TW201944866A - 接合系統及接合方法 - Google Patents

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Abstract

[課題] 提供可以減少在被接合的基板發生的邊緣孔隙的技術。
[解決手段] 藉由本揭示之一態樣所致的接合系統具備表面改質裝置、表面親水化裝置和接合裝置。表面改質裝置係藉由電漿對第1基板之接合面及第2基板之接合面進行改質。表面化親水化裝置係對藉由表面改質裝置而被改質之第1基板之接合面及第2基板之接合面進行親水化。接合裝置具有凝結抑制氣體吐出部，藉由分子間力接合藉由表面親水化裝置而被親水化之第1基板之接合面及第2基板之接合面。凝結抑制氣體吐出部係對相向之第1基板之接合面之周緣部和第2基板之接合面之周緣部之間，吐出抑制凝結之凝結抑制氣體。

Description

接合系統及接合方法
本揭示係關於接合系統及接合方法。
以往，作為接合半導體晶圓等之基板彼此的手法，所知的有對基板的被接合之表面進行改質，且對被改質的基板之表面進行親水化，藉由凡得瓦力(van der Waals’ force)及氫鍵(分子間力)接合被親水化的基板彼此的手法(參照專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2017-005058號公報
[發明所欲解決之課題]
本揭示提供可以減少在被接合的基板發生的邊緣孔隙的技術。

[用以解決課題之手段]
藉由本揭示之一態樣所致的接合系統具備表面改質裝置、表面親水化裝置和接合裝置。表面改質裝置係藉由電漿對第1基板之接合面及第2基板之接合面進行改質。表面化親水化裝置係對藉由上述表面改質裝置而被改質之上述第1基板之接合面及上述第2基板之接合面進行親水化。接合裝置具有對相向之上述第1基板之接合面的周緣部和上述第2基板之接合面的周緣部之間吐出抑制凝結之凝結抑制氣體的凝結抑制氣體吐出部，藉由分子間力接合藉由上述表面親水化裝置而被親水化之上述第1基板之接合面及上述第2基板之接合面。

[發明之效果]
若藉由本揭示，則可以減少在被接合的基板發生的邊緣孔隙。
以下，參照附件圖面，詳細說明本案揭示的接合系統及接合方法之實施型態。另外，並不藉由以下所示之實施型態限定本揭示。再者，圖面為示意性者，需要注意各要素之尺寸的關係、各要素之比率等有與實際不同之情形。並且，有即使在圖面彼此之間，也含有彼此之尺寸的關係或比率不同之部分的情形。
以往，作為接合半導體晶圓等之基板彼此的手法，所知的有對基板的被接合之表面進行改質，且對被改質的基板之表面進行親水化，藉由凡得瓦力(van der Waals’ force)及氫鍵(分子間力)接合被親水化的基板彼此的手法。
另外，在接合被親水化之基板彼此之時，有在被接合的基板之周緣部發生孔隙(以下，稱為邊緣孔隙)之情形。由若發生如此的邊緣孔隙，則變得無法將發生的部分當作製品使用來看，有良率下降之虞。
於是，期待減少在被接合的基板發生的邊緣孔隙。
[接合系統之構成]
首先，針對與實施型態有關之接合系統1之構成，一面參照圖1~圖3一面予以說明。圖1係表示與實施型態有關之接合系統1之構成的模式俯視圖，圖2為同示意側視圖。再者，圖3為與實施型態有關之上晶圓及下晶圓之示意側視圖。另外，在以下參照的各圖面中，為了容易理解說明，有表示將垂直向上設為Z軸之正方向的直角座標系統之情形。
圖1所示之接合系統1藉由接合第1基板W1和第2基板W2而形成重合基板T。
第1基板W1係例如在矽晶圓或化合物半導體晶圓等之半導體基板形成複數電子電路的基板。再者，第2基板W2係例如無形成電子電路的裸晶圓。第1基板W1和第2基板W2具有略同樣的直徑。另外，即使在第2基板W2形成電子電路亦可。
在以下中，有將第1基板W1記載為「上晶圓W1」，將第2基板W2記載為「下晶圓W2」。即是，上晶圓W1為第1基板之一例，下晶圓W2為第2基板之一例。再者，在總稱上晶圓W1和下晶圓W2之情況，有記載為「晶圓W」之情況。
再者，在以下中，如圖3所示般，將上述晶圓W1之板面之中，將與下晶圓W2接合之側的板面，記載為「接合面W1j」，將與接合面W1j相反側之板面記載為「非接合面W1n」。再者，將下晶圓W2之板面之中，與上晶圓W1接合之側的板面，記載為「接合面W2j」，將與接合面W2j相反側之板面記載為「非接合面W2n」。
如圖1所示般，接合系統1具備搬入搬出站2和處理站3。搬入搬出站2及處理站3係沿著X軸正方向，以搬入搬出站2及處理站3之順序被排列配置。再者，搬入搬出站2及處理站3被一體性地連接。
搬入搬出站2具備載置台10和搬運區域20。載置台10具備複數載置板11。在各載置板11分別載置在水平狀態下收容複數片(例如，25片)基板的卡匣C1、C2、C3。例如，卡匣C1係收容上晶圓W1之卡匣，卡匣C2係收容下晶圓W2之卡匣，卡匣C3係收容重合晶圓T之卡匣。
搬運區域20係與載置台10之X軸正方向側鄰接而被配置。在如此之搬運區域20設置在Y軸方向延伸之搬運路21，和沿著該搬運路21而可移動之搬運裝置22。
搬運裝置22不僅在Y軸方向，在X軸方向也能夠移動並且能夠繞Z軸旋轉。而且，搬運裝置22在被載置於載置板11之卡匣C1~C3，和後述處理站3之第3處理區塊G3之間，進行上晶圓W1、下晶圓W2及重合晶圓T之搬運。
另外，被載置在載置板11之卡匣C1~C3之個數並不限定於圖示者。再者，即使在載置板11除卡匣C1、C2、C3外，載置用以回收產生不良狀況之基板的卡匣等亦可。
在處理站3設置具備有各種裝置之複數處理區塊，例如三個處理區塊G1、G2、G3。例如，在處理站3之正面側(圖1之Y軸負方向側)設置第1處理區塊G1，在處理站3之背面側(圖1之Y軸正方向側)設置第2處理區塊G2。再者，在處理站3之搬入搬出站2側(圖1之X軸負方向側)設置第3處理區塊G3。
在第1處理區塊G1配置藉由處理氣體之電漿改質上晶圓W1及下晶圓W2之接合面W1j、W2j之表面改質裝置30。表面改質裝置30係藉由切斷在上晶圓W1及下晶圓W2之接合面W1j、W2j中之SiO2 的鍵結而成為單鍵的SiO，改質該接合面W1j、W2j以使之後容易被親水化。
另外，在表面改質裝置30中，例如在減壓氛圍下，特定的處理氣體被激勵而被電漿化，且被離子化。而且，藉由如此的處理氣體所含的元素的離子被照射至上晶圓W1及下晶圓W2之接合面W1j、W2j，接合面W1j、W2j被電漿處理而被改質。針對如此的表面改質裝置30之詳細於後敘述。
在第2處理區塊G2配置表面親水化裝置40和接合裝置41。表面親水化裝置40係藉由例如純水使上晶圓W1及下晶圓W2之接合面W1j、W2j親水化，並且洗淨接合面W1j、W2j。
在表面親水化裝置40中，一面使被保持於例如旋轉夾具之上晶圓W1或下晶圓W2旋轉，一面對該上晶圓W1或下晶圓W2上供給純水。依此，被供給至上晶圓W1或下晶圓W2上之純水在上晶圓W1或下晶圓W2之接合面W1j、W2j上擴散，接合面W1j、W2j被親水化。
接合裝置41接合上晶圓W及下晶圓W2。針對如此的接合裝置41之詳細於後敘述。
在第3處理區塊G3，如圖2所示般，從下方依序以兩層設置上晶圓W1、下晶圓W2及重合晶圓T之遞移(TRS)裝置50、51。
再者，如圖1所示般，在被第1處理區塊G1、第2處理區塊G2及第3處理區塊G3包圍的區域，形成搬運區域60。在搬運區域60配置搬運裝置61。搬運裝置61具有例如在垂直方向、水平方向及繞垂直軸移動自如的搬運臂。
如此之搬運裝置61係在搬運區域60內移動，將上晶圓W1、下晶圓W2及重合晶圓T搬運至與搬運區域60鄰接之第1處理區塊G1、第2處理區塊G2及第3處理區塊G3內之特定裝置。
再者，接合系統1具備控制裝置300。控制裝置300控制接合系統1之動作。如此之控制裝置300為例如電腦，具備無圖示之控制部和記憶部。在記憶部儲存控制接合處理等之各種處理的程式。控制部係藉由讀出並實行被記憶於記憶部之程式，而控制接合系統1之動作。
並且，如此之程式為被記錄於藉由電腦可讀取之記錄媒體者，即使為從其記錄媒體被安裝於控制裝置300之記憶部者亦可。作為藉由電腦而可讀取之記錄媒體而言，例如有硬碟(HD)、軟碟(FD)、光碟(CD)、光磁碟(MO)、記憶卡等。
[表面改質裝置之構成]
以下，針對表面改質裝置30之構成，一面參照圖4一面予以說明。圖4係表示表面改質裝置30之構成的模式剖面圖。
如圖4所示般，表面改質裝置30具有可密閉內部之處理容器70。在處理容器70之搬運區域60(參照圖1)側之側面，形成上晶圓W1或下晶圓W2之搬入搬出口71，在該搬入搬出口71設至閘閥72。
在處理容器70之內部配置平台80。平台80為例如下部電極，由例如鋁等之導電性材料構成。在平台80之下方設置例如具備馬達等之複數驅動部81。複數驅動部81使平台80升降。
在平台80和處理容器70之內壁之間，配置設置複數擋板孔的排氣環103。藉由排氣環103，處理容器70內之氛圍從處理容器70內被均勻地排氣。
在平台80之下面連接以導體形成的供電棒104。在供電棒104，經由例如由阻斷電容器等構成的匹配器105，連接第1高頻電源106。於電漿處理時，特定的高頻電壓從第1高頻電源106被施加至平台80。
在處理容器70之內部配置上部電極110。平台80之上面和上部電極110之下面彼此平行地隔著特定間隔被相向配置。平台80之上面和上部電極110之下面的間隔藉由驅動部81被調整。
上部電極110被接地，被連接於接地電位。如此一來，因上部電極110被接地，故在電漿處理中，可以抑制上部電極110之下面的損傷。
如此一來，藉由高頻電壓從第1高頻電源106被施加至作為下部電極之平台80，在處理容器70之內部發生電漿。
在實施型態中，平台80、供電棒104、匹配器105、第1高頻電源106、上部電極110及匹配器係使在處理容器70內發生處理氣體之電漿的電漿產生機構之一例。另外，第1高頻電源106係藉由上述控制裝置300而被控制。
在上部電極110之內部形成中空部120。在中空部120連接氣體供給管121。氣體供給管121與在內部貯留處理氣體或除電用氣體之氣體供給源122連通。再者，在氣體供給管121設置包含控制處理氣體或除電用氣體之流動的閥體或流量調節部等之供給機器群123。
而且，從氣體供給源122被供給之處理氣體或除電用氣體在供給機器群123被流量控制，經由氣體供給管121，被導入至上部電極110之中空部120。處理氣體使用例如氧氣、氮氣、氬氣等。再者，除電用氣體使用例如氮氣或氬氣等之惰性氣體。
在中空部120之內部設置用以促進處理氣體或除電用氣體之均勻擴散的擋板124。在擋板124設置多數小孔。在上部電極110之下面，形成使處理氣體或除電用氣體從中空部120朝處理容器70之內部噴出之多數氣體噴出口125。
在處理容器70形成吸氣口130。在吸氣口130連接有與將處理容器70之內部之氛圍減壓至特定之真空度的真空泵131連通之吸氣管132。
平台80之上面，即是與上部電極110相向的面係具有大於上晶圓W1及下晶圓W2之直徑的俯視圓形之水平面。在如此之平台80之上面載置平台蓋90，上晶圓W1或下晶圓W2被載置在如此的平台蓋90之載置部91上。
[接合裝置之構成]
接著，針對接合裝置41之構成，參照圖5及圖6進行說明。圖5係表示與實施型態有關之接合裝置41之構成的示意俯視圖，圖6係表示與實施型態有關之接合裝置41之構成的示意側視圖。
如圖5所示般，接合裝置41具有能夠密閉內部之處理容器190。在處理容器190之搬運區域60側之側面，形成上晶圓W1、下晶圓W2及重合基板T之搬入搬出口191，在該搬入搬出口191設置開關擋板192。
處理容器190之內部係藉由內壁193被區劃成搬運區域T1和處理區域T2。上述搬入搬出口191係被形成在搬運區域T1中之處理容器190之側面。再者，在內壁193也形成上晶圓W1、下晶圓W2及重合晶圓T之搬入搬出口194。
在搬運區域T1之Y軸負方向側，設置用以暫時性地載置上晶圓W1、下晶圓W2及重合晶圓T之移轉部200。移轉部200被形成為例如2層，可以同時載置上晶圓W1、下晶圓W2及重合晶圓T中之任兩個。
在搬運區域T1設置搬運機構201。搬運機構201具有例如在垂直方向、水平方向及繞垂直軸移動自如的搬運臂。而且，搬運機構201係在搬運區域T1內或搬運區域T1和處理區域T2之間，能夠搬運上晶圓W1、下晶圓W2及重合晶圓T。
在搬運區域T1之Y軸正方向側，設置調節上晶圓W1及下晶圓W2之水平方向之朝向的位置調節機構210。在如此的位置調節機構210，一面使被吸附保持在無圖示之保持部的上晶圓W1及下晶圓W2旋轉，一面以無圖示之檢測部，檢測上晶圓W1及下晶圓W2之槽口部的位置。
依此，位置調節機構210調節該槽口部之位置而調節上晶圓W1及下晶圓W2之水平方向的朝向。再者，在搬運區域T1，設置使上晶圓W1之表背面反轉之反轉機構220。
再者，如圖6所示般，在處理區域T2設置上夾具230和下夾具231。上夾具230從上方吸附保持上晶圓W1。再者，下夾具231被設置在上夾具230之下方，從下方吸附保持下晶圓W2。
上夾具230係如圖6所示般，被支持於被設置在處理容器190之頂棚面的支撐構件280。在支持構件280設置攝影被保持在下夾具231之下晶圓W2之接合面W2j之無圖示的上部攝影部。如此之上部攝影部與上夾具230鄰接設置。
再者，如圖5及圖6所示般，下夾具231被支持於被設置在該下夾具231之下方之第1下夾具移動部290。第1下夾具移動部290係如後述般，使下夾具231在水平方向(Y軸方向)移動。再者，第1下夾具移動部290被構成使下夾具231在垂直方向移動自如，並且能夠繞垂直軸旋轉。
如圖5所示般，在第1下夾具移動部290，設置攝影被保持於上夾具230之上晶圓W1之接合面W1j的無圖示的下部攝像部。如此之下部攝影部與上夾具231鄰接設置。
再者，如圖5及圖6所示般，第1下夾具移動部290被設置在該第1下夾具移動部290之下面側，被安裝於在水平方向(Y軸方向)延伸的一對軌道295。第1下夾具移動部290被構成沿著軌道295移動自如。
一對軌道295被設置在第2下夾具移動部296。第2下夾具移動部296被設置在第2下夾具移動部296之下面側，被安裝於在水平方向(X軸方向)延伸之一對軌道297。
而且，第2下夾具移動部296被構成沿著軌道297而移動自如，即是使下夾具231在水平方向(X軸方向)移動。另外，一對軌道297被設置在處理容器190之底面的載置台298上。
接著，針對在接合裝置41之上夾具230和下夾具231之構成，一面參照圖7一面予以說明。圖7係表示與實施型態有關之接合裝置41之上夾具230及下夾具231之構成之示意側視圖。
上夾具230係略圓板狀，如圖7所示般，被區劃成複數例如三個區域230a、230b、230c。該些區域230a、230b、230c係從上夾具230之中心部朝向周緣部(外周部)依順序被設置。區域230a在俯視觀看下具有圓形狀，區域230b、230c在俯視觀看下具有環狀形狀。
在各區域230a、230b、230c係如圖7所示般分別獨立設置用以吸附保持上晶圓W1之吸引管240a、240b、240c。在各吸引管240a、240b、240c分別連接有不同之真空泵241a、241b、241c。如此一來，上夾具230被構成可對每個區域230a、230b、230c設定上晶圓W1之抽真空。
在上夾具230之中心部形成在厚度方向貫通該上夾具230之貫通孔243。在該上夾具230之中心部係對應於被吸附保持於該上夾具230之上晶圓W1之中心部W1a。而且，成為在貫通孔243插通基板推壓機構250之推壓銷253。
基板推壓機構250被設置在上夾具230之上面，藉由推壓銷253推壓上晶圓W1之中心部W1a。推壓銷253被設置成能夠藉由氣缸部251及致動器部252沿著垂直軸直接傳動，在前端部，用如此的前端部推壓相向之基板(在實施型態中為上晶圓W1)。
具體而言，推壓銷253係成為於後述上晶圓W1及下晶圓W2之接合時，首先使上晶圓W1之中心部W1a和下晶圓W2之中心部W2a抵接的啟動器。
下夾具231為略圓板狀，被區劃成複數例如兩個區域231a、231b。該些區域231a、231b係從下夾具231之中心部朝向周緣部依順序被設置。然後，區域231a在俯視觀看下具有圓形狀，區域231b在俯視觀看下具有環狀形狀。
在各區域231a、231b係如圖7所示般，分別獨立設置用以吸附保持下晶圓W2之吸引管260a、260b。在各吸引管260a、260b分別連接有不同之真空泵261a、261b。如此一來，下夾具231被構成可對每個區域231a、231b設定下晶圓W2之抽真空。
在下夾具231之周緣部，於複數處例如5處設置防止上晶圓W1、下晶圓W2及重合晶圓T從該下夾具231飛出，或滑落之情形的止動構件263。
再者，接合裝置41具有對彼此相向之上晶圓W1之接合面W1j之周緣部W1je，和下晶圓W2之接合面W2j之周緣部W2je，吐出抑制凝結之凝結抑制氣體G的凝結抑制氣體吐出部270。
在實施型態中，凝結抑制氣體G係例如包含焦耳-湯姆遜效應高，具有抑制凝結之效果的He氣體、Ar氣體、Ne氣體、氮氣等之惰性氣體。再者，凝結抑制氣體G即使包含例如含水量少，具有抑制凝結之效果的乾燥空氣亦可。
凝結抑制氣體吐出部270具有本體部271、凝結抑制氣體供給源272、流量調節器273和閥體274。本體部271具有例如圓環形狀，被配置成包圍上夾具230之周緣部。
在本體部271設置例如環狀之配管271a。而且，被形成均等地被配置在圓周方向之複數吐出口271b，從如此的配管271a，朝向彼此相向的上晶圓W1之接合面W1j之周緣部W1je，和下晶圓W2之接合面W2j之周緣部W2je之間。
再者，本體部271之配管271a經由流量調節器273及閥體274，與凝結抑制氣體供給源272連通。
而且，從凝結抑制氣體供給源272被供給之凝結抑制氣體G，藉由流量調節器273及閥體274被流量控制，被導入至配管271a。並且，凝結抑制氣體G朝向彼此相向之上晶圓W1之接合面W1j之周緣部W1je，和下晶圓W2之接合面W2j之周緣部W2je之間，從吐出口271b被吐出。
再者，在本體部271，複數吐出口271b於圓周方向均等地形成複數(例如，以30˚間隔在12處)。依此，凝結抑制氣體吐出部270可以對彼此相向之上晶圓W1之接合面W1j之周緣部W1je，和下晶圓W2之接合面W2j之周緣部W2je之間，在圓周方向略均等地吐出凝結抑制氣體G。
另外，在實施型態中，雖然針對在本體部271，於圓周方向均等地形成複數吐出口271b之例表示，但是即使被形成在本體部271之吐出口非複數亦可。例如，即使在本體部271沿著圓周方向形成具有縫隙形狀之一個吐出口亦可。
即使係如此之構成，凝結抑制氣體吐出部270可以對彼此相向之上晶圓W1之接合面W1j之周緣部W1je，和下晶圓W2之接合面W2j之周緣部W2je之間，在圓周方向略均等地吐出凝結抑制氣體G。
再者，在實施型態中，雖然針對凝結抑制氣體吐出部270被配置在上夾具230之周緣部的例表示，但是凝結抑制氣體吐出部270之配置不限定於如此的例。例如，即使凝結抑制氣體吐出部270被配置在下夾具231之周緣部亦可。
如此一來，實施型態之接合裝置41被構成能夠藉由凝結抑制氣體吐出部270，對彼此相向之上晶圓W1之接合面W1j之周緣部W1je，和下晶圓W2之接合面W2j之周緣部W2je之間，吐出凝結抑制氣體G。
[接合系統實行的處理]
接著，一面參照圖8，一面針對與實施型態有關之接合系統1實行的處理之詳細予以說明。圖8係表示與實施型態有關之接合系統1實行的處理之處理順序之一部分的流程圖。另外，圖8所示之各種的處理根據藉由控制裝置300所致的控制而被實行。
首先，收容複數片上晶圓W1之卡匣C1、收容複數片下晶圓W2之卡匣C2，及空的卡匣C3被載置於搬入搬出站2之特定載置板11。之後，藉由搬運裝置22取出卡匣C1內之上晶圓W1，搬運至處理站3之第3處理區塊G3之遞移裝置50。
接著，上晶圓W1係藉由搬運裝置61被搬運至第1處理區塊G1之表面改質裝置30。此時，閘閥72被打開，處理容器70內被開放成大氣壓。在表面改質裝置30中，在特定減壓氛圍下，處理氣體被激勵而被電漿化，且被離子化。
如此發生的離子被照射至上晶圓W1之接合面W1j，該接合面W1j被電漿處理。依此，在接合面W1j之最表面形成矽原子之懸空鍵，上晶圓W1之接合面W1j被改質(步驟S101)。
接著，上晶圓W1係藉由搬運裝置61被搬運至第2處理區塊G2之表面親水化裝置40。在表面親水化裝置40中，一面使被保持於旋轉夾具之上晶圓W1旋轉，一面對該上基板W1上供給純水。
如此一來，被供給的純水在上晶圓W1之接合面W1j上擴散。依此，在表面親水化裝置40，OH基(矽烷醇基)附著於在被改質的上晶圓W1之接合面W1j的矽原子之懸空鍵，該接合面W1j被親水化(步驟S102)。再者，藉由該純水，上晶圓W1之接合面W1j被洗淨。
接著，上晶圓W1係藉由搬運裝置61被搬運至第2處理區塊G2之接合裝置41。被搬入至接合裝置41之上晶圓W1係經由移轉部200而被搬運至位置調節機構210。而且，藉由位置調節機構210，調節上晶圓W1之水平方向的朝向(步驟S103)。
之後，上晶圓W1從位置調節機構210被收授至反轉機構220。接著，在搬運區域T1，藉由使反轉機構220動作，上晶圓W1之表背面被反轉(步驟S104)。即是，上晶圓W1之接合面W1j朝下方。
之後，反轉機構220轉動而朝上夾具230之下方移動。而且，上晶圓W1從反轉機構220被收授至上夾具230。上晶圓W1係其非接合面W1n被吸附保持在上夾具230(步驟S105)。
在上晶圓W1被進行上述步驟S101~S105之處理之期間，進行下晶圓W2的處理。首先，藉由搬運裝置22取出卡匣C2內之下晶圓W2，被搬運至處理站3之移轉裝置50。
接著，下晶圓W2藉由搬運裝置61被搬運至表面改質裝置30，下晶圓W2之接合面W2j被改質(步驟S106)。另外，如此的步驟S106係與上述步驟S101相同的處理。
之後，下晶圓W2藉由搬運裝置61被搬運至表面親水化裝置40，下晶圓W2之接合面W2j被親水化(步驟S107)。另外，如此的步驟S107係與上述步驟S102相同的處理。
之後，下晶圓W2藉由搬運裝置61被搬運至接合裝置41。被搬入至接合裝置41之上晶圓W2係經移轉部200而被搬運至位置調節機構210。而且，藉由位置調節機構210，下晶圓W2之水平方向的朝向被調節(步驟S108)。
之後，下晶圓W2被搬運至下夾具231，被吸附保持於下夾具231(步驟S109)。下晶圓W2係在使缺口部朝向事先決定之方向的狀態下，其非接合面W2n被吸附保持於下夾具231。
接著，進行被保持於上夾具230之上晶圓W1和被保持於下夾具231之下晶圓W2之水平方向之位置調節(步驟S110)。
依此，凝結抑制氣體吐出部270朝向彼此相向之上晶圓W1之接合面W1j之周緣部W1je，和下晶圓W2之接合面W2j之周緣部W2je之間，進行凝結抑制氣體G之吐出(步驟S111)。
依此，凝結抑制氣體G被供給至彼此相向之上晶圓W1之接合面W1j之周緣部W1je，和下晶圓W2之接合面W2j之周緣部W2je之間。另外，如此的凝結抑制氣體G之供給即使在之後的處理也持續進行。
接著，藉由第1下夾具移動部290使下夾具231朝垂直上方移動，而進行上夾具230和下夾具231之垂直方向位置之調節。依此，進行被保持於該上夾具230之上晶圓W1和被保持於下夾具231之下晶圓W2之垂直方向位置的調節(步驟S112)。
此時，下晶圓W2之接合面W2j和上晶圓W1之接合面W1j之間的間隔成為特定距離，例如80μm~ 200μm。
接著，藉由使基板推壓機構250之推壓銷253下降，壓下上晶圓W1之中心部W1a，以特定的力推壓上晶圓W1之中心部W1a和下晶圓W2之中心部W2a(步驟S113)。
依此，在被推壓的上晶圓W1之中心部W1a和下晶圓W2之中心部W2a之間，開始接合。具體而言，因上晶圓W1之接合面W1j和下晶圓W2之接合面W2j分別在步驟S101、S106被改質，故首先在接合面W1j、W2j間產生凡得瓦(Van der Waals)力(分子間力)，該接合面W1j、W2j彼此被接合。
並且，因上晶圓W1之接合面W1j和下晶圓W2之接合面W2j分別在步驟S102、S107被親水化，故接合面W1j、W2j間的OH基產生氫鍵，接合面W1j、W2j彼此被緊固接合。
之後，上晶圓W1和下晶圓W2之接合區域從上晶圓W1之中心部W1a及下晶圓W2之中心部W2a朝外周部擴大。之後，在藉由推壓銷253推壓上晶圓W1之中心部W1a和下晶圓W2之中心部W2a之狀態下，停止真空泵241b之作動，停止在區域230b從吸引管240b對上晶圓W1抽真空。
如此一來，被保持於區域230b之上晶圓W1掉落在下晶圓W2上。並且，之後，停止真空泵241c之作動，停止在區域230c從吸引管240c對上晶圓W1抽真空。
如此之一來，從上晶圓W1之中心部W1a朝向外周部，階段性地停止上晶圓W1之抽真空，上晶圓W1階段性地掉落在下晶圓W2而抵接。而且，上述接合面W1j、W2j間之凡得瓦力和氫鍵所致的接合從中心部W1a、W2a朝向外周部依序擴散。
如此一來，上晶圓W1之接合面W1j和下晶圓W2之接合面W2j以全面抵接，上晶圓W1和下晶圓W2被接合(步驟S114)。
之後，使推壓銷253上升至上夾具230。再者，停止在下夾具231從吸引管260a、260b對下晶圓W2之抽真空，而解除下夾具231所致的下晶圓W2之吸附保持。
最後，凝結抑制氣體吐出部270停止凝結抑制氣體G之吐出(步驟S115)，結束在接合裝置41的接合處理。
如至此說明般，在實施型態中，在接合上晶圓W1和下晶圓W2之前，朝向彼此相向之上晶圓W1之接合面W1j之周緣部W1je，和下晶圓W2之接合面W2j之周緣部W2je之間，進行凝結抑制氣體G之吐出。依此，可以減少在重合晶圓T發生的邊緣孔隙。
接著，針對於接合上晶圓W1和下晶圓W2之前，進行凝結抑制氣體G之吐出之情況，和不進行凝結抑制氣體G之吐出之情況的不同予以說明。具體而言，比較吐出He氣體作為凝結抑制氣體G之情況(之後，稱為「實施例1」)，和同樣吐出氮氣之情況(之後，稱為「實施例2」)，和不吐出凝結抑制氣體G之情況(之後，稱為「參考例」)。
針對以上述實施例1、2及參考例之條件被接合的重合晶圓T，進行針對被形成在周緣部之邊緣孔隙之面積的評估。另外，如此的邊緣孔隙之面積評估係藉由解析依據C-SAM(Constant-depth mode Scaning Acoustic Microscorpe：超音波顯微鏡)被攝影的畫像而進行。
圖9係表示實施例1、實施例2及參考例之重合晶圓T之邊緣孔隙之面積的測定結果的圖示。藉由參考例之邊緣孔隙之面積，和實施例1及實施例2之邊緣孔隙之面積的比較，可知在實施例1及實施例2中，邊緣孔隙之發生減少。
再者，在實施型態中，藉由吐出He氣體的實施例1，和吐出氮氣之實施例2的比較，可知藉由吐出焦耳-湯姆遜效應非常高之He氣體，邊緣孔隙之發生更減少。
接著，針對在實施型態中，邊緣孔隙之發生減少的主要原因予以說明。於接合上晶圓W1和下晶圓W2之時，中心部W1a和中心部W2a藉由分子間力接合，形成接合區域之後，接合區域朝向晶圓W之外周部擴大之時，發生波(所謂的接合波)。
在此，作為邊緣孔隙之發生原因之一，可認為在如此的接合波到達至晶圓W之周緣部之情況，在晶圓W之周緣部引起急遽的壓力變動。因為如此的急遽的壓力變動，使得在上晶圓W1之接合面W1j之周緣部W1je和下晶圓W2之接合面W2j之周緣部W2je發生凝結，由於如此發生的凝結，形成邊緣孔隙之故。
於是，在實施型態中，於接合上晶圓W1和下晶圓W2之前，在發生成為邊緣孔隙之原因的凝結之區域，進行凝結抑制氣體G之吐出。依此，可以在上晶圓W1之接合面W1j之周緣部W1je及下晶圓W2之接合面W2j之周緣部W2je，抑制凝結之發生。
因此，若藉由實施型態，則藉由於接合上晶圓W1和下晶圓W2之前吐出凝結抑制氣體G，可以減少在重合晶圓T發生的邊緣孔隙。
再者，在實施型態中，可以藉由凝結抑制氣體吐出部270，僅在欲抑制成為邊緣孔隙之原因的凝結的區域，吐出凝結抑制氣體G。因此，若藉由實施型態，則比起處理容器190之內部充滿凝結抑制氣體G之情況，可以減少凝結抑制氣體G之使用量。
再者，在實施型態中，如上述步驟S115般，在上晶圓W1和下晶圓W2之接合處理結束之後，停止凝結抑制氣體G之吐出即可。依此，可以僅在欲抑制成為邊緣孔隙之原因的凝結的時序，吐出凝結抑制氣體G。因此，若藉由實施型態，則可以減少凝結抑制氣體G之使用量。
再者，在實施型態中，凝結抑制氣體G含有焦耳-湯姆遜效應高的具有抑制凝結之效果的惰性氣體，或含水分量少的具有抑制凝結之效果的乾燥空氣即可。
並且，在實施型態中，凝結抑制氣體G含有焦耳-湯姆遜效應非常高的抑制凝結之效果高的He氣體即可。依此，可以有效果地減少在重合晶圓T發生的邊緣孔隙。
與實施型態有關之接合系統1具備表面改質裝置30，和表面親水化裝置40和接合裝置41。表面改質裝置30係藉由電漿改質第1基板(上晶圓W1)之接合面W1j及第2基板(下晶圓W2)之接合面W2j。表面親水化裝置40係使藉由表面改質裝置30而被改質的第1基板(上晶圓W1)之接合面W1j及第2基板(下晶圓W2)之接合面W2j親水化。接合裝置41具有凝結抑制氣體吐出部270，藉由分子間力，接合藉由表面親水化裝置40而被親水化的第1基板(上晶圓W1)之接合面W1j及第2基板(下晶圓W2)之接合面W2j。再者，凝結抑制氣體吐出部270係對彼此相向之第1基板(上晶圓W1)之接合面W1j之周緣部W1je和第2基板(下晶圓W2)之接合面W2j之周緣部W2je之間，吐出抑制凝結之凝結抑制氣體G。依此，可以減少在被接合的重合晶圓T發生的邊緣孔隙。
再者，在與實施型態有關之接合系統1中，凝結抑制氣體G包含惰性氣體。依此，可以減少在被接合的重合晶圓T發生的邊緣孔隙。
再者，在與實施型態有關之接合系統1中，凝結抑制氣體G包含He氣體。依此，可以有效果地減少在被接合的重合晶圓T發生的邊緣孔隙。
再者，在與實施型態有關之接合系統1中，凝結抑制氣體G包含乾燥空氣。依此，可以減少在被接合的重合晶圓T發生的邊緣孔隙。
再者，在與實施型態有關之接合系統1中，凝結抑制氣體吐出部270為圓環形狀，具有形成吐出凝結抑制氣體G之吐出口271b的本體部271。依此，可以抑制在上晶圓W1或下晶圓W2被搬入搬出至接合裝置41之時，凝結抑制氣體吐出部270成為搬運上晶圓W1或下晶圓W2之妨礙的情形。
再者，在與實施型態有關之接合系統1中，在凝結抑制氣體吐出部270之本體部271，於圓周方向均等地形成複數吐出口271b。依此，可以對彼此相向之上晶圓W1之接合面W1j之周緣部W1je，和下晶圓W2之接合面W2j之周緣部W2je之間，在圓周方向略均等地吐出凝結抑制氣體G。
再者，與實施型態有關之接合方法包含表面改質工程(步驟S101、S106)、表面親水化工程(步驟S102、S107)、氣體吐出工程(步驟S111)和接合工程(步驟S114)。表面改質工程係對第1基板(上晶圓W1)之接合面W1j及第2基板(下晶圓W2)之接合面W2j進行改質。表面親水化工程係對被改質的第1基板(上晶圓W1)之接合面W1j及第2基板(下晶圓W2)之接合面W2j進行親水化。氣體吐出工程係對彼此相向之第1基板(上晶圓W1)之接合面W1j之周緣部W1je和第2基板(下晶圓W2)之接合面W2j之周緣部W2je之間，吐出抑制凝結之凝結抑制氣體G。接合工程係藉由分子間力接合被親水化的第1基板(上晶圓W1)之接合面W1j及第2基板(下晶圓W2)之接合面W2j。依此，可以減少在被接合的重合晶圓T發生的邊緣孔隙。
以上，雖然針對本揭示進行說明，但是本揭示並不限定於上述實施型態，只要不脫離其主旨，可以做各種變更。例如，在上述實施型態中，雖然針對使用惰性氣體作為凝結抑制氣體G所使用的焦耳-湯姆遜效應高之氣體的例表示，但是若為焦耳-湯姆遜效應高之氣體，則即使使用惰性氣體之外的氣體亦可。
再者，在實施型態中，雖然針對凝結抑制氣體吐出部270以圓環狀之配管271a及吐出口271b構成的例表示，但是凝結抑制氣體吐出部270之構成不限定於如此的例。例如，凝結抑制氣體吐出部270即使在圓周方向排列配置複數能夠吐出凝結抑制氣體G之噴嘴亦可。
應理解成此次揭示的實施型態在所有的點為例示，並非用以限制。實際上，上述實施型態能夠以各種型態呈現。再者，上述實施型態可不脫離附件的申請專利範圍及其主旨地以各種型態進行省略、替換或變更。
1‧‧‧接合系統
30‧‧‧表面改質裝置
40‧‧‧表面親水化裝置
41‧‧‧接合裝置
230‧‧‧上夾具
270‧‧‧凝結抑制氣體吐出部
271‧‧‧本體部
271b‧‧‧吐出口
W1‧‧‧上晶圓(第1基板之一例)
W1j‧‧‧接合面
W1je‧‧‧周緣部
W2‧‧‧下晶圓(第2基板之一例)
W2j‧‧‧接合面
W2je‧‧‧周緣部
G‧‧‧凝結抑制氣體
圖1係表示與實施型態有關之接合系統之構成的示意俯視圖。
圖2係表示與實施型態有關之接合系統之構成的示意側視圖。
圖3為與實施型態有關之上晶圓及下晶圓之示意側視圖。
圖4係表示與實施型態有關之表面改質裝置之構成之示意剖面圖。
圖5係表示與實施型態有關之接合裝置之構成之示意俯視圖。
圖6係表示與實施型態有關之接合裝置之構成之示意側視圖。
圖7係表示與實施型態有關之接合裝置之上夾具及下夾具之構成之示意側視圖。
圖8係表示與實施型態有關之接合系統實行的處理之處理順序之一部分的流程圖。
圖9係表示實施例1、實施例2及參考例之重合晶圓之邊緣孔隙之面積的測定結果的圖示。

Claims (7)

  1. 一種接合系統，具備： 表面改質裝置，其係藉由電漿對第1基板之接合面及第2基板之接合面進行改質； 表面化親水化裝置，其係對藉由上述表面改質裝置而被改質之上述第1基板之接合面及上述第2基板之接合面進行親水化；及 接合裝置，其具有對相向之上述第1基板之接合面的周緣部和上述第2基板之接合面之周緣部之間吐出抑制凝結之凝結抑制氣體的凝結抑制氣體吐出部，藉由分子間力接合藉由上述表面親水化裝置而被親水化之上述第1基板之接合面及上述第2基板之接合面。
  2. 如請求項1記載之接合系統，其中 上述凝結抑制氣體包含惰性氣體。
  3. 如請求項2記載之接合系統，其中 上述凝結抑制氣體包含He氣體。
  4. 如請求項1記載之接合系統，其中 上述凝結抑制氣體包含乾燥空氣。
  5. 如請求項1至4中之任一項記載之接合系統，其中 上述凝結抑制氣體吐出部為圓環狀，具有形成吐出上述凝結抑制氣體之吐出口的本體部。
  6. 如請求項5記載之接合系統，其中 在上述凝結抑制氣體吐出部之上述本體部，於圓周方向均等地形成複數上述吐出口。
  7. 一種接合方法，包含： 表面改質工程，其對第1基板之接合面及第2基板之接合面進行改質； 表面化親水化工程，其係對被改質之上述第1基板之接合面及上述第2基板之接合面進行親水化； 氣體吐出工程，其係對相向之上述第1基板之接合面之周緣部和上述第2基板之接合面之周緣部之間，吐出抑制凝結之凝結抑制氣體；及 接合工程，其係藉由分子間力接合被親水化之上述第1基板之接合面及上述第2基板之接合面。
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