TWI810438B - 鍵合裝置及鍵合方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種鍵合裝置以及鍵合方法，其能將基板與鍵合對象鍵合時，避免基板與鍵合對象間的鍵合界面的氣體捕集現象的同時，藉由陽極鍵合有效使得基板與鍵合對象鍵合。本發明的鍵合方法包括：藉由從一個或多個電漿裝置的各個電漿尖端，在要鍵合所述鍵合對象的第一基板上的鍵合區域中產生電漿來對鍵合區域進行親水化；在第一基板上的已被親水化的鍵合區域上配置鍵合對象，並使電漿尖端接觸於鍵合對象的上部面；及藉由在與第一基板的下部面接觸的第一電極與設置於電漿尖端的第二電極間施加電壓的陽極鍵合熱處理，在第一基板上鍵合鍵合對象。

Description

鍵合裝置及鍵合方法
本發明關於一種鍵合裝置以及鍵合方法，更具體地，關於一種可以在不使用包括黏附膜(adhesion film)與焊料凸塊(solder bump)的鍵合介質的情況下，將管芯鍵合到基板上或將基板鍵合到基板上的鍵合裝置以及鍵合方法。
近年來，隨著半導體器件的集成度提升已趨近極限，三維堆疊半導體器件的3D封裝技術吸引了人們的關注。代表性地，正在研究使用矽通孔(Through Silicon Via；TSV)來進行3D積體電路商業化的技術。3D半導體可以藉由堆疊鍵合TSV管芯的管芯鍵合工藝來製造。
圖1至圖3為示出先前技術的管芯鍵合工藝的圖。參考圖1，為了將TSV管芯(die)3鍵合到主晶圓(master wafer)1上，TSV晶片3a的下部鍵合面設置有作為鍵合介質的黏附膜(adhesion film)3b與焊料凸塊(solder bump)3c。設置有黏附膜3b與焊料凸塊3c的TSV管芯3藉由鍵合頭4被移送到主晶圓1的上部，對準到鍵合位置之後，將其放置於主晶圓1的上部面或鍵合到主晶圓1上的TSV管芯(2)的上部面。
TSV管芯3的鍵合工藝包括預鍵合(pre bonding)工藝與主鍵合(post bonding)工藝。參考圖2，藉由預鍵合工藝，將TSV管芯3首次鍵合到主晶圓1上，該預鍵合工藝藉由鍵合頭4在主晶圓1上對TSV管芯3進行加壓以及升溫。為了TSV管芯3的預鍵合，鍵合頭4具有用於在主晶圓1上，對TSV管芯3進行加壓以及升溫的工具。若TSV管芯3預鍵合到主晶圓1上，則進行主鍵合工藝，其在高溫下對TSV管芯3進行熱處理以及加壓以固化黏附膜3b與焊料凸塊3c，將TSV管芯3藉由熱壓完全鍵合到主晶圓1上，該熱壓將黏附膜3b與焊料凸塊3c作為介質。
參考圖3，TSV管芯2、3、4一個一個依次經過堆疊、預鍵合以及主鍵合過程，從而一個一個鍵合到主晶圓1上。以往的管芯鍵合方法必須經歷主鍵合工藝，其中，每次將管芯一個一個鍵合時，使用鍵合頭4對管芯進行加壓和加熱，並且藉由高溫熱處理對管芯進行熱封。因此，主鍵合工藝所需的時間與鍵合到主晶圓1的管芯的數量成比例地增加。
另外，隨著TSV之間的間距，即I/O間距(pitch)逐漸變細，當為了完全鍵合已堆疊的TSV管芯而進行高溫/高負載鍵合時，可能會發生不良，其焊料凸塊被掃掠(sweep)且與周圍的焊料凸塊連接而導致短路。由此，很難使用鍵合介質。為了避免這種情況，需要將焊料凸塊的大小製作得更小，這是因為有物理方面有局限性，不能作為完整的應對方案。另外，以往的管芯鍵合方法中，隨著主晶圓與TSV晶片越來越薄，在高溫/高負載的主鍵合工藝過程中，在TSV晶片與主晶圓上可能會發生裂紋等損壞。
在管芯的主鍵合工藝中，可以適用高溫退火(annealing)方法，陽極鍵合(anodic bonding)方法等。陽極鍵合方法是藉由使用具有2維平面形狀的電極，在施加壓力的同時對鍵合對象(管芯或基板)施加電壓來進行主鍵合的方法。在陽極鍵合方法中，首先，基板與鍵合對象之間的鍵合界面中的鍵合對象的邊緣部分被密封，從而產生氣體被捕集在基板與鍵合對象的鍵合界面的氣體捕集(gas-trapping)現象。這種氣體捕集現象降低了鍵合界面的結合力，並可能成為半導體不良的原因。另外，在常壓條件下進行陽極鍵合工藝時，會發生嚴重的氣體捕集現象，因此，出現需要在真空(或低壓)條件下進行陽極鍵合工藝，為此需要準備真空室等限制事項。
[發明所欲解決之問題]
本發明提供了一種鍵合裝置以及鍵合方法，其能夠將基板與鍵合對象(管芯或基板)鍵合時，避免基板與鍵合對象之間的鍵合界面的氣體捕集現象的同時，藉由陽極鍵合有效地將基板與鍵合對象鍵合。
另外，本發明提供一種鍵合裝置以及鍵合方法，其能夠在常溫和常壓下，使用電漿尖端，以非接觸(non-contact)的方式在無需使用真空室的情況下，對基板與鍵合對象進行陽極鍵合。
另外，本發明提供一種鍵合裝置以及鍵合方法，其能夠將管芯鍵合到基板上或以均勻的鍵合力鍵合基板，而不需使用如黏附膜(adhesionfilm)與焊料凸塊(solderbump)的鍵合介質。
另外，本發明提供一種鍵合裝置以及鍵合方法，其對基板和/或鍵合對象進行親水化的預鍵合工藝與預鍵合後藉由陽極鍵合的主鍵合工藝中，可兼用電漿尖端。
另外，本發明提供一種鍵合裝置以及鍵合方法，其能夠藉由由電漿尖端的陽極鍵合，有效地進行管芯鍵合的同時，在使電漿尖端沿著移動路徑移動的情況下，也有效地陽極鍵合大面積基板。
[用以解決問題之技術手段]
根據本發明一方面的鍵合方法，其在第一基板上鍵合包括管芯或第二基板的鍵合對象，包括：在所述第一基板上配置所述鍵合對象；以及藉由在所述第一基板與所述鍵合對象之間形成電壓的陽極鍵合，在所述第一基板上鍵合所述鍵合對象。鍵合所述鍵合對象，包括：將能夠進行電漿放電的電漿裝置的電漿尖端放置於所述鍵合對象的上部；以及向所述電漿尖端施加用於所述陽極鍵合的電位，以將所述鍵合對象陽極鍵合到所述第一基板上。
根據本發明實施例的鍵合方法，還可以包括：在所述第一基板上，配置所述鍵合對象之前，對所述第一基板上的鍵合區域以及所述鍵合對象的鍵合面中的至少一個藉由電漿處理進行親水化；以及 在所述第一基板上，配置所述鍵合對象之前，藉由在所述第一基板上的鍵合區域以及所述鍵合對象的鍵合面中的至少一個噴射液體來形成水膜。
在所述第一基板上配置所述鍵合對象，可以包括：藉由在所述第一基板與所述鍵合對象之間形成的水膜的鍵合力，在所述第一基板上，預鍵合所述鍵合對象。
所述進行親水化，包括：藉由所述電漿尖端產生電漿，對所述第一基板上的鍵合區域以及所述鍵合對象的鍵合面中的至少一個進行親水化。
鍵合所述鍵合對象，可以包括：在將所述電漿尖端從所述鍵合對象的上部面隔開規定距離的狀態下，在所述電漿尖端形成所述電位，以非鍵合方式在所述鍵合對象與所述第一基板之間施加用於所述陽極鍵合的電壓。所述規定距離為大於0mm且小於1cm。
施加用於所述陽極鍵合的電壓，可以包括：在與所述第一基板的下部面接觸的第一電極與設置於所述電漿尖端的第二電極之間，形成用於所述陽極鍵合的電位差。所述陽極鍵合可以在常溫以及常壓下進行，所述電位差可以為100V以上。
根據本發明實施例的鍵合方法，還可以包括：用鍵合頭拾取支撐在支撐單元上的所述鍵合對象，向支撐在鍵合台上的所述第一基板的上部區域移送。所述進行親水化可以是，在所述鍵合對象的移送期間，藉由所述電漿尖端，對所述鍵合對象的鍵合面進行電漿處理，以進行親水化。
鍵合所述鍵合對象，可以包括：將所述電漿尖端沿著平行於所述鍵合對象的鍵合面的X軸以及垂直於所述X軸的Y軸方向移動的同時進行所述陽極鍵合，在所述第一基板上鍵合作為大面積基板提供的所述鍵合對象，或在作為大面積基板提供的所述第一基板上，鍵合一個以上的所述鍵合對象。
根據本發明的另一方面提供鍵合裝置，其在第一基板上鍵合包括管芯或第二基板的鍵合對象的鍵合裝置，包括： 電漿裝置，設置有能夠進行電漿放電的電漿尖端；以及 電壓形成部，在所述第一基板與所述第一基板上配置的所述鍵合對象之間形成用於陽極鍵合的電壓， 所述電壓形成部被配置為向位於所述鍵合對象的上部的所述電漿尖端施加用於所述陽極鍵合的電位。
所述電壓形成部，可以在與所述第一基板的下部面接觸的第一電極與設置於所述電漿尖端的第二電極之間，形成用於所述陽極鍵合的電位差。
根據本發明實施例的鍵合裝置，還可以包括：驅動部，將所述電漿裝置沿著水平方向以及上下方向移動。根據本發明實施例的鍵合裝置，藉由所述驅動部，將所述電漿尖端沿著所述水平方向以及所述上下方向移動的同時，進行所述陽極鍵合，在所述第一基板上鍵合作為大面積基板提供的所述鍵合對象，或在作為大面積基板提供的所述第一基板上，鍵合所述鍵合對象。
根據本發明實施例的鍵合裝置，還可以包括：電漿處理部，對所述第一基板上的鍵合區域以及所述鍵合對象的鍵合面中的至少一個藉由電漿處理進行親水化；以及潤濕裝置，向所述第一基板上的鍵合區域以及所述鍵合對象的鍵合面中的至少一個，噴射液體而形成水膜。
所述電漿處理部，藉由所述電漿尖端產生電漿，對所述第一基板上的鍵合區域以及所述鍵合對象的鍵合面中的至少一個進行親水化。
所述電漿裝置，被配置為在將所述電漿尖端從所述鍵合對象的上部面以規定距離隔開的狀態下，在所述電漿尖端形成所述電位，以非鍵合方式在所述鍵合對象與所述第一基板之間施加用於所述陽極鍵合的電壓。
根據本發明實施例的鍵合裝置，還可以包括：鍵合台，支撐所述第一基板；以及鍵合頭，拾取支撐在支撐單元上的所述鍵合對象，向支撐在所述鍵合台上的所述第一基板的上部區域移送。所述電漿裝置被配置為在所述鍵合對象的移送期間，藉由所述電漿尖端，對所述鍵合對象的鍵合面進行電漿處理，以進行親水化。
根據本發明的又一方面提供鍵合裝置，其用於在第一基板上鍵合包括管芯或第二基板的鍵合對象，其特徵在於，包括：電漿裝置，設有能夠進行電漿放電的電漿尖端，所述電漿尖端設有電極，其用於在所述第一基板與所述鍵合對象之間形成用於陽極鍵合的電壓，被配置為藉由向所述電極施加的電位，在所述第一基板與所述鍵合對象之間形成用於陽極鍵合的電壓，在所述第一基板上鍵合所述鍵合對象。
[發明功效]
根據本發明實施例提供一種鍵合裝置以及鍵合方法，其能夠將基板與鍵合對象(管芯或基板)鍵合時，避免基板與鍵合對象之間的鍵合界面的氣體捕集現象的同時，藉由陽極鍵合有效使得基板與鍵合對象鍵合。
另外，根據本發明實施例，能夠在常溫以及常壓下使用電漿尖端，以非接觸(non-contact)的方式而無需使用真空室，對基板與鍵合對象進行陽極鍵合。
另外，根據本發明實施例，可以在不使用諸如黏附膜(adhesion film)與焊料凸塊(solder bump)的鍵合介質的情況下，以均勻的鍵合力，將管芯鍵合到基板上或鍵合基板。
另外，根據本發明實施例，可以在對基板和/或鍵合對象進行親水化的預鍵合工藝與在預鍵合後藉由陽極鍵合的主鍵合工藝中，兼用電漿尖端。
另外，根據本發明實施例，可以藉由由電漿尖端的陽極鍵合，有效進行管芯鍵合的同時，在使電漿尖端沿著移動路徑移動的情況下，有效陽極鍵合大面積基板。
本發明的功效不限於以上所述的效果。藉由本發明以及隨附圖式，本領域所屬技術領域中具有通常知識者將掃掠地理解未提及的效果。
下面，將參考圖式更詳細地描述本發明實施例。本發明實施例可以以多種形式變形，且本發明的範圍不應解釋為限於以下實施例。本發明的實施例用於向本領域技術人員更完整地描述本發明。因此，在圖式中的元件的形狀被誇大，以強調更明確的描述。
根據本發明實施例的鍵合方法是在第一基板上藉由陽極鍵合來鍵合鍵合對象(管芯或第二基板)的鍵合方法，其中，將電漿尖端放置於鍵合對象的上部，並向電漿尖端施加用於陽極鍵合的電位，以在第一基板上陽極鍵合鍵合對象。由於電漿尖端的橫截面積相對於2維平面形式的電極的橫截面積更小，因此可以避免在第一基板與鍵合對象的鍵合界面中氣體被捕集的氣體捕集現象。另外，將電漿尖端從鍵合對象的上部面，隔開幾mm的情況下，形成用於陽極鍵合的電壓，以非接觸方式陽極鍵合第一基板與鍵合對象，從而藉由不對鍵合對象施加壓力的情況下，進行主鍵合工藝，可以避免氣體捕集現象的同時，可以提高第一基板與鍵合對象之間的鍵合力。
另外，根據本發明實施例，考慮到氣體捕集問題，可以克服需要在真空室、低壓室進行陽極鍵合的限制條件，而在常溫、常壓下進行陽極鍵合，可減少設備成本和工藝成本。另外，根據本發明實施例，在預鍵合工藝時，對從電漿尖端到第一基板和/或鍵合對象產生電漿，以均勻的鍵合力使得基板與鍵合對象鍵合，而無需利用諸如黏附膜(adhesion film)與焊料凸塊(solder bump)的鍵合介質，並且將電漿尖端兼用於預鍵合工藝以及預鍵合後的陽極鍵合主鍵合工藝。因此，當製造細微I/O間距的半導體時，可以避免焊料凸塊的掃掠(sweep)、短路等的不良，並且在每次鍵合管芯時，可以在不進行主鍵合工藝的情況下，在基板上進行主鍵合工藝，從而減少了鍵合工藝所需的時間。
以下，要注意的是，儘管以在基板(例如，半導體基板或玻璃基板等)上鍵合管芯(例如，半導體晶片等)的管芯鍵合方法以及管芯鍵合裝置為例來描述了根據本發明實施例的鍵合方法以及鍵合裝置，本發明的鍵合裝置以及鍵合方法不限於在基板(第一基板)上鍵合管芯的方法，而是也包括鍵合基板(第一基板與第二基板)的方法。
在本發明的說明書中，在「基板上」鍵合鍵合對象，不僅包括在基板的上部面直接鍵合鍵合對象，還包括將其他鍵合對象鍵合於在基板上預鍵合的鍵合對象的上部面，或在基板上以多層堆疊的預鍵合的鍵合對象中堆疊在最上層部的鍵合對象的上部面，鍵合新的鍵合對象。
圖4為根據本發明實施例的管芯鍵合方法的流程圖。參考圖4，進行步驟S10、步驟S20，其藉由對基板與管芯分別進行電漿處理而進行親水化。也就是說，藉由對待鍵合管芯的基板上的鍵合區域進行電漿處理以進行親水化(步驟S10)，並且藉由在基板上的鍵合區域上，對待鍵合管芯的鍵合面進行電漿處理以進行親水化(步驟S20)。
當完成分離支撐在支撐單元上的半導體晶圓上製作的管芯的切割(dicing)工藝時，管芯依次藉由鍵合頭(bonding head)拾取，移送到基板(例如，主晶圓)被支撐的鍵合台(bonding stage)側。在實施例中，可以在管芯藉由鍵合頭向鍵合台移動時，對管芯的電漿進行處理。作為另一實施例，也可向單獨的電漿處理室移送管芯，進行電漿處理。
對基板的電漿處理可以在基板被支撐在鍵合台上的情況下進行，在單獨的電漿處理室中，進行電漿處理後，藉由基板攜帶裝置移動到鍵合台上。可以藉由多個電漿裝置來同時並行進行對基板的電漿處理與對管芯的電漿處理，也可以藉由一個電漿裝置依次進行。
可以藉由大氣壓(常壓)電漿裝置或真空(低壓)電漿裝置來進行對基板和/或管芯的電漿處理。對基板和/或管芯，可以藉由單一電漿處理來進行親水化，也可以藉由反應性離子蝕刻(ReactiveIon Etching)電漿處理後，處理表面活化(Surface Activation)等離子的依次電漿處理等來進行親水化。
對基板以及管芯的電漿處理後，可以根據需要，對基板和/或管芯進行沖洗處理(步驟S30)。也就是說，可以藉由將包括水的液體噴射到基板(第一基板)上已親水化的鍵合區域和/或管芯的親水化的鍵合面上，來形成水膜(液膜)。為了形成水膜而供應到基板或管芯的液體為例如去離子水(Deionized Water；DIW)。當根據第一基板和鍵合對象(管芯或第二基板)的鍵合界面物質(半導體、金屬、玻璃等)、電漿處理類型、主鍵合工藝方法等，僅藉由電漿處理來能夠得到足夠的鍵合力時或藉由利用電漿處理於電漿尖端的陽極鍵合熱處理來得到期望的鍵合力時，可省略沖洗處理和/或親水化處理。
拾取管芯的鍵合頭移動到鍵合台的上部區域之後，降低管芯，以使得管芯的鍵合面與基板上的鍵合區域接觸。當管芯的鍵合面以與基板上的鍵合區域接觸的方式配置時，即使管芯沒有被加壓或升溫，可以藉由管芯的已親水化的鍵合面與液膜之間的鍵合力(氫鍵合力)，在基板上預鍵合(prebonding)管芯(步驟S40)。此時，根據需要，可以在適當壓力(例如，1~2bar)下，在基板上，對管芯進行加壓和加熱。
鍵合頭重新返回到已切割的半導體晶圓側，拾取後續待鍵合的新的管芯，並重複如上所述步驟S10至步驟S40。當將管芯預鍵合到基板上時，可以對管芯預鍵合的基板進行陽極鍵合熱處理(Anodic bonding annealing)，按照基板單位，同時主鍵合(post bonding)管芯(步驟S50)。
在實施例中，可以在常溫或200℃以下的溫度下進行陽極鍵合熱處理。對於陽極鍵合熱處理，基板與管芯之間可以施加100V~1kV電壓，或大於1kV的電壓。用於主鍵合的陽極鍵合熱處理在支撐基板的鍵合台上，可藉由熱處理單元進行，也可以藉由設置於單獨的熱處理室的熱處理單元進行。
圖5為示意性示出根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的側視圖。圖6為示意性示出根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的平面圖。參考圖5和圖6，根據本發明實施例的管芯鍵合裝置100包括，支撐單元110、鍵合台120、鍵合頭140、電漿裝置170、潤濕裝置180以及電漿裝置220。
支撐單元110支撐管芯被切割的半導體晶圓W。鍵合台120支撐基板MW。支撐單元110與鍵合台120可以包括用於支撐半導體晶圓W與基板MW的卡盤(chuck)(例如，靜電卡盤)。鍵合頭140用於拾取支撐在支撐單元110上的管芯，移送到基板MW上的鍵合區域。
鍵合頭140可以沿著移送軌道132，在支撐單元110的上部區域與鍵合台120的上部區域之間往復移動。移送軌道132可以設置在由支撐部134支撐的框架130上。以下說明中，從支撐單元110朝向鍵合台120的方向稱為第一方向X，在平行於半導體晶圓W以及基板MW的平面上，垂直於第一方向X的方向稱為第二方向Y，均垂直於第一方向X以及第二方向Y的上下方向稱為第三方向Z。
移送軌道132沿著第一方向X佈置。鍵合頭140可藉由滑架142向第一方向X移動，所述滑架142以可移動的方式耦合於移送軌道132。框架130上形成有用於鍵合頭140的移送的通道136。鍵合頭140藉由設置於形成在框架130上的通道136的兩側的一對移送軌道132被支撐，可以沿著第一方向X穩定地移動。
可以藉由安裝在滑架142上的升降單元140a，在第三方向Z上升降驅動鍵合頭140。鍵合頭140的下端部設置有接地板144。鍵合頭140可以以真空抽吸等方式，在半導體晶圓W上拾取管芯。當鍵合頭140拾取管芯時，設置於框架130的檢查部150對由鍵合頭140拾取的管芯進行位置檢查。檢查部150可以基於視覺(vision)，檢查管芯的位置。
設置於框架130的清潔單元160清潔由鍵合頭140拾取的管芯的下部面(鍵合面)。清潔單元160可以設置於支撐單元110與電漿裝置170之間。清潔單元160可以是耦合有空氣噴射單元、真空抽吸單元以及離子發生器(ionizer)的清潔裝置。為了提高工藝速度，清潔單元160在由鍵合頭140拾取的管芯移動時，執行清潔處理。
圖7為示意性示出構成根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的支撐單元，與佈置電漿裝置以及鍵合台的平面圖。圖8為示意性示出構成根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的大氣壓電漿裝置的立體圖。圖9為示意性示出構成根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的大氣壓電漿裝置的截面圖。
參考圖7至圖9，電漿裝置170可以設置於在管芯D的移送路徑DP上，支撐單元110與鍵合台120之間。電漿裝置170用於藉由對管芯進行電漿處理，以進行親水化，可以藉由鍵合頭140，藉由對移送中的管芯的鍵合面進行電漿處理以進行親水化。
根據本發明實施例，在藉由鍵合頭140，將管芯D移送到鍵合台120時，可以藉由以飛散型(flying type)對管芯D的下部面(鍵合面)進行大氣壓電漿處理以進行親水化，且不需要為對管芯D進行親水化，而減少管芯D的移送速度，從而可以縮短預鍵合工藝時間。
在實施例中，電漿裝置170可以是大氣壓(常壓)電漿裝置。相應地，電漿裝置170也可以是真空電漿裝置。在電漿裝置170的上部形成有包括親水基的電漿區域P。電漿區域P可以形成為與管芯D的移送路徑DP重疊。
管芯D的鍵合面可以在移送到鍵合台120側時，藉由由電漿裝置170形成的親水基來進行親水化。親水基可包括氫或氫氧化根基。電漿裝置170，可以是諸如大氣壓氧/氬電漿裝置、大氣層水蒸汽電漿裝置。
電漿裝置170可以包括：主體172；氣體供應部174，用於向主體172內引入工藝氣體；以及，RF功率施加部176，用於藉由激發工藝氣體來形成電漿。主體172內形成有移送通道172a，其用於將從氣體供應部174供應的工藝氣體移送到上部。從RF功率供應部176b供應的RF功率藉由RF功率施加部176，施加到由絕緣體178絕緣的電極176a。
在主體172的上部形成有用於將由RF功率激發的電漿氣體形成於電漿區域P中的開口172b。形成在主體172的上部的開口172b相應於電漿尖端(plasma tip)。開口172b的長度可以相同或大於在管芯D的第二方向Y上的寬度，以使得在管芯D的第二方向Y上的整個寬度上進行親水化處理。電漿裝置170可以藉由感應部178a與控制部178b來控制操作狀態。
圖10為用於描述構成根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的電漿裝置的操作的圖。參考圖7至圖10，感應部178a感應管芯D是否位於電漿裝置170的電漿處理區間P2內。當管芯D位於進入電漿處理區間P2之前的區間P1或經過電漿處理區間P2的區間P3時，控制部178b停止電漿裝置170的操作，當管芯D位於電漿處理區間P2內時，可以藉由啟動電漿裝置170的RF功率供應部176b與氣體供應部174來產生電漿。
當管芯D進入電漿處理區間P2的電漿開始位置P21時，電漿裝置170可以由控制部178b啟動，在管芯D的移送路徑上形成電漿區域P。當管芯D藉由電漿處理區間P2的電漿結束位置P22時，電漿裝置170的操作會停止。
為了使管芯D的下部面(鍵合面)穿過電漿區域P，可以確定管芯D的移送高度與電漿裝置170的位置(上部面高度)，以使管芯D與電漿裝置170之間的上下間距G小於暴露於電漿裝置170的上部的電漿區域P的厚度T。電漿區域P可以形成為幾mm厚，在這種情況下，管芯D與電漿裝置170之間的上下間距G可以設計為小於電漿區域P厚度的幾mm距離。
電漿開始位置P21與電漿結束位置P22，不會藉由電漿向鍵合頭140發生電弧放電，可以設定管芯D的鍵合面完全親水。若設定電漿處理區間P2過於寬，則在鍵合頭140上發生電弧放電的風險增加，電漿裝置170的啟動時間過於長，從而增加了工藝成本。另外，當電漿處理區間P2設定得過於窄時，管芯D的鍵合面的前後端邊緣部的部分不會被親水化，管芯D的鍵合面親水化狀態可能在第一方向X上變得不均勻。
在實施例中，可以分別設置電漿開始位置P21與電漿結束位置P22為，接地板144的前端部開始進入電漿區域P的位置與接地板144的後端部開始離開電漿區域P的位置。可以將在電漿處理區間P2中的管芯D的移送速度設置為等於或慢於電漿處理區間P2前後的管芯D的移送速度。
當即使在電漿處理區間P2中不降低管芯D的移送速度，也可以對管芯D的鍵合面充分進行親水化時，為了提高生產率，可以在電漿處理區間P2不改變速度的情況下移送管芯D。當在電漿處理區間P2中不降低管芯D的移送速度時，如果從管芯D的鍵合面不能得到親水效果，則可以在電漿處理區間P2中降低鍵合頭140的移動速度。在降低管芯D的移送速度的情況下，可以藉由與電漿處理區間P2同步來控制鍵合頭140的移動速度，在管芯D進入電漿處理區間P2之前，預先將鍵合頭140的移送速度降低為設定距離也是可行的。
圖11至圖13為用於描述構成根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的潤濕裝置的操作的圖式。圖11示出潤濕(wetting)裝置180位於後退區域的狀態，圖12示出潤濕裝置180為了在基板MW上的鍵合區域BA中進行潤濕處理而位於鍵合區域BA的上部區域的狀態。
參考圖5、圖6、圖11至圖13，潤濕裝置180從後退位置移動到鍵合台120的上部區域，向支撐在鍵合台120上的基板MW上的管芯D與待鍵合的鍵合區域BA供應包括水的液體DIW，在鍵合區域BA上形成液膜(水膜)。在本說明書中，藉由在「基板上」噴射去離子水等液體來形成液膜包括，在基板的上部面直接形成液膜，或者在堆疊在基板的一個或多層的管芯的上部面形成液膜。
可以在鍵合台120的上部區域與從鍵合台120遠離的後退區域之間沿著移送軌道132移送潤濕裝置180。潤濕裝置180可以藉由在移送軌道132上可移動的方式耦合的移動單元182，沿著第一方向X移動。潤濕裝置180可以藉由安裝在移動單元182的升降部180a在第三方向Z上升降驅動。
在實施例中，潤濕裝置180可以是噴射(jetting)方式的圖案形成(patterning)裝置，所述噴射方式適用藉由噴射去離子水來在鍵合區域BA形成液膜的壓電(piezo)。當管芯D從支撐單元110移送到鍵合台120時，潤濕裝置180可以執行在基板MW上的鍵合區域BA中局部形成水膜的潤濕處理。
當在將管芯D移送到鍵合台120的期間，藉由潤濕裝置180在基板MW上的鍵合區域形成有液膜DL時，如圖13所示，潤濕裝置180從鍵合台120的上部區域移動，並後退到待機位置(後退位置)，以使得鍵合頭140進入基板MW上的鍵合區域。
當潤濕裝置180向後退區域移動時，鍵合頭140移動到基板MW的上部之後，降低管芯D以使得接觸基板MW上的鍵合區域BA。在管芯D的鍵合面接觸於鍵合區域BA上的情況下，如果鍵合頭140釋放管芯D的拾取狀態，則管芯D堆疊在基板MW上，藉由管芯D的被親水化的鍵合面與液膜DL之間的鍵合力(氫鍵合力)，預鍵合管芯D。
作為另一實施例，潤濕裝置180可以在管芯D的鍵合面上噴射去離子水。例如，潤濕裝置180可以藉由以朝向上部的方式設置的噴嘴，向上方噴射去離子水。由於管芯D的鍵合面藉由電漿處理，被親水化，因此可以在管芯D的已親水化的鍵合面上形成有去離子水，以形成水膜。另外，可藉由使用一個或多個的潤濕裝置180，在基板MW上的鍵合區域與管芯D的鍵合面上分別形成水膜。
如果僅藉由基板MW以及管芯D的電漿處理就可以得到充分的預鍵合力，則可以省略沖洗工藝。當省略沖洗工藝時，藉由管芯D的已親水化的鍵合面與基板MW上的已親水化的鍵合區域之間的鍵合力，在基板MW上預鍵合管芯D。
再次參考圖5和圖6，對準檢查部190基於用於對準管芯D與基板MW的視覺(vision)，識別管芯D與基板MW的位置，並確定基板MW上的鍵合區域。對準檢查部190可以沿著移送軌道132在第一方向X上可移動，固定設置在框架130上。基於管芯D與基板MW的位置，可以控制管芯D以及基板MW的佈置位置與潤濕裝置180的去離子水塗覆位置。鍵合台120可以沿著導軌122移動，所述導軌122沿著第二方向Y佈置。基板MW的位置可藉由鍵合台120，可以在左右方向(第二方向)上調節。
圖14為根據本發明實施例，示出預鍵合多個管芯到基板上的圖。當藉由對多個管芯D依次重複執行如上所述的過程，預鍵合多個管芯D到基板MW上時，基板MW與管芯D之間施加電壓，藉由陽極鍵合熱處理，主鍵合管芯D到基板MW上。陽極鍵合熱處理可以藉由基板攜帶裝置(未示出)將基板MW向熱處理單元(未示出)移送來執行，也可以在鍵合台120上執行。
圖15為示出構成根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的電漿裝置的圖。圖16為示出圖15中所示的電漿裝置的操作的圖。參考圖15和圖16，電漿裝置220可以藉由對基板MW的鍵合區域依次進行電漿處理而及逆行親水化。電漿裝置220可以包括第一電漿裝置221以及第二電漿裝置222。
第一電漿裝置221可以是反應性離子蝕刻電漿裝置。第一電漿裝置221可以利用電漿尖端221a來產生電漿，以藉由高頻(RF)RIE電漿處理來蝕刻平滑基板MW的鍵合區域，並去除污染物，且使表面氧化。第二電漿裝置222可以是表面活化電漿裝置，其將親水性自由基附著於基板MW的鍵合區域，以提高化學反應性和預鍵合力。
第一電漿裝置221與第二電漿裝置222可以藉由驅動部(223~228)，向第一方向X、第二方向Y以及第三方向Z移動。在實施例中，第一電漿裝置221與第二電漿裝置222可以藉由結合在移送軌道228上的移動主體227向第一方向X移動，可以與藉由移動主體227的第一驅動部226來驅動的上部主體225結合，向第二方向X移動。另外，第一電漿裝置221與第二電漿裝置222結合在藉由上部主體225的第二驅動部224來驅動的下部主體223，向第三方向Z升降。
第一電漿裝置221與第二電漿裝置222可以在下部主體223的下部並排佈置。如圖16所示，第一電漿裝置221與第二電漿裝置222，沿著基板MW的平面方向移動的同時，可以對基板MW的上部面依次進行電漿處理。基板MW可以首先藉由第一電漿裝置221進行RIE電漿處理之後，藉由第二電漿裝置222，進行表面活化電漿處理。
在主鍵合步驟中，第一電漿裝置221和/或第二電漿裝置222藉由驅動部，使電漿尖端221a、222a，在平行於基板MW與鍵合對象(管芯或基板)之間的鍵合面的X軸以及Y軸方向上進行移動的同時進行陽極鍵合熱處理，也可適用於作為具有比電漿尖端221a、222a非常寬的面積的大面積基板來被提供的基板MW或作為大面積基板來被提供的鍵合對象(大面積管芯或基板)。藉由陽極鍵合熱處理，基板MW與管芯D之間的鍵合界面被加熱以及被固化，使得管芯D主鍵合到基板MW上。可以在常溫~300℃下進行陽極鍵合熱處理。對於陽極鍵合熱處理，基板MW的電極與電漿尖端221a、222a的電極之間可以施加100V~幾kV電壓(直流或交流電壓)。
由於電漿尖端的橫截面積相對於2維平面形式的電極的橫截面積更小，因此可以避免在第一基板與鍵合對象的鍵合界面中氣體被捕集的氣體捕集現象。另外，將電漿尖端221a、222a從鍵合對象的上部面，隔開幾mm的情況下，形成用於陽極鍵合的電壓，以非接觸方式陽極鍵合第一基板與鍵合對象，從而藉由不對鍵合對象施加壓力的情況下，進行主鍵合工藝，可以避免氣體捕集現象的同時，可以提高第一基板與鍵合對象之間的鍵合力。另外，由於以非接觸方式進行陽極鍵合工藝，因此可以避免由於陽極鍵合電極的接觸而導致的鍵合對象的表面被污染或附著雜質、異物，從而可提高半導體品質。
另外，根據本發明實施例，考慮到氣體捕集問題，可以克服需要在真空室、低壓室進行陽極鍵合的限制條件，而在常溫、常壓下進行陽極鍵合，可減少設備成本和工藝成本。另外，根據本發明實施例，在預鍵合工藝時，對從電漿尖端到第一基板和/或鍵合對象產生電漿，並在預鍵合後的主鍵合工藝中，藉由使用電漿尖端來進行陽極鍵合，從而將電漿尖端兼用於預鍵合工藝以及陽極鍵合主鍵合工藝中，並且可以提高電漿裝置的利用率。
圖17為根據本發明實施例的鍵合方法的流程圖。參考圖17，鍵合方法可以包括：將鍵合對象(管芯或第二基板)移送到基板(第一基板)上(步驟S100)；使用電漿尖端(plasma tip)對基板和鍵合對象進行依次電漿處理(步驟S200)；對基板和鍵合對象中的至少一個進行沖洗處理(步驟S300)；將鍵合對象加壓/加熱到基板上(步驟S400)；以及主鍵合，向電漿尖端施加電壓，對基板和鍵合對象進行陽極鍵合熱處理(步驟S500)。
圖18為用於描述根據本發明實施例的鍵合方法的概念圖。圖19為圖18中所示的電漿處理部的示意圖。參考圖18和圖19，電漿處理部被配置為藉由一個電漿裝置260依次進行電漿處理。
電漿裝置260可以包括：主體261；電漿尖端262，用於向基板的鍵合區域和/或鍵合對象的鍵合面局部施加形成在主體261內的電漿；氣體供應部263、264，用於向主體261內引入工藝氣體(例如，氮氣/氬氣)；以及RF功率施加部265，用於藉由激發工藝氣體，施加用於形成電漿的幾GHz的RF功率。元件符號124、266、267分別表示用於控制基板溫度的加熱器、用於控制RF功率的分佈的玻璃板以及用於形成均勻電漿的離子阱板。
基板MW配置於第一電極270上，且鍵合對象(半導體晶圓W)配置於基板MW上。在主鍵合工藝中，用於陽極鍵合熱處理的第一電極(正電極)270可以設置於鍵合台120上。在主鍵合工藝過程中，電漿裝置260，用於陽極鍵合熱處理的第二電極(負電極)280形成在電漿尖端262的下部邊緣部分。第二電極280可以是越向下部，橫截面積越窄。第二電極280的下端部直徑(寬度)可以是幾mm至幾cm。第二電極280可以直接耦合到主體261，或者可以藉由以絕緣體等作為介質來耦合。
在主鍵合工藝過程中，電壓形成部282可以向第二電極280施加用於陽極鍵合熱處理的電壓。在預鍵合工藝過程中，為了基板MW和/或鍵合對象(半導體晶圓W)的親水化處理，兼用電漿裝置260時，電壓形成部282，可以在預鍵合工藝過程中向第二電極280施加接地功率，並可以在主鍵合工藝過程中向第二電極280施加用於形成陽極鍵合電壓的電位。
電漿裝置260可以藉由驅動部(未示出)沿著上下、前後、左右方向(水平方向)可移動。主在鍵合工藝過程中，電漿裝置260藉由驅動部，向基板MW與鍵合對象(半導體晶圓W)側下降。當藉由電漿裝置260的下降，形成在電漿尖端262的下部周圍部分的第二電極280位於從鍵合對象W的上部面隔開規定距離D1時，電壓形成部282可以在第一電極270與第二電極280之間形成用於陽極鍵合熱處理的電壓。
電漿尖端262與鍵合對象(半導體晶圓W)之間的隔開距離D1較佳為小於1cm(幾mm)，以使得在基板MW與鍵合對象(半導體晶圓W)之間形成陽極鍵合電壓。相應地，可以在使電漿尖端262解除在鍵合對象(半導體晶圓W)的狀態下，藉由進行陽極鍵合熱處理，將鍵合對象(半導體晶圓W)主鍵合到基板MW上。在主鍵合工藝過程中，為了對基板和鍵合對象的整個面積進行陽極鍵合熱處理，可以在藉由向水平方向移動電漿，來改變電漿裝置260鍵合對象W的位置的情況下，進行陽極鍵合熱處理。
根據本發明實施例，依次控制作為電漿裝置260供應的RF電力、工藝氣體的類型等，可以藉由一個電漿裝置260，依次進行RIE電漿處理、表面活化電漿處理。另外，藉由利用設置於電漿裝置260的第二電極280作為在主鍵合工藝中用於陽極鍵合熱處理的負電極，也可以在主鍵合工藝中利用電漿裝置260，以減少鍵合工藝成本。
圖20為用於描述根據本發明另一實施例的鍵合方法的概念圖。圖21為圖20中所示的構成電漿處理部的第二電漿裝置的示意圖。參考圖20和圖21，電漿處理部被配置為藉由兩個以上電漿裝置260、290，依次進行電漿處理。
第一電漿裝置260可以是如圖19所示的結構。第二電漿裝置290可以包括：主體291；電漿尖端292，用於向基板的鍵合區域和/或鍵合對象的鍵合面局部施加形成在主體291內的電漿以及氣體供應部293、294，用於向主體291內引入工藝氣體(例如，氧氣/氬氣)。未描述的元件符號297表示離子阱板。
第一以及第二電漿裝置260、290可以在主鍵合工藝中使用。電漿裝置290中，用於陽極鍵合熱處理的第二電極(負電極)300形成在電漿尖端292的下部邊緣部分。電壓形成部302向第二電極300施加用於陽極鍵合熱處理的電壓。
類似於第一電漿裝置260，第二電漿裝置290可以藉由驅動部(未示出)沿著上下、前後、左右方向(水平方向)移動。在主鍵合工藝中，類似於第一電漿裝置260，第二電漿裝置290藉由驅動部，向基板MW與鍵合對象(半導體晶圓W)側下降。當藉由第二電漿裝置290的下降，形成在電漿尖端292的下部周圍部分的第二電極300位於從鍵合對象W的上部面隔開規定距離D1時，電壓形成部302可以在第一電極270與第二電極300之間形成用於陽極鍵合熱處理的電壓。
根據本發明實施例，用於陽極鍵合熱處理的第二電極(負電極)280形成在用於依次電漿處理的第一電漿裝置260和第二電漿裝置290的電漿尖端262、292部分，在主鍵合工藝中使用第一電漿裝置260和第二電漿裝置290的電漿尖端262、292部分作為用於陽極鍵合熱處理的負電極，從而可以回應於基板和鍵合對象的各種物質類型、界面特性、鍵合界面大小變化，確保強結合力，並藉由在主鍵合工藝中使用電漿裝置260、290來減少鍵合工藝成本。
圖22至圖26為用於描述根據本發明實施例的管芯鍵合方法的概念圖。首先參考圖22，電漿區域P形成在基板MW的上部面，以形成基板MW的上部面作為親水面PS1。藉由電漿處理，具有親水面PS的基板MW藉由基板攜帶單元(未示出)移送到鍵合台120。在實施例中，對於基板MW，在矽基材14形成有貫通電極16，可以是在除貫通電極16之外的上部面與下部面具有絕緣膜12、18的TSV基板。
參考圖23，對由電漿進行了親水化處理的基板MW的鍵合區域上部，執行供應去離子水等液體的潤濕處理，以形成液膜DL。參考圖24，藉由電漿裝置，將下部面形成為親水表面PS2的管芯D堆疊在基板MW的鍵合區域上。管芯D可以是在矽基材24形成有貫通電極26，並在除貫通電極26之外的上部面與下部面具有絕緣膜22、28的TSV管芯。
參考圖22至圖25，當在基板MW上部預鍵合管芯D之後，進行陽極鍵合熱處理時，形成在基板MW與管芯D的界面親水面PS1、液膜DL、親水表面PS2被加熱、固化，藉由鍵合界面BL在基板MW上完全鍵合管芯D。
圖26為根據本發明實施例，示出預鍵合多個管芯到基板上的圖。參考圖26，在將多個管芯D依次堆疊以及預鍵合在基板MW上之後，藉由陽極鍵合熱處理，有效固化基板MW與管芯D之間或管芯與管芯之間的鍵合界面，以一次性主鍵合基板MW與多個管芯D，從而製造3D半導體。
根據本發明實施例，藉由由電漿處理的預鍵合工藝以及由陽極鍵合熱處理的主鍵合工藝，可以在不使用類似於黏附膜活焊料凸塊的單獨的鍵合介質的情況下，鍵合TSV管芯。結果，因為不出現由焊料凸塊的掃掠、與周圍焊料凸塊連接而引起的短路、通電不良等問題，從而可以提高半導體的品質，可以與I/O間距變得細微化無關地鍵合TSV管芯。另外，可以在不中斷管芯的移送的情況下，藉由對管芯的鍵合面進行電漿處理，以進行親水化的同時，在管芯的移送期間，可以執行潤濕處理，其將去離子水滴落到基板上的鍵合區域中，從而可以迅速處理預鍵合工藝。
圖27為根據本發明另一實施例的管芯鍵合裝置的示意性側視圖。圖28為用於描述根據圖27的實施例的管芯鍵合裝置的操作的圖。參考圖27和圖28，管芯鍵合裝置100還可以包括移送裝置210，其將電漿裝置170沿著在管芯D的移送方向(第一方向、X)上佈置的軌道200進行移動。
當管芯D在電漿處理區間移動時，移送裝置210可以以與管芯D的移送速度(或鍵合頭的移動速度)相同，或低於管芯D的移送速度V1來使電漿裝置170移動。當鍵合頭140的移動速度V1與電漿裝置170的移動速度V2相同時，管芯D與電漿裝置170的相對速度變為0，在管芯D向鍵合台120側移動時，可以得到與管芯D靜止時對電漿進行處理相同的高親水性效果。
在以比管芯D的移送速度V1更低的速度移動電漿裝置170的情況下，可以得到以下親水效果，即在迅速移動管芯D的同時，管芯D以比實際移送速度V1慢的速度(V1-V2)穿過電漿裝置170的電漿區域P。因此，根據圖27和圖28的實施例，可以獲得以下效果，即在以高速移送管芯D的同時，藉由電漿裝置170，對管芯D的鍵合面進行充分的親水化處理。
可以使用例如驅動馬達、液壓缸、氣壓缸等各種驅動工具，作為鍵合台120、鍵合頭140、潤濕裝置180、對準檢查部190、移送裝置210等的驅動源。另外，在驅動方式中，不限於圖示，可以使用移送帶、齒條/小齒輪、螺旋齒輪燈各種驅動機構。
圖29為根據本發明又一實施例的管芯鍵合裝置的示意性側視圖。參考圖29，電漿處理部可以是包括第一電漿裝置170a、第二電漿裝置170b的多個電漿裝置170。第一電漿裝置170a可以是對管芯D的鍵合面進行反應性離子蝕刻(RIE；ReactiveIon Etching)電漿處理的RIE電漿裝置。第二電漿裝置170b可以是對管芯D的鍵合面進行表面活化(Surface Activation)電漿處理的親水化電漿裝置。
為了在管芯D的移送期間對管芯D的鍵合面依次進行反應性離子蝕刻電漿處理以及表面活化電漿處理，可以沿著支撐單元110與鍵合台120之間的管芯D的直線上的移送路徑，依次配置第一電漿裝置170a以及第二電漿裝置170b。
管芯D在藉由鍵合頭140穿過第一電漿裝置170a的上部的同時，進行反應性離子蝕刻處理之後，在穿過第二電漿裝置170b的上部的同時，藉由表面活化電漿處理被親水化。第一電漿裝置170a藉由高頻(RF)RIE電漿處理，來蝕刻平滑管芯D的鍵合面，並去除污染物，且使表面氧化。第二電漿裝置170b可以將親水性自由基附著於管芯D的鍵合面，從而可以提高化學反應性和預鍵合力。
在實施例中，第一電漿裝置170a可以是在低溫、低壓(例如，常溫、60~100Pa)下以50~300W電力操作的氧RIE電漿裝置。第二電漿裝置170b可以是在低溫、低壓(例如，常溫、60~100Pa)下以2000~300W電力操作的氮氣自由基電漿裝置。
根據本發明實施例，藉由依次電漿處理，對管芯D的鍵合面進行親水化，可以在基板MW與管芯D的預鍵合時，避免腔(cavity)形成在基板MW於管芯D之間的界面，並且可以避免降低由於形成在腔的氣體的鍵合力、半導體特性變化以及結構變形等。另外，對管芯與基板進行依次電漿處理後，在主鍵合工藝中進行陽極鍵合熱處理，從而可以與管芯與基板的類型(半導體、玻璃，非導體等)或者鍵合界面物質的類型(Si、Ge、C、玻璃、聚合物材料等)無關地得到高鍵合力。
圖30為根據本發明又一實施例實施例的構成管芯鍵合裝置的電漿處理部的側視圖。圖31和圖32為示出根據圖30的實施例的電漿處理部的操作的圖。參考圖30和圖32，電漿處理部240包括電漿裝置241、主體242、升降驅動部243、移動主體244以及移送軌道245。電漿裝置241藉由電漿尖端241a產生電漿，以對基板MW進行親水化。
電漿裝置241與藉由移動主體244的升降驅動部243驅動的主體242結合，可以藉由升降驅動部243向第三方向Z移動，並可以藉由移動主體244向第一方向X移動。另外，電漿裝置241也可以向第二方向Y移動。根據圖30和圖32的實施例，藉由使用一個電漿裝置241，對基板MW於管芯D依次進行電漿處理，以進行親水化。
首先，如圖30所示，電漿裝置241在基板MW上的鍵合區域產生電漿鍵合區域，以進行親水化。可以藉由電漿尖端241a，將電漿集中到管芯D的鍵合面上，從而可以有效進行電漿處理，並且可以減少電漿處理成本。管芯D向鍵合台120移動時，可以進行對基板MW的電漿處理。
當完成對基板MW的電漿處理時，向上部移動將電漿裝置241之後，如圖31所示，向鍵合頭140移動電漿裝置241。同時，當鍵合頭140以滑架142為中心旋轉180°時，管芯D的鍵合面會位於電漿裝置241的電漿尖端241a下部。
電漿裝置241藉由電漿尖端241a，在管芯D的鍵合面上產生電漿，以對管芯D的鍵合面進行親水化。此時，也可以藉由電漿尖端241a，將電漿集中到管芯D的鍵合面上，從而可以有效進行電漿處理，並且可以減少電漿處理成本。可以在鍵合頭140的移動中進行對電漿裝置241的電漿處理。此時，為了增加在電漿尖端241a產生的電漿的接觸時間，可以將電漿裝置241沿著鍵合頭140的移動方向移動的同時，對管芯D的鍵合面進行電漿處理。
在藉由電漿裝置241對管芯D的鍵合面進行電漿處理時，如果藉由潤濕裝置180對基板MW上的鍵合區域進行沖洗處理(形成水膜)，則進一步減少預鍵合工藝時間。在完成對管芯D的鍵合面的電漿處理時，如圖32所示，使潤濕裝置180後退，使鍵合頭140向下再次旋轉180°旋轉後，使鍵合頭140下降以將管芯D預鍵合在基板MW上部。
可以提供大氣壓(常壓)電漿裝置，也可以提供依次電漿裝置，作為電漿裝置241。根據本實施例，使用電漿裝置241一次執行基板MW與管芯D的電漿處理，從而可以減少用於電漿處理的工藝成本，並也減少預鍵合工藝時間。
圖33為根據本發明又一實施例的構成管芯鍵合裝置的電漿處理部的側視圖。圖34為示出根據圖33的實施例的電漿處理部的操作的圖。參考圖33和圖34，電漿處理部250包括電漿裝置251、主體252、升降驅動部253、移動主體254以及移送軌道255。
電漿裝置251藉由電漿尖端251a產生電漿，以對基板MW進行親水化。電漿裝置251與藉由移動主體254的升降驅動部253驅動的主體252結合，可以藉由升降驅動部253向第三方向Z移動，並可以藉由移動主體254向第一方向X移動。另外，電漿裝置251也可以向第二方向Y移動。
電漿裝置251可以藉由設置在主體252的旋轉部(未示出)，沿著上下方向旋轉。根據圖33和圖34的實施例，藉由使用一個電漿裝置251，對基板MW於管芯D依次進行電漿處理，以進行親水化。
首先，如圖33所示，電漿裝置251在基板MW上的鍵合區域產生電漿鍵合區域，以進行親水化。電漿裝置251可以藉由電漿尖端251a，使電漿集中在基板MW上的鍵合區域。因此，可以有效進行電漿處理，並可以減少電漿處理成本。管芯D向鍵合台120移動時，可以進行對基板MW的電漿處理。
當完成對基板MW的電漿處理時，如圖34所示，使電漿裝置251朝向鍵合頭140移動，並使主體252向下部移動後，使電漿裝置251以主體252為中心向上部旋轉180°，以使電漿裝置251的電漿尖端251a位於管芯D的鍵合面下部。電漿裝置251藉由電漿尖端251a，在管芯D的鍵合面上產生電漿，以對管芯D的鍵合面進行親水化。
可以在鍵合頭140的移動中進行對電漿裝置251的電漿處理。此時，為了增加在電漿尖端251a產生的電漿的接觸時間，可以將電漿裝置251沿著鍵合頭140的移動方向移動的同時，對管芯D的鍵合面進行電漿處理。如果完成了對於管芯D的鍵合面的電漿處理，則藉由鍵合頭140，將管芯D配置於基板MW上以預鍵合。可以提供大氣壓(常壓)電漿裝置，也可以提供依次電漿裝置，作為電漿裝置251。根據本實施例，使用電漿裝置251依次執行基板MW與管芯D的電漿處理，從而可以減少用於電漿處理的工藝成本，並也減少預鍵合工藝時間。
以上的詳細描述例示了本發明。另外，前述的內是容體現了本發明較佳實施方式而說明的，並且本發明可在各種其他組合、變更以及環境中使用。也就是說，可以在本說明書中公開的發明概念的範圍、等同於所述公開內容的範圍和/或本技術領域的技術或指示範圍內，進行變更或修改。所描述的實施例用於描述用於實現本發明技術思想的最佳狀態，在本發明的詳細應用領域和用途中需要的各種變更是可能的。因此，本發明的詳細描述不旨在將本發明限制於所公開的實施方式。而且，所附的請求範圍也應被解釋為包括其他實施方式。
1:主晶圓 2、3、3a:TSV管芯 3b:黏附膜 3c:焊料凸塊 4:鍵合頭 12、18、22、28:絕緣膜 14、24:矽基材 16、26:電極 100:管芯鍵合裝置 110:支撐單元 120:鍵合台 122:導軌 124、266、267:加熱器 130:框架 132:移送軌道 134:支撐部 136:通道 140:鍵合頭 140a:升降單元 142:滑架 144:接地板 150:檢查部 160:清潔單元 170:電漿裝置 170a:第一電漿裝置 170b:第二電漿裝置 172、242、252、261、291:主體 172a:移送通道 172b:開口 174:氣體供應部 176:RF功率施加部 176a:電極 176b:RF功率供應部 178:絕緣體 178a:感應部 178b:控制部 180:潤濕裝置 180a:升降部 182:移動單元 190:對準檢查部 200:軌道 210:移送裝置 220、241、251:電漿裝置 221:第一電漿裝置 221a、222a:電漿尖端 222:第二電漿裝置 223:下部主體 224:第二驅動部 225:上部主體 226:第一驅動部 227、244、254:移動主體 228、245、255:移送軌道 230:熱處理單元 231:熱處理室 232、270:第一電極 233、280、300:第二電極 234、282、302:電壓形成部 235:升降部 240、250:電漿處理部 260:(第一)電漿裝置 241a、251a、262、292:電漿尖端 243:升降驅動部 263、264:氣體供應部 265:RF功率施加部 290:(第二)電漿裝置 293、294:氣體供應部 297:離子阱板 W:半導體晶圓 D:管芯 D1:距離 G:間距 T:厚度 DL:液膜 DP:移送路徑 MW:基板 BA:鍵合區域 P:電漿區域 P1、P3:區間 P2:電漿處理區間 P21:電漿開始位置 P22:電漿結束位置 PS、PS1:親水面 PS2:親水表面 S10~S50:步驟 S100~S500:步驟
圖1至圖3為示出了先前技術的管芯鍵合工藝的圖。
圖4為根據本發明實施例的管芯鍵合方法的流程圖。
圖5為示意性示出根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的側視圖。
圖6為示意性示出根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的平面圖。
圖7為示意性示出構成根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的支撐單元，與佈置大氣壓電漿裝置以及鍵合台的平面圖。
圖8為示意性示出構成根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的大氣壓電漿裝置的立體圖。
圖9為示意性示出構成根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的大氣壓電漿裝置的截面圖。
圖10為用於描述構成根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的大氣壓電漿裝置的操作的附圖。
圖11至圖13為用於描述構成根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的潤濕裝置的操作的附圖。
圖14為根據本發明實施例，示出預鍵合多個管芯到基板上的圖。
圖15為示出構成根據本發明實施例的管芯鍵合裝置的電漿裝置的圖。
圖16為示出圖15中所示的電漿裝置的操作的圖。
圖17為根據本發明另一實施例的鍵合方法的流程圖。
圖18為用於描述根據本發明實施例的鍵合方法的概念圖。
圖19為圖18中所示的電漿處理部的示意圖。
圖20為用於描述根據本發明另一實施例的鍵合方法的概念圖。
圖21為圖20中所示的構成電漿處理部的第二電漿裝置的示意圖。
圖22至圖26為用於描述根據本發明實施例的管芯鍵合方法的概念圖。
圖27為根據本發明另一實施例的管芯鍵合裝置的示意性側視圖。
圖28為用於描述根據圖27的實施例的管芯鍵合裝置的操作的圖。
圖29為根據本發明又一實施例的管芯鍵合裝置的示意性側視圖。
圖30為根據本發明又一實施例實施例的構成管芯鍵合裝置的電漿處理部的側視圖。
圖31和圖32為示出根據圖30的實施例的電漿處理部的操作的圖。
圖33為根據本發明又一實施例實施例的構成管芯鍵合裝置的電漿處理部的側視圖。
圖34為示出根據圖33的實施例的電漿處理部的操作的圖。
S10:步驟
S20:步驟
S30:步驟
S40:步驟
S50:步驟

Claims (18)

  1. 一種鍵合方法，其在第一基板上鍵合包括管芯或第二基板的鍵合對象，包括以下步驟：用鍵合頭拾取支撐在支撐單元上的所述鍵合對象，向支撐在鍵合台上的所述第一基板的上部區域移送；在所述第一基板上配置所述鍵合對象；以及藉由在所述第一基板與所述鍵合對象之間形成電壓的陽極鍵合，在所述第一基板上鍵合所述鍵合對象，鍵合所述鍵合對象，包括以下步驟：將能夠進行電漿放電的電漿裝置的電漿尖端放置於所述鍵合對象的上部；以及在常溫常壓下向所述電漿尖端施加用於所述陽極鍵合的電位，以將所述鍵合對象陽極鍵合到所述第一基板上；其中，在所述鍵合對象的移送期間，藉由所述電漿尖端，對所述鍵合對象的鍵合面進行電漿處理，以進行親水化。
  2. 如請求項1所述之鍵合方法，其還包括以下步驟：在所述第一基板上配置所述鍵合對象之前，對所述第一基板上的鍵合區域，藉由電漿處理進行親水化；以及在所述第一基板上，配置所述鍵合對象之前，藉由在所述第一基板上的鍵合區域以及所述鍵合對象的鍵合面中的至少一個噴射液體來形成水膜。
  3. 如請求項2所述之鍵合方法，其中，在所述第一基板上配置所述鍵合對象，包括以下步驟：藉由在所述第一基板與所述鍵合對象之間形成的水膜 的鍵合力，在所述第一基板上，預鍵合所述鍵合對象。
  4. 如請求項1或2所述之鍵合方法，其中，所述進行親水化，包括以下步驟：藉由所述電漿尖端產生電漿，對所述第一基板上的鍵合區域以及所述鍵合對象的鍵合面中的至少一個進行親水化。
  5. 如請求項1所述之鍵合方法，其中，鍵合所述鍵合對象，包括以下步驟：在將所述電漿尖端從所述鍵合對象的上部面隔開規定距離的狀態下，在所述電漿尖端形成所述電位，以非鍵合方式在所述鍵合對象與所述第一基板之間施加用於所述陽極鍵合的電壓。
  6. 如請求項5所述之鍵合方法，其中，所述規定距離為大於0mm且小於1cm。
  7. 如請求項5所述之鍵合方法，其中，施加用於所述陽極鍵合的電壓，包括以下步驟：在與所述第一基板的下部面接觸的第一電極與設置於所述電漿尖端的第二電極之間，形成用於所述陽極鍵合的電位差。
  8. 如請求項7所述之鍵合方法，其中，所述電位差為100V以上。
  9. 如請求項1所述之鍵合方法，其中，鍵合所述鍵合對象，包括以下步驟：將所述電漿尖端沿著平行於所述鍵合對象的鍵合面的X軸以及垂直於所述X軸的Y軸方向移動的同時進行所述陽 極鍵合，在所述第一基板上鍵合作為大面積基板提供的所述鍵合對象，或在作為大面積基板提供的所述第一基板上，鍵合一個以上的所述鍵合對象。
  10. 一種在第一基板上鍵合包括管芯或第二基板的鍵合對象的鍵合裝置，包括：鍵合台，支撐所述第一基板；鍵合頭，拾取支撐在支撐單元上的所述鍵合對象，向支撐在所述鍵合台上的所述第一基板的上部區域移送；電漿裝置，設置有能夠進行電漿放電的電漿尖端；以及電壓形成部，在所述第一基板與所述第一基板上配置的所述鍵合對象之間形成用於陽極鍵合的電壓，所述電壓形成部被配置為在常溫常壓下向位於所述鍵合對象的上部的所述電漿尖端施加用於所述陽極鍵合的電位；其中，所述電漿裝置被配置為在所述鍵合對象的移送期間，藉由所述電漿尖端，對所述鍵合對象的鍵合面進行電漿處理，以進行親水化。
  11. 如請求項10所述之鍵合裝置，其中，所述電壓形成部在與所述第一基板的下部面接觸的第一電極與設置於所述電漿尖端的第二電極之間，形成用於所述陽極鍵合的電位差。
  12. 如請求項10所述之鍵合裝置，其中，還包括：驅動部，將所述電漿裝置沿著水平方向以及上下方向移動。
  13. 如請求項12所述之鍵合裝置，其中，藉由所述驅動部，將所述電漿尖端沿著所述水平方向以及所述上下方向移動的 同時，進行所述陽極鍵合，在所述第一基板上鍵合作為大面積基板提供的所述鍵合對象，或在作為大面積基板提供的所述第一基板上，鍵合所述鍵合對象。
  14. 如請求項10所述之鍵合裝置，其中，還包括：電漿處理部，對所述第一基板上的鍵合區域，藉由電漿處理進行親水化；以及潤濕裝置，向所述第一基板上的鍵合區域以及所述鍵合對象的鍵合面中的至少一個，噴射液體而形成水膜。
  15. 如請求項10或14所述之鍵合裝置，其中，所述電漿處理部藉由所述電漿尖端產生電漿，對所述第一基板上的鍵合區域以及所述鍵合對象的鍵合面中的至少一個進行親水化。
  16. 如請求項10所述之鍵合裝置，其中，所述電漿裝置被配置為在將所述電漿尖端從所述鍵合對象的上部面以規定距離隔開的狀態下，在所述電漿尖端形成所述電位，以非鍵合方式在所述鍵合對象與所述第一基板之間施加用於所述陽極鍵合的電壓。
  17. 一種鍵合裝置，其用於在第一基板上鍵合包括管芯或第二基板的鍵合對象，包括：鍵合台，支撐所述第一基板；鍵合頭，拾取支撐在支撐單元上的所述鍵合對象，向支撐在所述鍵合台上的所述第一基板的上部區域移送；電漿裝置，設有能夠進行電漿放電的電漿尖端，所述電漿尖端設有電極，其用於在所述第一基板與所述鍵合對象之間形成用於陽極鍵合的電壓，被配置為藉由向所述電極施加的電位，在所述第一基板 與所述鍵合對象之間形成用於陽極鍵合的電壓，在常溫常壓下在所述第一基板上鍵合所述鍵合對象；其中，所述電漿裝置被配置為在所述鍵合對象的移送期間，藉由所述電漿尖端，對所述鍵合對象的鍵合面進行電漿處理，以進行親水化。
  18. 如請求項17所述之鍵合裝置，其中，還包括：驅動部，將所述電漿尖端沿著上下方向以及水平方向移動，所述驅動部被配置成，將所述電漿尖端從所述鍵合對象的上部面，向以規定距離隔開的位置移動。
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