接合表面の汚れが回避される。

切れ目を、好ましくは先に挙げたダイシング方法においても用いることができる。それというのも、それらのダイシング方法によっても、エッジにおける汚れおよび／またはバリが引き起こされる可能性があるからである。特に、たとえばチップの層構造に起因して、特にステルスダイシングの場合には、亀裂が非連続的に垂直方向にウェハを通って延在する。特に、接合表面において少なくともバリの形成を阻止する目的で、切れ目が形成される。

切れ目を、表面に材料を堆積させる際に適用されるマスキングプロセスの結果とすることもできる。かかるプロセスの場合、マスクされた個所には材料は堆積しない。したがって、マスクされた領域によって切れ目が形成される。

集合接合装置および集合接合方法
何らかの状況においては、個別接合方法によってチップを接合するのが不利になる可能性がある。特に、高い接合品質を達成する目的で、チップの接合表面を洗浄しなければならない場合には、後で接合表面となる面が上向きになるよう、全てのチップを最初に１つの支持体上にポジショニングするのが有利になる可能性がある。次いでこのように予備固定された状態で、チップの全ての接合表面を同時に、特にそのために設けられた機械において、洗浄し前処理することができる。その後、さらに別のプロセスステップにおいて、全てのチップが、本来接合すべき基板もしくは本来接合すべきチップに、同時に接合される。

かかる集合接合において基本的に満たされるべき品質の特徴は、全てのチップの全ての接合表面により形成される接合表面の平坦性である。全てのチップの接合表面は、理想的には全て互いに一致していなければならない。

仮の支持体
以下のプロセスで述べるのは、複数のチップを備えた仮の支持体の製造についてであり、それらのチップの接合表面は、集合接合プロセスを実施する目的で互いに一致している。

本発明による第１のプロセスステップにおいて、第１の支持体が、特に支持体基板が、最も好ましくは支持体ウェハが、いっそう好ましくはダイシングフレーム（英語ではｄｉｃｉｎｇ ｆｒａｍｅ）におけるテープシートが、保護層によってコーティングされる。特にテープシートを用いた場合には、保護層を既にテープシートに被着しておくことが考えられる。そうでなければ支持体のコーティングを、スピンコーティング、スプレイコーティング、ラミネート等のような通常の公知のコーティング法によって行うことができる。

別の選択肢として、チップ表面に保護層を設けることも考えられる。このことを、チップをウェハから切り取る前に既に行うことができる。

本発明による第２のプロセスステップにおいて、複数のチップが著しく高いアライメント精度で第１の支持体上に固定される。このアライメントは、特にアライメントマークと光学システムとを用いて行われる。アライメント精度はこの場合、１ｍｍよりも良好であり、好ましくは１００μｍよりも良好であり、いっそう好ましくは１０μｍよりも良好であり、最も好ましくは１μｍよりも良好であり、極めて最も好ましくは１００ｎｍよりも良好である。

固定は、後で接合表面となるチップの面を介して行われる。それらのチップの接合表面は、できる限り互いに一致しているのが望ましい。さらに保護層はできる限り薄く、できる限り僅かな粘性を有し、かつできる限り高い弾力性を有するのが望ましく、これはチップがそれぞれ異なる深さで層に侵入して、それらのチップの接合表面の一致が損なわれるのを回避するためである。好ましくは、弾力特性を十分に抑える目的で、保護層の厚さはできる限り僅かであるのが望ましい。したがって第１の支持体は、無限に硬い抵抗として作用し、保護層はもっぱら接合表面と第１の支持体との間のセパレータとして作用する。

この場合、テープシートのＥ弾性率は、１ＧＰａ～１０００ＧＰａにあり、好ましくは１ＧＰａ～５００ＧＰａにあり、いっそう好ましくは１ＧＰａ～１００ＧＰａにあり、最も好ましくは１ＧＰａ～５０ＧＰａにあり、極めて最も好ましくは１ＧＰａ～２０ＧＰａにある。ポリアミドのＥ弾性率は、たとえば３～６ＧＰａにある。

さらにこの場合、より剛性の支持体のＥ弾性率は、１ＧＰａ～１０００ＧＰａにあり、好ましくは１０ＧＰａ～１０００ＧＰａにあり、いっそう好ましくは２５ＧＰａ～１０００ＧＰａにあり、最も好ましくは５０ＧＰａ～１０００ＧＰａにあり、極めて最も好ましくは１００ＧＰａ～１０００ＧＰａにある。いくつかの鋼種のＥ弾性率は、たとえば２００ＧＰａ付近にある。

本発明による第３のプロセスステップにおいて、第２の支持体が、特に支持体基板が、最も好ましくは支持体ウェハが、接着剤によってコーティングされる。第２の支持体は仮の支持体である。本発明による第２のプロセスステップの保護層とは異なり、接着剤は、弾性的および／または可塑的に適応能力があるのが望ましく、これは場合によっては生じるチップの高さの差を、それらのチップの接合表面の一致が失われないよう補償するためである。したがって接着剤は、できる限り僅かな粘性を有し、かつ永久に変形可能であるのが望ましい。

接着剤の粘性は室温では、１０Ｅ６ｍＰａ*ｓ～１ｍＰａ*ｓにあり、好ましくは１０Ｅ５ｍＰａ*ｓ～１ｍＰａ*ｓにあり、いっそう好ましくは１０Ｅ４ｍＰａ*ｓ～１ｍＰａ*ｓにあり、最も好ましくは１０Ｅ３ｍＰａ*ｓ～１ｍＰａ*ｓにある。

本発明による第４のプロセスステップにおいて、チップの接合表面とは反対側にあるチップの裏側表面が、仮の支持体と接続される。この場合、第１の支持体側ではチップの接合表面の一致が維持されるのに対し、裏側表面は、仮の支持体上の接着剤を必要であれば相応に変形させ、特に好ましくは低い粘性ゆえに流出させる。したがって接合プロセス後、チップと仮の支持体との間の接着剤の厚さは、チップごとにそれぞれ異なる可能性がある。本発明による１つの拡張形態において、チップ間の接着剤を除去することができる。好ましくは、第１の支持体と仮の支持体との間のアライメントは、第１の支持体上および仮の支持体上に配置されているアライメントマークを介して行われる。アライメントマークをチップ表面上に配置し、それらを仮の支持体上のアライメントマークに対してアライメントさせることも考えられる。基板をアライメントするためのアライメント装置（英語ではａｌｉｇｎｅｒ）については、以下の刊行物すなわち米国特許第６２１４６９２号明細書（ＵＳ６２１４６９２Ｂ１）、国際公開第２０１５０８２０２０号（ＷＯ２０１５０８２０２０Ａ１）、国際公開第２０１４２０２１０６号（ＷＯ２０１４２０２１０６Ａ１）において詳しく述べられている。

本発明による第５のプロセスステップにおいて、第１の支持体が保護層と共に取り外される。このため特に、接着剤と仮の支持体とチップとの間の固着作用は、保護層とチップの接合表面との間の静止摩擦よりも大きい。特に好ましい本発明による実施形態において、保護層は、チップの接合表面からの取り外しが特に全く汚れることなく行われるような構想で考えられている。第１の支持体がテープシートであるならば、それを剥がすことができ、このことによって取り外しが容易になる。化学物質および／または電磁放射、特にＵＶ光、可視光または赤外線光および／または熱を用いて、保護層を化学的にまたは機械的な特性に関して変化させることが必要となる場合もあり、その目的は、保護層の固着特性がなくなるようにするため、または少なくとも小さくなるようにするためである。

この場合、保護層とチップとの間の接合強度は、１Ｊ／ｍ２よりも小さく、好ましくは０．１Ｊ／ｍ２よりも小さく、いっそう好ましくは０．０１Ｊ／ｍ２よりも小さく、最も好ましくは０．００１Ｊ／ｍ２よりも小さく、極めて最も好ましくは０．０００１Ｊ／ｍ２よりも小さい。

オプションとなる第６のプロセスステップにおいて、複数のチップの露出した接合表面の洗浄および／またはプラズマ活性化が特に同時に行われる。この措置はとりわけ、複数のチップの接合表面からの第１の支持体の取り外しが全く汚れずには行われなかった場合に、重要なものとなる。全てのチップの洗浄をこの場合に特に同時に行うことができ、このことにより本発明による方法のスループットが高まる。

次いで本発明による第７のプロセスステップにおいて、仮の支持体上に固定された全てのチップを、１つの製品基板特に１つのウェハ上に同時に接合するプロセスが行われる。これには、仮の支持体上のチップを既に製品基板上に存在するチップ上に接合するオプションも含まれる。これによって、製品基板上にチップ積層体を逐次に構築する可能性が得られる。好ましくは、仮の支持体と製品基板との間のアライメントは、その支持体と製品基板との間に配置されているアライメントマークを介して行われる。アライメントマークをチップの接合表面上に配置し、それらを製品基板上のアライメントマークに対してアライメントさせることも考えられる。

本発明による第８のプロセスステップにおいて、仮の支持体がチップから取り外される。化学物質および／または電磁放射、特にＵＶ光、可視光または赤外線光および／または熱を用いて、接着剤を化学的にまたは機械的な特性、特に粘性に関して、変化させることが必要となる場合もあり、その目的は、接着剤の固着特性がなくなるようにするためである。特に好ましくは、仮の支持体は、電磁スペクトルの特定の波長領域の光子に対し透過性の支持体である。好ましくは、これはガラス支持体である。これによって本発明によれば、レーザを用いて裏側から破壊可能な接着剤を用いることができ、その結果、仮の支持体を裏側から剥離する可能性が実現される。

本発明による第９のプロセスステップにおいて、チップの裏側表面の接着剤の洗浄が、上述の洗浄方法のうちの１つによって行われる。このプロセスステップの後、任意のさらに別のチップを既存のチップの上に積層することができ、そのようにして製品基板上にチップ積層体が構築される。

プロセスステップ２に従った第１の支持体上でのチップのポジショニング精度、ならびにプロセスステップ７に従った集合接合プロセスによる仮の支持体上でのチップのポジショニングは、好ましくはチップのセルフアライメントによって実現され、もしくは少なくとも支援される。ポジショニング精度はこの場合、１ｍｍよりも良好であり、好ましくは１００μｍよりも良好であり、いっそう好ましくは１０μｍよりも良好であり、最も好ましくは１μｍよりも良好であり、極めて最も好ましくは１００ｎｍよりも良好である。セルフアライメントによる支援を行うことができるのは、第１の支持体に対し相対的に、かつ／または仮の支持体に対し相対的に、チップを横方向にずらすことができるようになる場合だけである。この目的で、第１の支持体上の保護層および／または仮の支持体上の接着剤は、チップを横方向にずらすことができるように、それ相応に僅かなずれ弾性率を有していなければならず、またはそれどころか可塑変形が可能でなければならない。

固定支持体
いま述べた仮の支持体を用いる代わりに、相応に固定要素を有する固定支持体上にチップを固定することが考えられる。固定要素を
・真空固定手段
・静電固定手段
・磁気固定手段
・ゲルパック固定手段
とすることができる。チップをそれらの裏側表面で、固定支持体にじかに固定することができる。この場合の欠点は、上述の仮の支持体とは異なり、１つの平面内で全てのチップの接合表面を画一化することのできる接着剤が存在しない、ということである。せいぜいのところ、上述のゲルパック固定手段のゲルパックの可塑性によって、似たような効果を実現できる。特に、後で説明するエジェクタ機構を固定支持体として用いることもできる。

エジェクタ機構
本明細書を以下で説明していく中で、チップの収容および固定が必要とされる複数の装置および方法について述べる。よって、開示される全ての方法および装置は、既に個別化されたチップと、接合表面ができる限りもはや汚れないように本発明に従い必ず行うべきそれらのチップの処理とに係わるものである。エジェクタ機構と称するこの実施形態がまずは有する課題は、既に個別化された多数のチップにおいて洗浄プロセスを実施し、それらのチップの接合表面を本来の接合プロセスのために準備する目的で、それらのチップを固定することである。

凹部が実装されたエジェクタ機構
チップの接合表面を処理し、そのまま接合プロセスに引き渡すための、本発明による第１のエジェクタ機構の本質は、支持体にチップをストックすることである。この支持体は凹部を有しており、この凹部にチップをポジショニングおよび／または固定することができる。

１つの好ましい実施形態によれば、凹部の輪郭はチップの輪郭と合同である。本発明によるさらなる変形実施形態によれば、凹部の輪郭をチップの輪郭とは異ならせることもできる。特に、凹部はチップよりも大きい。これによって、洗浄液および／またはプラズマがチップの面に接近しやすくなる。この場合、チップの輪郭と凹部の輪郭との間隔は、５ｍｍよりも小さく、好ましくは１ｍｍよりも小さく、いっそう好ましくは０．５ｍｍよりも小さく、最も好ましくは０．１ｍｍよりも小さく、極めて最も好ましくは０．０５ｍｍよりも小さい。

凹部の底部面に通路（以下では貫通案内部とも称する）、特に孔が設けられており、グリップ（以下ではグリップヘッドとも称する）がチップに接近できるように、これを通してリフト機構がチップを持ち上げることができる。本発明による特に好ましい実施形態によれば、チップの高さは凹部の深さと正確に一致している。このようにすれば、洗浄すべき接合表面と支持体表面とが一致する。この種の実施形態によって、特に機械式洗浄プロセスがやりやすくなる。チップは凹部から突出していないので、チップが機械的に損傷させられるおそれがない。さらにチップが凹部内で沈み込まず、したがってあらゆる種類の洗浄機器から最適にチップに到達できる。さらに本発明によるこの実施形態は、チップのプラズマ洗浄のために最適に適している。その理由は、接合表面と支持体表面と間に形成されたシームレスな平坦性ゆえに、用いられるプラズマの均一性が著しく高いからである。高い均一性によって高度な再現性が保証され、とりわけ接合表面の一様な洗浄、特に一様なプラズマ活性化が保証される。

本明細書において企図されている、プラズマ室内で用いられる全ての支持体は、固有の特性を有するのが望ましい。特にそれらの支持体は、導電性材料から成るものでなければならない。よって、それらの支持体は好ましくは、
・導体、特に
o金属、特に
o合金、特に
*鋼
*アルミニウム
*ステンレス鋼合金
*チタン
o導電性セラミック、特に
*ドーピングされたＳｉＣ
*ドーピングされたＳｉ３Ｎ４
から成る。

金属製支持体は好ましくは、金属によるチップの汚れを回避する目的でコーティングされる。コーティングとして、好ましくは誘電体、特に酸化物、窒化物または炭化物が考慮の対象となる。

好ましくは、支持体は２つの部分から成るようにも構成され、したがって金属プレート上にチップが配置され、次いでプラズマ活性化のために、誘電体特にＳｉ、ＳｉＣまたはＳｉ３Ｎ４から成る絞りが載置される。このケースでは、絞りはチップと類似または同一の誘電特性を有する。このようにすることで、できる限り一様なプラズマを保証することができる。特に、絞りはそれどころかチップと同じ誘電体材料から成る。

チップの高さｈと凹部の深さｔとの差の絶対値は、１ｍｍよりも小さく、好ましくは０．５ｍｍよりも小さく、いっそう好ましくは０．１ｍｍよりも小さく、最も好ましくは０．０５ｍｍよりも小さく、極めて最も好ましくは０．０１ｍｍよりも小さい。

本発明によるこの実施形態によれば、複数のチップの接合表面を同時に処理することができ、その結果、既に個別化されたチップの洗浄について著しい効率向上がもたらされる。

チップを十分に規定された高さまで突出させた後、チップを収容して搬送するためにグリップヘッドが用いられる。この場合、グリップヘッドはチップを、洗浄されたばかりの接合表面に固定するのではなく、接合表面とは反対側の固定表面に固定する。固定表面は、これらのプロセスステップにおいて特に汚される可能性がある。しかしながら固定表面は、さらに別のプロセスステップにおいて新たな接合表面になる可能性があり、この接合表面上にさらに別のチップが配置される可能性があり、その場合には固定表面を相応に洗浄する必要がある。

既述のエジェクタ機構の場合、凹部の深さｔは予め設定されている。チップの高さｈがそれぞれいくらか異なる複数のチップが本発明に従って固定されると、洗浄すべきそれらのチップの接合表面はもはや互いに一致しない。このケースでは、いくつかのチップの高さ補正を、特にチップの高さｈが凹部の深さｔよりも低いチップの高さ補正を、リフト機構が実施することが考えられる。

アタッチメントが実装されたエジェクタ機構
本発明によるさらに別の第２のエジェクタ機構は、通路特に孔が設けられた支持体から成る。上述の第１のエジェクタの実装とは異なり、このエジェクタ機構は凹部を有していない。洗浄すべきチップは、支持体表面にじかに固定される。特に周囲を取り囲む雰囲気が、シーリング部材を用いることで通路から分離される。このようにすれば、洗浄剤たとえば液体のような化学物質またはプラズマからのイオンによって通路を汚すことなく、チップの洗浄を実施することができる。密閉された空間内に、チップを固定する固定要素を配置することができる。固定要素は、以下の固定要素すなわち
・真空固定手段（好ましい）
・静電固定手段
・磁気固定手段
・接着固定手段
・機械的固定手段（いちばん好ましくない）
のうちの少なくとも１つである。

最も好ましくは真空固定手段が用いられ、これは通路ならびにシーリング部材間のスペースを真空排気することができ、そのようにしてチップがシーリング部材に押圧されるようにする。シーリング部材を、固体特にポリマーとしてもよいし、または特に高粘性の、かつ／または硬化されたポリマーとしてもよい。好ましくは、シーリング部材はその場合にはワックス、接着剤、ペースト等である。これらのポリマーを規則的に置き換える必要があり、その理由は、それらは時間と共に、特に洗浄プロセスが実施されることにより、取り除かれるからである。

マスク
特に上述のエジェクタ機構のための本発明による拡張形態によれば、チップの接合表面を汚れから保護する目的で、開口部を備えたマスクが用いられる。チップのグリップは常に、必然的にチップ上方を往復運動しなければならない機械部品を介して行われる。本来のグリップヘッド、および端部にグリップヘッドが配置された相応のアームのほか、ケーブルおよび導線もいっしょに動かさなければならない。これらの機械要素は全て、それらがチップ上方を往復運動するときに、チップの接合表面における汚れに必然的に関与する。

特に好ましい本発明による実施形態によれば、開口部を備えたマスクとチップとの間で相対運動が行われる。好ましくは、チップが上に配置された機構が移動する。マスクが移動することも考えられる。チップを取り出すために、取り出すべきチップ上方に開口部がポジショニングされる。リフト機構は接合すべきチップを、マスクを超えて出るように持ち上げる。マスクの上側においてグリップヘッドは、チップの接合表面に触れることなくその裏側表面を介してチップを取り出し、そのチップが後続処理されるポジションへチップを搬送する。特に次のステップとして、チップのアライメントマークの捕捉が第１の光学系によって行われる。その後、チップは、接合すべきポジションの下方へと動かされ、次いで特に第２の光学系を用いて、接合すべきポジションに対し相対的に、高精度にポジショニングされて接合される。したがって本発明によれば、チップが接合されるポジションを、チップ取り出し個所から十分に離れた外側に位置させることができる。さらにチップは、本来の接合プロセスに至るまでに複数のステーションを通過することができ、特にアライメントステーションおよび／または測定ステーションおよび／または洗浄ステーションおよび／またはテストステーション等を通過することができる。本発明によれば、チップ搬送全体にわたりチップの裏側表面だけが接触され、決してその接合表面は接触されない。このためグリップヘッドは好ましくは、リフト機構による取り出し時点以降、接合終了に至るまで、チップを固定する。

１つの特別な実施形態によれば、チップを接合すべき製品基板は、接合すべきチップの真上に位置する。他の全てのチップおよびそれらの接合表面は、以前同様にマスク表面によって汚れから保護される。エジェクタはチップをエジェクタ機構から取り出し、そのチップを製品基板もしくは製品基板のチップ／チップ積層体にダイレクトに接合する。この場合、製品基板もしくは製品基板のチップの接合表面は、エジェクタにまっすぐに向けられており、したがって重力の方向を指している。マスクによって、エジェクタ機構においてまだこれから突出させるべきチップの接合表面が汚れるのが回避される。本発明によるこの実施形態は、グリップヘッドがチップを別の個所まで搬送してそこで接合する上述の実施形態よりも好ましくはない。その理由は、この変形実施形態の場合には、チップにおいてさらに別のプロセスステップを実施できないからである。

この場合、マスクそのものは全ての実施形態に関して、それ自体で汚れのない状態でなければならない。特に、装着プロセスの間に既述の洗浄方法のうち１つの方法によって、マスクを洗浄することができる。本発明によるマスクはとりわけ、チップを装着すべき基板がその接合表面で重力方向にポジショニングされる接合プロセスのために用いられる。その際に本発明によるマスクによれば、基板または移動中の機械要素からの汚れが基板の下方に位置するチップに伝わるのが阻止される。マスクは特に、本明細書で詳述するエジェクタ機構と共に用いられる。これらの実施形態によれば、とりわけチップの回転つまりはチップの接合表面でのチップの接触を省くことができる。さらに詳しい実施形態については、本明細書の別の個所および図面ならびにそれらに属する図面の説明において、詳細に説明する。

クリーンルーム内にはさらに、上から下に向かう流れが生じている。したがって空気は常により高い位置からより低い位置へと循環し、その際に塵埃粒子がいっしょに移動する。このような流れの方向は、接合表面の汚れにも悪影響を及ぼす。本発明によれば、露出した接合表面を有する複数のチップが固定される機構の近くに、特に既述のエジェクタ機構または固定支持体の近くに、塵埃粒子を横方向に排出する目的で横流を発生させる機械を設けることが考えられる。

接合ヘッド
本発明によるさらに別の実施形態において、チップを固定および接合するための固定機構について述べる。この固定機構は、接合ヘッド（英語ではｂｏｎｄ ｈｅａｄ）とも称され、個々のチップを固定し、搬送し、さらに接合表面に接合する役割を果たす機械部品のことを表す。チップにおけるクリーンな接合表面という本発明による利点を活用できるようにするために必要とされるのは、接合プロセスを可能な限り制御できるようにすることである。特に不可欠であるのは、チップが最初に周縁部で接合するのではなく、ボンディングウェーブがチップの中央から外側へと伝播することである。ボンディングウェーブの着想は、ウェハ・トゥー・ウェハ（英語ではＷ２Ｗ）接合から当業者に既に公知である。いくつかの例だけを挙げるとすれば、以下の刊行物すなわち国際公開第２０１４１９１０３３号（ＷＯ２０１４１９１０３３Ａ１）、ＰＣＴ出願第２０１６０５３２６８号明細書（ＰＣＴ／ＥＰ２０１６０５３２６８）、ＰＣＴ願第２０１６０５６２４９号明細書（ＰＣＴ／ＥＰ２０１６０５６２４９）およびＰＣＴ出願第２０１６０６９３０７号明細書（ＰＣＴ／ＥＰ２０１６０６９３０７）を参照されたい。

ただし上述のＷ２Ｗ方式とは異なり、Ｃ２Ｗ方式は著しく高いスループットを有する。固定機構は、著しく高い速度でチップの収容場所から接合ポジションまで移動し、さらに戻ってくる。高い速度まで迅速に到達しなければならないことから、加速度も相対的に高い。特に、ｚ方向つまり接合表面に対し法線方向の加速度も著しく高い。全く新たな種類の固定機構を構築するために、これらの望ましい物理的事情を利用することができ、そのような固定機構を用いることによって、慣性に基づくだけでチップを凸状の形状にすることができ、ひいてはそれによって、チップの接合表面の中央が最初に第２の接合表面に接触することが保証される。

本発明によるこの着想の本質は、固定機構が、中央に配置されたばね部材のばね定数よりも小さいばね定数を有するばね部材を周辺部に有する、ということにある。極めて特別な本発明による実施形態によれば、固定面は周辺では全く支持されず、つまり周辺ではばね部材が省かれる。

この場合、周辺のばね部材のばね定数と中央に配置されたばね部材のばね定数との比は、１よりも小さく、好ましくは０．１よりも小さく、いっそう好ましくは０．０１よりも小さく、最も好ましくは０．０００１よりも小さく、極めて最も好ましくは０．００００１よりも小さい。

本発明のさらなる利点、特徴および詳細な点は、好ましい実施例の以下の説明から、ならびに図面に基づき、明らかにされる。

本発明による第１のプロセスの本発明による第１のプロセスステップを示す図である。 本発明による第１のプロセスの本発明による第２のプロセスステップを示す図である。 本発明による第１のプロセスの本発明による第３のプロセスステップを示す図である。 本発明による第１のプロセスの本発明による第４のプロセスステップを示す図である。 本発明による第１のプロセスの本発明による第５のプロセスステップを示す図である。 本発明による第１のプロセスの本発明による第６のプロセスステップを示す図である。 本発明による第１のプロセスの本発明による第７のプロセスステップを示す図である。 本発明による第２のプロセスの本発明による第１のプロセスステップを示す図である。 本発明による第２のプロセスの本発明による第２のプロセスステップを示す図である。 本発明による第２のプロセスの本発明による第３のプロセスステップを示す図である。 本発明による第２のプロセスの本発明による第４のプロセスステップを示す図である。 本発明による第２のプロセスの本発明による第５のプロセスステップを示す図である。 本発明による第２のプロセスの本発明による第６のプロセスステップを示す図である。 本発明による第２のプロセスの本発明による第７のプロセスステップを示す図である。 本発明による第２のプロセスの本発明による第８のプロセスステップを示す図である。 本発明による第２のプロセスの本発明による第９のプロセスステップを示す図である。 本発明による第１のエジェクタ機構を示す図である。 本発明による第２のエジェクタ機構を示す図である。 本発明による第１の実施形態における開口部を備えた本発明によるマスクを示す図である。 本発明による第２の実施形態における開口部を備えた本発明によるマスクを示す図である。 セルフアライメントの本発明による第１のプロセスステップを示す図である。 セルフアライメントの本発明による第２のプロセスステップを示す図である。 本発明による接合ヘッドを用いた接合プロセスの本発明による第１のプロセスステップを示す図である。 本発明による接合ヘッドを用いた接合プロセスの本発明による第２のプロセスステップを示す図である。

図中、同じ部材または同じ機能を有する部材には同じ参照符号が付されている。

図１ａには、本発明による第１のプロセスに従い最終製品１９を形成するための、本発明による第１のプロセスの本発明による第１のプロセスステップが示されている。基板１１において、複数のチップを製造するための全ての準備が実施される。これらの準備には、チップの全ての機能特性の製造、特にコンタクト１３の製造が属する。さらに、後で行われるダイシングプロセスをやりやすくする目的で、切れ目１２を事前にカットすることができる。全ての準備ステップを実施することによって、接合表面７ｂが既に汚れてしまっている可能性がある。

図１ｂには、本発明による第１のプロセスの第２のプロセスステップである接合表面７ｂの洗浄ステップが示されている。特に接合表面７ｂは、プラズマおよび／または湿式化学方法によって洗浄および／または活性化される。

図１ｃには、本発明による第１のプロセスの第３のプロセスステップが示されており、このプロセスステップにおいて、支持体特にテープシート１５上に基板１１が固定される。好ましくはテープシート表面１５ｏは、接合表面７ｂを介して基板１１が固定されるけれども、テープシート１５を後で取り外しても接合表面７ｂ上に残留物が残らないように、形成されている。

図１ｄには、本発明による第１のプロセスの第４のプロセスステップが示されており、このプロセスステップにおいて、基板１１が個別のチップ７にダイシングされる。本発明によれば、その際にチップ７の接合表面７ｂが汚されてはならない。したがって好ましくは、特にダイシング機構１６による機械式ダイシングの場合に、ダイシングプロセスを接合表面７ｂよりも上方で既に終了することができるように、基板１１に切れ目１２が設けられる。レーザ、特に公知のステルス技術、化学物質、特にエッチング、好ましくはドライエッチング、プラズマ等によって、ダイシングを行うことも考えられる。

図１ｅには、本発明による第１のプロセスの第５のプロセスステップが示されており、このプロセスステップにおいて、固定手段６が設けられた接合ヘッド９によって、チップ７がテープシート１５から取り外される。その際、接合表面７ｂにいかなる汚れも生じないように、接合ヘッド９によってチップ７がその裏側面７ｒで固定される。

図１ｆには、本発明による第１のプロセスの第６のプロセスステップが示されており、このプロセスステップにおいて、接合ヘッド９は、別の基板１１’に対し相対的なチップ７のアライメントが行われた後、この別の基板１１’上で接合を行う。この場合、接合表面７ｂは好ましくはハイブリッド表面であり、これは誘電体表面領域２０と、コンタクト１３によって表された電気的表面領域とから成る。かかるハイブリッド接合表面のケースでは、チップ７の接合表面７ｂの誘電体表面領域２０と、基板１１’の誘電体表面領域２０’との間で、いわゆる予備接合が行われる。

図１ｇには、本発明による第１のプロセスの本発明による最終製品１９が示されており、これは基板１１’と複数のチップ７とから成る。ここで考えられるのは、チップ７のさらに別の層をチップ７の第１の層に積層する目的で、既述のプロセスステップを繰り返すことである。

図２ａには、本発明による第２のプロセスの本発明による第１のプロセスステップが示されており、このプロセスステップにおいて、既に個別化された複数のチップ７が接合表面７ｂのところで支持体特にテープシート１５上に固定される。これらのチップ７の接合表面７ｂは、先行のプロセスにおいて既に洗浄および／または活性化されていなければならない。これらのチップ７は、好ましくはチップ接合機の接合ヘッド９によってアライメントされてポジショニングされる。拡大図には、ある１つのチップ７の接合表面７ｂとテープシート１５のテープシート表面１５ｏとの界面が示されている。テープシート表面１５ｏ上に保護層１７を設けることができ、この保護層１７は好ましくは粘着特性も有する。ただし特に好ましくは、後で行われるプロセスステップにおいてテープシート１５を取り外したときに、できる限り汚れのない接合表面７ｂが残されるように、保護層１７とテープシート表面１５ｏとの間の固着特性は、保護層１７と接合表面７ｂとの間の固着特性よりも大きい。

図２ｂには、本発明による第２のプロセスの本発明による第２のプロセスステップが示されており、このプロセスステップにおいて、基板１１’’が仮の支持体として準備される。公知の方法によって、特にスピンコーティングプロセスによって、基板１１’’上に接着剤１８が塗布される。

図２ｃには、本発明による第２のプロセスの本発明による第３のプロセスステップが示されており、このプロセスステップにおいて、チップ７の裏側表面７ｒの接触が接合接着剤によって行われる。この接触に先立ち特に、互いに固定される全てのチップ７が基板１１’’に関してアライメントされる。このプロセスステップにおいて、テープシート裏側１５ｒから機械的圧力を印加することも考えられ、このような圧力の印加は、全てのチップ７の接合表面７ｂを１つの平面Ｅ内で一致させるようにするためのものである。ここで平面Ｅは、チップ７の全ての接合表面７ｂがその中に位置するのが望ましい平面である。特に平面Ｅは、チップ７の方向にある保護層１７の表面と一致しているのが望ましい。このことはとりわけ、支持体１５がテープシートである場合に重要になる。たとえば、ローラをテープシート裏側１５ｒの上で転がすことが考えられる。当然ながら、好ましくは面全体にわたる印加が行われ、その結果として均一な圧力分布がもたらされる。

図２ｄには、本発明による第２のプロセスの本発明による第４のプロセスステップが示されており、このプロセスステップにおいて、テープシート１５がチップ７の接合表面７ｂから取り外された。好ましくはテープシート１５が剥がされる。拡大図Ｚ１からわかるように、テープシート１５が取り外された後、保護層１７の残留物が接合表面７ｂ上に残されたままになる可能性がある。あまり好ましくないこのようなケースでは、さらに別のプロセスステップにおいて、チップの新たな洗浄を実施しなければならない。好ましくは、テープシート１５が取り外された後、接合表面７ｂは汚れのない状態である。拡大図Ｚ２には、互いに並置された２つのチップの誇張された描写が示されており、これらのチップはその厚さｄ１およびｄ２がそれぞれ異なっている。ただし接着剤１８の可塑性によって、接合表面７ｂが同じ平面Ｅ内に位置するようになり、これはこのプロセスにおける本発明による重要な観点を成すものである。

図２ｅには、本発明による第２のプロセスの本発明による第５の、あまり好ましくないオプションのプロセスステップが示されており、このプロセスステップにおいて、チップ７の接合表面７ｂが何らかの洗浄方法によって洗浄された。拡大図Ｚ１からは、保護層１７をもはや識別することはできない。

図２ｆには、本発明による第２のプロセスの本発明による第６のプロセスステップが示されており、このプロセスステップにおいて、チップ７が装着された仮の支持体１１’’が、別の基板１１’に対し相対的にアライメントされて接合される。本発明によれば、全てのチップ７の接合が同時に行われる。

図２ｇには、本発明による第２のプロセスの本発明による第７のプロセスステップが示されており、このプロセスステップにおいて、接着剤１８が処理される。この処理を、化学的および／または熱的に、および／または電磁波特にＵＶ光または赤外線を用いて、行うことができる。極めて特に好ましい本発明による１つの実施形態によれば、この処理は仮の支持体１１’’を通して行われる。この処理によって好ましくは、仮の支持体１１’’をチップ７から切り離すことができるように、接着剤１８の接着特性が低減され、またはそれどころか全くなくされる、という結果がもたらされる。

図２ｈには、本発明による第２のプロセスの本発明による第８のプロセスステップが示されており、このプロセスステップにおいて、支持体基板１１’’が取り外される。

図２ｉには、本発明による第２のプロセスの本発明による第９のプロセスステップが示されており、このプロセスステップにおいて、チップ７の裏側表面７ｒが洗浄される。その結果、新たに最終製品１９が得られる。

図３には、チップ７の大量洗浄および／またはプラズマ活性化および／または接合のための本発明による第１の実施形態が示されている。チップ７は、凹部２を有するエジェクタ機構１内に位置している。凹部２の底部には貫通案内部３が、特に単純な孔が、取り付けられており、これを通してリフト機構４がチップ７を昇降可能である。チップ７の装填および／または取り出しを、グリップヘッド５を介して行うことができ、このグリップヘッド５は、チップ７を搬送する目的で、チップ７をもっぱらその裏側面７ｒで固定手段６を用いて固定することができる。好ましくは、全てのチップ７の接合表面７ｂは、大量洗浄中および／またはプラズマ活性化中、全て平面Ｅ内で一致している。全ての接合表面７ｂが一致していることによって、均一な処理が行われるという利点がもたらされる。特にプラズマ処理の場合にはこのことによって、プラズマ密度が面全体にわたり均一になる、ということが保証される。複数のチップ７がそれらの厚さに関してそれぞれいくらか異なっているというのであれば、接合表面７ｂの一致を改めて保証する目的で、リフト機構がいくらか補正を行うことができる。

図４には、チップ７の大量洗浄および／またはプラズマ活性化および／または接合のための本発明による第２の実施形態が示されている。チップ７は、シーリング部材８を有するエジェクタ機構１’内に位置している。貫通案内部３を通って並進運動可能なリフト機構４によって、チップ７を装填および／または取り出し可能である。好ましくは固定手段６によって、特に真空ダクトによって、固定が行われ、この真空ダクトは、チップ７がシーリング部材８と接触したときに、間隙に真空を生じさせることができる。見やすくするため、この図にはグリップヘッド５を書き込まなかった。

したがってエジェクタ機構１、１’は、個別化されたチップ７の一般的な大量洗浄および／またはプラズマ活性化および／または接合のために用いられる。さらに考えられるのは、エジェクタ機構１、１’自体を、本発明による第２のプロセスの趣旨に沿って支持体ウェハ１１’’として用いることができるように、コンパクトに構成することである。このケースでは、チップ７の接合表面７ｂが、少なくとも基板１１への接合プロセスの前には、エジェクタ表面１ｏ、１ｏ’をいくらか超えて突出していなければならず、このことはエジェクタ１’のエジェクタ表面１ｏ’については構造技術的に自ずと満たされている。よって、特にエジェクタ機構１’は、一種の固定支持体として適している。この場合には固定手段６を、静電的な、磁気的な、またはゲルパックによる固定手段とすることもできる。

図５には、接合に関する本発明による実施形態の第１の拡張形態が示されている。これによれば、マスク２３の開口部２４を通してグリップヘッド５によりチップ７を収容させる目的で、例示的にエジェクタ機構１を用いることができる。収容されたチップ７は、特に複数のステーションを経由しながら搬送される。その際に光学系２５によって、チップ７の接合表面７ｂおよび／または裏側面７ｒおよび／または基板１１’を測定することができる。搬送されるチップ７を正確にポジショニングする目的で、特にチップ７および／または基板１１’上のアライメントマーク（図示せず）を探すことができる。したがってこの拡張形態の場合、装着すべき基板１１’はチップのすぐ上には位置していない。

図６には、接合に関する本発明による実施形態の第２の拡張形態が示されている。これによれば、チップ７をマスク２３の開口部２４を通して基板１１’のチップ７と接合する目的で、例示的にエジェクタ機構１’を用いることができる。本発明による着想の本質は、好ましくは表面に汚れがない特に高純度の材料から成るマスク２３によって、例示的に用いられるエジェクタ機構１’上のチップ７を汚れから保護する、ということにある。したがって本発明によれば、チップ７の接合表面７ｂをどのようにして汚れから保護できるのかについて、改めて示される。開口部２４を通してチップ７を案内し、マスク２３の他方の側に位置する別のチップ７または基板１１’の表面と接合する目的で、例示的に用いられるエジェクタ機構１’の代わりに、当然ながら他のどのような形式の機構を用いてもよい。

図７ａには、基板１’上のチップ７の本発明によるセルフアライメントの本発明による第１のプロセスステップが示されている。チップ７は、接合ヘッド９によって液体フィルム２１上に載置される。１つの特別な実施形態によれば、液体フィルム２１は、基板１’全体にわたって連続的に分布しているのではなく、液滴またはウェットスポットとして、チップ７のセルフアライメントを行うべき個所にのみ位置している。

この場合、チップ７のコンタクト１３と基板１’のコンタクト１３とのアライメントが最適でないことがわかる。

図７ｂには、基板１’上のチップ７の本発明によるセルフアライメントの本発明による第２のプロセスステップが示されている。接合ヘッド９は、チップ７に対する固定を解除する。次いでチップ７は、液体フィルム２１の存在に基づき自身の横方向運動によって、チップ７のコンタクト１３が基板１’のコンタクト１３とできる限り最良に合わさるように、セルフアライメントする。このようになる理由は、誘電体領域と電気的領域の結合特性がそれぞれ異なることによる。好ましいことに親水性領域は、親水性領域を引き寄せる。この相互作用は、好ましいことに少なくとも部分的に有極性の特性をもつ媒体を介して伝播可能である。水は双極性であり、したがって本発明によればこの役割のために特に良好に適している。

図８ａには、固定手段６を備えた固定面２２から成る本発明による接合ヘッド９が示されている。固定面２２の後方には、ばね定数がそれぞれ異なるばね部材１０、１０’が設けられている。好ましくは、中心に組み込まれたばね部材１０のばね定数は、周辺に組み込まれたばね部材１０’のばね定数よりも大きい。横方向における接合ヘッド９の加速度は、固定面２２の形状に作用を及ぼさない。

図８ｂには、接合すべき表面の法線方向に加速度が生じたときの、本発明による接合ヘッド９が示されている。中央のばね部材１０のばね定数のほうが大きいことから、固定面２２の中央部分にはあまり強く慣性の作用が及ぼされず、あるいは換言するならば、固定面２２の中央部分は、周辺部分よりも迅速に追従して反応する。有利には、コンタクト面および設けられているエアクッションに急速に接近することによって、湾曲も生じる。同一のばね部材であったならば、並進運動によって固定面２２に向かって形成される動圧が、対称に後方に向かって固定面２２を押圧することになるであろう。ただし、周辺のばね部材１０’は中央のばね部材１０よりも小さいばね定数を有しており、周辺のばね部材１０’はいっそう弾力性があることから、それらはいっそう容易に撓む。つまり慣性のほか、発生する動圧によっても、湾曲が引き起こされる。このような機械的非対称性によって、固定面２２ひいてはそこに固定されたチップ７は凸状に湾曲し、ダイレクト接合のために最適なコンタクトポイント２３を形成することができる。このようにすれば、チップ７が最初に側方でまたは平面的に接触することが排除される。

１、１’ エジェクタ機構
１ｏ、１ｏ’ エジェクタ表面
２ 凹部
３ 貫通案内部
４ リフト機構
５ グリップヘッド
６ 固定手段
７ チップ
７ｂ 接合表面
７ｒ 裏側面
８ シーリング部材
９ 接合ヘッド
１０、１０’ ばね部材
１１、１１’、１１’’ 基板
１２ 切れ目
１３ コンタクト
１４ フレーム
１５ テープシート
１５ｏ テープシート表面
１５ｒ テープシート裏側
１６ ダイシング機構
１７ 保護層
１８ 接着剤
１９ 最終製品
２０ 誘電体表面
２１ 液体
２２ 固定面
２３ マスク
２４ 開口部
２５ 光学系
ｄ１、ｄ２ 厚さ
Ｅ 一致平面
ｔ 深さ
Ｚ１、Ｚ２ 拡大図

Claims (14)

1. チップ（７）を半導体基板（１１’）または別のチップに接合する方法において、
   前記チップ（７）を、前記半導体基板（１１’）または前記別のチップにダイレクト接合し、
   前記チップ（７）を接合するボンディングウェーブは、前記チップ（７）の中央から外側へと伝播する
   ことを特徴とする方法。
2. 前記ダイレクト接合を、ハイブリッド接合表面である、前記チップ（７）の接合表面（７ｂ）において行う、
   請求項１記載の方法。
3. 前記チップ（７）をポジショニングし、該チップ（７）のセルフアライメントを行う、
   請求項１または２記載の方法。
4. 前記チップ（７）を製造するために、基板（１１）を支持体（１５）上に固定し、その後、前記基板（１１）を複数のチップ（７）に個別化する、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記基板（１１）を前記支持体（１５）上に固定する前に、前記基板（１１）の接合表面（７ｂ）を洗浄する、
   請求項４記載の方法。
6. 前記チップ（７）の接合表面（７ｂ）を、前記支持体（１５）からの取り外し中および／または別のポジションへの搬送中に洗浄する、
   請求項４または５記載の方法。
7. 前記基板（１１）の接合表面（７ｂ）には事前に切れ目（１２）が作り込まれており、前記チップ（７）を機械式ダイシング手段により個別化する、
   請求項４、５または６記載の方法。
8. チップ（７）を半導体基板（１１’）または別のチップに接合する装置において、
   ダイレクト接合により前記半導体基板（１１’）または前記別のチップに接合されたチップ（７）を有し、
   前記チップ（７）を接合するボンディングウェーブが前記チップ（７）の中央から外側へと伝播する
   ことを特徴とする装置。
9. 前記チップ（７）をポジショニングおよび／または固定するための凹部（２）を備えたエジェクタ機構（１）を有する、
   請求項８記載の装置。
10. 貫通案内部（３）が、前記凹部（２）の底部面に設けられており、
    グリッパ（５）が前記チップ（７）に接近できるようにするため、前記貫通案内部（３）を通ってリフト機構（４）が前記チップ（７）を持ち上げ可能である、
    請求項９記載の装置。
11. 前記グリッパ（５）は、前記チップ（７）の接合表面（７ｂ）とは反対側の固定表面に前記チップ（７）を固定する、
    請求項１０記載の装置。
12. 前記凹部（２）の深さ（ｔ）は前記チップ（７）の高さに相応する、
    請求項９、１０または１１記載の装置。
13. 開口部（２４）を備えたマスク（２３）を有しており、
    該マスク（２３）は、前記開口部（２４）が接合すべき次のチップ（７）の上方に位置するようになるまで、前記チップ（７）が装填された前記エジェクタ機構（１、１’）の上方を移動可能である、
    請求項９、１０、１１または１２記載の装置。
14. 前記チップ（７）を固定、搬送および接合するための接合ヘッド（９）を有する、
    請求項８、９、１０、１１、１２または１３記載の装置。

Images