TWI636512B - 用於接合之裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於將一第二基板(5)接合至一第一基板(2)上之裝置，該裝置具有以下特徵：- 一接納設備(1)，其用於接納已塗佈有一接合層(3)之該第一基板(2)及固持於該接合層(3)上之該第二基板(5)，- 一動作設備，其用於在該第二基板(5)之一個動作側(5o)上將一接合力施加至該第二基板(5)，該側背對該接合層(3)，自位於該動作側(5o)之一邊緣區R內之一初始區A開始進行直至作用於該整個動作側(5o)。
此外，本發明係關於一種對應方法。

Description

用於接合之裝置及方法
本發明係關於一種如技術方案1中所主張之用於接合之裝置及一種如技術方案10中所主張之對應方法。
在半導體業界產品中，晶圓越來越多地暫時膠結至載體晶圓。膠結劑(所謂的接合黏合劑)以具有儘可能均勻之一厚度之一層之形式施加至產品晶圓及/或載體晶圓。然而，在塗佈程序之後，兩個晶圓必須運用強力而彼此上下按壓。此程序在術語下稱為接合。根據先前技術，將壓力施加至兩個晶圓所使用之壓力圓盤應該是平坦的，以便施加總體上儘可能均一之一接合力。因此，亦確切地生產該等壓力圓盤。下部圓盤生產為一接合卡盤之一靜止部分，因此為一樣本載體。上部圓盤稱為壓力圓盤且因此安裝於接合室之頂部上。
在一產品及/或一載體晶圓已運用一旋轉噴漆方法噴漆之後，通常一所謂的「邊緣珠粒」基於流變及流體動力性質而建立於層邊緣上。此「邊緣珠粒」係可沿著整個邊緣在一圓形基板、一晶圓上發現之材料之一累積。中心中之材料厚度與邊緣上之材料厚度之間的差僅係幾微米，通常甚至係僅幾奈米。因此，在應用接合力之接合中，極通常自其發生一不均一接合力及/或突出或過量膠結劑之壓出之問題。
在理想情形中，針對如本發明中所主張之接合程序，一個層具有一均質厚度。在此連接中，均質厚度意指接合層之厚度在任何位置 處係相同的或係在一可接受之容限內。但經驗展示，甚至在理想之接合條件(因此在一均質層厚度之情形中)下，一較佳地均勻地經機械加工之壓力圓盤、一較佳地均勻地經機械加工之接合卡盤及均勻、均質壓力應用在接合程序之後可存在具有一非均質厚度之一層。此之原因係層之流變及流體動力性質以及實體問題之優勢初始及邊界條件。由於材料(諸如基板之邊緣上之材料)在中心中之平面中不能同等地快速擴展，因此一增加之流動速度在邊緣之附近中發生。可認為，中心中之材料自身係受阻礙的，相反地邊緣材料可自由地流出至外側。對於具有一對應「邊緣珠粒」之一層，情況將相應地劣化，此乃因在此情形中與在中心中相比在邊緣上每單位之面積甚至存在更多材料。
因此，本發明之目的係開發用於接合之通用裝置及方法以使得可預防或至少減少非均質層厚度之所指示問題。
此目的係運用技術方案1及技術方案10之特徵而達成。在附屬請求項中給出本發明之有利發展。在說明書、申請專利範圍及/或圖式中給出之特徵中之至少兩者之所有組合亦屬於本發明之範疇內。對於值範圍，在所指示之限制內之值亦將視為揭示為邊界值且將以任何組合予以主張。
下文中區分一產品基板與一基板以圖解說明如本發明中所主張之版本。產品基板與基板可視情況互換及/或組合以使得亦可設想(舉例而言)基板與基板、產品基板與產品基板、基板與產品基板或產品基板與基板之組合。此外，亦可設想載體基板之噴漆。一第一基板可係基板，舉例而言係一載體基板。一第二基板可係產品基板。
本發明之基本理念係在背對接合層之產品基板之一個動作側上將一接合力施加至該產品基板，自位於該動作側之一邊緣區R內之一初始區A開始進行。換言之：首先將尤其由動作設備之一個壓力轉移側之形狀所規定之所有產品基板在該初始區內按壓至該接合層上(該 產品基板在邊緣區之區域中可至少部分地擱置於該接合層之已藉由施加該接合層而形成之一珠粒(所謂的「邊緣珠粒」)上至存在此珠粒之程度)。
一個發明性理念係在其中朝向側之接合層之材料完全由該接合層之其他材料環繞之該接合層之中心中起始壓力應用以使得中心中之材料由於優勢邊緣條件而經受流動妨礙。如本發明中所主張，由於一所謂的「擠出」，因此此產生將兩個晶圓彼此結合之一個最佳可能性，因此阻礙或至少減少接合材料之壓出不受控制且過量)。針對一現有「邊緣珠粒」，已沈積於該接合層上之產品晶圓如本發明中所主張藉由動作設備朝向該接合層之中心彎曲且因此由於其之彈性變形而防止力自該動作設備過早轉移至該「邊緣珠粒」。
本發明之一項態樣係提供用於一壓力圓盤之一工程設計，如本發明中所主張運用該壓力圓盤可能在其中定位有由於邊緣條件而流動不良之材料之中心中集中及起始力之施加。
根據本發明之一項有利實施例，提供配備有具有一凸面彎曲之壓力轉移側之一壓力圓盤之動作設備。運用尤其接近於整個表面上方之一個壓力轉移側使得壓力之均勻施加成為可能。壓力圓盤在其壓力轉移側上尤其製成非黏附性。
此處，若如本發明中所主張彎曲之壓力轉移側之正切平面沿法向於一理想平面之壓力轉移側之一虛平面之方向間隔開至少5nm及/或一最大500μm、尤其至少20nm及/或一最大200μm、較佳地至少50nm及/或最大50μm、更佳地至少100nm及/或一最大5μm，則其係尤其有利的。此處，若曲率製成同心的，則其係尤其有利的。此乃因以此方式，一方面，壓力圓盤可製成剛性的且針對所使用之接合力不能彎曲，由於具有一極大曲率半徑之極小曲率，因此僅存在一最小隆起，藉以一方面自內側至外側發生接合層之一整平或平面化，且另一 方面該接合層中亦出現一對應凹面、微小曲率。
儘可能均勻之一接合結果可藉由將初始區A同心地配置至產品基板側而達成。
其中動作設備具有施加由一控制設備控制之接合力之一衝頭之一實施例尤其係較佳的。該衝頭較佳地以可互換方式連接至壓力圓盤，以使得不同的壓力圓盤可用於各別要求。有利地，如本發明中所主張可提供，特別在邊緣區R上量測接合層之形成以便挑選一合適壓力圓盤。
根據本發明之另一有利實施例提供，壓力圓盤係由囊括壓力轉移側之一下部圓盤及經由固定構件尤其在一個周邊P之區域中固定該壓力圓盤之一保持圓盤形成。以此方式，該壓力圓盤可以一尤其簡單及確切的方式生產具有上文闡述之性質，尤其一僅微小曲率。
此處，若使下部圓盤在初始區A之區域中比在周邊P上厚，則其尤其係有利的。
另一選擇係，在下部圓盤與保持圓盤之間在初始區A之區域中，存在一間隔件元件，以使得在此情形中下部圓盤亦可具有兩個平行平坦側且因此可較容易地生產。下部圓盤比尤其製成剛性之上部保持圓盤更有彈性。
在另一替代組態中，為設定壓力轉移側之曲率，存在於初始區A之區域中作用於與保持圓盤相對之下部圓盤且尤其由控制設備控制之一曲率元件。以此方式，不僅可一次設定該曲率，而且在處理期間及在接合期間可發生對曲率之主動控制。
此處，特定而言，如本發明中所主張提供，宜設定壓力圓盤之曲率半徑或宜選擇具有適合於晶圓之一特定曲率半徑之一壓力圓盤。
所闡述之特徵類比地適用於如本發明中所主張之裝置及如本發明中所主張之方法以及如本發明中所主張之用途。
如本發明中所主張之壓力圓盤可由任何材料生產。但已展示具有高E模數及高硬度值之材料展示尤其良好之接合結果。以下材料較佳地用於壓力圓盤：- 陶瓷，尤其係氮化矽(Si3N4)、碳化矽(SiC)及/或氮化硼(BN)及/或- (一般而言)金屬及其合金、耐火材料、尤其係鋼及/或基於鐵之材料及/或- 石墨及/或- 玻璃及/或- 聚合物及/或- 複合材料。
在圖中運用相同元件符號識別相同組件或具有相同動作之組件。
下文闡述如本發明中所主張之一程序；該程序使用如本發明中所主張之一壓力圓盤以便實施一受控制之接合程序。如本發明中所主張之程序展示於具有一「邊緣珠粒」之一接合層上。如本發明中所主張之程序亦可在具有一均勻層厚度(因此不具有一「邊緣珠粒」)之一接合層上實施。該控制經由未展示之一尤其受軟體支援之控制設備而發生。
在一第一步驟(圖1)中，將一塗佈材料(尤其暫時膠結劑)作為一接合層3施加至一個基板2(尤其一晶圓)。該塗佈發生於在業界中習用之一塗佈單元中。在藉由一旋塗程序之接合層3之生產中，一邊緣區R中通常出現一周邊珠粒3w且周邊珠粒3w由與平均層厚度D1對比增加之一厚度D2來表徵。
在一第二程序步驟中，將已噴漆有接合層3之晶圓2輸送至一接合單元中且沈積於一接納設備1(尤其一樣本固持器(接合卡盤))上。 使待接合至基板2之產品基板5(第二晶圓)與接合層3接觸(圖2)。在針對實例性間隔件(未展示)而未展示之一接合室中，使用所謂的「旗標」以便保持產品基板5首先與層3之表面3o分離直至藉由連接至該接合室且未展示之一真空單元已發生接合空間之一完全排氣為止。
在如本發明中所主張之另一步驟中，發生該接合室之閉合。以此方式將尤其附接至該接合室之蓋之一壓力圓盤6定位於產品基板5上方。如本發明中所主張之壓力圓盤6具有面對產品基板5之一凸面曲率，該凸面曲率具有一曲率半徑r。壓力圓盤6之如本發明中所主張之數個實施例展示於圖7至圖9中。
在根據圖4之如本發明中所主張之一第四程序步驟中，由如本發明中所主張之凸面壓力圓盤6首先在一特別點狀初始區A中(較佳地確切地在產品基板5之中心中)觸碰產品基板5，且相應地將一接合力施加至產品基板5。由於如本發明中所主張之壓力圓盤6之凸面形狀，因此在此程序步驟中，層3之邊緣區R並不曝露於任何顯著的壓力(在上文任何情形中，產品基板5之一可忽略之應力及重量)。在存在一邊緣珠粒之情況下壓力至晶圓5之中心之施加首先僅引起產品基板5沿接合層3之方向之一彎曲。
藉由壓力圓盤6尤其法向地朝向接納設備1之一連續相對移動，導引產品基板5之中心越來越接近接合層3之表面3o而在邊緣區R上不具有壓力應力之一顯著的增加。僅在凸面彎曲之壓力圓盤6與產品基板5之一周邊P接觸之情況下，才發生具有一接合力之壓力至接合層3之邊緣區R之一轉移。
在壓力轉移側6u之正切平面沿法向於正切平面之方向間隔開至少5nm及/或一最大500μm、尤其至少20nm及/或一最大200μm、較佳地至少50nm及/或最大50μm、更佳地至少100nm及/或一最大5μm時，情形尤其係如此。較佳地，尤其在判定珠粒3w之高度之後，設 定或選擇壓力圓盤6以使得正切平面至壓力圓盤6之一個周邊邊緣上之壓力轉移側之距離對應於該珠粒之(尤其)平均高度(H=D2-D1)。
在不存在一「邊緣珠粒」之情形中，產品晶圓5平坦地擱置於接合層3上且在不進行產品晶圓5之先前彎曲之情況下發生力自壓力圓盤6至產品晶圓5之起始及轉移。
藉由進一步提高壓力，壓力圓盤6之一越來越大之部分與產品基板5接觸且因此用先進方法將力分佈於整個動作側5o上方。
在兩種情形中，中心中之材料比邊緣上之材料更強勁地被阻礙流動。中心中之材料之減少之流動能力係藉由其流動能力沿徑向方向被位於更遠外側之材料阻礙及沿垂直方向被壓力圓盤阻礙來闡釋。換言之：由於動作側5o首先在中心中曝露於對應力，因此一力被轉移，然而此導致中心中之材料之一細微流動。此時，邊緣並不完全包含於該流動中，此乃因該對應力尚未分佈於整個動作側5o上方。
由於如本發明中所主張之程序流動，因此形成不再具有一珠粒3w之一幾乎完全平整之表面3o'，但同時邊緣上不具有任何過早地且不受控制地位移之材料。與未經處理之接合層3相比，已由凸面壓力圓盤6產生之層之凹面負像具有小的、(不然)甚至小得可忽略不計之一平面性偏差。由於如本發明中所主張之壓力圓盤6之極大曲率半徑r，因此此平面性偏差係可忽略的且為進一步處理，尤其由於如本發明中所主張之接合層3之整平之優點佔主導地位，因此該平面性偏差係不相關的。
此外，揭示根據圖7至圖9之壓力圓盤6之以下實施例。
數個組件之壓力圓盤6之組態係所有三個實施例所共有的，具體而言：-一下部圓盤9，其具有壓力轉移側；及 -一保持圓盤4，其用於經由已定域於周邊P之區域中之固定構件8而固持/固定下部圓盤9。
在一第一實施例中，壓力圓盤6已凸面地定型且經由固定構件8在壓力圓盤6之頂部9o上連接至一保持元件4。
在一第二實施例中，藉由使下部圓盤9比尤其剛性之保持圓盤4更有撓性，藉由一間隔件元件7使一平面下部圓盤9(其藉由固定構件8在其頂部9o上連接至保持圓盤4)成為一對應凸面形狀。較佳地，間隔件元件7係圓形的。間隔件元件7具有小於5mm、較佳地小於1mm、更佳地小於100μm、更佳地小於1μm、最佳地小於100nm之一厚度。
在一第三實施例中，使用一曲率元件10來將壓力施加至下部圓盤9之中心，下部圓盤9經由固定構件8在下部圓盤9之頂部9o上連接至保持元件4。藉由運用一曲率壓力將壓力施加至壓力圓盤6之中心，可一度連續地改變或設定壓力圓盤6之凸面曲率。較佳地，壓力圓盤6之彈性如此大使得在藉由移除曲率元件10來釋放壓力圓盤6之中心時，壓力圓盤6自動地變形回至一平面初始位置中。如本發明中所主張，可設想一對應實施例，其中曲率元件10連接至下部圓盤9且允許對壓力圓盤6之曲率半徑之一對應主動控制。
1‧‧‧接納設備
2‧‧‧第一基板/基板/晶圓
3‧‧‧接合層/層
3o‧‧‧表面
3o'‧‧‧表面
3w‧‧‧周邊珠粒/珠粒
4‧‧‧保持圓盤/保持元件
5‧‧‧第二基板/產品基板/晶圓/產品晶圓
5o‧‧‧動作側
6‧‧‧壓力圓盤
6u‧‧‧壓力轉移側
7‧‧‧間隔件元件
8‧‧‧固定構件
9‧‧‧下部圓盤
9o‧‧‧頂部
10‧‧‧曲率元件
A‧‧‧初始區
D1‧‧‧平均層厚度
D2‧‧‧厚度
H‧‧‧珠粒之平均高度
P‧‧‧周邊
R‧‧‧邊緣區
r‧‧‧曲率半徑
依據較佳例示性實施例之說明且使用圖式將易知本發明之其他優點、特徵及細節。
圖1展示如本發明中所主張之方法之一項實施例之一第一步驟之一剖面圖，圖2展示如本發明中所主張之方法之一項實施例之一第二步驟之一剖面圖，圖3展示如本發明中所主張之方法之一項實施例之一第三步驟之 一剖面圖，圖4展示在接合之開始處如本發明中所主張之方法之一項實施例之一剖面圖，圖5展示在接合期間如本發明中所主張之方法之一項實施例之一剖面圖，圖6展示在接合之結束處如本發明中所主張之方法之一項實施例之一剖面圖，圖7展示如本發明中所主張之一壓力圓盤之一第一實施例之一剖面圖，圖8展示如本發明中所主張之一壓力圓盤之一第二實施例之一剖面圖，圖9展示如本發明中所主張之一壓力圓盤之一第三實施例之一剖面圖。

Claims (12)

  1. 一種用於將一第二基板(5)接合至一第一基板(2)上之裝置，該裝置具有以下特徵：一接納設備(1)，其用於接納已塗佈有一接合層(3)之該第一基板(2)及固持於該接合層(3)上之該第二基板(5)，一動作設備，其用於在該第二基板(5)之一個動作側(5o)上將一接合力施加至該第二基板(5)，該側背對該接合層(3)，自位於該動作側(5o)之一邊緣區R內之一初始區A開始進行直至作用於該整個動作側(5o)，其中該第二基板(5)係沉積於該接合層(3)上且可被該動作設備朝向該接合層(3)之中心彎曲，該動作設備包含一壓力圓盤(6)，該壓力圓盤(6)具有一凸面彎曲之壓力轉移側(6u)，其中該壓力圓盤(6)於該第二基板(5)接合至該第一基板(2)上之過程中保持凸面彎曲，且其中該壓力圓盤(6)係由囊括該壓力轉移側(6u)之一下部圓盤(9)及固定該壓力圓盤(6)之一保持圓盤(4)形成。
  2. 如請求項1之裝置，其中該壓力轉移側(6u)之正切平面沿法向於該正切平面之方向間隔開至少5nm及一最大500μm。
  3. 如請求項2之裝置，其中該壓力轉移側(6u)之正切平面沿法向於該正切平面之方向間隔開至少20nm及一最大200μm。
  4. 如請求項3之裝置，其中該壓力轉移側(6u)之正切平面沿法向於該正切平面之方向間隔開至少50nm及最大50μm。
  5. 如請求項4之裝置，其中該壓力轉移側(6u)之正切平面沿法向於該正切平面之方向間隔開至少100nm及一最大5μm
  6. 如請求項1至5中任一項之裝置，其中該初始區A同心地配置至該動作側(5o)。
  7. 如請求項1至5中任一項之裝置，其中該動作設備具有施加由一控制設備控制之該接合力之一衝頭。
  8. 如請求項1至5中任一項之裝置，其中該壓力圓盤係經由固定構件(8)在一個周邊P之區域中被該保持圓盤(4)固定。
  9. 如請求項8之裝置，其中使該下部圓盤(9)在該初始區A之區域中比在該周邊P上厚。
  10. 如請求項1至5中任一項之裝置，其中在該下部圓盤(9)與該保持圓盤(4)之間在該初始區A之該區域中，存在一間隔件元件(7)。
  11. 如請求項8之裝置，其中為設定該壓力轉移側(6u)之曲率，存在由該控制設備控制之一曲率元件(10)，該曲率元件(10)在該初始區A之該區域中作用於與該保持圓盤(4)相對之該下部圓盤(9)。
  12. 一種用於將一第二基板(5)接合至一第一基板(2)上之方法，該方法具有以下步驟：提供一接納設備(1)以接納已塗佈有一接合層(3)之該第一基板(2)及固持於該接合層(3)上之該第二基板(5)，提供一動作設備以在該第二基板(5)之一個動作側(5o)上將一接合力施加至該第二基板(5)，該側背對該接合層(3)，自位於該動作側(5o)之一邊緣區R內之一初始區A開始進行直至作用於該整個動作側(5o)，其中該第二基板(5)係沉積於該接合層(3)上且被該動作設備朝向該接合層(3)之中心彎曲，該動作設備包含一壓力圓盤(6)，該壓力圓盤(6)具有一凸面彎曲之壓力轉移側(6u)，其中該壓力圓盤(6)於該第二基板(5)接合至該第一基板(2)上之過程中保持凸面彎曲，且其中該壓力圓盤(6)係由囊括該壓力轉移側(6u)之一下部圓盤(9)及固定該壓力圓盤(6)之一保持圓盤(4)形成。
TW102142504A 2012-11-21 2013-11-21 用於接合之裝置及方法 TWI636512B (zh)

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