TWI821950B - 晶粒表面處理裝置以及其晶粒結合系統 - Google Patents
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Abstract
是提供在雙區對於晶粒依序進行還原處理以及活性化處理之晶粒表面處理裝置以及其晶粒結合系統。上述晶粒表面處理裝置是設在支撐晶粒之平台；設在晶粒移動路徑上，並在第1電漿區，還原處理晶粒表面之第1電漿形成區；以及設在晶粒移動路徑上，並包含在第2電漿區親水性處理晶粒表面之第2電漿形成區。
Description
本發明是晶粒(Die)表面的處理裝置和具有該設備的系統。更詳細的來說是為黏晶(Die Bonding)而處理晶粒表面的裝置，以及具有該設備的系統。
製造半導體元件之製程，可在半導體生產設備內連續進行，製作半導體元件之製程，可在半導體生產設備內連續進行，並分為前製與後製。
半導體生產設備為生產半導體元件，可設置在定義為FAB的空間。前製程是指在晶圓(Wafer)上形成電路圖案以完成晶片的過程。前製程會包含晶圓上形成薄膜之沉積製程(Deposition Process)，利用光罩(Photo Mask)在薄膜上轉印光阻劑(Photo Resist)之微影製程(Photo-Lithography Process)，在晶圓上為形成電路圖案，利用化學物或是反應性氣體，將不必要的部位，以選擇性清除之蝕刻製程(Etching Process)，去除蝕刻後殘留的光阻劑之灰化(Ashing)製程，在連接電路圖案的部位離子注入，使其持有電子元件之特性的離子注入製程
(Ion Implantation Process)，在晶圓上去除汙染源之清洗製程(Cleaning Process)。
後製是將前製所完成的製品性能做評鑑。經由後製程檢查晶圓上各個晶片是否會啟動並選出良品和不良品的晶圓檢查製程、切割(Dicing)、黏晶(Die Bonding)、焊線(Wire Bonding)，封裝(Molding)，刻印(Marking)等，將各個晶片切段或分割，使其具備製品形狀之包裝製程(Package Process)，經過電力特性檢查、燒機(Burn-In)檢查等，最終確定製品特性和安全性之最終檢查製程等。
過去直接黏晶(或可稱之為全貼合，Direct Bonding)時，為使表面活性化，廣泛應用真空電漿。但是，這樣需要製程別所需時間(Tack Time)的增加，並需要由於需要真空室和幫浦等，因此需要高製程費用本和空間。
且在真空電漿，為表面活性化而使用之氧(O2)氣體，會使露出在晶粒(Die)表面的金屬層氧化。
本發明中解決之課題為在雙區(Dual Zone)處理晶粒還原以及活性化的晶粒表面處理裝置並具備這些之黏晶系統。
本發明之課題不會限制於以上所述，沒有提到的其他課題，可由以下之記載內容，該業者得以明確理解。
為達成上述課題，本發明的晶粒表面處理裝置的一實施態樣(aspect)是有支撐晶粒之平台；上述晶粒設置在移動路徑，第1電漿區，還原處理上述晶粒表面之第1電漿形成區；以及設置在上述晶粒之移動路徑上，在第2電漿區，將上述晶粒表面親水性處理之第2電漿形成區。
上述第1電漿形成區是利用第一製程的氣體還原處理上述晶粒的表面，上述第一製程氣體可包含惰性氣體與還原性氣體。
上述第一製程氣體更可包含上述惰性氣體和上述還原性氣體以外的更多。
上述還原性氣體至少包含氫氣(H2)以及氨氣(NH3)中其中一個。
上述第2電漿形成區是利用第二製成氣體將上述晶粒表面親水性處理，上述第二製程氣體可包含惰性氣體。
上述平台至少是以一個方向旋轉，上述晶粒是依照上述平台的旋轉，依序通過上述第1電漿區以及上述第2電漿區。
上述晶粒至少以一個方向在上述平台旋轉，上述晶粒在上述平台旋轉時可依序通過上述第1電漿區以及上述第2電漿區。
上述晶粒首先通過上述第1電漿區，之後通過上述第2電漿區。
上述第1電漿區域以及上述第2電漿區域，是在一個共享區域上形成，會由阻障來區分區域。
上述阻障可由金屬或陶瓷中至少選擇一個成分作為素材來製作。
上述第1電漿形成區以及上述第2電漿形成區是利用一體形電極在上述第1電漿區以及上述第2電漿區上同時產生相互不同種類的電漿。
上述第1電漿形成區是利用在上述第1電漿區的上部配置的第1機體；上述第1電漿區的下部配置的第2機體；上述第1機體的內部形成的第一移送通路，向上述第1電漿區供應第1製程氣體的第1氣體供應模組；以及設置在上述第1機體的內部，當連接電源時，可包含激發上述第1製程氣體的第1電極。
上述第2電漿形成區是設置在上述第2電漿區的上部配置的第3機體；配置在上述第2電漿區的下部之第4機體；利用在上述第3機體的內部形成的第二移送通路向上述第2電漿區供應第2製程氣體之第2氣體供應模組；以及設置在上述第3機體的內部而連接電源時，會激發上述第2製程氣體的第二電極。
上述第1電漿形成區以及上述第2電漿形成區在上述平台上可設置成為以寬度方向的附近或是以長度方向作隔開設置。
上述第1電漿形成區以及上述第2電漿形成區可反覆處理上述晶粒之表面，並可交替處理上述晶粒之表面。
上述晶粒可包含，基板層；上述基板層上形成的金屬層；上述金屬層和上述基板層的同一面上形成的絕緣層；貫通上述基板層以金
屬充填的金屬通孔(Via)；以及在上述基板層內部而與上述基板層和上述金屬通孔之間形成的牆壁層。
上述第1電漿形成區以及上述第2電漿形成區，是利用大氣壓電漿處理上述晶粒的表面。
上述晶粒表面處理裝置可適用於全貼合製程。
為達成上述課題本發明之晶粒表面處理裝置的另一實施態樣可支撐晶粒，至少在一個方向旋轉的平台；設置在上述晶粒的移動途徑上，在第1電漿區還原處理上述晶粒之表面的第1電漿形成區；以及設置在上述晶粒的移動途徑上，在第2電漿區作上述晶粒之表面親水性處理的第2電漿形成區，上述第1電漿形成區以及上述第2電漿形成區在上述平台以寬度方向緊接設置，上述晶粒隨著上述平台的旋轉，在上述第1電漿區以及上述第2電漿區交替著處理表面。
為達成上述課題本發明的晶粒結合系統的一實施態樣為還原處理或親水性處理晶粒表面的處理裝置；上述晶粒要結合的基板上之區域，形成液模之等待裝置；上述晶粒的結合面接觸在上述基板上的液膜，將上述晶粒假接合於上述基板上的結合頭；以及在上述晶粒之後貼合(Post-Bonding)之前將上述基板做熱退火的熱處理室，上述晶粒表面處理裝置是設在支撐晶粒的平台；上述晶粒的移動途徑上，在第1電漿區還原處理上述晶粒之表面的第1電漿形成區；以及設置在上述晶粒的移動途徑上且在第2電漿區將上述晶粒親水性處理的第2電漿形成區。
其他實施例的具體事項包含在詳細說明與圖面上。
10:第1方向
20:第2方向
30:第3方向
100:晶粒表面處理裝置
110，110a，110b...110n:晶粒
120:平台
130:第1電漿形成區
140:第2電漿形成區
210:基板層
220:金屬層
230:絕緣層
240:金屬通孔
250:阻障層
310:第1機體
320:第2機體
330:第1氣體供應模組
340:第1電源連接模組
350:第1電極
360:第1電漿區
370:第1移送通路
380:第1製程氣體
410:共享區域
420:阻障
510:第3機體
520:第4機體
540:第2電源連接模組
550:第2電極
560:第2電漿區
580:第2電漿區
600:晶粒結合系統
610:等待裝置
620:結合頭
630:熱處理室
圖1是依本發明一實施例的晶粒表面處理裝置的構造，概略性顯示的平面圖。
圖2是依本發明一實施例的透過晶粒表面處理裝置處理表面的晶粒結構之概略性圖示之側面圖。
圖3是依本發明一實施例的概略性圖示晶粒表面處理裝置結構之平面圖。
圖4是依本發明一實施例的組成晶粒表面處理裝置的第1電漿形成區之結構，概略性圖示的側斷面圖。
圖5是依本發明一實施例的組成晶粒表面處理裝置的第1電漿形成區以及第2電漿形成區之第1實施型態之圖面。
圖6是依本發明一實施例的組成晶粒表面處理裝置的第1電漿形成區以及第2電漿形成區之第2實施型態之圖面。
圖7是依本發明一實施例的晶粒表面處理裝置的構造，概略性圖示的平面圖。
圖8是依本發明一實施例的組成晶粒表面處理裝置的第1電漿形成區以及第2電漿形成區之第3實施型態之圖面。
圖9是依本發明一實施例的組成晶粒表面處理裝置的第1電漿形成區以及第2電漿形成區之第4實施型態之圖面。
圖10是依本發明一實施例的組成晶粒表面處理裝置的第1電漿形成區以及第2電漿形成區之第5實施型態之圖面。
圖11是依本發明一實施例的包含晶粒表面處理裝置的晶粒結合系統之內部組成，概略性圖示的側斷面圖。
圖12是依本發明一實施例的包含晶粒表面處理裝置的晶粒結合系統之晶粒結合方法，依序圖示之流向圖。
以下參照附加圖面，詳細說明本發明的理想實施例。本發明的優點及特徵，以及實現它們的方法，可參照以下附加圖面以及在後續說明的實施例，會更加明確。但本發明不會侷限在以下揭示的實施例，亦可透過各樣的型態來呈現，只是本實施例會更加完整告知本發明的內容，在本發明所屬的技術領域中，對於具備其通常知識者，等於是提供其完整告知發明的範疇，本發明僅藉由請求項的範疇做出定義。整個說明書內的相同符號，是指稱同一組成要素。
指稱為元件(elements)或是不同層的元件或是指稱為層的「其上方(on)」或是「在上方(on)」者則不僅包含在其他元件或是層的正上方，亦或在其中間有其他層或是載有其他元件時的所有情形。相反的，元件指稱為「直接上方(directly on)」或是「正上方」者，就意味者在其中間沒有載有其他元件或是層。
空間上的相對性字彙如「下(below)」、「上(beneath)」、「下部(lower)」、「上(above)」、「上部(upper)」等如圖面所示，是為簡易記述一個元件或是一些組成要素與其他元件或是一些組成要素之間的相關關係。空間上的相對性字彙追加在圖面所示的方向使用時或是動作
時，應將其理解為元件的相互不同方向亦包含在內之字彙。例如，將圖面所示之元件倒反時，有可能使原先位於其他元件的「下方(below)」或是「下方(beneath)」之元件，卻成為位於其他元件的「上(above)」。因此，例示性字彙之「下方」，亦可包含下方與上方之意思。元件亦可背向成為其他方向，因此在空間上的相對性字彙，可依其背向情形來解釋。雖然第1，第2等各樣元件是為敘述其組成要素以及/或部分(Sections))而使用，這些元件、組成要素以及/或是部分(Sections)，當然不會因其字彙而受侷限。這些字彙只是將一個元件、組成要素或是部分(Sections)，與其他元件、組成要素或是部分(Sections)做區別而使用。因此，在以下提起的第1元件、第1組成要素或是第1部分(Sections)，在本發明的技術思維中，當然可視為第2元件、第2組成要素或是第2部分(Sections)。
本說明書中使用之字彙是為說明實施例，並不是要限制本發明。本說明書中的單數型亦可包含複數型，除非有特別的提起。說明書中使用之「包含」以及/或是「包含的」對於提起之組成要素、步驟、操作以及/或是元件，不排除其他一個以上的組成要素、步驟、操作以及/或是元件的存在或追加。
若未做出其他定義則本說明書中使用之所有字彙(包含技術及科學性字彙)是在本發明所屬的技術領域中具有通常知識者，可共通理解之意義來使用。且一般在使用而於字典上有已定義者，則依照其原來意思，不會超出或做出過度的解釋，除非做出其他明確的定義。
以下藉由所附圖面對於本發明的實施例做出詳細說明，參照圖面作說明時，不管圖面符號如何，只要相同或對應的組成要素，則給予相同的參考編號，並省略對其做重複說明。
本發明是為全貼合(Direct Bonding)而處理晶粒(Die)表面之裝置。依據本發明之晶粒表面處理裝置，在雙區依序進行處理晶粒的還原以及活性化處理為特徵。
以下參照圖面等，對本發明作詳細說明。
圖1示將本發明之一實施例的晶粒表面處理裝置結構，以概略性圖示之平面圖。
依照圖1，晶粒表面處理裝置(100)可包含晶粒(110)，平台(120)，第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)所組成。
晶粒(110)是採用於晶粒結合(或可稱之為黏晶，Die Bonding)者。此晶粒(110)是透過全貼合製程，像是全貼合混接製程(Direct Hybrid Bonding Process)來處理的。
晶粒(110)在透過全貼合結合製程之前，可以做表面處理。本實施例中晶粒表面處理裝置(100)是處理晶粒(110)表面，像是利用電漿來處理晶粒(110)表面。
晶粒(110)以全貼合混接用試料來呈現時，亦可具有像是圖2所示之結構。
圖2是依本發明之一實施例，由晶粒表面處理裝置處理表面的晶粒結構，概略性圖示之側面圖。以下說明則參照圖2。
晶粒(110)可包含基板層(Substrate Layer；210)，金屬層(Metal Layer；220)以及絕緣層(Dielectric Layer；230)所組成。在
此，基板層(210)可由矽(Si)為主要成分來製作，在本實施例中並不將基板層(210)製作限定於此。
金屬層(220)以及絕緣層(230)是在基板層(210)上形成的。此時，金屬層(220)可以在基板層(210)之一面上形成，絕緣層(230)可以在基板層(210)的兩面上形成。但是本實施例並不將其限定。金屬層(220)也像絕緣層(230)一樣，也可以在基板層(210)的兩面上形成。
當金屬層(220)僅在基板層(210)的一面上形成時，金屬層(220)可以形成在部分的區域中。此時，剩下的區域，可形成絕緣層(230)。金屬層(220)亦可像是再配線層(RDL；Re-Distribution Layer)。
為形成晶粒(110)電路，可包含貫通基板層(210)而形成的金屬通孔(Via)(240)。此金屬通孔(240)在晶粒(110)內備有複數個。
金屬通孔(240)可由金屬為素材充填。金屬通孔(240)亦可由像是銅(Cu)素材來充填。
另外，晶粒(110)為防止充填於金屬通孔(240)的金屬，滲透於基板層(210)內，在基板層(210)和金屬通孔(240)之間可加入阻障層(Barrier Layer；250)。
晶粒(110)是利用微凸塊黏晶(Micro Bump Bonding)製程，疊層複數個之晶片來製作。此時，複數個的晶粒(110a，110b，…，110n)可為矽穿孔(Through Sillicon Via,TSV)晶粒(Dies)。但是本實施例並不限定於此。晶粒(110)亦可利用焊接(Wire Bonding)疊層複數個晶片來製作。
再參照圖1作說明。
平台(120)是支撐安置於上部的晶粒(110)。此平台(120)可支撐複數個的晶粒(110a，110b，…，110n)。但是本實施例並不限定於此。平台(120)亦可支撐單數個晶粒(110)。
平台(120)可組成為可旋轉的。此時，平台(120)可以用順時鐘方向旋轉，亦可以逆時鐘方向旋轉。當平台(120)以這種方式配置成為旋轉平台時，複數個的晶粒(110a，110b，…，110n)可於平台(120)上依序通過第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)。此時，複數個的晶粒(110a，110b，…，110n)可設置成為在平台(120)上固定。
另外，如圖3所示，平台(120)維持固定，複數個的晶粒(110a，110b，…，110n)在平台(120)上旋轉的方式亦可。此時，複數個的晶粒(110a，110b，…，110n)在平台(120)上，可依序通過第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)。圖3是概略顯示依本發明另一實施例的晶粒表面處理裝置的結構之平面圖。
另外，複數個的晶粒(110a，110b，…，110n)可以向時鐘方向或逆時鐘方向之任一方向來旋轉的方式設置在平台(120)上。但是，本實施例並不侷限於此。複數個的晶粒(110a，110b，…，110n)亦可設置成為以雙向(順時鐘方向或逆時鐘)旋轉的方式設置在平台(120)上。
再參考圖1來做說明。
平台(120)以側向(第1方向(10))斷面呈圓狀之方式組成亦可。但是本實施例並不限定於此。平台(120)可以在第1方向(10)使其斷面形狀具有橢圓形或多邊形方式組成。平台(120)，如圖3所示，像是有如第1方向(10)使其斷面形狀具有方形組成。
在圖1顯示，平台(120)呈圓狀時，即可旋轉的方式組成。但是本實施例並不將其不限定於此。平台(120)若呈其具有形狀時，如圖3所示，設成固定的亦可。平台(120)若是其他形狀時，情形亦同。
第1電漿形成區(130)是設在晶粒(110)的移動路徑上。此第1電漿形成區(130)是利用大氣壓電漿(atmospheric pressure plasma,AP Plasma)表面處理其晶粒(110)的接合面。第1電漿形成區(130)亦可由大氣壓電漿電極來呈現。
第1電漿形成區(130)是利用大氣壓電漿，可還原處理晶粒(110)之表面。第1電漿形成區(130)為此而可包含如圖4所示之第1機體(310)，第2機體(320)，第1氣體供應模組(330)，第1電源連接模組(340)以及第1電極(350)來組成。
圖4是依本發明依實施例之組成晶粒表面處理裝置之第1電漿形成區的結構，概略顯示之側斷面圖。以下說明參考圖4。
第1機體(310)以及第2機體(320)可配置在產生電漿之第1電漿區(360)為間隙之區域，各配置在上部和下部。為形成電漿，第1機體(310)在其內部，可備有第1電極(350)，第2機體(320)可成為接地(GND)。第1機體(310)以及第2機體(320)可由絕緣體形成。
第1氣體供應模組(330)是以第1電漿區(360)供應第1製程氣體(380)。在上述，第1電漿區(360)意味著還原用電漿產生區間。
如上所述，第1電漿形成區(130)可還原處理晶粒(110)之表面。第1氣體供應模組(330)為此，可混合惰性氣體以及還原性氣體，作為第1製程氣體(380)來供應。
第1製程氣體(380)有如上述說明，是由惰性氣體和還原性氣體混合而成。在此，氬氣(Ar)等可作為惰性氣體來利用，氫氣(H2)，氨氣(NH3)等為還原性氣體來利用。
第1製程氣體(380)可將惰性氣體比率高過還原性氣體比率來搭配。像是還原性氣體在第1製程氣體(380)中，以0.3%以下比率。
另外，第1製程氣體(380)是透過第1機體(310)內形成之第1移送通路(370)移動至第1電漿區(360)。
第1電源連接模組(340)是在第1電極(350)連接射頻(RF)電源。此第1電源連接模組(340)是透過第1移送通路(370)，向第1電漿區(360)供應第1製程氣體(380)時，可在第1電極(350)連接射頻(RF)電源。
第1電極(350)是以第1電源連接模組(340)連接之射頻(RF)電源為基礎，去激發移動至第1電漿區(360)之第1製程氣體(380)。第1製程氣體(380)由第1電極(350)激發後，在第1電漿區(360)可處理晶粒(110)表面之電漿。
再參照圖1做說明。
第2電漿形成區(140)是與第1電漿形成區(130)一樣，設置在晶粒(110)之移動路徑上。此第2電漿形成區(140)也是利用大氣壓電漿表面處理晶粒(110)的接合面。第2電漿形成區(140)也像第1電漿形成區(130)一樣，以大氣壓電漿電極來呈現。
第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)如圖5所示，成為一體化而以一個模組來呈現。
圖5是本發明之一實施例之組成晶粒表面處理裝置的第1電漿形成區以及圖示第2電漿形成區之第1實施型態之圖面。以下說明是參照圖5。
第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)可共享一個模組內形成之區域(410)。此時，阻障(Barrier；420)設在此共享區域(410)內，將共享區域(410)區分為第1電漿區(360)和第2電漿區(560)。在上述第1電漿區(360)意味著還原用電漿產生區間，第2電漿區(560)意味著親水用電漿產生區間。
阻障(420)則將共享區域(410)區分為雙區(360，560)。阻障(420)則以金屬(Metal)或陶瓷(Ceramic)為素材來製作。
另外，第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)如圖6所示，是分離而以個別模組來呈現。圖6是依本發明之一實施例之組成晶粒表面處理裝置的第1電漿形成區以及第2電漿形成區之第2實施型態。
第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)如圖5所示成為一體而以一個模組呈現時，可在平台(120)上以寬度方向(第1方向(10))鄰接設置。第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)則可像是圖1以及圖3顯示之結構，在平台(120)上設置亦可。
但是本實施例並不將其不限定於此。第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)，如圖6所示，分離成為個別之模組來呈現時，亦可在平台(120)上以長度方向(第2方向(20))隔開設置。第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)亦可像是圖7所示之結構，在平
台(120)上設置。圖7是依本發明之另一實施例之晶粒表面處理裝置之結構之概略性圖示之平面圖。
再次以圖1來做說明。
第2電漿形成區(140)是利用大氣壓電漿，可將晶粒(110)之表面活性化處理(或是親水性處理)。為此，第2電漿形成區(140)可以與圖4所示之第1電漿形成區(130)相同結構來設置。
以下是有關組成第2電漿形成區(140)之各個組成要素相關說明，整體之結構可參照圖4。
第2電漿形成區(140)可包含第3機體(510)，第4機體(520)，第2氣體供應模組，第2電源連接模組以及第2電極所組成。第3機體(510)，第4機體(520)以及第2電漿區(560)則可參照圖5以及圖6之圖示。
第3機體(510)以及第4機體(520)則可各自對應於第1機體(310)以及第2機體(320)。也就是，第3機體可與第1機體(310)相同結構形成，第4機體則可與第2機體(320)以相同結構形成。
第2氣體供應模組是向第2電漿區(560)供應第2製程氣體。此第2氣體供應模組可與第1氣體供應模組(330)以相同結構形成。
第2電漿形成區(140)有如前面所述，可將晶粒(110)表面活性化處理(或是親水性處理)。第2氣體供應模組為此而可將惰性氣體作為第2製程氣體來供應。第2氣體供應模組可像是氬氣(Ar)等作為第2製程氣體來供應。
另外，第2製程氣體是透過第3機體(510)內形成之第2移送通路，可移動至第2電漿區(560)。第2移送通路亦可與第1移送通路(370)相同結構形成。
第2電源連接模組是在第2電極連接RF電源。第2電源連接模組以及第2電極，亦可與第1電源連接模組(340)和第1電極(350)以相同結構形成。
第2電極是由透過第2電源連接模組連接之RF電源為基礎，將移動至第2電漿區(560)的第2製程氣體激發的。第2製程氣體經由第2電極的激發後，在第2電漿區(560)可以將晶粒(110)之表面電漿處理。
第1電漿形成區(130)與第2電漿形成區(140)是利用圖8所示之各個電源連接模組(340，540)以及電極(350，550)，來激發製程氣體(380，580)。具體來說，第1電漿形成區(130)是利用第1電源連接模組(340)以及第1電極(350)，將移動至第1電漿區(360)的第1製程氣體(380)激發，第2電漿形成區(140)是利用第2電源連接模組(540)以及第2電極(550)，可將移動至第2電漿區(560)之第2製程氣體(580)激發。圖8是依本發明之一實施例的組成晶粒表面處理裝置之第1電漿形成區以及第2電漿形成區之第3實施型態圖示之圖面。
第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)若如圖8所示利用各個電源連接模組(340，540)以及電極(350，550)時，可在相互不同電壓條件下，激發製程氣體(380，580)。
但是本實施例並不將其不限定於此。第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)如圖9圖面所示，利用單一個電源連接模組(340)，在各個電極(350，550)連接電源，以激發製程氣體(380，580)也是可行的。此時，第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)可以用相同電壓條件下激發製程氣體(380，580)。圖9依本發明之一實施例的組成晶粒表面處理裝置之第1電漿形成區以及第2電漿形成區之第4實施型態圖示之圖面。
另外，在第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)上構成之電極，可在圖10圖面所示，以單一機體形成亦可。電極以這種單一機體(350)形成時，在其一端注入還原性氣體，另一端注入活性化用氣體，可使兩種類之AP電漿同時形成。圖10是本發明之一實施例之組成晶粒表面處理裝置之第1電漿形成區以及第2電漿形成區之第5實施型態之圖示圖面。
可參照以上圖1，以及圖4至圖10，對於第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)做了說明。第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)是將製程氣體以電漿狀態激發，可以處理晶粒(110)之接合面之表面處理。
第1電漿形成區(130)是還原處理晶粒(110)之表面，第2電漿形成區(140)是活性化處理晶粒(110)表面(或是親水性處理)，因此本實施例中，首先由第1電漿形成區(130)還原處理晶粒(110)之表面，接著由第2電漿形成區(140)活性化處理(或是親水性處理)晶粒(110)。
若第2電漿形成區(140)首先將晶粒(110)之表面活性化處理(或是親水性處理)時，暴露在晶粒(110)之表面之金屬層(220)有可能會氧化。因此在本實施例，為防止此問題，首先要將晶粒(110)之表面還原處理，接著將晶粒(110)之表面活性化處理(或是親水性處理)亦可。
晶粒(110)透過第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)可以各一次表面處理。
但是本實施例並不將其不限定於此。晶粒(110)透過第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)各以複數次表面處理亦可。
晶粒(110)可透過第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)，來做相同次數之表面處理。例如晶粒(110)是透過第1電漿形成區(130)做2次的表面處理，亦可透過第2電漿形成區(140)做2次的表面處理。但是本實施例並不將其不限定於此。晶粒(110)是透過第1電漿形成區(130)以及第2電漿形成區(140)做不同次數地的表面處理，也是可行的。例如，晶粒(110)透過第1電漿形成區(130)做3次的表面處理，透過第2電漿形成區(140)做4次的表面處理。
以上藉由圖1至圖10，說明本發明之各樣實施型態之晶粒表面處理裝置(100)。晶粒表面處理裝置(100)是利用雙區大氣壓(AP)電漿電極，處理晶粒(110)之表面。在上述中，大氣壓電漿電極在全貼合混接製程(Direct Hybrid Bonding Process)製程內，可同時處理試料表面之還原以及親水性(活性化)處理為特徵。
本實施例中，晶粒表面處理裝置(100)亦可包含，透過雙區，可將還原處理用電漿和親水性(活性化)處理用電漿，同時吐出之AP電漿電極。晶粒表面處理裝置(100)透過雙區AP電漿電極的利用，在單一電極內，依序進行試料表面之還原以及活性化(親水性)製程，金屬表面的還原處理和用於直接混合接合的基板中的電介質表面的活化(親水性)處理可以依次進行。這樣可依序進行，直接混貼用基板內金屬表面的還原處理以及介電質表面之活性化(親水性)處理。另外，晶粒表面處理裝置(100)是亦可利用旋轉平台依序並反覆的處理，試料之還原與活性化。另外，晶粒表面處理裝置(100)比起真空電漿，可用相對較低的費用進行AP電漿製程，也可以使模組組成的佈線(Lay out)最小化。
接著說明晶粒結合系統(600)之晶粒結合方法。
圖11是依照本發明之一實施例，在晶粒表面處理裝置包含的晶粒結合系統之內部組成之概略性圖示之圖面，圖12是依序顯示本發明之一實施例之包含晶粒表面處理裝置的晶粒結合系統之晶粒結合方式之流程圖。以下說明則參照圖11以及圖12。
首先，晶粒表面處理裝置(100)之第1電漿形成區(130)還原處理(S710)晶粒(110)之表面。晶粒表面處理裝置(100)是利用混合惰性氣體和還原性氣體之第1製程氣體(380)，可還原處理晶粒(110)之表面(例如，氬氣或氫氣之大氣壓電漿處理)，此時在晶粒(110)之表面形成的金屬層(220)(也就是金屬表面)可還原處理。
之後，晶粒表面處理裝置(100)之第2電漿形成區(140)將晶粒(110)之表面活性化處理(或是親水性處理)(S720)。晶粒表面處
理裝置(100)是利用由惰性氣體組成之第2製程氣體(580)，可將晶粒(110)之表面活性化處理(或是親水性處理)(例如，氬氣之大氣壓電漿處理)，此時，在晶粒(110)之表面形成的絕緣層(230)(也就是Dielectric表面)可以活性化處理(或是親水性處理)。
之後，晶粒結合系統(600)之等待裝置(610)會供應液體於，晶粒(110)要貼合的基板上之貼合區域而形成液膜(DIW Rinse/Spin Dry)(S730)。此時，等待裝置(610)為液膜之形成，供應在基板上之貼合區域之液體，亦可是純水(DIW；De-Ionized Water)。
之後，晶粒結合系統(600)之結合頭(620)會使晶粒(110)之貼合面，接觸於基板上之液膜。此時，不必將晶粒(110)加壓或升溫，晶粒(110)之親水性的貼合面和液膜之間的貼合力，會使晶粒(110)在基板上可以預先全貼合(Direct Pre-Bonding)(S740)。
之後，複數個的晶粒(110)在基板上預先全貼合(Direct Pre-Bonding)時，複數個的晶粒(110)會將假接合之基板移送至熱處理室(630)，將上述基板做熱退火(Annealing)，並以基板為單位，將複數個的晶粒(110)後貼合(Post-Bonding)(S750)。
參考以上和附件圖面做了本發明之實施例之說明，但是本發明所屬領域的一般技術人員可以理解，在不改變技術思維和必備特徵的情況下，可以將本發明改變為其他具體型態來進行。因此，上述實施例，在所有層面僅為例示性而非限定的。
10:第1方向
20:第2方向
30:第3方向
100:晶粒表面處理裝置
110，110a，110b...110n:晶粒
120:平台
130:第1電漿形成區
140:第2電漿形成區
Claims (18)
- 一種晶粒表面處理裝置，包含：一平台，支撐晶粒之；一第1電漿形成區，設在上述晶粒之一移動路徑，在一第1電漿區還原處理上述晶粒表面；以及一第2電漿形成區，設在上述晶粒之上述移動路徑上，在一第2電漿區親水性處理上述晶粒之表面。
- 根據請求項1所述的晶粒表面處理裝置，其中，上述第1電漿形成區是利用一第1製程氣體，還原處理上述晶粒之表面，上述第1製程氣體是包含一惰性氣體以及一還原性氣體。
- 根據請求項2所述的晶粒表面處理裝置，其中，上述還原性氣體包含氫氣(H2)以及氨氣(NH3)的至少其一。
- 根據請求項1所述的晶粒表面處理裝置，其中，上述第2電漿形成區是利用一第2製程氣體，將上述晶粒表面親水性處理，上述第2製程氣體僅包含一氬氣。
- 根據請求項1所述的晶粒表面處理裝置，其中，上述平台，至少以一個方向旋轉， 上述晶粒依照上述平台之旋轉，依序通過上述第1電漿區以及上述第2電漿區。
- 根據請求項1所述的晶粒表面處理裝置，其中，上述晶粒，至少以一個方向在上述平台上旋轉，上述晶粒在上述平台上旋轉時，依序通過上述第1電漿區以及上述第2電漿區。
- 根據請求項1所述的晶粒表面處理裝置，其中，上述晶粒是首先通過上述第1電漿區，之後通過上述第2電漿區。
- 根據請求項1所述的晶粒表面處理裝置，其中，上述第1電漿區以及上述第2電漿區是在一個共享區域上形成，且透過一阻障區分區域。
- 根據請求項1所述的晶粒表面處理裝置，其中，上述第1電漿形成區以及上述第2電漿形成區是利用一體成型電極，在上述第1電漿區以及上述第2電漿區同時產生不同種類電漿。
- 根據請求項1所述的晶粒表面處理裝置，其中，上述第1電漿形成區，是在上述第1電漿區之上部配置之一第1機體；上述第1電漿區之下部配置之一第2機體；是利用配置在上述第1機體內部之一第1移送通路，向上述第1電漿區供應一第1製程氣體之一第1氣體供應模組；以及 設在上述第1機體內部，連接一電源時會激發上述第1製程氣體之一第1電極。
- 根據請求項1所述的晶粒表面處理裝置，其中，上述第2電漿形成區，在上述第2電漿區上部配置之一第3機體；上述第2電漿區下部配置之一第4機體；利用在上述第3機體內部形成之一第2移送通路，向上述第2電漿區供應一第2製程氣體之一第2氣體供應模組；以及設在上述第3機體之內部，連接一電源時會激發上述第2製程氣體之一第2電極。
- 根據請求項1所述的晶粒表面處理裝置，其中，上述第1電漿形成區以及上述第2電漿形成區是在上述平台上鄰接設在一寬度方向，或以一長度方向隔開設置。
- 根據請求項1所述的晶粒表面處理裝置，其中，上述第1電漿形成區以及上述第2電漿形成區，可反覆處理上述晶粒之表面，並交替處理上述晶粒之表面。
- 根據請求項1所述的晶粒表面處理裝置，其中，上述晶粒，包含：一基板層；一金屬層，在上述基板層上形成；一絕緣層，上述金屬層和上述基板層之同一面上形成； 一金屬通孔，貫通上述基板層，並以金屬充填之通孔；以及一阻障層，在上述基板層內部，且在上述基板層和上述金屬通孔之間形成之阻障層。
- 根據請求項1所述的晶粒表面處理裝置，其中，上述第1電漿形成區以及上述第2電漿形成區是利用一大氣壓電漿，處理上述晶粒表面。
- 根據請求項1所述的晶粒表面處理裝置，其中，上述晶粒表面處理裝置是適用於一全貼合製程。
- 一種晶粒表面處理裝置，包含：一平台，支撐一晶粒，並至少以單向旋轉；一第1電漿形成區，設在上述晶粒之一移動路徑上，在一第1電漿區還原處理上述晶粒表面；以及一第2電漿形成區，設在上述晶粒之上述移動路徑上，在一第2電漿區親水性處理上述晶粒表面，其中，上述第1電漿形成區以及上述第2電漿形成區，在上述平台上，以一寬度方向鄰接設置，上述晶粒依照上述平台之旋轉，在上述第1電漿區以及上述第2電漿區，交替處理表面。
- 一種晶粒結合系統，包含： 一處理裝置，還原處理一晶粒之表面並一親水性處理上述晶粒之上述表面；一等待裝置，上述晶粒在結合時，在基板上之區域形成液膜；一結合頭，將上述晶粒之結合面接觸於上述基板上之上述液膜，使上述晶粒預先全貼合(Direct Pre-Bonding)於上述基板上；以及一熱處理室，在上述晶粒之後貼合(Post-Bonding)之前，熱處理上述基板，其中，上述晶粒表面處理裝置，有支撐晶粒之平台；設在上述晶粒之一移動路徑上，在一第1電漿區還原處理上述晶粒表面之一第1電漿形成區；以及設在上述晶粒之上述移動路徑上，在一第2電漿區親水性處理上述晶粒表面之一第2電漿形成區。
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