JP7321309B2 - 基板をボンディングする方法 - Google Patents
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Description
したがって構造体は、たとえば、
●アライメントマーク
●角部または縁部、とりわけ機能ユニットの角部および縁部
●コンタクトパッド、とりわけスルーシリコンビア(TSV)またはスルーポリマービア(TPV)
●導体路、
●凹部、とりわけ穴部または窪部
である。
本発明による実施形態のために使用することが好ましい試料ホルダは、位置固定部を使用する。位置固定部は、位置固定力または対応する位置固定圧力を用いて基板を保持するために使用される。位置固定部は、とりわけ:
●機械式の位置固定部、とりわけクランプ、もしくは、
●真空固定部、とりわけ
○個々に制御可能な真空通路、または、
○互いに接続された真空通路
を備える真空固定部、もしくは、
●電気式の位置固定部、とりわけ静電気式の位置固定部、もしくは、
●磁気式の位置固定部、もしくは、
●接着式の位置固定部、とりわけ
○ゲルパック位置固定部、または、
○とりわけ制御可能な接着表面を備える位置固定部
とすることができる。
本発明による少なくとも1つの、好ましくは全てのプロセスステップの間、ボンディングウェーブの進行状況またはボンディングウェーブの少なくとも1つの状態を検出し、これによって、所定の時点におけるボンディングウェーブの進行状況またはボンディングウェーブの少なくとも1つの状態を求めることが有利である。このために、とりわけカメラを有する測定手段を設けることが好ましい。監視は、好ましくは:
●カメラ、とりわけ視覚カメラまたは赤外線カメラ、および/または
●導電率測定器具
を用いて実施される。
本発明による方法の第1の実施形態の第1のプロセスステップでは、2つの基板のうちの一方の基板が、第1の/上側の試料ホルダの上に、そして第2の基板が、第2の/下側の試料ホルダの上に位置決めされ、位置固定される。この場合、基板の供給は手動で実施してもよいが、好ましくはロボットによって、すなわち自動で実施することができる。上側の試料ホルダは、好ましくは、上側の第1の基板を第1の力F1によって狙い通りに、とりわけ制御可能に変形させるための変形手段を使用する。上側の試料ホルダは、とりわけ少なくとも1つの開口部を有し、変形手段、とりわけピン(pin)は、この開口部を通して上側の第1の基板を機械的に変形させることが可能である。このような試料ホルダは、好ましくは国際公開第2013/023708号(WO2013/023708A1)に開示されている。
●基板を装填する
●ボンディングを開始することなく、ピンをウェーハにコンタクトさせる(ウェーハに100mNの力)
●2つのウェーハを互いに向かって相対的に接近させる(間隔40~200μm)
●両基板の間のヒュージョン接合を開始するために、ウェーハに力を加える(1500~2800mNの力)
●ヒータを停止する
●ボンディングウェーブが充分に伝播するまで待機する(典型的には1~5秒)-第1の待機時間
●ウェーハ表面の真空吸着をスイッチオフ(排気)する(とりわけ両ゾーンを同時に)
●ボンディングウェーブがさらに伝播するまで待機する(とりわけ2~15秒)-第3の待機時間
●ピンを引き戻す
●ボンディングウェーブが完全に伝播するまで待機する(とりわけ5~90秒)-第4の待機時間。
第2の実施形態によるプロセスは、第1の実施形態の第1~第7のプロセスステップに相当する。
●基板を装填する
●ボンディングを開始することなく、ピン(変形手段)をウェーハにコンタクトさせる(とりわけウェーハに100mNの力)-ピンの第1の力
●2つのウェーハを互いに向かって相対的に接近させる(とりわけ間隔40~200μm)-第1の間隔
●両基板の間のヒュージョン接合を開始するために、ウェーハを押圧する(とりわけ1500~2800mNの力)-ピンの第2の力
●ヒータを停止する
●ボンディングウェーブが充分に伝播するまで待機する(とりわけ1~5秒)-第1の待機時間
●上側のウェーハのための真空吸着をスイッチオフ(排気)する(とりわけ両ゾーンを同時に)
●下側のウェーハのための真空吸着をスイッチオフ(排気)する
●ボンディングウェーブがさらに伝播するまで待機する(とりわけ2~15秒)-第3の待機時間
●下側のウェーハのための真空吸着をスイッチオンする-第1の真空
●ピンを引き戻す
●ボンディングウェーブが完全に伝播するまで待機する(とりわけ5~90秒)-第4の待機時間。
第3の実施形態によるプロセスは、第2の実施形態の第1~第9のプロセスステップに相当する。第9のプロセスステップでは、各パラメータが、好ましくは第2の実施形態よりも10~40%だけ小さく設定される。こうすることにより、第10のプロセスステップまでの待機時間が短縮され、第3の実施形態では、追加的な待機時間が導入されるか、または第2の待機時間が分割される。
●基板を装填する
●ボンディングを開始することなく、ピンをウェーハにコンタクトさせる(とりわけウェーハに100mNの力)-ピンの第1の力
●2つのウェーハを互いに向かって相対的に接近させる(とりわけ間隔40~200μm)-第1の間隔
●両基板の間のヒュージョン接合を開始するために、ウェーハを押圧する(とりわけ1500~2800mNの力)-ピンの第2の力
●ヒータを停止する
●ボンディングウェーブが充分に伝播するまで待機する(とりわけ1~5秒)-第1の待機時間
●上側のウェーハのための真空吸着をスイッチオフ(排気)する(とりわけ両ゾーンを同時に)
●下側のウェーハのための真空吸着をスイッチオフ(排気)する
●ボンディングウェーブがさらに伝播するまで待機する(とりわけ1~10秒)-第2の待機時間
●下側のウェーハとチャック(下側の試料ホルダ)との間の空間を、所定の期間、所定の圧力(とりわけ10~200ミリバール)で換気する-第1の圧力
●ボンディングウェーブがさらに伝播するまで待機する(とりわけ2~15秒)-第3の待機時間
●下側のウェーハのための真空吸着をスイッチオンする-第1の真空
●ピンを引き戻す
●ボンディングウェーブが完全に伝播するまで待機する(とりわけ5~90秒)-第4の待機時間。
記載されたプロセスは、とりわけさらなるプロセスモジュールにおいて継続することができる。
●アライメント誤差、とりわけ
○全体的なアライメント誤差、および/または、
○ランアウト誤差、ならびに/もしくは、
●欠陥、とりわけ
○空隙、および/または、
○気泡(bubbles)、および/または、
○亀裂、
を確認するための接合界面の測定を含む。
●希ガス、とりわけヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、および/またはキセノン
●分子ガス、とりわけ二酸化炭素および/または窒素
●上記のガスからの任意の組み合わせ
である。
1o,1o’ 試料ホルダ表面
2,2’ 基板
2o,2o’ 基板表面
2i 基板裏側
3,3’ 位置固定部
4 孔部
5 穴部
6 変形手段
7 コンタクト点
8 ボンディングウェーブフロント
9 測定手段
10 基板スタック
11 ヒータ
12 光源
F1,F2 力
FH1,FH2 保持力
v ボンディングウェーブ速度
TH 加熱温度
T1,T2 基板の温度
E1,E2 基板の弾性率
d1,d2 基板の厚さ
V1,V2 基板の体積
m1,m2 基板の質量
p1,p2 基板の密度
G1,G2 基板の重力
r1,r2 基板の曲率半径
r10,r20 基板の初期曲率半径
D 基板縁部間隔
Claims (24)
- 第1の基板(2)と第2の基板(2’)とをボンディングするためのデバイスであって、前記デバイスは、試料ホルダおよび測定手段(9)を備え、
前記試料ホルダは、前記試料ホルダにおける過圧または負圧によって、前記第1の基板(2)、前記第2の基板(2’)またはそれらの組み合わせを凸面状または凹面状に湾曲するように構成され、
前記測定手段(9)は、前記第1および第2の基板(2、2’)が接触する点から伝播するボンディングウェーブを検出し、前記ボンディングウェーブの制御を可能にするように構成される、
デバイス。 - 前記測定手段(9)は、前記第1の基板(2)の裏側を検出するようにさらに構成される、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記測定手段(9)は、前記ボンディングウェーブを測定するようにさらに構成される、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記デバイスは、
第1の保持力F H1 によって前記第1の基板(2)を保持するように構成される第1の試料ホルダ(1)と、
第2の保持力F H2 によって前記第2の基板(2’)を保持するように構成される第2の試料ホルダ(1’)と、
をさらに備え、
前記第1の保持力F H1 および前記第2の保持力F H2 の少なくとも一方は、前記ボンディングウェーブを制御するために0まで減少する、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記測定手段(9)は、前記ボンディングウェーブの状態および前記ボンディングウェーブの進行の少なくとも1つを検出するようにさらに構成される、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記測定手段(9)は、前記ボンディングウェーブの位置およびボンディングエリアのサイズの少なくとも1つを検出するようにさらに構成される、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記測定手段(9)は、光学系およびカメラの少なくとも1つを備える、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記測定手段(9)は、導電率測定手段を備える、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記試料ホルダは、第1および第2の保持力F H1 およびF H2 を与え、前記第1および第2の基板(2、2’)をそれぞれ前記第1および第2の試料ホルダ(1、1’)に固定するようにさらに構成され、
前記試料ホルダは、前記第1および第2の保持力F H1 およびF H2 を減少し、前記第1および第2の試料ホルダ(1、1’)からそれぞれ前記第1および第2の基板(2、2’)の解離を制御するようにさらに構成される、
請求項4に記載のデバイス。 - 前記試料ホルダは、前記第1および第2の試料ホルダ(1、1’)からそれぞれ適用される第1および第2の真空を備え、
前記第1および第2の真空は、第1および第2の保持力F H1 およびF H2 を与え、前記第1および第2の基板(2、2’)をそれぞれ前記第1および第2の試料ホルダ(1、1’)に固定するように構成され、
前記第1および第2の真空は、前記第1および第2の保持力F H1 およびF H2 を減少し、前記第1および第2の試料ホルダ(1、1’)からそれぞれ前記第1および第2の基板(2、2’)の解離を制御するようにさらに構成されている、
請求項9に記載のデバイス。 - 前記ボンディングウェーブは、1秒より長い期間にわたって検出される、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記測定手段(9)は、前記第1および第2の基板(2、2’)のそれぞれの直径の少なくとも0.1倍に対応する前記ボンディングウェーブの半径方向位置を介して、前記ボンディングウェーブを検出するようにさらに構成される。
請求項1に記載のデバイス。 - 前記測定手段(9)は、前記第1および第2の基板(2、2’)のボンディングされた表面または前記第1および第2の基板(2、2’)のボンディングされていない表面のパーセンテージ量を介して前記ボンディングウェーブを検出するようにさらに構成される、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記ボンディングウェーブは、前記測定手段(9)によって得られた値を考慮して制御される、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記ボンディングウェーブは、真空を連続的に解除することによって、固定手段を狙い通り解除することによって制御される、
請求項1に記載のデバイス。 - 第1の基板(2)と第2の基板(2’)とを、前記第1および第2の基板(2、2’)のそれぞれのコンタクト面でボンディングするためのデバイスであって、前記デバイスは、
第1の真空を備える第1の試料ホルダ(1)と、
第2の真空を備える第2の試料ホルダ(1’)と、
測定手段(9)と、
を備え、
前記第1の真空は、第1の保持力F H1 を前記第1の基板(2)に与え、前記第1の基板(2)を前記第1の試料ホルダ(1)に固定するように構成され、前記第1の真空は、前記第1の試料ホルダ(1)における過圧または負圧を生成し、凸面状または凹面状に前記第1の基板(2)を湾曲するようにさらに構成され、
前記第2の真空は、第2の保持力F H2 を前記第2の基板(2’)に与え、前記第2の基板(2’)を前記第2の試料ホルダ(1’)に固定するするように構成され、前記第2の真空は、前記第2の試料ホルダ(1’)における過圧または負圧を生成し、凸面状または凹面状に前記第2の基板(2’)を湾曲するようにさらに構成され、
前記測定手段(9)は、前記第1の基板(2)と前記第2の基板(2’)との間のボンディングウェーブを、それらのコンタクトの間に検出し、前記第1および第2の真空を減少し、前記ボンディングウェーブを制御するように構成される、
デバイス。 - 第1の基板(2)と第2の基板(2’)とをボンディングするための方法であって、
前記第1の基板(2)と前記第2の基板(2’)との間のボンディングウェーブを、それらのコンタクトの間に測定するステップと、
過圧または負圧によって、前記第1の基板(2)、前記第2の基板(2’)またはそれらの組み合わせを凸面状または凹面状に湾曲し、試料ホルダによる前記第1および第2の基板(2、2’)の保持をそれぞれ減少し、前記ボンディングウェーブを制御するステップと、
を含む方法。 - 前記ボンディングウェーブを測定するステップは、前記第1の基板(2)の裏側を検出するステップをさらに含む、
請求項17に記載の方法。 - 前記試料ホルダは、第1の試料ホルダ(1)および第2の試料ホルダ(1’)を備え、
前記第1の試料ホルダ(1)は、第1の保持力F H1 によって前記第1の基板(2)を保持し、
前記第2の試料ホルダ(1’)は、第2の保持力F H2 によって前記第2の基板(2’)を保持し、
前記第1の保持力F H1 および前記第2の保持力F H2 の少なくとも一方は、前記ボンディングウェーブを制御するために0まで減少する、
請求項17に記載の方法。 - 前記ボンディングウェーブを測定するステップは、前記ボンディングウェーブの状態および前記ボンディングウェーブの進行の少なくとも1つを検出するステップをさらに含む、
請求項17に記載の方法。 - 前記ボンディングウェーブを測定するステップは、前記ボンディングウェーブの位置およびボンディングエリアのサイズの少なくとも1つを検出するステップをさらに含む、
請求項17に記載の方法。 - 前記試料ホルダの表面の加熱温度T H は、ボンディング中に低減する、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記第2の試料ホルダ(1’)の表面の加熱温度T H は、ボンディング中に低減する、
請求項16に記載のデバイス。 - 前記試料ホルダの表面の加熱温度T H を、ボンディング中に低減する、
請求項17に記載の方法。
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