KR102494914B1 - 기판을 접합하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

기판을 접합하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102494914B1
KR102494914B1 KR1020187021452A KR20187021452A KR102494914B1 KR 102494914 B1 KR102494914 B1 KR 102494914B1 KR 1020187021452 A KR1020187021452 A KR 1020187021452A KR 20187021452 A KR20187021452 A KR 20187021452A KR 102494914 B1 KR102494914 B1 KR 102494914B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bonding
substrate
pressure
substrates
junction
Prior art date
Application number
KR1020187021452A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180114896A (ko
Inventor
토마스 바겐레이트너
안드리아스 페쿠러
Original Assignee
에베 그룹 에. 탈너 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에베 그룹 에. 탈너 게엠베하 filed Critical 에베 그룹 에. 탈너 게엠베하
Priority to KR1020237003142A priority Critical patent/KR102580005B1/ko
Publication of KR20180114896A publication Critical patent/KR20180114896A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102494914B1 publication Critical patent/KR102494914B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • H01L21/2003Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy characterised by the substrate
    • H01L21/2007Bonding of semiconductor wafers to insulating substrates or to semiconducting substrates using an intermediate insulating layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/185Joining of semiconductor bodies for junction formation
    • H01L21/187Joining of semiconductor bodies for junction formation by direct bonding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00261Processes for packaging MEMS devices
    • B81C1/00269Bonding of solid lids or wafers to the substrate
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C3/00Assembling of devices or systems from individually processed components
    • B81C3/001Bonding of two components
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017Apparatus for fluid treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092Apparatus for mechanical treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

2개의 기판을 접합하기 위한 방법 및 장치가 제안된다.

Description

기판을 접합하기 위한 방법 및 장치
본 발명은 제1 기판을 제2 기판과 접합하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
마이크로전자장치 및 마이크로시스템 기술의 거의 모든 분야에 있어서 점진적 소형화(miniaturization)로 인해 모든 기술들이 지속적으로 개발되는데, 이 기술을 이용하여 기판 상에 있는 모든 유형의 기능 유닛(functional unit)의 밀도가 증가할 수 있다. 이러한 기능 유닛들은 예를 들어, 마이크로컨트롤러, 메모리 칩, MEMS, 모든 타입의 센서 또는 마이크로유체 구성요소들을 포함한다.
이러한 기능 유닛들의 횡방향 밀도(lateral density)를 증가시키기 위한 기술은 최근에 급속하게 향상되어왔다. 마이크로 전자장치 또는 마이크로시스템 기술의 몇몇 분야에서, 이제까지는, 기능 유닛들의 횡방향 밀도를 더 증가시키는 것이 가능하지 않았었다. 마이크로칩 제조에서, 리소그래피 방식으로 제작되어야 하는 구조(structure)에 대해 최대 구현가능한 해상도(resolution) 한계는 구현할 수 있는 최대였다. 따라서, 수년 안에는, 물리적 또는 기술적 한계로 인해, 기능 유닛의 가로방향 밀도를 증가시키도록 허용하지 않을 것이다. 업계는 2.5D 및 3D 기술의 발전에 의해 수십 년 동안 이러한 문제점들을 해결하려고 노력하여 왔다. 이러한 기술들을 이용하여, 동일하거나 심지어 서로 다른 타입의 기능 유닛들을 서로에 대해 정렬시키고, 서로 상하로 적층시키며, 서로 영구적으로 접합시키고, 적합한 스트립 전도체에 의해 서로 이들을 가교결합하는 것이 가능하다.
이러한 구조물을 제조하기 위한 주요 핵심 기술 중 하나는 영구 접합(permanent bonding)이다. 영구 접합은 기판의 분리가 기판의 연계된 파괴 및 고 에너지 소모에 의해서만 가능하도록 기판이 서로 접합될 수 있는 방법을 의미한다. 당업자에게 공지된 바와 같은 다양한 유형의 영구 접합이 있다.
가장 중요한 영구 접합 방법 중 하나는 직접 접합 또는 분자 접합으로도 지칭되는 융합 접합(fusion bonding)이다. 융합 접합은 2개의 기판을 영구 접합하는 2-단계 공정을 의미한다. 또한 사전-접합으로 지칭되는 제1 단계에서, 기판은 반 데르 발스력과 같은 비교적 약한 원자력에 의해 서로 고정되고 제2 단계에서 공유 접합의 형성에 의해 분자 및/또는 원자 방식으로 서로 접합된다. 융합 접합은 비-금속 유기 재료의 표면에서 주요하게 발생된다.
사전-접합에 의해 야기된 접합 강도는 그러나 서로에 대한 기판의 변위 없이 2개의 기판을 이동하기에 충분하다. 따라서, 두 기판 사이의 접합 강도가 적층 기판(substrate stack)을 쉽게 이동시키기 충분할 수 있다 하더라도, 접합 강도는 매우 낮아서 특정 장치를 사용하면 두 기판이 비-파괴 방식으로 반복적으로 분리될 수 있다. 이는, 사전접합 후에, 두 구조(structure)의 구성이 측정될 수 있으며, 그들의 상대적 위치, 비틀림(비틀림) 및 배향이 결정될 수 있다는 주된 이점을 가진다. 측정 절차 동안, 오배향 및/또는 구조의 국부적인 및/또는 전체적인 비틀림이 존재하거나 또는 경계면 내에 입자가 존재하는 경우, 이에 따라 적층 기판은 다시 분리되고 재처리될 수 있다. 성공적이며 대부분 승인된 사전접합 후에, 열처리 공정에 의해 영구 접합이 형성된다. 열처리 공정 동안, 두 기판의 표면 연결은 열에너지를 공급함으로써 화학적 및/또는 물리적으로 강화된다. 이러한 영구 접합은 두 기판의 비-파괴적 분리가 더 이상 가능하지 않다는 측면에서 비가역적이다(irreversible). 이에 따라, 사전접합과 영구 접합은 더 이상 명시적으로 구분지어 질 수 없지만 일반적으로는 오직 하나의 접합 만이 존재한다.
가장 일반적인 융합 접합은 실리콘 및 실리콘 옥사이드(silicon oxide) 기판 위에서 수행된다. 실리콘은 반도체적 성질로 인해 마이크로 전자장치 구성요소, 가령, 마이크로칩 및 메모리 제조에서 베이스 재료로서 사용된다. 고도로 폴리싱된(polished) 또는 랩핑된 금속 표면 또는 평평한 유리 표면 사이에서 소위, 직접 접합(direct bond)도 형성될 수 있다. 이 접합 성질은 융합 접합의 접합 성질과 상이하다. 그러나, 접합파(bonding wave)를 진행(advancing)시킴으로써 두 표면들이 서로 접촉할 수 있는 메커니즘은 동일한 물리 법칙으로 기술될 수 있다. 또한, 소위 하이브리드 접합(hybrid bond)에 의해 두 하이브리드 표면(hybrid surface)을 접합시키는 것도 고려해 볼 수 있다. 하이브리드 표면은 2개 이상의 서로 다른 재료로 구성된 표면으로 정의된다. 두 재료 중 하나는 일반적으로 작은 공간에 제한되며 제2 재료는 제1 재료를 둘러싼다. 예를 들어, 금속 접촉(metal contact)은 유전체(dielectrics)에 의해 둘러싸인다. 하이브리드 접합이 두 하이브리드 표면의 접합에 의해 형성될 때, 접합파(bonding wave)는 주로 융합 접합에 의해 유전체 사이에서 진행되며(driven), 금속 접촉은 접합파에 의해 자동적으로 만난다. 유전체 및 저-k 재료(low-k material)의 예는:
● 비-실리콘계:
폴리머, 가령, 폴리아미드, 아로마 폴리머(aromatic polymer), 패럴린, PTFE;
비결정질 탄소(amorphous carbon);
● 실리콘계:
실리케이트계, 가령, TEOS(테트라에틸 오르도실리케이트), SiOF, SiOCH, 글래스(보로실리케이트 글래스, 알로미노실리케이트 글래스, 리드 실리케이트 글래스, 알카리실리케이트 글래스 등);
일반, 가령, Si3N4, SiC, SiO2, SiCN;
실세스스퀴옥산, 가령, HSSQ, MSSQ이다.
두 기판의 영구 접합에 있어서 가장 큰 기술적 문제점 중 하나는 개별 기판들 사이의 기능 유닛들의 정렬 정밀성(alignment accuracy)이다. 기판이 정렬 설비에 의해 서로에 대해 매우 정밀하게 정렬될 수 있음에도 불구하고, 접합 공정 동안, 기판의 자체적인 비틀림(distortion)이 발생할 수 있다. 이런 방식으로 발생되는 비틀림으로 인해, 기능 유닛들이 반드시 모든 위치에서 서로 정확하게 정렬되지 않는다. 기판 상의 특정 지점에서 정렬 정밀도는 비틀림, 스케일링 오류(scaling 오류), 렌즈 오류(확대 또는 축소 오류) 등의 결과일 수 있다. 반도체 산업에서, 이러한 문제점들에 관한 모든 주제들은 용어 "오버레이(overlay)" 하에 포함된다. 이런 주제에 상응하는 개론은 가령 예를 들어 문헌 [Mack, Chris. Fundamental Physics of Optical Lithography - The Science of Microfabrication. WILEY, 2007, Reprint 2012]에서 찾아볼 수가 있다.
각각의 기능 유닛은 실제 제조 공정(production process) 전에 컴퓨터로 설계된다. 예를 들어, 스트립 전도체, 마이크로칩, MEMS, 또는 마이크로시스템 기술을 사용하여 제조될 수 있는 그 외의 다른 임의의 구조가 CAD(컴퓨터-보조 디자인) 프로그램으로 설계된다. 그러나, 기능 유닛들의 제작 동안, 컴퓨터 상에서 설계되는 이상적인 기능 유닛과 청정 공간에서 제작되는 실제 기능 유닛 간에 편차(deviation)가 존재한다는 것이 밝혀졌다. 그 차이는 주로 하드웨어의 한계 따라서, 엔지니어링 문제점 때문이지만 매우 종종 물리적인 한계 때문일 수도 있다. 따라서, 포토리소그래피 공정(photolithographic process)에 의해 제작되는 구조의 해상도 정밀도(resolution accuracy)는 사용되는 광(light)의 파장(wavelength)과 포토마스크(photomask)의 구멍(aperture) 크기에 의해 제한된다. 마스크 비틀림(mask distortion)은 포토레지스트 내로 직접 전달된다. 드라이브,(선형) 모터 및 기계장치의 포지셔닝 장치는 주어진 허용오차(tolerance) 내에서 재현가능한 위치(reproducible position)에만 접근될 수 있다. 따라서, 기판의 기능 유닛들이 컴퓨터에 설계된 구조와 동일할 수 없다는 사실은 놀라운 것이 아니다. 따라서, 모든 기판들은 접합 공정 전의 이상적인 상태로부터 무시하지 못하는 편차(deviation)를 이미 갖고 있다.
두 기판 중 어느 기판도 접합 공정에 의해 비틀리지 않는다는 가정 하에서, 두 기판의 서로 맞은편에 있는 두 기능 유닛들의 위치 및/또는 형태를 비교하면, 일반적으로 기능 유닛들이 불완전하게 일치하는데, 그 이유는 위에서 언급한 오류들에 의해 이상적인 컴퓨터 모델로부터 벗어나기 때문이다. 가장 빈번한 오류는 도 8에 도시된다( http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Overlay------_typical-_model_terms_DE.svg , 24.05.2013 and Mack, Chris. Fundamental Principles of Optical Lithography - The Science of Microfabrication . Chichester : WILEY , p. 312, 2007, Reprint 2012에서 복사함). 도면들에 따르면, 전체적 및 국부적인 대칭 및 비대칭 오버레이 오류는 서로 대략적으로 구분될 수 있다.
전체적인 오버레이 오류가 균질하며 따라서 위치에 무관하다. 이는 위치에 무관하게 두 맞은편 기능 유닛들 간에 똑같은 편차를 형성한다. 일반적인 전체 오버레이 오류는 서로에 대한 두 기판의 병진운동(translation) 또는 회전운동에 의해 형성되는 오류(I 및 II)이다. 두 기판의 병진운동 또는 회전운동은 그 순간 기판 상에서 반대인(opposite) 모든 기능 유닛들에 대한 상응하는 병진운동 또는 회전운동 오류를 발생시킨다. 국부적인 오버레이 오류는 위치에 따라, 이 경우에서는, 연속적으로 진행되는 접합파(bonding wave)에 의해 주로 야기되는 탄성 및/또는 소성에 의해 발생된다. 위에서 기술된 오버레이 오류들 중에서, 오류(III 및 IV)가 주로 런-아웃 오류(run-out fault)로 지칭된다. 이러한 오류들은 접합 공정 동안 하나 이상의 기판의 비틀림에 의해 주로 발생한다. 또한, 제2 기판의 기능 유닛들에 대해 제1 기판의 기능 유닛들도 하나 이상의 기판의 비틀림에 의해 비틀린다. 그러나, 접합 공정에 의해 오류(I 및 II)도 발생할 수 있으나, 이러한 오류들은 일반적으로 오류(III 및 IV)에 의해 상당히 오버레이되어 상당히 어렵게 인식되고 측정될 수 있다.
종래 기술에는, 국부적인 비틀림이 적어도 부분적으로 줄어들 수 있는 시스템이 이미 존재한다. 활성 제어 요소(active control element)의 사용으로 인한 국부 비틀림 문제에 대해 기술된다(WO 2012/083978A1호).
종래 기술에는, "런-아웃" 오류의 보정(correction)에 대해 초기 접근법이 존재한다. 제US 20120077329 A1호는 고정되지 않는 하부 기판에 의해 접합 동안 및 접합 후에 두 기판의 기능 유닛들 사이에서 원하는 정렬 정밀도를 구현하기 위한 방법에 대해 기술하고 있다. 이런 방식으로, 하부 기판에는 경계 조건(boundary condition)이 제공되지 않으며 접합 공정 동안 상부 기판에 자유롭게 접합될 수 있다. 종래 기술에서 중요한 특징은, 일반적으로 진공 장치에 의해 기판을 평평하게 고정시킬(flat fixing) 수 있다는 점이다.
대부분의 경우에서 보다 현저하게 발생되는 "런-아웃" 오류는 접촉 지점 주위에서 반경 방향으로 대칭으로 발생되며 따라서 접촉 지점으로부터 주변(periphery)로 발생된다. 대부분의 경우, "런-아웃" 오류는 선형으로 증가하여 확대된다. 특정 상태 하에서는, "런-아웃" 오류가 비-선형적으로 증가할 수도 있다.
특히, 최적 상태 하에서, "런-아웃" 오류는 적합한 측정 장치(EP 2463892호)에 의해서 결정될 수 있을 뿐만 아니라 수학적 함수(mathematical function)에 의해서도 기술될 수 있다. "런-아웃" 오류가 잘 배열된 지점들 간의 스케일링(scaling) 및/또는 병진운동 및/또는 회전운동을 구성하기 때문에, 이들은 벡터 함수(vector function)로 기술되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 이러한 벡터 함수는 함수 f: R2 →R2이며, 따라서, 국부좌표계의 2-차원 형성 영역을 런-아웃 벡터의 2-차원 값 범위 위에 형상화하는(image) 이미지 표준(imaging standard)이다. 상응하는 벡터장(vector field)의 정확한 수학적 분석이 수행될 수 없음에도 불구하고, 함수 성질들에 대해 가정이 구현된다. 벡터 함수는 큰 확률 Cn n>=1 함수이며, 따라서 이들은 한번 이상 연속적으로 미분가능하다(continuously differentiable). "런-아웃" 오류가 접촉 지점으로부터 에지(edge)를 향해 증가하기 때문에, 벡터 함수의 발산(divergence)은 아마도 제로(zero)로부터 상이할 것이다. 따라서, 벡터장(vector field)은 소스 필드(source field)일 가능성이 매우 크다.
본 발명의 목적은 접합 품질, 특히 기판의 에지(edge)에서 접합 정밀도(bond precision)가 증가하는 두 기판의 접합을 위한 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적은 청구항들의 특징들로 구현된다. 본 발명의 선호되는 개선점은 종속항들에 제공된다. 본 명세서, 청구항 및/또는 도면들에 제공된 특징들 중 2개 이상의 특징들을 조합한 모든 특징들은 본 발명의 범위 내에 있다. 주어진 값 범위에 대해, 지시된 한계값(limit) 내에 있는 값들은 경계값들로 간주되어야 하며 이들의 임의의 조합도 가능한 것으로 고려되어야 한다.
본 발명은 접합 중에, 특히 접합파의 이동 중에, 바람직하게는 융합 접합의 경우에 이 접합파가 영향을 미치는 것에 관한 것이다. 영향을 미치는 것(influencing)은 적어도 하나의 파라미터의 초기 상태의 목표된 능동 변화 및/또는 제어를 의미한다. 이들 파라미터는 특히 접합파가 이동하는 매질 및/또는 주변의 가스의 조성, 수분 함량, 압력, 온도일 수 있고, 특히 접합 챔버 진공 또는 대기, 기판의 형태 제어/변경 및/또는 이의 고정 간격 및/또는 간격일 수 있다.
본 발명에 따라서, 밀봉된 접합 챔버 내에서 제2 기판과 제1 기판의 접합, 바람직하게는 영구 접합, 특히 융합 접합을 위한 방법이 제공되며,
a) 기판을 고정하는 단계,
b) 기판을 배열하는 단계,
c) 기판을 서로 접근시키는 단계,
d) 접합 개시 지점에서 기판을 접촉시키는 단계,
e) 접합 개시 지점으로부터 기판의 측면 에지로 이동하는 접합파를 생성하는 단계,
f) 접합파에 영향을 미치는 단계(influencing)를 포함한다.
선호되는 실시예에서, 단계 f)에서 접합 챔버 내에서 압력의 조절된 및/또는 제어된 변화에 의해 접합파의 목표된 방식으로의 영향을 미치는 단계가 수행된다.
본 발명에 따라서, 특히 본 발명의 종속항에서, 밀봉된 접합 챔버 내에서 제2 기판과 제1 기판의 접합, 바람직하게는 영구 접합, 특히 융합 접합을 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은
a) 기판을 고정하는 단계,
b) 기판을 배열하는 단계,
c) 기판을 서로 접근시키는 단계,
d) 접합 개시 지점에서 기판을 접촉시키는 단계,
e) 특히 하나 이상의 기판의 고정을 해제함으로써 기판의 측면 에지로 접합 개시 지점으로부터 이동하는 접합파를 생성하는 단계,
f) 접합파, 특히 조절된 및/또는 제어된 압력 변화에 영향을 미치기 위해 압력을 증가시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따라서, 본 발명의 독립적인 요지로서, 접합 챔버 내에서 제2 기판과 제1 기판의 접합, 바람직하게는 영구 접합, 특히 융합 접합을 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은
a) 기판을 고정하는 단계,
b) 기판을 배열하는 단계,
c) 기판을 서로 접근시키는 단계,
d) 접합 개시 지점에서 기판을 접촉시키는 단계,
e) 기판의 측면 에지로 접합 개시 지점으로부터 이동하는 접합파를 생성하기 위하여 서로를 향하여 기판의 조절된 접근 및 하나 이상의 기판의 고정을 유지시키는 단계,
f) 접합파에 영향을 미치도록 기판의 간격의 조절된 및/또는 제어된 변화를 수행하는 단계를 포함한다.
선호되는 실시예에서, 단계 e)에서 하나 이상의 기판의 고정이 유지되고 기판은 조절된 방식으로 서로에 대해 접근하여 접합파가 생성되고, 단계 f)에서 기판의 간격의 조절된 및/또는 제어된 변화에 의해 접합파에 영향을 미치는 단계가 수행된다.
접합파에 특히 효과적으로 영향을 미치는 것이 바람직하게 가능하다.
선호되는 실시예에 따라서, 압력 변화는 1 mbar/초 초과, 바람직하게는 10 mbar/초 초과, 더욱 바람직하게는 100 mbar/초 초과, 더욱 더 바람직하게는 500 mbar/초 초과, 재차 더 바람직하게는 1000 mbar/초 초과, 가장 바람직하게는 2000 mbar/초 초과이다. 접합파에 특히 효과적으로 영향을 미치는 것이 바람직하게 가능하다.
또 다른 선호되는 실시예에 따라서, 접합파의 속도가 0.1 cm/s 초과, 바람직하게는 1 cm/s 초과, 더욱 바람직하게는 10 cm/s 초과, 특히 바람직하게는 100 cm/s 초과, 더욱 더 바람직한 경우 200 cm/s 초과, 가장 바람직한 경우 1000 cm/s 초과만큼 지연되도록 접합파에 영향이 미친다. 접합파에 특히 효과적으로 영향을 미치는 것이 바람직하게 가능하다.
또 다른 선호되는 실시예에 따라서, 압력은 접합 챔버 내에서 센서로 측정되고 압력의 변화는 측정된 값에 따라 제어된다. 압력 변화의 특히 정밀한 제어가 바람직하게는 가능하다.
선호되는 실시예에서, 압력의 변화는 이동 피스톤에 의해 수행되고 피스톤은 접합 챔버의 체적을 감소시킨다. 대안으로 및/또는 추가로, 압력의 변화는 가열 및/또는 냉각 장치에 의해 수행되고, 가열 및/또는 냉각 장치는 접합 챔버 내의 온도를 변화시키고 특히 증가시킨다. 대안으로 또는 추가로, 압력의 변화는 펌프에 의해 수행되고, 펌프는 접합 챔버 내로 가스 및/또는 가스 혼합물을 펌핑하고 및/또는 접합 챔버로부터 가스 및/또는 가스 혼합물을 흡입한다. 대안으로 및/또는 추가로, 압력을 변화시키기 위해 가스 및/또는 가스 혼합물은 압력 용기로부터 밸브를 통하여 접합 챔버 내로 이송되고 및/또는 압력이 진공 용기 내에서 밸런싱된다.
선호되는 실시예에 따라서, 압력을 변화시키기 위해 가스 및/또는 가스 혼합물은 1개 이상, 바람직하게는 2개 이상, 특히 바람직하게는 3개 이상, 매우 특히 바람직하게는 5개 이상, 더욱 더 바람직하게는 7개 이상, 가장 바람직하게는 10개 이상의 노즐, 특히 슬릿 노즐을 통하여 이동한다. 접합파에 특히 효과적으로 영향을 미치는 것이 바람직하게 가능하다.
본 발명의 또 다른 요지는 2개의 기판을 포함하는 용품에 관한 것으로, 기판은 전술된 실시예 중 하나의 실시예에 따른 방법을 사용하여 접합된다.
본 발명의 또 다른 요지는 전술된 실시예 중 하나의 실시예에 따른 방법을 사용하여 제2 기판과 제1 기판의 접합, 바람직하게는 영구 접합, 특히 융합 접합을 위한 플랜트에 관한 것으로,
a) 접합 챔버,
b) 기판을 보유하고 고정하기 위한 고정 장치 - 상기 고정 장치는 접합파를 생성하고 기판을 접촉시키고 기판의 상호접근을 위해 구성됨 - ,
c) 접합파에 영향을 미치기 위한 영향 수단을 포함한다.
선호되는 실시예에서, 영향을 미치기 위한 영향 수단은 접합파에 영향을 미치기 위해 접합 챔버 내에서 압력을 변화시키기 위한 압력-변화 수단을 포함한다. 접합파에 특히 효과적으로 영향을 미치는 것이 바람직하게 가능하다.
선호되는 실시예에서, 영향을 미치는 수단은 접합파에 영향을 미치기 위해 기판의 간격을 변화시키기 위한 간격-변화 수단을 포함한다. 접합파에 특히 효과적으로 영향을 미치는 것이 바람직하게 가능하다.
또 다른, 특히 본 발명의 독립적인 요지는 전술된 실시예 중 하나의 실시예에 따른 방법을 사용하여 제2 기판과 제1 기판의 접합, 바람직하게는 영구 접합, 특히 융합 접합을 위한 플랜트에 관한 것으로,
a) 접합 챔버,
b) 기판을 보유하고 고정하기 위한 고정 장치 - 상기 고정 장치는 특히 하나 이상의 기판의 고정을 해제함으로써 기판을 접촉시키고 접합파를 생성하며 기판의 상호 접근을 위해 구성됨 - ,
c) 접합 챔버 내의 압력을 변화시키기 위한 압력-변화 수단, 특히 접합파에 영향을 미치기 위한 압력-증가 수단을 포함한다.
또 다른, 특히 본 발명의 독립적인 요지는 전술된 실시예 중 하나의 실시예에 따른 방법을 사용하여 제2 기판과 제1 기판의 접합, 바람직하게는 영구 접합, 특히 융합 접합을 위한 플랜트에 관한 것으로,
a) 접합 챔버,
b) 기판을 보유하고 고정하기 위한 고정 장치 - 상기 고정 장치는 기판을 접촉시키고 접합파를 생성하며 기판의 상호 접근을 위해 구성됨 - ,
c) 접합파에 영향을 미치기 위해 기판의 간격을 변화시키는 간격-변화 수단을 포함한다.
접합은 당업자에게 공지된 방법으로 접촉 면들 사이의 접촉에 의해 개시된다. 적합한 접합 수단이 특히 장치에 따라 제공된다.
초기 상태에서, 기판은, 접촉 표면 위로 돌출하는 임의의 구조물(마이크로칩, 기능 구성요소) 및 기판 허용오차(substrate tolerance), 가령, 굽힘 및/또는 두께 변화에도 불구하고, 일반적으로 특히 한 접촉 표면 위에서 다소 평평하다. 초기 상태에서, 그러나, 대부분의 경우에서, 기판은 0(zero)이 아닌 곡률(curvature)을 가진다. 300 mm의 웨이퍼에 대해서, 50 μm 미만의 곡률이 일반적이다. 수학적 관점에서 바라보았을 때, 곡률이란 평면 상태로부터 곡선(curve)의 국부적인 편차(local deviation)를 위한 측정값으로 고려될 수 있다. 특정 경우에서, 직경에 비해 두께가 작은 기판이 고려된다. 따라서, 우수한 근사화(good approximation)를 위해서는, 평면의 곡률이 중요할 수 있다. 평면의 경우, 앞에서 언급한 평평한 상태(flat state)는 곡률이 검사되는 지점에서의 곡선의 접선 평면(tangential plane)이다. 일반적으로, 바디(body), 특정 경우에서 기판은 균일한 곡률을 가지지 않아서 곡률은 그 지점(site)의 명백한 함수이다. 따라서, 가령 예를 들어 중심(center)에서 오목한 곡률을 가진 비-평면 기판이 될 수도 있고, 그 외의 다른 지점들에서는, 볼록한 곡률을 가질 수도 있다. 따라서, 가장 단순한 경우, 곡률은 수학자, 물리학자 및 엔지니어에게 알려져 있는 수학적인 깊은 세부내용들로 갈 필요 없이 오목하거나 볼록한 것으로만 기술된다.
특히, 본 발명에 따른 대부분의 실시예들에 대한 개별적인 핵심 개념은, 서로 접합되는 두 기판의 곡률반경이 기판의 접촉 영역, 따라서, 접합 라인(bond line) 또는 접합파의 한 접합 전방(bond front) 상에서는 적어도 동일하거나 혹은 서로로부터 적어도 단지 조금만 벗어나 있다는 점이다. 따라서, 기판의 접합 라인/접합 전방 상에서 곡률반경의 차이는 10 m 이하, 바람직하게는 1 m 이하, 더 바람직하게는 1 cm 이하, 가장 바람직하게는 1 mm 이하, 보다 더 바람직하게는 0.01 mm 이하, 그 중에서도 가장 바람직하게는 1 μm 이하이다. 일반적으로, 곡률반경을 최소화시키는 본 발명의 모든 실시예들이 바람직하다. 달리 말하면, 본 발명은 "런-아웃" 오류로 지칭되는 국부적인 정렬 오류가 최소가 되도록 두 기판을 서로 접합할 수 있는 플랜트 및 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 두 기판이 서로에 대해 국부적으로 이동하지(shift) 않도록 따라서 정확하게 정렬되도록 접합파를 형성하는 데 영향을 미치는 요인들이 선택되게 하기 위하여, 특히 기하학적, 열역학적, 및/또는 기계적 상쇄 메커니즘(compensation mechanism)에 의해, 서로 접합되어야하는 두 기판을 제어하는 개념에 기초한다. 덧붙여, 본 발명은, 본 발명에 따라 런-아웃 오류가 줄어든, 서로 접합되어야 하는 두 기판으로 구성된 물품(article)을 기술하고 있다.
접합 중에 본 발명에 따른 특정 공정, 특히 영구 접합, 바람직하게 융합 접합은 2개의 기판의 최대 동심 지점 유사 접촉이다. 일반적으로 두 기판의 접촉은 비-동심 방식으로 수행될 수 있다. 비-동심 접촉 지점으로부터 진행되는(propagating) 접합파는 서로 다른 시간에 기판 에지(substrate edge)의 서로 다른 위치에 도달할 수 있다. 접합파 거동(behavior) 및 그에 따른 "런-아웃" 오류 상쇄에 대한 완전한 수학적-물리적 기술내용은 이에 상응하게 복잡하다. 그러나, 일반적으로, 접촉 지점이 기판의 중심으로부터 멀리 떨어져 있지 않으며 이에 따른 효과는 적어도 에지에서만은 무시할 수 있을 것이다. 기판의 중심과 비-동심 접촉 지점 사이의 거리는 150 mm 이하, 바람직하게는 10 mm 이하, 더 바람직하게는 1 mm 이하, 가장 바람직하게는 0.1 mm 이하, 그 중에서도 가장 바람직하게는 0.01 mm 이하이다. 하기 기술내용에서, 접촉은 보통 중심에서의 접촉을 의미한다. 더 넓은 의미에서의 중심은 필요 시에 비대칭성(asymmetry)에 의해 상쇄된 이상적인 바디의 기하학적 중심 지점으로 정의되는 것이 바람직하다. 따라서, 노치(notch)를 가진 상용 웨이퍼에서, 중심은 노치가 없는 이상적인 웨이퍼를 둘러싸는 원의 중심점이다. 평평 부분(평평한 면)을 가진 상용 웨이퍼에서, 중심은 평평 부분이 없는 이상적인 웨이퍼를 둘러싸는 원의 중심점이다. 임의의 형태를 가진 기판에도, 이와 비슷하게 고려된다. 접합파의 개시를 위해 기판은 특히 동심 지점-형 방식으로 병진운동 접근법에 의해 접촉한다. 임의의 접촉 지점이 이론적으로 가능하다. 특정 실시예에서, 중심은 기판의 무게 중심을 의미하는 것으로 이해하는 것이 유용하다. 두 기판 중 하나 이상의 기판은 중력을 고려하여 바람직하게는 다른 기판의 방향으로 인가 곡률(impressed curvature)을 가지며 따라서 대한 병진운동 접근 방향으로 제2 기판에 대해 상대적으로 작은 거리에서 자동으로 접촉할 것이다.
두 기판의 중심에 접촉을 완료하고 난 후에, 상부 기판 홀더의 고정이 해제된다(released). 상부 기판은 한편으로는 중력으로 인해 다른 한편으로는 기판들 사이에서 접합파를 따라 작용하는 접합력(bond force)으로 인해 떨어진다. 상부 기판은 중심으로부터 측면 에지(side edge)까지 하부 기판에 반경 방향으로 연결된다. 따라서, 본 발명에 따른 특히 중심으로부터 측면 에지까지 형성되는 반경방향의 대칭 접합파 배열이 형성된다. 접합 공정 동안, 두 기판은 기판들 사이에 존재하는 가스, 특히 공기를 접합파 전방에서 압축시키고(press), 따라서 가스 포함 없이 접합 경계 표면을 위해 제공된다. 상부 기판은 떨어지는 동안 실질적으로 특정 타입의 가스 쿠션(gas cushion) 위에 배열된다.
본 발명은 접합, 특히 융합 접합이 특히 배압 원리에 의해 가스 쿠션에 영향을 미치는 것을 기초로 한다. 본 발명에 따라서, 온도, 압력, 유동 조건 또는 기계적 힘의 효과에 의해 발생되는 사전 접합 및 반력을 야기하는 약한 인력 사이의 힘 비율은 능동적이고 동적으로 영향을 받는다.
접합 개시 지점에서 접합이 시작되고 난 뒤, 제1/상부 기판은 추가로 고정되지 않으며, 따라서, 접합 개시 지점에서의 고정 없이도 자유로이 이동될 수 있으며 비틀릴 수도 있다. 반경방향 두께에 대해 매우 작은 각각의 원 세그먼트(circle segment)에는 본 발명에 따라 진행되는 접합파, 접합파 전방에서 발생되는 응력 상태(stress state) 및 기존의 기하학적 경계 조건(geometrical boundary condition)에 의해 비틀릴 것이다. 매우 작은 원 세그먼트는 수학적 계산에 대해 사용될 수 있는 원 세그먼트를 의미하는 것으로 이해된다. 원 세그먼트의 반경방향 두께는 1 mm 미만, 바람직하게는 100 μm 미만, 더욱 바람직하게는 10 μm, 가장 바람직하게는 1 μm 미만, 가장 더 바람직하게는 0.1 μm 미만일 수 있다. 그러나, 기판은 강성의 바디를 나타내기 때문에, 비틀림은 중심으로부터 거리의 함수로서 추가된다(add up). 이에 따라 본 발명에 따른 장치 및 방법에 의해 "런-아웃" 오류가 제거될 것이다.
본 발명은 또한 접합 공정 동안 특히 열역학적 및/또는 기계적 및/또는 유체-동역학적 상쇄 메커니즘에 의해 두 접합 기판 사이의 "런-아웃" 오류를 줄이거나 심지어 완전히 제거하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법 및 장치로 제조되는 물품을 취급한다.
제1 및/또는 제2 기판은 반경 방향으로 대칭인 것이 바람직하다. 기판이 임의의 직경을 가질 수 있지만, 웨이퍼 직경은 특히 1 인치, 2 인치, 3 인치, 4 인치, 5 인치, 6 인치, 8 인치, 12 인치, 18 인치 또는 18 인치 초과이다. 제1 및/또는 제2 기판의 두께는 1 μm 내지 10000 μm 사이, 더 바람직하게는 10 μm 내지 1500 μm 사이, 보다 더 바람직하게는 100 μm 내지 1000 μm 사이인 것이 바람직하다. 기판 스택의 두께는 1 μm 내지 10000 μm 사이, 바람직하게는 10 μm 내지 20 mm 사이이다. 선호되는 실시예에서, 기판은 또한 직사각형 형상 또는 원형 형상으로부터 야기되는 형상을 가질 수 있다. 하기에서, 기판은 특히 웨이퍼인 것으로 이해될 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 하부/제1 고정 장치는, 심지어 접촉 전에 추후의 접촉이 "런-아웃" 오류를 이상적으로는 완전히 상쇄할 수 있는 양만큼 가열 및/또는 냉각 수단에 의해 목표 방식으로 하부/제1 기판이 변형되도록, 특히 횡방향으로 수축 또는 연신되도록 형성된다.
이 실시예에서 하부/제1 기판의 고정은 상응하는 변형 후에 수행되지 않기 때문에, 특정 값이 하부/제1 고정 장치 또는 하부/제1 기판의 열팽창계수에 영향을 끼칠 필요가 없다. 본 발명에 따른 특정 모드에서, 하부/제1 기판의 접촉은 가열 및/또는 냉각 공정 이전에 수행된다.
가열 및/또는 냉각 공정 전에 고정시킴으로써, 하부/제1 기판은 하부/제1 고정 장치의 열팽창을 따르며, 이의 열팽창계수는 기판의(열) 팽창을 표시하도록 사용될 수 있다. 특히, 하부/제1 고정 장치 및 하부/제1 기판의 열팽창계수는 가열 및/또는 냉각 공정에서 어떠한 열 응력(thermal stress) 또는 적어도 작은 열 응력이 하부/제1 기판 내에 발생하도록 동일하다. 또한, 본 발명에 따르면, 열팽창계수가 서로 상이한 것도 고려해 볼 수 있다. 열팽창계수가 상이한 경우, 하부/제1 기판은 하부/제1 고정 장치의 열팽창을 따를 것이다.
여기서, 제1 및 제2 고정 장치 사이에 설정된 온도 차이는 20℃ 미만, 바람직하게는 10℃ 미만, 더 바람직하게는 5℃ 미만, 가장 바람직하게는 2℃ 미만, 그 중에서도 가장 바람직하게는 1℃ 미만이다. 본 발명에 따르면, 각각의 고정 장치는 가능한 최대한 균질하게 가열된다. 특히, 임의의 두 지점에서 온도 차이가 5℃ 미만, 바람직하게는 3℃ 미만, 더 바람직하게는 1℃ 미만, 가장 바람직하게는 0.1℃ 미만, 그 중에서도 가장 바람직하게는 0.05℃ 미만이다.
추가 실시예에서, 제1 고정 장치는 고정 장치가 기계적 구동 수단에 의해 고정 표면에서 목표 방식으로 변형, 특히 수축 및/또는 연신될 수 있도록 설계된다. 고정 장치에 대한 얇은 두께를 고려하여 제1 고정 장치의 표면 상에 고정된 제1 기판은 고정 장치의 변형에 따라 변형된다. 상기 고정 장치는 기판 고정 장치 주위에서, 바람직하게는 반경 방향으로 대칭으로 분포되어 배열된 공압 및/또는 유압 및/또는 압전 액추에이터에 의해 변형된다. 완전히 대칭인 순전히 반경 방향으로의 비틀림을 위해, 120°의 각거리(angular distance)로 배열된 3개 이상의 액추에이터가 필요하다. 바람직하게는 5개 초과의 액추에이터, 더 바람직하게는 10개 초과의 액추에이터, 바람직하게는 20개 초과의 액추에이터, 보다 더 바람직하게는 30개 초과의 액추에이터, 그 중에서도 가장 바람직하게는 50개 초과의 액추에이터가 사용된다.
본 발명에 따른 또 다른 실시예에서, 두 기판의 접촉 표면은 수직 위치에서 서로 접합된다. 상기 특정 실시예의 임무(task)는 중력에 의한 웨이퍼의 변형을 줄이는 데 있는데, 바람직하게는 웨이퍼를 적어도 대칭으로 배열시키는 데 있으며, 특히 바람직하게는 중력에 의한 변형을 완전히 방지하거나 및/또는 상쇄하는 데 있다. 두 기판은, 수직 위치에서, 접합 개시 지점에서 볼록한 표면이 접촉될 수 있도록, 한 개당 하나의 작동 수단, 특히 한 개당 하나의 핀에 의해 특히 접합 개시 지점에 대해 동시에 대칭으로 접합 개시 지점을 향해 굽어지는 것이 바람직하다. 특히, 기판 중 하나 이상을 고정 표면으로부터 분리시키고 그 후에 접촉시킴으로써 접합파를 사용하는 자동 접합 공정(automatic bonding process)이 시작된다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예에서, 접합파의 진행(propagation)에 영향을 미치는 하나 이상의 요인, 특히 진행 속도 및/또는 접촉 표면의 정렬에 영향을 미치는 하나 이상의 요인이 제어된다. 접합파는 특히 접합파의 속도에 대해 모니터링 된다. 이 속도는 특히 접합이 수행되는 환경에서 가스의 온도 및/또는 밀도 및/또는 조성 및/또 압력을 통해 동역학적으로, 특히 간접적으로 제어된다. 본 발명에 따른 또 다른 실시예에서, 특히 상부 기판 홀더의 고정은 2개의 기판의 중심의 접촉 후에 유지될 수 있다. 따라서, 접합파 또는 그 전파는 서로의 기판의 간격의 영향에 의해 변경 및/또는 중단될 수 있다. 따라서 간격을 제어함으로써 접합파에 재현가능한 영향이 미칠 수 있다. 본 발명에 따른 실시예는 바람직하게는 한정된, 특히 제어가능한 및/또는 조절가능한 대기에서 구현된다. 이 대기는 바람직하게는 접합 챔버에서 한정되고 밀봉된 공간 섹션에서 발생된다. 본 발명에 따른 방법이 바람직하게는 저압 대기, 바람직하게는 진공에서 수행되어야 할지라도, 또 다른 대기, 특히 상압 또는 과압의 영역에서 접합 공정을 수행하는 것이 선호될 수 있다.
점-유사 접촉(point contact)으로 인해, 본 발명에 따른 접합 공정에서 접합파는 항상 중심으로부터 측면 에지로 반경 방향으로 대칭으로 이동되고, 이 공정에서 접합파 전방에 있는 환형 가스 쿠션(annular gas cushion)을 가압한다. 특히, 접합파의 대략적으로 원형의 링 형태의 접합 라인(접합 전방)을 따라, 큰 접합력(bond force)이 제공되어 어떤 경우에서도 가스 버블(gas bubble)이 포함될 수 없다. 따라서, 상부/제2 기판은 접합 공정 동안 특정 타입의 가스 쿠션 위에 배열된다. 가스 쿠션의 특성 및 저항은 실시예에 의해 영향을 받을 수 있다.
본 발명에 따라 위에서 언급한 모든 실시예들은 저-진공(low vacuum)에서, 더 바람직하게는 고-진공(high vacuum)에서, 보다 더 바람직하게는 초고진공(ultrahigh vacuum)에서, 특히 100 mbar 미만, 바람직하게는 10-1 mbar 미만, 더 바람직하게는 10-3 mbar 미만, 보다 더 바람직하게는 10-5 mbar 미만, 가장 바람직하게는 10-8 mbar 미만의 압력으로 수행될 수 있다. 추가 실시예는 정압(대기압) 또는 초과 압력에서 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 추가 실시예에서, 가스 쿠션은 압력 증가에 의해 국부적으로 및 동역학적으로 상쇄될 수 있어서, 접합파의 진행 및 전파는 특히 지속적으로 증가하는 역-압력으로 느려지거나 방해를 받는다. 대안으로, 접합파의 가속을 위한 압력 감소는 본 발명에 따른 또 다른 실시예에서 가능하다.
접합파의 진행(course)의 시간 순서는 특히 압력의 변화에 영향을 받기 때문에 접합파의 진행과 압력의 변화 사이에는 상관 관계가 있다.
수학적으로 함수로 기재될 수 있는, 증가하는(배)압과 시간의 관계가 생성되도록 의도된다. 본 발명에 따른 접합파를 방해하기 위해, 접합 챔버, 특히 기판 사이의 압력의 함수(압력 구배라고도 함)는 엄격하게 단조 증가 함수에 의해 기술될 수 있어야 하며, 접합파의 지연에 사용될 수 있다. 가속의 경우, 압력 구배가 엄격하게 단조방식으로 떨어지거나 또는 일정한 함수로 설명될 수 있어야 한다.
단위 시간당 압력의 이 변화는 1 mbar/초 초과, 바람직하게는 10 mbar/초 초과, 더욱 바람직하게는 100 mbar/초 초과, 더욱 더 바람직하게는 500 mbar/초 초과, 재차 더 바람직하게는 1000 mbar/초 초과, 이상적인 경우 2000 mbar/초 초과이다. 본 발명에 따른 특정 중요한 사상은 초고 진공과 초과 진공 사이의 신속하고 재현가능한 가변 접합 챔버 압력 또는 가스 조성에 있다.
가스 쿠션의 특성의 정의 및 본 발명에 따른 가스/가스 혼합물의 선택에 의해 제2 기판이 얼마나 빨리 그리고 얼마나 많이 하강하거나 및/또는 연신될 수 있는지가 구현된다. 게다가, 접합파의 속도는 가스의 속성을 통해 제어될 수도 있다.
가스 혼합물의 조성은 본 발명의 또 다른 실시예, 특히 독립적인 형태에 따라 선택된다. 주어진 온도에서 이에 상응하게 낮은 관성(inertia)을 가진, 가능한 최대한 경량(light) 타입의 원자 및/또는 분자를 가진 가스가 사용되는 것이 바람직하다. 특히, 불활성 가스 및/또는 약하게 반응하는 가스가 사용되는 것이 바람직하다. 하기 가스 또는 가스 혼합물 중 하나가 특히 바람직하게 사용된다.
● 불활성 가스 또는 약하게 반응하는 가스, 특히
○ 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소
● 반응 가스, 특히
○ 수소, 일산화탄소, 암모니아, 수증기, 산소
따라서, 가스 구성요소 중 하나 이상의 구성요소의 몰 질량(mole mass)은 1000 g/몰 미만, 바람직하게는 100 g/몰 미만, 더 바람직하게는 10 g/몰 미만, 그 중에서도 가장 바람직하게는 1 g/몰 미만이다. 더 바람직하게는, 사용된 가스 혼합물의 밀도는 특히 가능한 최대한 작게 조절되거나 및/또는 온도는 특히 필요 시마다 높게 조절된다. 본 발명에 따르면, 가스 밀도는 10 kg/m3 미만, 바람직하게는 1 kg/m3 미만, 더 바람직하게는 0.1 kg/m3 미만, 가장 바람직하게는 0.01 kg/m3 초과이다. 본 발명에 따르면, 가스의 온도는 - 100°C 초과, 바람직하게는 - 50°C 초과, 더욱 바람직하게는 0°C 초과, 더욱 더 바람직하게는 100°C 초과, 더 바람직하게는 200℃ 초과, 가장 바람직하게는 300℃ 초과, 그 중에서도 가장 바람직하게는 400℃ 초과로 설정된다. 본 발명에 따르면, 위에서 언급한 파라미터들은 선택된 가스 혼합물 또는 가스 혼합물의 개별 구성요소들이 응축되지 않도록 선택된다. 이런 방식으로, 접합 공정 동안 기판의 표면에서 액체가 포함되는 것이 방지된다.
열역학적 속성이 다중-구성요소 상태 다이어그램에 도시된 가스 혼합물에도 이와 유사하게 고려된다. 가스 혼합물의 온도 및/또는 압력 및/또는 조성을 변경시킴으로써, 제1 및/또는 제2 기판의 운동학(kinematics)이 영향을 받고 이에 따라 "런-아웃" 오류가 감소된다.
본 발명의 추가의, 특히 독립적인 양태는 제1 기판 및/또는 제2 기판의 변형이 접합파의 진행에 대한 미리정해진 영향 인자들에 따라 제어되는 것으로 구성된다. 영향 인자는 특히 기판을 둘러싸고 있는 대기의 주변 압력, 대기에 존재하는 가스/가스 혼합물의 속성, 온도, 접합 개시 지점 외부의 기판들 사이의 간격, 기판의 접합 강도, 임의의 예비 처리 단계, 표면의 속성, 표면 거칠기, 표면의 재료뿐만 아니라 웨이퍼 두께/굴곡 강성에 영향을 미친다. 접합 개시 지점이 기판의 접촉 면의 중심에 배치되면, 접합파의 균일한, 특히 동심의 코스가 구현될 수 있다.
제1 기판 및/또는 제2 기판의 변형이 횡방향 및/또는 볼록 및/또는 오목한 형태로, 더욱 바람직하게는 미러-대칭 방식으로 수행되는 것이 특히 바람직하다. 즉, 본 발명에 따르면, 변형은 특히 제1 기판 및/또는 제2 기판의 연신 또는 압축 또는 굽힘을 통해 수행된다. 기판은 바람직하게는 대략 동일한 직경을 가지며, 특히 서로 5mm 미만, 바람직하게는 3mm 미만, 더욱 바람직하게는 1 mm 미만으로 발산된다.
고정 장치 상의 기판의 유지 및 고정은 임의의 공지된 기술을 사용하여 임의의 허용가능 방식으로 수행될 수 있다. 본 발명에 따르면, 진공 샘플 홀더, 정전기 샘플 홀더, 기계적 클램핑을 갖는 샘플 홀더가 특히 고려될 수 있다. 기판은 최대 가능한 유연성 및 고정부 내측에서 팽창의 자유도를 갖는 기판을 제공하기 위해 측면 에지의 영역에서 가능한 외측으로 배열되는 원 세그먼트에서만 고정된다.
기판(웨이퍼)은 표면 상에서 대응 구조물의 일치(congruence)를 보장하기 위하여(정확한 정렬, 특히 2 μm 미만, 바람직하게는 250 nm 미만, 더욱 바람직하게는 150 nm 미만, 가장 바람직하게는 100 nm 미만, 최적의 경우 50 nm 미만의 정확도) 접합 이전에 서로 정렬된다.
본 발명에 따른 접합 공정에서, 웨이퍼는 서로 평평하게 배치되는 것이 아니라 오히려 먼저 중심에서 서로 접촉하고, 2개의 웨이퍼 중 하나가 제2 웨이퍼에 대해 다소 압축되거나 또는 맞은편에 배열된 웨이퍼의 방향으로 상응하게 변형된다. 변형된(맞은편에 배열된 웨이퍼의 방향으로) 만곡된 웨이퍼의 분리 이후에, 연속적이고 보다 균일한, 특히 적어도 대부분 자동 접합이 가능한 최소한의 힘으로 접합 전면을 따라 및 따라서 접합파의 진행을 결과로서 최소의 가능한 한, 수평의 비틀림과 함께 발생된다.
특히, 모든 가변 파라미터는 기존의 초기 및 경계 조건에 대해 속도가 가능한 최대한 최적인 상태로 접합파가 진행되도록 선택되는 것이 바람직하다. 대개는, 기존의 환경에 대해, 특히 정상 압력에 대해, 접합파의 속도가 가능한 최대한 느린 것이 바람직하다. 접합파의 속도는 50 cm/초 미만, 더 바람직하게는 10 cm/초 미만, 더 바람직하게는 1 cm/초 미만, 가장 바람직하게는 0.1 cm/초 미만, 그 중에서도 가장 바람직하게는 0.01 cm/초 미만이다. 특히, 접합파의 속도는 0.001 cm/초 미만이다. 특히, 접합 전방을 따르는 접합파의 속도는 일정하다. 진공 환경에서, 접합파의 속도는 자동으로 더 빨라지게 되는데, 그 이유는 접합 라인을 따라 접합되는 기판들이 가스에 의한 임의의 저항을 극복할 필요가 없기 때문이다. 특히 선호되는 실시예는 초과 압력의 목표 사용에 따라 접합파의 이 가속도를 상쇄시키고, 0.1 cm/초 초과, 바람직하게는 1 cm/초 초과, 더욱 바람직하게는 10 cm/초 초과, 특히 바람직하게는 100 cm/초 초과, 최적의 경우 200 cm/초 초과로 접합파의 속도를 지연시키고, 접합파의 전파는 초과 압력에 의해 이론적인 중단될 수 있다(기술적/재료적으로 결정된 제한 압력에 도달될 때까지).
본 발명의 또 다른 실시예 특히 독립 형태에 따르면, "런-아웃" 오류는 접합 개시 지점의 외측 및/또는 접촉이 형성되기 전에 두 기판 사이에서 매우 작은 간격에 의해 중단된다. 이 간격은 특히 100 μm 미만, 바람직하게는 50 μm 미만, 더 바람직하게는 20 μm 미만, 가장 바람직하게는 10 μm 미만이다.
간격을 조절함으로써 변위되는 가스 체적이 추정될 수 있다. 이 목적을 위해, 기판은 무한히 강성의 플레이트로 간주될 수 있다. 이 특징적인 체적은 접합될 제1 기판의 영역 또는 제2 기판의 영역(A1 또는 A2)과 서로에 대한 기판의 간격(h)을 곱한 것으로 구성된다. 변위 체적은 기판 스택의 외부 주변부에 의해 가상으로 구분된다. 이러한 대략 원통형의 가상 영역은 기체 흐름의 한계(M, M', M")를 나타내며, 가스 쿠션은 접합파에 의해 접합 챔버 내로 가압되고 및/또는 가스가 유출되고 및/또는 흡입된다.
사전-접합의 개시 이전에 최대 간격은 1000 μm 미만, 바람직하게는 500 μm 미만, 특히 바람직하게는 200 μm 미만, 더욱 바람직하게는 100 μm 미만, 특히 선호되는 경우 50 μm 미만일 수 있다.
이들 간격에 대응하여, 31 ml 미만, 바람직하게는 16 ml 미만, 더욱 바람직하게는 6 ml 미만, 특히 바람직하게는 3 ml 미만, 가장 바람직하게는 2 ml 미만의 변위 체적이 200 mm에 따라 설정된다. 71 ml 미만, 바람직하게는 35 ml 미만, 더욱 바람직하게는 14 ml 미만, 특히 바람직하게는 7 ml 미만, 가장 바람직하게는 4 ml 미만의 변위 체적이 300 mm에 따라 설정된다.
전술된 단계 및/또는 움직임 및/또는 순서, 특히 서로에 대한 기판의 접근, 온도 제어, 압력 제어 및 가스 조성 제어가 중심 제어 유닛, 특히 제어 소프트웨어가 있는 컴퓨터를 통해 수행되는 것이 바람직하다.
전기적 및/또는 전자적으로 작동되는, 특히 폐쇄된 제어 회로 또는 제어 회로들에서의 적용을 위한 적절한 센서의 사용은 조절을 위해 필요하다. 이들 센서는 측정될 각각의 영향 인자 또는 이들의 조합의 픽업 및/또는 처리 및/또는 중계를 가능하게 하기 위해 사용된다. 센서는 접합 챔버, 특히 온도, 압력, 가스 조성, 변형, 입자 번호, 기판의 정렬 상태, 위치, 속도 및 접합부의 코스를 감지할 수 있다.
따라서 온도계, 압력 센서, 가스 크로마토그래퍼, 팽창 및 변형 측정 장치, 입자 계수기, 이미지 픽업 기능이 있는 광학 및 확대 광학 기기(측정 현미경), 위치 감지 시스템(촉각 및/또는 용량 및/또는 유도 또는 광학-증분 및 완전 광학 비접촉, 예컨대 카메라 시스템, 레이저 삼각 측량 또는 레이저 간섭계 시스템)이 이용될 수 있다.
탐지 후 측정 수집, 분석 및 디스플레이 설비와 관련하여 적합한 장비가 있는 컴퓨터가 개별 값에서 통계, 평가 및 예측을 전달하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 통계 또는 분석은 접합 파라미터를 조절 및 재조절하는데 사용되며, 특히 HVM(고-체적 제조)으로 언급될 수 있는 제조 플랜트의 사용 준비를 위해 사용된다.
본 발명에 따른 단계의 가능한 순서가 다음의 단계를 포함할 수 있다:
본 발명에 따른 제1(반복) 공정 단계에서, 지정된 개수(n 개)의 기판이 n/2개의 테스트 기판 쌍을 형성하도록 접합된다.
본 발명에 따른 제2(반복) 공정 단계에서, 시험 기판 쌍이 런-아웃을 위해 적합한 측정 유닛에서 측정 및 분석된다.
본 발명에 따른 제3(반복) 공정 단계에서, 럿-아웃의 통계는 접합 파라미터의 통계로 수정된다.
본 발명에 따른 제4(반복) 공정 단계에서, 타겟-배향된 파라미터는 접합파에 영향을 미칠 뿐만 아니라 정렬과 관련하여 당업자에게 공지된 방식으로 조절된다.
반복은 정의된 오류 또는 종료 기준이 아래에 속할 때까지 반복된다. 본 발명에 따른 제5 공정 단계에서, 플랜트는 제조를 위해 제거될 수 있다.
장치에 따라 개시된 특징이 본 발명에 따른 방법의 특징들에 따라 기술되는 것을 고려되어야 하며, 그 반대도 마찬가지이다.
본 발명의 그 외의 다른 이점, 특징 및 세부사항들은 첨부된 도면들을 참조하여 바람직한 대표 실시예들을 기술한 하기 내용으로부터 자명해질 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 방법의 제1 단계 중에 본 발명에 따른 접합 챔버의 단면도.
도 2a는 제2 단계 중에 접합 공정의 도식적인 단면도.
도 2b는 제3 단계 중에 접합 공정의 도식적인 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 접합 챔버의 추가 실시예의 도식적인 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 접합 챔버의 추가 실시예의 도식적인 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 접합 챔버의 추가 실시예의 도식적인 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 접합 챔버의 추가 실시예의 도식적인 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 접합 챔버의 도식적인 블록도.
도 8은 압력 코스의 순간 순서를 나타내는 도면.
도면들에서, 동일한 구성요소들과 동일한 기능을 가진 구성요소들은 동일한 도면부호들로 표시된다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 방법의 제1 단계 중에 예시적인 실시예에 따른 본 발명의 접합 챔버(6)를 도식적으로 도시한다. 중력(g)의 방향이 도시된다. 접합 챔버(6) 내에는 곡률 반경(R1)을 가질 수 있는 기능 표면(1o)을 포함한 척(1)으로 지칭되는 하부 기판 홀더가 배열된다. 또한, 고정 수단(5')은 기능 표면, 특히 하부 기판(2)을 고정하기 위한 진공 트랙에/그 상에 제공된다. 하부 기판은 하부 기판 홀더(1)의 기능 표면(1o) 상에 외부 표면(2a)과 함께 위치된다. 접합되는 내부 기판 표면(2i)은 제1 접촉 지점(K1)으로서 장래의 접합 개시 지점의 선호되는 지점으로 구성된다. 상부 기판(3)은 하부 기판(2)으로부터 거리(h)에 위치된다. 접합될 상부 기판(3)의 내부 표면(3i)은 접합 될 하부 기판(2)의 내부 표면(2i)과 마주보게 배열된다. 상부 기판(3)의 접합 개시 지점의 접촉 지점은 제 2 접촉 지점(K2)으로 표시된다. 상부 기판(3)은 고정 수단(5)에 의해 외측 표면(3a)에서 상부 기판 홀더(4)의 기능 표면(4o)에 고정된다. 중력의 효과로 인해, 상부 기판(3)은 당업자에게 공지된 방식으로 굽어지고, 이는 반경(R2, R3)에 의해 대략적으로 기술될 수 있다. 하부 기판(2)과 상부 기판(3) 사이에는 공간 섹션(M)이 구성된다. 압력(p1)은 내부 공간 섹션(M)에 형성되고, 압력(p2)는 공간 섹션(M) 외부의 접합 챔버에서 관찰될 수 있다. 공간 섹션(M)의 공간 섹션 인터페이스(Mg)는 관찰면으로 정의된다. 핀(7)은 접합파를 개시한다.
도 2a는 접합 공정 동안 접합 챔버의 개략도를 나타낸다. 2개의 기판 홀더(1, 4)는 접촉 지점(K1, K2)이 서로 만나는 정도까지 도시되지 않은 위치설정 수단에 의해 서로를 향해 접근한다. 접합파는 접합될 기판(2, 3)의 내부 표면(2i, 3i)들 사이에서 전파될 수 있다. 압력(p4)은 공간 섹션(M')의 내부에서 관찰된다. 공간 섹션(M')의 외부에서 압력(p3)은 도시되지 않은 수단에 의해 영향을 받고, 이는 공간 섹션(M')의 공간 섹션 인터페이스(Mg')에서 환형 방식으로 국부적으로 수행되며 압력(p4)으로 변화한다. 영향을 미치는 수단, 특히 노즐의 사용 결과, 전체 공간 섹션(M')의 압력은 급작스럽게 변화할 수 없으며 시간과 공간 단면(M')을 통해 국부적으로 변화해야 한다. 적어도 초기에는 균질한 압력 분포가 존재하지 않는다. 압력 분포는 일반적으로 특히 공정의 개시 시에 위치와 시간의 함수이다. 영향을 미치는 수단이 공간 섹션(M') 외부에 위치하며 공간 섹션 면(Mg')에 작용하는 노즐인 경우, 작은 시간 단위 동안, 특히 극소의 시간 단위 동안에 존재하는 환형 형태로 구성된 등압 영역이 생성될 수 있다. 시간 단위는 특히 1초 미만, 바람직하게는 0.1초 미만, 더욱 바람직하게는 0.01초 미만, 가장 바람직하게는 0.0001초 미만, 가장 바람직하게는 0.00001초 미만이다. 따라서 압력 분포는 주어진 시간에, 특히 등압 챠트에 의해 그래픽으로 표현/시뮬레이팅/계산될 수 있다.
도 2b는 접합 공정의 추가 단계 중에 접합 챔버(6)의 추가 도식적인 도면을 도시한다. 상부 기판(3)은 고정 수단(5)을 분리시킴으로써 상부 기판 홀더(4)로부터 하강한다. 선택적으로, 하부 기판(2)은 또한 고정 수단(5')을 분리시킴으로써 자유롭게 변형되고 이에 따라 비틀림이 최소화된다. 압력(p6)이 공간 섹션(M") 내에서 관찰된다. 공간 섹션(M") 외부에서 도시되지 않은 수단에 의해 압력(p5)이 영향을 받고, 이는 공간 섹션(M")의 공간 섹션 인터페이스(Mg")에서 환형 방식으로 국부적으로 수행된다.
특히 접합파의 진행은 압력(p5)의 국부적이고 동적인 증가에 의해 지연될 수 있다. 균일한 압력을 갖는 정지 상태는 서로 미리 접합된 스택의 기판 섹션으로 인해 서로 더 잘 끼워맞춤되도록 하는 노력이 증가하기 때문에 접합파를 가속시킬 것이다. 기판들을 서로 접합하기 위한 노력이 더 클수록 재차 기판들을 분리시키기 위한 힘이 더 커진다. p6이 p5보다 작으면, 접합파가 가속된다. 공간 섹션 인터페이스(Mg")에서 p5의 압력 증가가 동적으로 수행되는 경우, p6와 p5 사이의 압력차를 통해 p6이 p5보다 크고, 접합파는 지연될 것이다. 즉, 이 경우에 p6이 p5보다 클 때, 접합파는 지연된다.
도 3은 접합 챔버(6)의 제1 실시예의 도식적인 블록도를 나타내며, 챔버 압력의 특히 동적이고 일정한 증가는 특히 피스톤(14)에 의해 접합 챔버 체적의 변화에 의해 발생하며, 접합 공정 동안의 접합 챔버(6) 내의 입자의 개수는 관찰 기간 동안, 특히 피스톤의 단부 위치(미도시)들 사이에서 압력이 변화하는 상태에서 일정하게 유지된다. 밀봉된 접합 챔버의 체적의 변화가 있을 때, 접합 챔버 체적의 밀봉된 시스템 내로 어떠한 가스 입자도 유입되지 않고, 게다가 입자가 제거되지 않는다. 따라서, 입자 개수는 일정하게 유지되고 이상 기체에 대한 기체 법칙이 이에 따라 적용될 수 있다. 실시예에서, 압축의 경우에 발생된 과도 압력의 목표 공급은, 예를 들어 도 2에 기술된 노즐 시스템을 통해 적절한 지점으로 이송된다.
도 4는 접합 챔버(6)의 제2 실시예의 도식적인 블록도이다. 본 발명의 압력의 증가는 적절한 가열 수단(8)에 의한 온도의 변화, 특히 증가를 통해 수행된다. 접합 공정 동안 접합 챔버(6) 내의 입자의 개수는 밀봉된 시스템으로 일정하게 유지될 수 있다. 밀봉된 접합 챔버의 온도 변화에 따라, 가스 입자는 따라서 접합 챔버 체적의 밀봉 시스템에 유입되지 않고, 마찬가지로, 어떤 입자도 제거되지 않는다. 따라서 입자 개수는 일정하게 유지되고 이상 기체에 대한 기체 법칙이 적용될 수 있다. 이 실시예에서, 생성된 과도 압력(열 에너지 공급에 의해 생성됨)의 목표 공급은 예를 들어 도 2에 도시된 노즐 시스템을 통해 적절한 지점으로 이송된다.
도 5는 본 발명에 따른 접합 챔버(6)의 제3 실시예의 도식적인 블록도이며, 특히 챔버 압력의 동적이고 일정한 증가는 적합한 압축기 유닛(9), 펌프에 의해 수행될 수 있다. 무-입자 공기, 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소 또는 다른 불활성 가스는 고압으로 접합 챔버로 펌핑될 수 있다. 도 2에 도시되고 여기에서 도시되지 않았지만, 생성된 과도 압력의 목표 공급은 적절한 노즐 시스템을 통해 본 발명에 따라 접합파에 영향을 미칠 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 접합 챔버(6)의 제3 실시예의 확장을 도시한다. 여기서, 과도한 압력이 저장 유닛(10), 특히 압력 용기를 충전하는 압축기 유닛(9)에 의해 생성된다. 적절한 밸브(11)에 의해, 과도한 압력이 또한 도 2a 및 도 2b에 개시된 바와 같이 공간 섹션 인터페이스(Mg' 또는 Mg")로 이송될 수 있고, 접합파는 노즐 시스템에 의해 국부적으로 영향을 받을 수 있다. 본 발명에 따르면, 가스의 유입은 접합 인터페이스 부근에서 바람직하게 수행될 수 있고, 갑작스럽게 유입되는 가스는 도 2a에 대응하는 과도한 압력(p4)을 생성한다. 초과 압력(p4)은 적어도 짧은 기간 동안에 압력(p3)과 상이하고, 이에 따라 접합파 속도에 영향을 미친다.
노즐 시스템은 일반적으로 2개 이상의 노즐, 바람직하게는 3개 초과의 노즐, 보다 바람직하게는 5개 초과의 노즐, 7개 초과의 노즐, 10개 초과의 노즐을 포함한다. 노즐은 전체 주변 주위에서 대칭으로 배치되는 것이 바람직하다. 본 발명의 추가 실시예에서, 모두가, 즉 전체 주변이 밀폐되도록 구성될 수 있고, 주변에서 이어지는 슬릿을 갖는 노즐이 이용된다. 바람직한 흐름 조건이 이에 따라 각각의 공간 섹션(M, M', M")에서 생성될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예에서, 하나 초과의 슬릿 노즐이 사용되는 경우, 챔버 내의 주어진 공급 가스의 분압은 상이한 가스 공급 라인 및 상이한 공정 가스에 의해 조절될 수 있다. 모든 분압의 합은 접합 챔버 압력을 생성한다. 불활성 가스뿐만 아니라 수증기, 탄화수소, 불화 탄화수소, 실란, 불화 실란과 같은 반응성 가스를 접합 챔버 내로 이송하는 것도 고려할 수 있다. 따라서, 예를 들어 물의 단일-층으로부터의 응축 방지가 가능하거나, 또는 특별한 경우에 공급 가스에 의한 대기의 포화가 달성될 수 있다. 또 다른 목적은 가스에 의해 접합의 향상된 접착 특성을 구현할 수 있다.
제1 실시예에서, 슬릿 노즐의 개수는 정확히 1개이고, 다른 실시예에서 2개 초과의 슬릿 노즐, 예를 들어, 정확히 2개의 슬릿 노즐이 존재한다. 그러나, 슬릿 노즐의 개수는 2개를 초과하고, 또 다른 실시예에서, 3개 초과, 특히 바람직한 실시예에서는 5개 초과의 슬릿 노즐이 존재한다.
도 7은 적어도 하나의 접합 챔버(6)를 포함하는 접합 플랜트(13)의 도식적인 블록도이다. 접합 챔버(6)는 다수의 센서(12, 12', 12", 12n)를 포함할 수 있으며, 여기서 n은 사용된 센서의 개수를 나타낸다. 바람직하게는 2개 초과, 바람직하게는 5개 초과, 더욱 바람직하게는 10개 초과, 가장 바람직하게는 20개 초과의 센서가 접합 챔버 내에 배열될 수 있다. 센서들은 조합되어 클러스터를 형성할 수 있다. 센서(12 및/또는 12' 및/또는 12")는 다수의 임의의 n개의 상이한 센서의 집합을 나타낼 수 있다. 플랜트(13) 및 접합 챔버(6) 내의 모든 센서(12)의 목표-배향적 인 위치설정이 허용되어, 플랜트에서 12n으로 도시된 센서가 또한 접합 챔버(6)에 배치될 수 있다. 센서는 접합 챔버(13) 및 접합 플랜트(13)에서 값 및 공정을 픽업할 수 있고 후자를 분석, 데이터 평가, 오류 분석 및 예측을 위해 연산 유닛(도시되지 않음), 추가 시스템, 특히 컴퓨터에 릴레이할 수 있다. 당업자에게 공지된 방식으로 구성된, 고-체적 제조용 측정 시스템 및 접합 시스템을 포함하는 제어 루프가 또한 고려될 수 있다.
도 8은 접합 공정, 특히 융합 접합 동안의 압력의 일시적인 경과의 다이어그램을 예로써 나타낸다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 함수의 경우(관찰 기간에서) 이는 엄격하게 단조 증가한다. 2개의 예시적인 곡선은 압력 코스에 대하여 플로팅되고, 연속 곡선은 선형 함수를 나타내고, 제2 곡선은 점선으로 나타내며, 이는 지수 함수를 나타낸다. 다시 말하면, 함수 dp/dt의 미분은 관측 간격에서 시간(t)의 임의의 주어진 시점에서 양의 값을 가져야 한다. tn0는 관측의 임의의 시작점을 나타내고, tn1은 기술적으로 관련된 후속 시점을 나타낸다.
관찰을 시작할 때, 압력(pn0)은 특히 관찰 체적(M, M', M")에서 기재될 수 있다. 본 발명에 따라 수행되는 접합의 경우, 시점(tn1)에서 더 높은 압력(pn1)이 접합 챔버(6)에서, 특히 가상 관찰 체적(M, M', M")에서 더 높은 압력이 임의의 엄격히 연속적으로 단조 증가하는 함수에 의해 기재된다.
본 발명에 따른 특정 실시예에서, 압력을 엄격하게 단조 증가시키지 않고 일정하게 유지하는 것이 필요할 수 있다. 특히, 특정 시점으로부터 압력을 일정하게 유지하는 것, 즉 더 이상 단조 증가를 허용하지 않을 수 있다.
1 제1, 특히 하부 고정 장치, 기판 홀더
1o 제1 고정 장치의 기능 표면
2 제1, 특히 하부 기판
2a 제1 기판의 외부 표면
2i 접합되는 제1 기판의 내부 표면
K1, K2 접촉 지점
3 제2, 특히 상부 기판
3i 접합되는 제2 기판의 내부 표면
3a 제2 기판의 외부 표면
4 제2, 특히 상부 고정 장치, 기판 홀더
4o 제2 고정 장치의 기능 표면
5, 5' 고정 수단
6 접합 챔버
7 접합을 개시하기 위한 핀
D1, D2 기판 직경
g 유효 중력 방향
R1 제1 기판 홀더의 반경
R2, R3 반경
h 서로에 대한 기판의 간격
M, M', M" 공간 섹션
Mg, Mg', Mg" 공간 섹션 인터페이스
p1, p2, p3, p4, p5, p6 압력
8 가열 장치
9 압축기
10 압력 용기
11 밸브
12, 12', 12", 12n 센서 및/또는 측정 설비
13 접합을 위한 플랜트
14 피스톤
p 압력
dp 압력 차이
dt 온도 차이
t 온도
pn0, pn1 상이한 관찰 시점에서의 압력
tn0, tn1 관찰 시간

Claims (15)

  1. 밀봉된 접합 챔버(6) 내에서 제2 기판(3)과 제1 기판(2)의 접합을 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    a) 기판(2, 3)을 고정하는 단계,
    b) 기판(2, 3)을 배열하는 단계,
    c) 기판(2, 3)을 서로 접근시키는 단계,
    d) 접합 개시 지점(K1, K2)에서 기판(2, 3)을 접촉시키는 단계,
    e) 접합 개시 지점(K1, K2)으로부터 기판(2, 3)의 측면 에지로 이동하는 접합파를 생성하는 단계,
    f) 기판(2, 3) 중 하나 이상의 기판의 고정을 해제하는 단계, 및
    g) 접합파에 영향을 미치는 단계(influencing)를 포함하되, 접합파에 영향을 미치는 단계는 접합파의 진행 중에 접합 챔버(6) 내에서 압력(p1, p2, p3, p4, p5, p6)의 조절된 변화에 의해 접합파의 목표된 방식으로 수행되는데,
    접합 챔버(6) 내에서 제1 기판(2)과 제2 기판(3) 사이에 공간 섹션(M)이 형성되고, 공간 섹션(M) 내부의 압력(p6)이 공간 섹션(M) 외부의 압력(p5)보다 클 때, 공간 섹션(M) 외부의 압력(p5)을 증가시킴으로써 접합파가 지연되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계 e)에서 하나 이상의 기판(2, 3)의 고정이 유지되고 기판(2, 3)은 조절된 방식으로 서로에 대해 접근하여 접합파가 생성되고, 단계 g)에서 기판(2, 3)의 간격의 조절된 변화에 의해 추가로 접합파에 영향을 미치는 단계가 수행되는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 압력 변화는 1 mbar/초 초과인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 접합파의 속도가 0.1 cm/s 초과만큼 지연되도록 접합파에 영향이 미치는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 압력(p1, p2, p3, p4, p5, p6)은 접합 챔버 내에서 센서(12, 12', 12", 12n)로 측정되고 압력의 변화는 측정된 값에 따라 조절되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 압력의 변화는 이동 피스톤(14)에 의해 수행되고 피스톤(14)은 접합 챔버(6)의 체적을 감소시키는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 압력의 변화는 가열 장치 및 냉각 장치 중 하나 이상에 의해 수행되고, 가열 장치 및 냉각 장치 중 하나 이상에 의해 접합 챔버(6) 내의 온도가 변화되는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 압력의 변화는 펌프(9)에 의해 수행되고, 펌프(9)는 접합 챔버(6) 내로 가스 또는 가스 혼합물을 펌핑하거나, 접합 챔버(6)로부터 가스 또는 가스 혼합물을 흡입하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 압력을 변화시키기 위해, 가스 또는 가스 혼합물은 압력 용기(10)로부터 밸브(11)를 통하여 접합 챔버(6) 내로 이송되거나 배출될 수 있는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 압력을 변화시키기 위해, 가스 또는 가스 혼합물은 하나 이상의 노즐을 통하여 이동하는 방법.
  11. 2개의 기판(2, 3)을 포함하는 용품으로서, 기판(2, 3)은 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 접합되는 용품.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 제2 기판(3)과 제1 기판(2)의 접합을 위한 플랜트(13)로서, 상기 플랜트(13)는:
    a) 접합 챔버(6),
    b) 기판(2, 3)을 보유하고 고정하기 위한 고정 장치(1, 4)를 포함하되, 상기 고정 장치(1, 4)는 접합파를 생성하고 기판(2, 3)을 접촉시키며 기판(2, 3)의 상호접근을 위해 구성되고,
    c) 접합파의 진행 중에 접합파에 영향을 미치기 위한 영향 수단(7, 8, 9, 10, 11)을 포함하고, 상기 영향 수단(7, 8, 9, 10, 11)은 접합파에 영향을 미치기 위해 접합 챔버(6) 내에서 압력을 변화시키기 위한 압력-변화 수단을 포함하는 플랜트(13).
  13. 제12항에 있어서, 영향 수단(7, 8, 9, 10, 11)은 접합파에 영향을 미치기 위해 기판(2, 3)의 간격을 변화시키기 위한 간격-변화 수단을 포함하는 플랜트(13).
  14. 삭제
  15. 삭제
KR1020187021452A 2016-02-16 2016-02-16 기판을 접합하기 위한 방법 및 장치 KR102494914B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020237003142A KR102580005B1 (ko) 2016-02-16 2016-02-16 기판을 접합하기 위한 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2016/053268 WO2017140347A1 (de) 2016-02-16 2016-02-16 Verfahren und vorrichtung zum bonden von substraten

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237003142A Division KR102580005B1 (ko) 2016-02-16 2016-02-16 기판을 접합하기 위한 방법 및 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180114896A KR20180114896A (ko) 2018-10-19
KR102494914B1 true KR102494914B1 (ko) 2023-02-01

Family

ID=55442775

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187021452A KR102494914B1 (ko) 2016-02-16 2016-02-16 기판을 접합하기 위한 방법 및 장치
KR1020237031218A KR20230137479A (ko) 2016-02-16 2016-02-16 기판을 접합하기 위한 방법 및 장치
KR1020237003142A KR102580005B1 (ko) 2016-02-16 2016-02-16 기판을 접합하기 위한 방법 및 장치

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237031218A KR20230137479A (ko) 2016-02-16 2016-02-16 기판을 접합하기 위한 방법 및 장치
KR1020237003142A KR102580005B1 (ko) 2016-02-16 2016-02-16 기판을 접합하기 위한 방법 및 장치

Country Status (8)

Country Link
US (4) US10755929B2 (ko)
EP (2) EP3640971A1 (ko)
JP (1) JP6745886B2 (ko)
KR (3) KR102494914B1 (ko)
CN (4) CN117612967A (ko)
SG (1) SG11201805655VA (ko)
TW (2) TWI647050B (ko)
WO (1) WO2017140347A1 (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8735219B2 (en) 2012-08-30 2014-05-27 Ziptronix, Inc. Heterogeneous annealing method and device
KR20230087612A (ko) 2016-09-29 2023-06-16 에베 그룹 에. 탈너 게엠베하 2개의 기판을 접합하기 위한 장치 및 방법
KR102624841B1 (ko) 2017-03-02 2024-01-15 에베 그룹 에. 탈너 게엠베하 칩들을 본딩하기 위한 방법 및 디바이스
US10497667B2 (en) * 2017-09-26 2019-12-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Apparatus for bond wave propagation control
WO2020010056A1 (en) 2018-07-03 2020-01-09 Invensas Bonding Technologies, Inc. Techniques for joining dissimilar materials in microelectronics
KR102483443B1 (ko) * 2018-08-14 2023-01-04 삼성전자주식회사 기판 접합 장치 및 이를 구비하는 기판 접합 설비와 이를 이용한 기판의 접합방법
KR20230003471A (ko) 2020-03-19 2023-01-06 아데이아 세미컨덕터 본딩 테크놀로지스 인코포레이티드 직접 결합된 구조체들을 위한 치수 보상 제어
JP2021180298A (ja) * 2020-05-15 2021-11-18 東京エレクトロン株式会社 接合装置および接合方法
CN112038220B (zh) * 2020-08-31 2023-02-03 上海华力集成电路制造有限公司 晶圆键合工艺中改善晶圆边缘形变的方法
KR20220077601A (ko) * 2020-12-02 2022-06-09 엘지디스플레이 주식회사 발광 소자의 전사 방법 및 이를 이용한 표시 장치의 제조 방법
US11834332B2 (en) * 2021-08-06 2023-12-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Bond wave optimization method and device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010018621A1 (ja) * 2008-08-12 2010-02-18 三菱重工業株式会社 接合装置および接合装置メンテナンス方法
JP2010114397A (ja) * 2008-11-10 2010-05-20 Canon Inc 露光装置およびデバイス製造方法

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57169244A (en) 1981-04-13 1982-10-18 Canon Inc Temperature controller for mask and wafer
US5273553A (en) 1989-08-28 1993-12-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Apparatus for bonding semiconductor substrates
JPH05217973A (ja) 1992-02-06 1993-08-27 Nippon Steel Corp 半導体基板貼付装置
JP3321882B2 (ja) * 1993-02-28 2002-09-09 ソニー株式会社 基板はり合わせ方法
JPH07226350A (ja) 1994-02-10 1995-08-22 Sony Corp ウエハ貼り合わせ装置及びその方法
JPH07266350A (ja) 1994-03-31 1995-10-17 Kyushu Henatsuki Kk 磁性体のインサート成形方法及び装置
JPH1174164A (ja) 1997-08-27 1999-03-16 Canon Inc 基板処理装置、基板支持装置及び基板処理方法並びに基板の製造方法
US7161121B1 (en) 2001-04-30 2007-01-09 Lam Research Corporation Electrostatic chuck having radial temperature control capability
US6666928B2 (en) 2001-09-13 2003-12-23 Micell Technologies, Inc. Methods and apparatus for holding a substrate in a pressure chamber
JP3921234B2 (ja) 2002-02-28 2007-05-30 キヤノンアネルバ株式会社 表面処理装置及びその製造方法
KR100904361B1 (ko) 2003-03-28 2009-06-23 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판의 온도제어방법 및 시스템
US20060105106A1 (en) 2004-11-16 2006-05-18 Applied Materials, Inc. Tensile and compressive stressed materials for semiconductors
DE102004058456A1 (de) 2004-12-03 2006-06-08 Disco Hi-Tec Europe Gmbh Verfahren zur Formkorrektur eines mit einer Schicht und/oder einer Klebefolie versehenen, dünngeschliffenen Wafers
US7479441B2 (en) * 2005-10-14 2009-01-20 Silicon Genesis Corporation Method and apparatus for flag-less water bonding tool
DE102006018514A1 (de) 2006-04-21 2007-10-25 Aixtron Ag Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung der Oberflächentemperatur eines Substrates in einer Prozesskammer
JP5080090B2 (ja) 2007-01-15 2012-11-21 リンテック株式会社 保持装置及び保持方法
FR2912839B1 (fr) * 2007-02-16 2009-05-15 Soitec Silicon On Insulator Amelioration de la qualite de l'interface de collage par nettoyage froid et collage a chaud
US7682933B1 (en) * 2007-09-26 2010-03-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Wafer alignment and bonding
FR2938702B1 (fr) * 2008-11-19 2011-03-04 Soitec Silicon On Insulator Preparation de surface d'un substrat saphir pour la realisation d'heterostructures
US8357974B2 (en) * 2010-06-30 2013-01-22 Corning Incorporated Semiconductor on glass substrate with stiffening layer and process of making the same
FR2962594B1 (fr) 2010-07-07 2012-08-31 Soitec Silicon On Insulator Procede de collage par adhesion moleculaire avec compensation de desalignement radial
FR2963848B1 (fr) * 2010-08-11 2012-08-31 Soitec Silicon On Insulator Procede de collage par adhesion moleculaire a basse pression
FR2965398B1 (fr) 2010-09-23 2012-10-12 Soitec Silicon On Insulator Procédé de collage par adhésion moléculaire avec réduction de desalignement de type overlay
EP2463892B1 (de) 2010-12-13 2013-04-03 EV Group E. Thallner GmbH Einrichtung, Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung von Ausrichtungsfehlern
EP2656378B1 (de) 2010-12-20 2015-03-18 Ev Group E. Thallner GmbH Aufnahmeeinrichtung zur halterung von wafern
US20120196242A1 (en) 2011-01-27 2012-08-02 Applied Materials, Inc. Substrate support with heater and rapid temperature change
JP5626736B2 (ja) 2012-03-15 2014-11-19 東京エレクトロン株式会社 接合装置、接合システム、接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体
JP2014103291A (ja) 2012-11-21 2014-06-05 Renesas Electronics Corp 半導体装置の製造方法
JP5900657B2 (ja) 2012-12-27 2016-04-06 東亞合成株式会社 多官能(メタ)アクリル酸エステルの製造方法
KR102258288B1 (ko) * 2013-05-29 2021-05-31 에베 그룹 에. 탈너 게엠베하 기판을 결합하기 위한 방법 및 장치
US9646860B2 (en) 2013-08-09 2017-05-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Alignment systems and wafer bonding systems and methods
JP2015119088A (ja) * 2013-12-19 2015-06-25 東京エレクトロン株式会社 接合方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体、接合装置及び接合システム
JP6317933B2 (ja) 2014-01-30 2018-04-25 芝浦メカトロニクス株式会社 貼合基板製造装置及び貼合基板製造方法
US20150332942A1 (en) 2014-05-16 2015-11-19 Eng Sheng Peh Pedestal fluid-based thermal control
WO2016104710A1 (ja) 2014-12-26 2016-06-30 富士電機株式会社 加熱冷却機器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010018621A1 (ja) * 2008-08-12 2010-02-18 三菱重工業株式会社 接合装置および接合装置メンテナンス方法
JP2010114397A (ja) * 2008-11-10 2010-05-20 Canon Inc 露光装置およびデバイス製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109075037B (zh) 2023-11-07
US20190148148A1 (en) 2019-05-16
US11742205B2 (en) 2023-08-29
JP6745886B2 (ja) 2020-08-26
US10755929B2 (en) 2020-08-25
WO2017140347A1 (de) 2017-08-24
US11101132B2 (en) 2021-08-24
CN109075037A (zh) 2018-12-21
KR20230137479A (ko) 2023-10-04
CN117373954A (zh) 2024-01-09
US20210343530A1 (en) 2021-11-04
KR20230022259A (ko) 2023-02-14
CN117690823A (zh) 2024-03-12
TWI702107B (zh) 2020-08-21
US20200203165A1 (en) 2020-06-25
US10755930B2 (en) 2020-08-25
CN117612967A (zh) 2024-02-27
US20200286733A1 (en) 2020-09-10
KR102580005B1 (ko) 2023-09-18
EP3640971A1 (de) 2020-04-22
TWI647050B (zh) 2019-01-11
KR20180114896A (ko) 2018-10-19
EP3417477A1 (de) 2018-12-26
JP2019509627A (ja) 2019-04-04
EP3417477B1 (de) 2020-01-29
TW201739561A (zh) 2017-11-16
SG11201805655VA (en) 2018-07-30
TW201919812A (zh) 2019-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102494914B1 (ko) 기판을 접합하기 위한 방법 및 장치
US11697281B2 (en) Device and method for bonding substrates
JP6552570B2 (ja) 基板をボンディングする装置および方法
JP7008110B2 (ja) 基板をボンディングするための方法および装置
JP2022160586A (ja) 基板をボンディングするための方法および装置
JP2019195085A (ja) 基板をボンディングする装置および方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant