TW201145351A - Bonding method and bonding device controller - Google Patents

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201145351 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於接合複數基板作成1枚基板之接合方 法以及接合裝置。 【先前技術】 積體化微細的電氣零件或機械零件之MEMS ( Micro Electro Mechanical Systems)是習知的。作爲該 MEMS， 例不有微型機械（micromachine)、壓力感應裝置、超小 型馬達等等。此類之MEMS，係能夠藉由常溫下接合複數 之晶圓而製作。常溫接合2枚晶圓爲眾所周知，例如，被 揭示於日本專利第3970304號公報（專利文獻1)。在該 常溫接合之基板，係有彎曲發生之情事。因此，期望減低 在常溫接合後的基板所發生之彎曲情事。 在日本專利特開2009-177034號公報（專利文獻2) ’揭示著半導體晶圓級封裝之製造方法。專利文獻2所記 載之方法，一種在將半導體晶圓與支撐基板接合之後，在 並未與支撐基板接合之半導體晶圓之面進行加工處理之半 導體晶圓級封裝之製造方法，其特徵係在半導體晶圓接合 支撐基板之後，在已接合之狀態下從支撐基板或者半導體 晶圓之表面形成一定丨朵度之切割線（c u t 1 i n e )，之後在 並未與支撐基板接合之半導體晶圓之面進行加工處理。 在日本專利特開2008-30 04 00號公報（專利文獻3) ’揭不著半導體封裝基板之製造方法。專利文獻3所記載 -5- 201145351 之方法，其特徵係具有：在一方之面側具備電極層之半導 體基板之前述一方之面側，中介樹脂層，或者對前述一方 之面直接地，接合罩材，將前述電極層密封於前述半導體 基板與罩材之間之工程；從前述半導體基板之另一方之面 側貫通前述半導體基板形成露呈前述電極層一部份之貫通 孔之工程；從前述半導體盛板之另一方之面，在前述半導 體基板之切劃（dicing )部所對應之位置形成不貫通前述 半導體基板之非貫通溝部；與在具有前述貫通孔及非貫通 溝部之半導體基板於前述貫通孔形成被與前述電極層導通 之貫通配線之工程。 [先行技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1 ]日本專利第3 9 7 0 3 0 4號公報 [專利文獻2]日本專利特開2009 - 177034號公報 [專利文獻3 ]日本專利特開2 0 0 8 — 3 0 0 4 0 0號公報 【發明內容】 [發明所欲解決之課題] 本發明之課題係提供一種異於以前之方法，減低接合 基板所發生之彎曲之接合方法以及接合裝置等。 本發明之另一課題係提供一種更爲確實地減低接合基 板所發生之彎曲之接合方法以及接合裝置等。 201145351 [用以解決課題之手段] 以下，付加括弧並採用實施本發明用之型態·實施例 中被使用之符號，記載用以解決課題之手段。該符號，係 爲了清楚表明專利申請範圍之記載與實施發明用之型態· 實施例之記載之對應而被付加的，不可用在被記載於專利 申請範圍之發明之技術的範圍之解釋。 - 依本發明之接合方法，係具備：藉由對第1基板之第 1基板表面與第2基板之第2基板表面照射粒子，使第2 基板表面與第1基板表面活性化之活性化步驟（S2);與 在第1基板的溫度與第2基板的溫度之溫度差成爲指定値 以下之後’藉由使第2基板表面與第1基板表面接觸，將 第2基板與第1基板接合起來之接合步驟（S4)。根據該 方式之接合方法，相較於在第1基板的溫度與第2基板的 溫度之溫度差成爲指定値以下之前接合兩基板之以前的接 合方法，本發明之接合方法能夠更爲減低得到之接合基板 所發生之彎曲情事。 最好是在活性化步驟（S2 )之後，且在接合步驟（S4 )之前，進而具備加熱或者冷卻第1基板或第2基板之溫 度控制步驟（S3 )。藉此，能夠縮短第1基板的溫度與第 2基板的溫度之溫度差成爲指定値以下爲止的時間，更爲 高速地接合第2基板與第1基板。 最好是在第1基板之溫度或第2基板之溫度係被包含 在指定溫度範圍時，實施上述接合步驟（S4)。 依本發明之接合方法，最好是採用溫度計（1 8 )以測 201145351 定第1基板的溫度與第2基板的溫度之溫度差。藉此，能 夠更確贲地檢出該溫度差已成爲指定値以下。 最好是在第1基板表面被活性化時第1基板所接觸之 第1材料（11，8,61)之熱傳導率與在第2基板表面被活 性化時第2基板所接觸之第2材料（13,51)之熱傳導率 ，兩者之差在指定範圍內。藉此，第1基板的溫度與第2 基板的溫度之溫度差成爲指定値以下爲止之時間可被縮短 〇 最好是第1材料（11，8，61)爲不銹鋼，第2材料（ 1 3，5 1 )爲氧化鋁系陶瓷。 也可以在對第2基板表面與第1基板表面照射前述粒 子完成經過5分鐘以上後實施上述接合步驟（S4)。 依本發明之接合裝置（1)，係具備：對第1基板之 第1基板表面與第2基板之第2基板表面照射粒子之活性 化裝置（16);與在第1基板的溫度與第2基板的溫度之 溫度差成爲指定値以下之後，以使第2基板表面與第1基 板表面接觸之方式，驅動第2基板與第1基板之壓接機構 (14)。根據該型態之接合裝置（1)，相較於不考慮第 1基板的溫度與第2基板的溫度之溫度差就接合第1基板 與第2基板之以前的接合裝置，本發明之接合裝置（1) 能夠更爲減低得到之接合基板所發生之彎曲情事。 依本發明之接合裝置（1)，係能夠進而具備：在第 1基板表面被活性化時保持第1基板之第1保持機構（8,9 )、與在第2基板表面被活性化時保持第2基板之第2保 201145351 持機構（1 3 )。最好是在第1基板有 )保持時第1基板所接觸之第1材 導率與在第2基板被第2保持機構（ 所接觸之第2材料（13,51 )之熱傳 定範圍內。根據該型態之接合裝置（ 基板的溫度與第2基板的溫度之溫度 止的時間，更爲高速地接合第2基板 之實施例所示方式，在第1材料（ 第2材料（1 3，5 1 )爲氧化鋁系陶瓷 化處理完成後直接地接合第1基板與 起以前，也還能夠較爲減低得到之接 依本發明之接合裝置（1 )，能 基板之加熱裝置（6 1 )。該型態之g 藉由加熱第1基板，而縮短第1基板 溫度之溫度差成爲指定値以下爲止之 依本發明之接合裝置（1)，能 基板之冷卻裝置（62 )。該型態之接 夠藉由冷卻第1基板而縮短其溫度差 止之時間。 依本發明之接合裝置（1 )，能 加熱第2基板之溫度調節裝置（62 ) 合裝置（1 )，能夠藉由冷卻或者加I 1基板的溫度與第2基板的溫度之溫 爲止之時間。 ?第1保持機構（8,9 料（11，8,61)之熱傳 13 )保持時第2基板 導率，兩者之差在指 1 )，能夠縮短第1 差成爲指定値以下爲 與第1基板。如後述 1 1,8,61 )爲不銹鋼、 之場合，即使在活性 第2基板之場合，比 合基板之彎曲量。 夠進而具備加熱第1 ί合裝置（1 ) ’能夠 的溫度與第2基板的 時間。 夠進而具備冷卻第1 Ρ合裝置（1 )，係能 成爲其指定値以下爲 夠進而具備冷卻或者 (6 4 )。該型態之接 在第2基板而縮短第 度差成爲指定値以下 -9- 201145351 依本發明之接合裝置（1 )，能夠進而具備測定第1 基板的溫度或/及第2基板的溫度之溫度計（1 8 )。該型 態之接合裝置（1 )，能夠更爲確實地檢出第1基板的溫 度與第2基板的溫度之溫度差已成爲指定値以下之情況。 [發明之效果] 依本發明之接合方法及接合裝置，係在第1基板的溫 度與第2基板的溫度之溫度差已成爲指定値以下之後，換 言之成爲十分小之後，接合第2基板表面與第1基板表面 。藉此，比以前，能夠較爲減低第2基板與第1基板被接 合之接合基板所發生之彎曲。 【實施方式】 參照圖面，記載根據本發明之接合系統之實施型態。 接合裝置控制裝置10 (以下，簡稱「控制裝置10」 )係如圖1所示方式’被適用於本實施型態之接合系統。 亦即，接合系統，係具備控制裝置10與接合裝置1。接 合裝置1，係具備接合室2與負載閘室（load lock chamber) 3。接合室 2與負載閘室3，係以密閉室（ chamber)內部之方式被構成。再者，接合裝置1，係具 備閘閥（gate valve ) 4。閘閥4’係被介設於接合室2與 負載閘室3之間’形成接續接合室2內部與負載閘室3內 部之閘部（g a t e )。閘閥4，則依照控制裝置1 〇控制，而 開放或者閉鎖該閘部。負載閘室3，係具備未圖示之蓋子 -10- 201145351 。該蓋子，係在開放或者閉鎖接續負載閘室3外部與內部 之閘部時，或在取出接合基板時，而被開閉。 負載閘室3，係具備真空泵浦（pump) 5。真空泵浦 5，係依照控制裝置1 0控制，而從負載閘室3內部將氣體 排氣。作爲真空泵浦5，例示如渦輪分子泵浦、低溫泵浦 、油擴散泵浦等。再者，負載閘室3，在內部具備搬送機 構6。搬送機構6，係依照控制裝置1 0控制’介由閘閥4 將被配置於負載閘室3內部之晶圓搬送至接合室2，或者 ，介由閘閥4將被配置於接合室2之晶圓搬送至之晶圓搬 送至負載閘室3內部。 接合室2，係具備真空泵浦7。真空泵浦7，係依照 控制裝置1 〇控制，而從接合室2內部將氣體排氣。作爲 真空泵浦7，例示如渦輪分子泵浦、低溫泵浦、油擴散泵 浦等。 再者，接合室2，係具備與台架（stage carriage) 8 對位機構9。台架8，係被配置於接合室2內部，可以朝 水平方向平行移動地，並且以平行於鉛直方向之旋轉軸爲 中心可以旋轉移動地被支撐著。台架8係被利用以保持卡 盤（cartridge) 11。卡盤11，係能由不銹鋼SUS304形成 ’通常被形成圓盤狀。在卡盤11可載置晶圓。爲了使搬 送機構6在不接觸到晶圓之下搬送晶圓，而設置卡盤π 。對位機構9 ’係依照控制裝置1 〇控制，以台架8朝水 平方向平行移動的方式’或者，以台架8進行上述之旋轉 移動之方式，驅動台架8。 -11 - 201145351 再者，接合室2，係具備壓接軸12、靜電吸盤13、 壓接機構14、與秤重計15。壓接軸12，係對接合室2而 言可以朝鉛直方向平行移動地被支撐著。靜電吸盤13被 配置於壓接軸12下端。靜電吸盤13，於介電層內部配置 內部電極。該介電層，係由氧化鋁系陶瓷所形成，且被形 成平坦的面。靜電吸盤1 3，係依照控制裝置1 0控制，而 對其內部電極施加指定電壓。靜電吸盤13，藉由對其內 部電極施加指定電壓，利用靜電力吸附（chuck)被配置於 該介電層之平坦的面附近之晶圓。壓接機構1 4，係依照 控制裝置10控制，對接合室2而言朝鉛直方向使壓接軸 12平行移動。再者，壓接機構14，係測定靜電吸盤13被 配置之位置，且將其位置輸出至控制裝置1〇。秤重計15 ，藉由測定被施加至壓接軸1 2之負重，測定被施加至由 靜電吸盤13所保持之晶圓之負重，且將其負重輸出至控 制裝置1 0。 對位機構 9，係進而具備未圖示之複數定位（ alignment )機構。該複數定位機構，分別地，依照控制 裝置1 〇控制，拍攝被保持於台架8之晶圓之影像，或拍 攝被吸附於靜電吸盤1 3之晶圓之影像。 再者，接合室2，係具備離子槍（i〇n gun) 16與電 子源17。離子槍16，在靜電吸盤13被配置於上方時，被 配置成朝向對位機構9與靜電吸盤1 3之間的空間。離子 槍1 6，係依照控制裝置1 0控制，通過對位機構9與靜電 吸盤1 3之間的空間，且沿著交差於接合室2內側表面之 -12- 201145351 照射軸，加速放出氬離子（argon ion )。電子源17，與 離子槍1 6同樣地，係被配置成朝向對位機構9與靜電吸 盤1 3之間的空間。電子源1 7，係依照控制裝置1 0控制 ，通過對位機構9與靜電吸盤1 3之間的空間，且沿著交 差於接合室2內側表面之其他照射軸，加速放出電子。 再者，離子槍16，係具備未圖示之金屬靶。該金屬 靶’係由複數之金屬所形成，被配置於照射氬離子之位置 。金屬靶，在氬離子被照射時，會將複數之金屬粒子放出 至接合室2之內部空氣環境。金屬靶，也能夠被置換成金 屬柵（grid )。該金屬柵係具有開口之金屬構件，被配置 於離子槍16之射出端。與金屬靶同樣地，在對金屬柵照 射氬離子時，會將構成金屬柵之複數之金屬粒子放出至接 合室2之內部空氣環境。又，金屬靶以及金屬柵，在不需 要使金屬附著於晶圓之接合面時，也是能夠省略。 再者’接合室2，係具備溫度計1 8。溫度計1 8，係 測定被保持於台架8之卡盤1 1所載置之晶圓的溫度。此 外’溫度計1 8，係測定被保持於靜電吸盤1 3之晶圓的溫 度。 控制裝置1 0係一電腦，具備：未圖示之C P U、記憶 裝置、可移除式（removable)記憶體驅動裝置、輸入裝 置、與界面（interface) 。CPU，係實行被安裝於控制裝 置1 0之電腦程式，以控制記憶裝置、輸入裝置、與界面 。記憶裝置’係記錄電腦程式，暫時地記錄由C P U所生 成之資訊。可移除式記憶體驅動裝置，係被利用於記錄媒 -13- 201145351 體被插入時，讀出被記錄於記錄媒體之資料。可移除式記 憶體驅動裝置，特別是，利用於被記錄著電腦程式之記錄 媒體被插入時，將電腦程式安裝至控制裝置10之情況。 輸入裝置，係依照使用者操作以生成資訊，且將該資訊輸 出至CPU。作爲輸入裝置，以鍵盤爲例。界面，係將被接 續於控制裝置10之外部機器所生成之資訊輸出至CPU， 或將CPU所生成之資訊輸出至外部機器》外部機器，係 包含：真空泵浦5、搬送機構6、真空泵浦7、對位機構9 、靜電吸盤13、壓接機構14、秤重計15、離子槍16、與 電子源17。 被安裝至控制裝置1 〇之電腦程式，也可以由使控制 裝置1〇實現複數功能用之複數電腦程式所形成。該複數 功能’係如圖2所示，包含搬送部2 1、活性化部22、溫 度調節部23、與接合部24。 搬送部2 1，係控制閘閥4，使接續接合室2內部與負 載閘室3內部之閘部開閉。再者，搬送部2 1，係在閘閥4 被閉鎖時’控制真空泵浦5，使負載閘室3內部生成指定 真空度之預備空氣環境，或者，使負載閘室3內部生成大 氣壓空氣環境。搬送部21，係在閘閥4被開放時，控制 搬送機構6’讓配置於負載閘室3內部之卡盤π被保持 於台架8’或者’讓保持於台架8之卡盤11被搬送至負 載閘室3內部。 搬送部2 1 ’係控制對位機構9之定位機構，拍攝被 保持於台架8之卡盤11所載置之晶圆之影像。搬送部21 -14- 201145351 ，係基於該影像以控制對位機構9，讓保持於台架8之卡 盤11所載置之晶圓被配置於指定位置。再者，搬送部21 ，係控制壓接機構1 4 ’使靜電吸盤1 3平行移動。搬送部 2 1，係控制靜電吸盤1 3，使靜電吸盤1 3保持晶圓，或者 ，使靜電吸盤1 3釋放（dechuck)晶圓。 活性化部22 ’係在閘閥4被閉鎖時，控制真空泵浦7 ，使接合室2內部生成指定真空度之接合空氣環境。再者 ，活性化部22，係控制離子槍1 6，在接合室2內部被生 成其接合空氣環境時，對被保持於台架8之卡盤11所載 置之晶圓照射氬離子’或者，對被保持於靜電吸盤1 3之 晶圓照射氬離子。再者，活性化部2 2，係控制電子源17 ，對被照射氬離子之領域放出電子。 溫度調節部23，係控制溫度計1 8，測定被保持於台 架8之卡盤11所載置之晶圓的溫度，或者，測定被保持 於靜電吸盤1 3之晶圓的溫度。溫度調節部2 3，係基於該 被測定之溫度，算出被保持於台架8之卡盤Π所載置之 晶圓的溫度、與被保持於靜電吸盤1 3之晶圓的溫度，兩 者之溫度差成爲指定値以下之時點。 接合部2 4，係在靜電吸盤1 3保持著上晶圓之場合， 且在被保持於台架8之卡盤11載置著下晶圓時，控制壓 接機構1 4 ’使上晶圓與下晶圓接近直到指定距離爲止。 接合部24 ’係在使該上晶圓與該下晶圓接近直到指定距 離爲止時’控制對位機構9之定位機構，拍攝被保持於台 架8之卡盤1 1所載置之上晶圓之影像，並且，拍攝被保 -15- 201145351 持於靜電吸盤13之下晶圓之影像。再者，接合部24，係 在該上晶圓與該下晶圓僅分開其指定距離時，控制對位機 構9，對上晶圓之下晶圓之水平方向的位置被配置於指定 位置。再者，接合部24，係控制壓接機構1 4，在由溫度 調節部2 3所算出之時點下使該上晶圓與該下晶圓接觸。 接合部24，係基於由秤重計1 5所測定之負重，算出該被 測定之負重到達指定負重之時點，控制壓接機構1 4，在 該時點下使靜電吸盤13停止。 圖3係顯示根據本發明之接合方法之流程圖。首先， 作業者係控制閘閥4讓接續接合室2與負載閘室3之閘部 被閉鎖，控制真空泵浦7使接合室2內部生成真空空氣環 境，控制真空泵浦5使負載閘室3內部生成大氣壓空氣環 境。作業者，使卡盤1 1載置上晶圓，使別的卡盤1 1載置 下晶圓。作業者，在使負載閘室3內部生成大氣壓空氣環 境之後，打開負載閘室3的蓋子，並朝負載閘室3內部， 將卡盤11與該上晶圓一起搬入，將卡盤11與該下晶圓一 起搬入。其次，作業者係關閉負載閘室3的蓋子，並使負 載閘室3內部生成真空空氣環境。 控制裝置1 〇，係在負載閘室3內部被生成真空空氣 環境之後，將閘閥4開放。首先，控制裝置1 〇係控制搬 送機構6，讓載置該上晶圓之卡盤11被保持於台架8。控 制裝置1 〇，係控制搬送機構6，使搬送機構6朝負載閘室 3內部移動。其次，控制裝置1 0係控制對位機構9之定 位機構，拍攝在該上晶圓被形成之定位標記之影像。控制 -16- 201145351 裝置1 〇，係基於該影像以控制對位機構9，讓該上晶圓之 水平方向之位置被配置於指定位置。控制裝置1 0，係控 制壓接機構1 4使靜電吸盤1 3之介電層接觸到該上晶圓， 控制靜電吸盤1 3使靜電吸盤1 3吸附該上晶圓。控制裝置 1 〇，係控制壓接機構1 4讓該上晶圓從卡盤1 1離開。控制 裝置1 〇，在該上晶圓從卡盤1 1離開之後，控制搬送機構 6，讓並未載置該上晶圓之卡盤11從台架8被搬送至負載 鬧室3內部。 控制裝置1 〇係控制搬送機構6，在該上晶圓被保持 於靜電吸盤13之後，讓載置該下晶圓之卡盤11被保持於 台架8。其次，控制裝置1 0係控制對位機構9之定位機 構，拍攝在該下晶圓被形成之定位標記之影像。控制裝置 1 〇，係基於該影像以控制對位機構9，讓該下晶圓之水平 方向之位置被配置於指定位置（步驟S 1 )。 其次，控制裝置1 〇係控制真空泵浦7，閉鎖閘閥4， 使接合室2內部生成指定真空度之接合空氣環境。控制裝 置10係控制離子槍16，在接合室2內部生成該接合空氣 環境時，在被保持於靜電吸盤1 3之該上晶圓與被保持於 台架8之該下晶圓分開之狀態下，讓粒子朝向該上晶圓與 該下晶圓之間被放出來。該粒子，係被照射至該上晶圓表 側之面與下晶圓表側之面，除去在該表面被形成之氧化物 等，除去附著在該表面之不純物。再者，該粒子係被照射 至離子槍16所準備之金屬靶。於是，構成該金屬靶之金 屬粒子會被放出至接合室2內部之空氣環境。金屬靶，也 -17- 201145351 可以由複數之金屬所形成。被放出之金屬粒子，係堆積於 該上晶圓表側之面與該下晶圓表側之面（步驟S2 ) ^ 其次，控制裝置1 〇，係控制溫度計1 8，測定被保持 於台架8之卡盤1 1所載置之晶圓的溫度，或者，測定被 保持於靜電吸盤1 3之晶圓的溫度。控制裝置1 0，係基於 該被測定之溫度，算出被保持於台架8之卡盤11所載置 之晶圓的溫度、與被保持於靜電吸盤1 3之晶圓的溫度， 兩者之溫度差成爲指定値以下之時點（步驟S3 )。 控制裝置1 〇，係控制壓接機構1 4讓該上晶圓與該下 晶圓僅分開指定距離。其次，控制裝置1 〇係控制對位機 構9之定位機構，拍攝在該上晶圓被形成之定位標記與在 該下晶P被形成之定位標記被映照出之影像。控制裝置 1 〇，係基於該被攝影之影像以控制對位機構9，讓該上晶 圓與該下晶圓被接合成正如設計。又，這樣高度的對位， 在不必要時，也可以省略。高度的對位爲不必要之場合， 例示在該上晶11或者該下晶圓並不形成構造體之場合。 控制裝置1 〇，係控制壓接機構1 4，在由步驟S3所算 出之時點下使該上晶圓接觸到該下晶圓。上晶圓與下晶圓 ，係藉由該接觸而被接合，形成1枚接合基板（步驟S4 )° 控制裝置10，以使靜電吸盤13釋放接合基板41的 方式控制靜電吸盤1 3，以使靜電吸盤1 3朝鉛直上方向上 升的方式控制壓接機構1 4 »其次，控制裝置1 0，開放閘 閥4，且控制搬送機構6，讓載置接合基板31之卡盤11 -18- 201145351 從台架8被搬送至負載閘室3。控制裝置1 0，閉鎖閘閥4 ，並控制真空泵浦5，使負載閘室3內部生成大氣壓空氣 環境。作業者，在負載閘室3內部生成大氣壓空氣環境之 後，打開負載閘室3的蓋子，取出接合基板31 (步驟S 5 )° 該上晶圓與該下晶圓，藉由被照射氬束，而溫度上升 。因爲在上晶圓所接觸之材料的熱傳導率與在下晶圓所接 觸之材料的熱傳導率相異，所以，上晶圓之溫度與下晶圓 之溫度，在被照射氬束之後不久，兩者並不相同。 一般上，常溫接合會使接合強度提升，因而，在對上 晶圓與下晶圓照射氬束之後到該上晶圓與該下晶圓被接合 之時間會被短時間化。圖4係模式地顯示從活性化到接合 之時間爲比較短時間之接合基板之剖面。接合基板31， 係藉由接合下晶圓3 2與上晶圓3 3而被製作出來。下晶圓 3 2之溫度與上晶圓3 3之溫度，因爲下晶圓3 2所接觸之 材料的熱傳導率與上晶圓33所接觸之材料的熱傳導率相 異’所以’兩者之溫度差比較大》此時，下晶圓3 2之伸 展量與上晶圓33之伸展量兩者之差Adi係比較大。因此 ’在接合基板31被冷卻後之接合基板34，會發生比較大 的彎曲。 圖5係模式地顯示利用本發明之接合方法被接合之接 合基板之剖面。接合基板4 1，係藉由接合下晶圓42與上 晶圓43而被製作出來。下晶圓42之伸展量與上晶圓43 之伸展量兩者之差△ d2，因爲下晶圓42之溫度與上晶圓 -19- 201145351 43之溫度之溫度差比較小，所以相較於差△ d 1，差△ 比較小。因此，在接合基板41被冷卻後之接合基板4 4 相較於接合基板34，前者更減低彎曲。 亦即，依照本發明之接合方法，能夠更減低接合晶 (接合基板）之彎曲。結果，根據本發明之接合方法， 理接合晶圓之後工程之機器，能夠更易於操作接合晶圓 作爲該後工程，例示如將接合晶圓進而接合在其他晶圓 工程、接合接合晶回之配線管之工程、檢查工程、切劃 程等。 下晶圓42，在從被活性化到被接合之期間，係接 著卡盤11。形成卡盤11之不銹鋼SUS304之熱傳導率 槪16.3W/m.K。上晶P 43，在從被活性化到被接合之 間，係接觸著靜電吸盤13之介電層。形成該介電層之 化鋁系陶瓷之熱傳導率大槪32W/m_K。在此，氮化鋁 陶瓷之熱傳導率大槪150W/m*K。亦即，氧化鋁系陶瓷 熱傳導率，相較於氮化鋁系陶瓷之熱傳導率，前者係比 接近不銹鋼SUS3 04之熱傳導率。因此，依照本發明之 合裝置1，相較於靜電吸盤13之介電層是由氮化鋁系 瓷所形成之其他接合裝置，前者能夠減低下晶圓42的 度與上晶_ 43的溫度之溫度差，將被活性化後到下晶 42的溫度與上晶回43的溫度之溫度差變成指定溫度差 例如5度）以下’進而到變成再3度以下之期間短時間 ’且能夠更爲闻速地接合下晶圓42與上晶圓43。在用 銹鋼SUS304構成卡盤11以及台架8，並且用氧化鋁系 d2 圓 處 〇 之 工 觸 大 期 氧 系 之 較 接 陶 溫 圓 ( 化 不 陶 -20- 201145351 瓷構成靜電吸盤13之介電層之場合，即使在活性化處理 完成後直接地接合下晶圓42與上晶圓43之場合，比起以 前’也還更能減低得到之接合基板之彎曲量。因而，在該 場合’也可以省略溫度控制步驟（S3)。 又’卡盤11也能夠用異於不銹鋼SUS 3 04之其他材 料構成。該材料的熱傳導率，最好是接近於構成靜電吸盤 13之介電層之材料的熱傳導率，且被包含在指定之範圍 。作爲該指定範圍，例示大於靜電吸盤13之介電層的熱 傳導率的1/2，並且，小於靜電吸盤13之介電層的熱傳導 率的2倍之範圍。再者，作爲該指定範圍，例示與靜電吸 盤13之介電層的熱傳導率之差在2 0 W/m . K以內之範圍。 具體而言’例示用氧化鋁系陶瓷構成靜電吸盤13之介電 層、用不銹鋼SUS430構成卡盤11之組合。 又，也可以將台架8置換成不中介卡盤11而直接地 接觸於晶圓並保持晶圓之其他台架。該場合，該台架係由 與構成卡盤11之材料相同材料所構成。即使是具備該型 態之台架之接合裝置，與前文已敘述之實施型態之接合裝 置1同樣地，能夠將活性化步驟之後到下晶圓的溫度與上 晶圓的溫度之溫度差成爲指定値以下之期間短時間化。 圖6〜圖9顯示將靜電吸盤13與台架8置換成其他 靜電吸盤與其他台架之例。 靜電吸盤51係如圖6所示，具備冷卻裝置。該冷卻 裝置，係具備冷卻介質流路5 2與未圖示之冷卻裝置本體 。冷卻介質流路52 ’ 一部份被配置於靜電吸盤5 1內部， -21 - 201145351 另一部份則被配置於接合裝置1外部。冷卻裝置本體，係 被配置於接合裝置1外部，藉由在冷卻介質流路52流過 指定溫度之冷卻介質，冷卻被保持於靜電吸盤51之晶圓 〇 此外，靜電吸盤51係如圖7所示，具備加熱裝置。 該加熱裝置，係具備加熱裝置54與電線5 5，且具備未圖 示之加熱裝置本體。加熱裝置54，係藉由被施加電壓， 而發熱。電線55，係被電性地接續於加熱裝置54。加熱 裝置本體，係利用介由電線55而對加熱裝置54施加電壓 ，加熱被保持於靜電吸盤5 1之晶圓。 台架61係如圖8所示，具備冷卻裝置》該冷卻裝置 ，係具備冷卻介質流路62與未圖示之冷卻裝置本體。該 冷卻介質流路62，一部份被配置於台架61內部，另一部 份則被配置於接合裝置1外部。該冷卻裝置本體，係被配 置於接合裝置1外部，藉由在冷卻介質流路62流過指定 溫度之冷卻介質，冷卻被保持於台架6 1之晶圓。 此外，台架61係如圖9所示，具備加熱裝置。該加 熱裝置，係具備加熱裝置64與電線65，且具備未圖示之 加熱裝置本體。加熱裝置64，係藉由被施加電壓，而發 熱。電線65，係被電性地接續於加熱裝置64。加熱裝置 本體’係利用介由電線65而對加熱裝置64施加電壓，加 熱被保持於台架61之晶圓。 控制裝置1 0之溫度調節部23，係控制溫度計1 8測 定被保持於靜電吸盤5 1之晶圓的溫度。溫度調節部23， -22- 201145351 係基於該被測定之溫度以控制靜電吸盤51之冷卻裝置或 者加熱裝置，讓被保持於靜電吸盤51之晶圓的溫度被包 含在指定溫度範圍。再者，溫度調節部2 3，係控制溫度 計1 8，測定直接地接觸並被保持於台架6 1之晶圓的溫度 。.溫度調節部23，係基於該被測定之溫度以控制台架6 ! 之冷卻裝置或者加熱裝置，讓被保持於台架61之晶圓的 溫度被包含在該指定溫度範圍。再者，溫度調節部2 3 , 係算出被保持於靜電吸盤5 1之晶圓的溫度被包含在該指 定溫度範圍、被保持於台架61之晶圓的溫度被包含在該 指定溫度範圍之時點。作爲該指定溫度範圍，係例示被接 合之接合晶圓在後工程被操作之空氣環境之溫度範圍，例 示從該接合晶圓被製作之MEMS被使用之空氣環境之溫 度範圍。 該型態之接合裝置，係與圖1所示之接合裝置1同樣 地，能夠在該指定溫度範圍更爲減低接合晶圓所發生之臀 曲。該型態之接合裝置，即使在後工程之空氣環境之溫度 是異於常溫之場合，也能夠減低在後工程之接合晶圓之彎 曲，且在後工程更容易操作接合晶圓。再者，該型態之接 合裝置’係能夠使被保持於靜電吸盤51或者台架61之晶 圓的溫度更高速地變化成指定溫度，能夠將被活性化後到 下晶圓的溫度與上晶圓的溫度之溫度差成爲指定値以下之 期間短時間化，能夠更爲高速地接合下晶圓與上晶圓。再 者，該型態之接合裝置，即使在下晶圓與上晶圓是由熱傳 導率互異之材料所分別形成之場合，也能夠將到該溫度差 -23- 201145351 成爲指定値以下之期間短時間化，能夠更爲高速地接合下 晶圓與上晶圓。 又，在沒有必要將下晶圓與上晶圆溫度控制在比晶圓 常溫還低的溫度時，靜電吸盤51與台架61，各自，也可 以省略冷卻裝置。同樣地，在沒有必要將下晶圓與上晶圓 溫度控制在比晶回常溫還非常地高的溫度時，靜電吸盤 51與台架61，各自，也可以省略加熱裝置。 又，在圖1所示之接合裝置1，也可以僅將靜電吸盤 1 3置換成靜電吸盤5 1。此時，控制裝置1 0之溫度調節部 23，係控制溫度計1 8，測定直接地接觸並被保持於台架8 之晶圓的溫度。溫度調節部23，係基於該被測定之溫度 以控制靜電吸盤5 1之冷卻裝置或者加熱裝置，讓被保持 於靜電吸盤51之晶圆的溫度與被保持於台架8之晶圓的 溫度之溫度差成爲指定値以下。採用具備冷卻裝置或者加 熱裝置之靜電吸盤51之接合裝置，係與採用靜電吸盤13 之接合裝置1同樣地能夠減低彎曲，相較於接合裝置1， 則因爲能夠縮短在溫度控制步驟（S3 )之所用時間，所以 ，能夠更高速地進行接合。 又，在圖1所示之接合裝置1，也可以僅將台架8置 換成台架61。此時，控制裝置10之溫度調節部23，係控 制溫度計1 8測定被保持於靜電吸盤1 3之晶圓的溫度。溫 度調節部23，係基於該被測定之溫度以控制台架6 1之冷 卻裝置或者加熱裝置，讓被保持於台架61之晶圓的溫度 與被保持於靜電吸盤1 3之晶圓的溫度之溫度差成爲指定 -24- 201145351 値以下。採用具備冷卻裝置或者加熱裝置之台架61之接 合裝置’係與採用台架8之接合裝置1同樣地能夠減低彎 曲，相較於接合裝置1，則因爲能夠縮短在溫度控制步驟 (S 3 )之所用時間，所以，能夠更高速地進行接合。 再者’作爲其他型態，也可以從圖1所示之接合裝置 1省略溫度計18。此時’使用者係基於事前的實驗，而算 出被活性化後到下晶圓的溫度與上晶圓的溫度之溫度差成 爲指定値以下之期間。該期間，係比被活性化後到下晶圓 與上晶圓之活性化效果消去之期間（例如丨〇分鐘）還要 短。該期間，不論晶圓、靜電吸盤、台架之屬性爲何而總 是大致一定’例示爲5分鐘以上。控制裝置1〇之溫度調 節部2 3 ’係算出晶圓之活性化步驟完成之後僅經過了該 期間之時點。即使該型態之接合裝置，也與具備溫度計 1 8之接合裝置1同樣地，能夠減低彎曲。 [實施例] 採用圖1所示之接合系統，在以下之條件下製作接合 基板。 <條件1 (實施例）> 用氧化鋁系陶瓷構成靜電吸盤13、用不銹鋼SUS304 構成台架8。採用之氧化鋁系陶瓷之熱傳導率爲32W/m.K ’不銹鋼SUS 3 04之熱傳導率爲i6.3w/m.K。 將活性化步驟S2之活性化時間設定成5分鐘。活性 -25- 201145351 化步驟S2之後，藉由使第2基板表面與第1基板表面接 觸，將兩基板接合。又，作爲第1基板以及第2基板，使 用圓盤狀（直徑4寸）之附氧化膜矽（Si02 )製之晶圓。 此外，在條件1，並不進行加熱或者冷卻第1基板及第2 基板之處理，在活性化步驟S2與接合步驟S4之間並不設 待機時間。 <條件2 (比較例）> 與條件1同樣地，用不銹鋼SU S 3 04構成台架8，但 靜電吸盤13則是用氮化鋁系陶瓷構成。採用之氮化鋁系 陶瓷之熱傳導率爲150W/m*K。 與條件1同樣地，將活性化步驟S2之活性化時間設 定成5分鐘。活性化步驟S2之後，藉由使第2基板表面 與第1菡板表面接觸，將兩基板接合。又，在條件2，作 爲第1基板以及第2基板，也使用圓盤狀（直徑4寸）之 附氧化膜矽（Si02 )製之晶圓。此外，在條件2，也不進 行加熱或者冷卻第1基板及第2基板之處理，在活性化步 驟S2與接合步驟S4之間也不設待機時間。 條件2所得到之接合基板係如圖4所示，被確認有顯 著的彎曲。具體的彎曲量Δ(11係約100〜150μιη。 相對於此，條件1所得到之接合基板則如圖5所示’ 彎曲情形被減低。具體的彎曲量△ d2係約30μπι。 又，彎曲量△ d 1及△ d2，係採用階差計而計測並求 出晶圓表面形狀。 -26- 201145351 條件1下，靜電吸盤13 (氧化鋁系陶瓷）與台架8 ( 不銹鋼SUS304 )之熱傳導率的差爲！5.7W/m.K。另一方 面，條件2下，靜電吸盤13(氮化鋁系陶瓷）與台架8( 不銹鋼SUS304 )之熱傳導率的差爲i33.7W/m.K。藉由將 靜電吸盤1 3與台架8之熱傳導率的差縮小成條件1，即 使在並不進行加熱或者冷卻第1基板及第2基板之處理， 並且，在活性化步驟S2與接合步驟S4之間不設待機時間 之場合，也能確認能夠大幅地減低得到之接合基板之彎曲 量。 <條件3 (實施例）> 與條件2同樣地，用不銹鋼SUS 3 04構成台架8，靜 電吸盤13則是用氮化鋁系陶瓷構成。採用之氮化鋁系陶 瓷之熱傳導率爲150W/m*K。 將活性化步驟S2之活性化時間設定成5分鐘，設定 到第1基板的溫度與第2基板的溫度之溫度差成爲指定値 (等於51 )以下之待機時間。在待機時間經過後，藉由 使第2基板表面與第1基板表面接觸，將兩基板接合。又 ，作爲第1基板以及第2基板’使用圓盤狀（直徑4寸） 之附氧化膜矽（Si02 )製之晶圓。 即使條件3下所得到之接合基板’也如圖5所示’彎 曲情形被減低。具體的彎曲量△ d2係約。 能夠確認在第1基板的溫度與第2基板的溫度之溫度 差成爲指定値以下之後’藉由使第2基板表面與第1基板 -27- 201145351 表面接觸，能夠大幅地減低得到之接合基板之彎曲量。 【圖式簡單說明】 [圖1]圖1係顯示根據本發明之接合裝置之剖面圖。 [圖2]圖2係顯示根據本發明之接合裝置控制裝匱之 方塊圖。 [圖3]圖3係顯示根據本發明之接合方法之流程圖。 [圖4]圖4係模式地顯示比較例之接合基板所發生之 彎曲之剖面圖。 [圖5]圖5係模式地顯示根據本發明之接合方法被接 合之接合基板所發生之彎曲之剖面圖。 [圖6]圖6係顯示具備冷卻裝置之其他靜電吸盤（ chuck)之剖面圖。 [圖7]圖7係顯示具備加熱裝置之其他靜電吸盤之剖 面圖。 [圖8]圖8係顯不具備冷卻裝置之其他台架（stage-carriage) 之剖 面圖。 [圖9]圖9係顯示具備加熱裝置之其他台架之剖面圖 【主要元件符號說明】 1 :接合裝置 2:接合室（chamber) 3 :負載閘室（load lock chamber) -28 - 201145351 4:閘閥（gate valve) 5:真空栗浦（pump) 6 :搬送機構 7 :真空泵浦 8 :台架(stage-carriage) 9 :位置對位機構 1 〇 :接合裝置控制裝置（控制裝置） 1 1 :卡盤（cartridge ) 12 :壓接軸 1 3 :靜電吸盤 1 4 :壓接機構 1 5 :負重計 16:離子槍（ion gun) 1 7 :電子源 1 8 :溫度計 2 1 搬送部 22 :活性化部 23 :溫度調節部 24 :接合部 3 1 :接合基板 3 2 :下晶圓 3 3 :上晶圓 3 4 :接合基板 4 1 :接合基板 -29- 201145351 42 ： 43 ： 4 4 ： 5 1: 52 ： 5 4 ·· 55 ： 61 ： 62 ： 64 ： 65 ： 下晶圓 上晶圓 接合基板 靜電吸盤 冷卻介質流路 加熱裝置（heater ) 電線 台架 冷卻介質流路 加熱裝置 電線 -30

Claims (1)

1. 201145351 七、申請專利範園： 1. 一種接合方法，其特徵爲具備： 藉由對第1基板之第1基板表面與第2基板之第2基 板表面照射粒子，使前述第2基板表面與前述第1基板表 面活性化之活性化步驟；與 在前述第1基板的溫度與前述第2基板的溫度之溫度 差成爲指定値以下之後，藉由使前述第2基板表面與前述 第1基板表面接觸，將前述第2基板與前述第1基板接合 起來之接合步驟。 2. 如申請專利範圍第1項記載之接合方法，其中，在 前述活性化步驟之後，且在前述接合步驟之前，進而具備 加熱或者冷卻前述第1基板或前述第2基板之溫度控制步 驟。 3 ·如申請專利範圍第1項記載之接合方法，其中，在 前述第1基板之溫度或前述第2基板之溫度係被包含在指 定溫度範圍時，實施前述接合步驟。 4 .如申請專利範圍第1項記載之接合方法，其中，使 用溫度計以測定前述溫度差。 5 ·如申請專利範圍第1項記載之接合方法，其中，在 前述第1基板表面被活性化時前述第1基板所接觸之第1 材料之熱傳導率與在前述第2基板表面被活性化時前述第 2基板所接觸之第2材料之熱傳導率，兩者之差係在指定 範圍內。 6.如申請專利範圍第5項記載之接合方法，其中， -31 - 201145351 前述第1材料係不銹鋼， 前述第2材料係氧化鋁系陶瓷。 7. 如申請專利範圍第1項記載之接合方法，其中，在 對前述第2基板表面與前述第1基板表面照射前述粒子完 成經過5分鐘以上後實施前述接合步驟。 8. —種接合裝置，其特徵爲具備： 對第1基板之第1基板表面與第2基板之第2基板表 面照射粒子之活性化裝置；與 在前述第1基板的溫度與前述第2基板的溫度之溫度 差成爲指定値以下之後，以使前述第2基板表面與前述第 1基板表面接觸之方式，驅動前述第2基板與前述第1基 板之壓接機構。 9. 如申請專利範圍第8項記載之接合裝置，其中進而 具備 在前述第1基板表面被活性化時保持前述第1基板之 第1保持機構，與 在前述第2基板表面被活性化時保持前述第2基板之 第2保持機構； 在前述第1基板受前述第1保持機構保持時前述第1 基板所接觸之第1材料之熱傳導率與在前述第2基板受前 述第2保持機構保持時前述第2基板所接觸之第2材料之 熱傳導率，兩者之差係在指定範圍內。 1 0 .如申請專利範圍第9項記載之接合裝置，其中 前述第1材料係不銹鋼， -32- 201145351 前述第2材料係氧化銘系陶瓷。 1 1 ·如申請專利範圍第8項記載之接合裝置，其中進 而具備加熱前述第1基板之加熱裝置。 1 2 ·如申請專利範圍第8項記載之接合裝置，其中進 而具備冷卻前述第1基板之冷卻裝置。 13. 如申請專利範圍第8項記載之接合裝置，其中進 而具備冷卻或者加熱前述第2基板之溫度調節裝置。 14. 如申請專利範圍第8項記載之接合裝置，其中進 而具備測定前述第1基板的溫度或/及第2基板的溫度之 溫度計。 1 5 . —種接合系統， 係具備： 具備 對第1基板之第1基板表面與第2基板之第2基 板表面照射粒子之活性化部、與 以使前述第2基板表面跟前述第1基板表面接觸 之方式驅動前述第2基板與前述第1基板 之壓接機構 之接合裝置，以及 控制前述接合裝置之控制裝置 之接合系統，其特徵爲_· 前述控制裝置在前述第1基板的溫度與前述第2基板 的溫度之溫度差成爲指定値以下之後，會控制前述壓接機 構，使前述壓接機構驅動前述第2基板與前述第1基板。 -33-