KR20090018060A - 고온 양극접합 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 양극 접합 장치는, 제1 물질 시트가 맞물리도록 하고, 제어된 가열, 전압 및 냉각 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제1 접합 플레이트 기계 장치와, 제2 물질 시트가 맞물리도록 하고, 제어된 가열, 전압 및 냉각 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제2 접합 플레이트 기계 장치와, 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치에 동작되게 결합되고 상기 각 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치의 각 표면을 따라 서로에 대향하는 상기 제1 및 제2 물질 시트들의 제어된 압력을 달성하기 위해 서로를 향해 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치들을 조이도록 동작가능한 압력 기계 장치와, 그리고 상기 제1 및 제2 물질 시트들 사이의 양극 접합을 달성하기에 충분한 가열, 전압 및 압력 프로파일을 제공하기 위해 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치와 상기 압력 기계 장치에 대한 제어 신호를 생성하도록 동작가능한 제어 유닛을 포함한다.
양극 접합, 접합 플레이트, SOI, SOG 구조
Description
관련 출원에 대한 교차 인용참증
이 출원서는 현재 계류중인, "A BONDING PLATE MECHANISM FOR USE IN ANODIC BONDING"으로 명칭된, 레이몬드 씨. 캐디(Raymond C. Cady)에 의해 2006년 4월 21일자로 출원된, 미국 임시 특허출원 일련번호 제60/793,976호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은, 예를 들면, 양극접합 기술을 사용한 절연 기판상의 반도체(semiconductor-on-insulator: SOI) 구조를 제작하기 위한 장치에 관한 것이다.
최근, 절연 기판상의 반도체 구조에 가장 일반적으로 사용된 반도체 재료는 실리콘이었고, 약칭 "SOI"이라는 것이 그러한 구조들에 적용되었다. SOI 기술은 고성능 박막 트랜지스터, 태양 전지 및 능동형 매트릭스 디스플레이와 같은 디스플레이에서 점차 중요해지고 있다.
설명을 용이하게 하기 위해, 하기의 설명은 때때로 SOI 구조를 언급할 것이나, 이러한 특정 타입의 구조에 대한 그러한 언급들은 본 발명의 설명을 용이하게 하는 것으로 어떤 식으로든 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되거나 해석되어서는 안된다. 상기 SOI라는 약칭은, 절연 기판상의 실리콘 구조에 한정되는 것은 아니나 이를 포함하여, 일반적으로 절연 기판상의 반도체 구조를 말하는 것으로 본원에 사용된다. 마찬가지로, SOG라는 약칭은 유리 기판상의 실리콘 구조에 한정되는 것은 아니나 이를 포함하여, 일반적으로 유리 기판상의 반도체 구조를 말하는 것으로 사용된다. 상기 SOG란 용어는 유리-세라믹 기판상의 실리콘 구조에 한정되는 것은 아니나 이를 포함하여, 유리-세라믹 기판상의 반도체를 포함하도록 한다. 약칭 SOI는 SOG 구조를 포함한다.
SOI 구조는 절연 물질 위에 단결정 실리콘(single crystal sillicon)의 박막층(일반적으로 두께가 0.1-0.3 마이크론)을 포함할 수 있다. SOI 구조를 얻기 위한 다양한 방법들로: (i) 단결정 실리콘 웨이퍼를 SiO2로 된 산화물층(oxide layer)이 성장하는 또 다른 실리콘 웨이퍼에 접합하는 방법; (ii) 상기 실리콘 웨이퍼에서 매립형 산화물층(buried oxide layer)을 형성하기 위한 이온-주입(ion-implantation) 방법; (iii) 실리콘 도너 웨이퍼(silicon donor wafer)로부터 실리콘 박막층을 분리하고 또 다른 실리콘 웨이퍼에 상기 실리콘 박막층을 접합하기 위한 이온-주입 방법을 포함한다.
미국 특허번호 제5,374,564호는 열처리 공정(thermal process)을 사용한 기판상에 단결졍 실리콘막을 얻기 위한 공정을 개시한다. 평평한 면을 갖는 반도체 도너 웨이퍼는: (i) 대량의 상기 도너 웨이퍼로 구성되는 하부 지역과 상대적으로 얇은 박리층으로 구성되는 상부 지역으로 정의되는 기체 상태의 마이크로-버블(micro-bubbles) 층을 생성하는 이온으로 상기 웨이퍼 면에 조사(bombardment)에 의한 주입 단계; (ii) 상기 웨이퍼의 평평한 면과 적어도 하나의 견고한 물질층으로 구성된 보강재(stiffener)를 접촉시키는 단계 및 (iii) 상기 이온 조사가 수행되고 상기 마이크로-버블에서의 압력 효과와 상기 박막과 대량의 기판 사이를 분리하기에 충분한 온도에서 상기 웨이퍼 조립체를 열처리하는 세 번째 단계를 거친다.
특히, 이러한 공정은 일부 유리와 유리-세라믹 기판을 접합하는데 훨씬 더 높은 온도를 필요로 하기 때문에 일반적으로 유리 또는 유리-세라믹 기판으로 작업하지 않는다.
미국 특허출원번호 제2004/0229444호는 SOG 구조를 생산하는 공정을 개시하는 것으로, 전 개시물은 참조로서 병합된다. (i) 접합 표면을 갖는 박리층을 생성하기 위해 수소 이온 주입에 실리콘 도너 웨이퍼 표면을 노출시키는 단계; (ii) 유리 기판과 접촉하는 상기 실리콘 도너 웨이퍼의 접합 표면을 가져오는 단계; (iii) 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판의 접합을 용이하게 하기 위해 그들에게 압력, 온도 및 전압을 인가하는 단계; 및 (iv) 상기 실리콘 도너 웨이퍼로부터 상기 유리 기판과 상기 실리콘 박리층의 분리를 용이하게 하기 위해 일반적인 온도로 상기 구조를 냉각시키는 단계들을 포함한다.
미국 특허출원번호 제2004/0229444호에 개시된 공정에 기인하는 상기 SOG 구조는, 예를 들면, 유리 기판과, 그에 접합된 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 반도체층의 특정 물질은 사실상 단결정 물질의 형태일 수 있다. "사실상"이란 단어는 반도체 물질이 본래 또는 격자 결함(lattice defects)이나 약간의 결정립계(a few grain boundaries)와 같은 의도적으로 추가된 적어도 일부 내부 또는 표면 결함을 보통 포함한다는 사실을 고려하여 상기 반도체 층을 설명하는데 사용된다. "사실상"이란 단어는 또한 특정 도펀트(dopants)가 왜곡되거나 그렇지 않으면 벌크(bulk) 반도체의 결정 구조에 영향을 줄 수 있다는 사실을 반영한다.
설명을 위해, 본원에 논의된 상기 반도체층이 실리콘으로부터 형성될 수 있다라고 가정할 수 있다. 하지만, 상기 반도체 물질은 실리콘계(silicon-based) 반도체 또는 반도체 종류인 III-V, II-IV, II-IV-V 등과 같은 임의의 다른 유형의 반도체일 수 있음은 물론이다. 이러한 물질들의 일례로는 실리콘(Si), 실리콘 게르마늄(SiGe), 실리콘 카바이드(SiC), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 인듐인(InP)을 포함한다. 상기 유리 기판은 산화 유리 또는 산화 유리-세라믹으로부터 형성될 수 있다.
요구된 것은 아니지만, 본원에 기술된 상기 SOG 구조는 산화 유리 또는 산화 유리-세라믹을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 유리 기판은, 코닝 인코포레이티드 화합물 No. 이글 2000TM으로 만들어진 기판과 같은, 알칼리토류(alkaline-earth) 이온을 함유하는 유리 기판으로부터 형성될 수 있다. 이러한 유리 물질은 특히, 예를 들면, 액정 디스플레이의 제조에 사용된다.
본 발명에 의해 상기 얇은 박리 반도체층(예, 실리콘)과 일종의 유리 및 유리 세라믹 기판과 같은 특정 기판 간의 우수한 품질의 양극 접합은 다수의 공정 변수들의 정확한 제어를 필요로 한다. 이러한 변수들은 온도(특히 1000℃에 접근 및/ 또는 1000℃를 초과하는 고온), (상기 반도체층과 기판 간의) 압력, (전기분해를 유도하는) 전압, 대기 상태(예, 진공 또는 비진공), (박리를 유도하는) 냉각 프로파일, (예, 박리를 돕기 위한) 기계적 분리 인핸스먼트(enhancement) 등 중 하나 이상을 포함한다. 유리 또는 유리-세라믹 기판에 반도체층을 양극 접합하기 위한 종래 기술은 상기 공정 변수들을 충분히 다루지 않는다. 예를 들면, 종래 양극 접합 공정의 온도 제한은 대략 600℃이다.
따라서, 상기 양극 접합 공정을 달성할 수 있는, 예를 들면, 상기 공정 변수들 중 하나 이상을 제어함으로써, 달성할 수 있는 새로운 장치를 위한 기술이 요구된다.
본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 양극 접합 장치는, 제1 물질 시트가 맞물리도록 하고, 제어된 가열, 전압 및 냉각 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제1 접합 플레이트 기계 장치; 제2 물질 시트가 맞물리도록 하고, 제어된 가열, 전압 및 냉각 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제2 접합 플레이트 기계 장치; 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치에 동작되게 결합되고 상기 각 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치의 각 표면을 따라 서로에 대향하는 상기 제1 및 제2 물질 시트들의 제어된 압력을 달성하기 위해 서로를 향해 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치들을 조이도록 동작가능한 압력 기계 장치; 및 상기 제1 및 제2 물질 시트들 사이의 양극 접합을 달성하기에 충분한 가열, 전압 및 압력 프로파일을 제공하기 위해 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치와 상기 압력 기계 장치에 대한 제어 신호를 생성하도록 동작가능한 제어 유닛을 포함한다.
본 발명의 하나 이상의 추가 실시예들에 따른 양극 접합 장치는, 제1 물질 시트가 맞물리도록 하고, 제어된 가열 및 전압 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제1 접합 플레이트 기계 장치; 제2 물질 시트가 맞물리도록 하고, 제어된 가열 및 전압 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제2 접합 플레이트 기계 장치; 및 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치에 동작되게 결합되고 상기 제1 및 제2 물질 시트의 양극 접합을 돕기 위해 상기 각 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치의 각 표면들을 따라 서로에 대향하는 상기 제1 및 제2 물질 시트들의 제어된 압력을 달성하기 위해 서로를 행해 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치들을 조이도록 동작가능한 리프트 및 압착 기계 장치를 포함한다.
본 발명의 하나 이상의 추가 실시예들에 따른 양극 접합 장치는, 제1 물질 시트가 맞물리도록 동작가능한 제1 접합 플레이트 기계 장치와 제2 물질 시트가 맞물리도록 동작가능한 제2 접합 플레이트 기계 장치로서, 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치는 상기 제1 및 제2 물질 시트의 각각이 맞물리기 위한 베어링면을 정의하는 각 베어링 표면을 각각 포함하는, 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치; 및 상기 제2 접합 플레이트 기계 장치에 동작되게 결합되고, (i) 폐쇄 방향일 때, 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치의 각 표면을 따라 서로 대향하는 상기 제1 및 제2 물질 시트의 제어된 압력을 달성하는 것을 돕고; (ii) 이중 동작 개방 프로파일을 제공하기 위한 것으로서, 제1 동작은 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치의 각 베어링면에 수직하는 방향으로 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치로부터 상기 제2 접합 플레이트 기계 장치를 분리하고, 제2 동작은 상기 제2 접합 플레이트 기계 장치가 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치의 베어링면에 경사지도록 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치로부터 떨어진 상기 제2 접합 플레이트 기계 장치를 기울이도록 동작가능한 개폐 기계 장치를 포함한다.
본 발명의 하나 이상의 추가 실시예들에 따른 양극 접합 장치는, 제1 물질 시트가 맞물리도록 하고, 제어된 가열, 전압 및 냉각 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제1 접합 플레이트 기계 장치; 제2 물질 시트가 맞물리도록 하고, 제어된 가열, 전압 및 냉각 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제2 접합 플레이트 기계 장치; 및 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치에 결합되고, 상기 제1 및 제2 물질 시트의 주변 가장자리가 서로 닿지 않도록 한 상기 제1 및 제2 물질 시트 쪽으로 상기 제1 및 제2 물질 시트 사이에 심 어셈블리(shim assemblies)를 대칭적으로 이동하도록 동작가능한 다수의 이동가능한 심 어셈블리를 포함하는 스페이서 기계 장치를 포함한다.
본 발명의 하나 이상의 추가 실시예들에 따른 (제1 및 제2 물질 시트를 함께 양극 접합하는데 사용하기 위한) 양극 접합 장치는, 제1 및 제2 이격 표면을 포함하는 베이스; 상기 베이스의 상기 제2 표면에 의해 지지되고 상기 베이스에 열전달을 방해하도록 동작가능학 열적 절연체; 상기 절연체에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되고 전력에 응하여 열을 생성하도록 동작가능한 히팅 디스크(heating disk); 및 상기 히팅 디스크에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되고 상기 히팅 디스크로부터 적어도 채널 가열되도록 동작가능하며, 상기 제1 물질 시트에 전압을 부여하는 열방출판을 포함하되, 상기 제1 물질 시트에 부여된 가열과 전압은 상기 제1 및 제2 물질 시트의 양극 접합을 돕기 위한 각 가열과 전압 프로파일에 따른다.
본 발명의 하나 이상의 추가 실시예들에 따른 (제1 및 제2 물질 시트를 함께 양극 접합하는데 사용하기 위한) 양극 접합 장치는, 제1 및 제2 이격 표면을 포함하는 베이스; 상기 베이스에 직접적으로 또는 간접적으로 연결되고 전력에 응하여 열을 생성하도록 동작가능한 히팅 디스크를 포함하되, 상기 히터 디스크는 가장자리 손실 온도 보상 특성을 제공하도록 동작가능한 다수의 히팅 지역을 포함하며, 상기 제1 물질 시트에 부여된 열은 상기 제1 및 제2 물질 시트의 양극 접합을 돕기 위한 가열 프로프일에 따른다.
본 발명의 하나 이상의 추가 실시예들에 따른 (제1 및 제2 물질 시트를 함께 양극 접합하는데 사용하기 위한) 양극 접합 장치는, 제1 및 제2 이격 표면을 포함하고 전력에 응하여 열을 생성하도록 동작가능한 히팅 디스크; 상기 히팅 디스크의 상기 제2 표면에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되고 상기 히팅 디스크로부터 적어도 채널 가열되도록 동작가능하며 상기 제1 물질 시트에 전압을 부여하는 열방출판; 및 상기 히터 디스크의 상기제1 표면과 열로 소통하고 상기 열방출판과 히터 디스크를 통해 상기 제1 물질 시트로부터 열을 제거하기 위해 냉각 유체를 운송하도록 동작가능한 적어도 하나의 냉각 채널을 포함하되, 상기 제1 물질 시트에 부여된 가열 및 전압은 상기 제1 및 제2 물질 시트의 양극 접합을 돕기 위한 각 가열 및 전압 프로파일에 따르고, 상기 제1 물질 시트에 부여된 냉각은 상기 제2 물질 시트에 접합되었던 박리층을 상기 제1 물질 시트로부터 분리하는 것을 돕기 위한 냉각 프로파일을 따른다.
본 발명의 하나 이상의 추가 실시예들에 따른 (제1 및 제2 물질 시트를 함께 양극 접합하는데 사용하기 위한) 양극 접합 장치는, 제1 및 제2 이격 표면과 그것을 통한 개구부를 포함하는 베이스; 상기 베이스에 의해 지지되고 상기 베이스로부터 열적으로 절연되며 전력에 응하여 열을 생성하도록 동작가능한 히팅 디스크로서, 상기 히팅디스크는 그것을 통한 개구부를 포함하는 히팅디스크; 상기 히팅 디스크에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되고 상기 히팅 디스크로부터 적어도 채널 가열되도록 동작가능하며, 상기 제1 물질 시트에 접합 전압을 부여하는 열방출판으로서, 상기 열방출판은 그것을 통한 개구를 포함하는 열방출판; 및 상기 베이스의 개구부를 통해 연장하는 전극을 갖는 프리로드 플런저(preload plunger)로서, 상기 전극은 그것이 상기 열방출판에 연결될 때 상기 제1 물질 시트에 전기적으로 연결되도록 동작하능하다.
본 발명의 설명이 수반하는 도면들과 함께 기술될 때 다른 양태, 특징, 이점 등은 본 발명에 속하느 분야의 당업자에게 보다 분명해질 것이다.
본 발명의 다양한 양태를 도시하기 위해, 현재 바람직한 도면들을 도시하였으나, 본 발명은 도시된 대로의 배열 및 수단으로만 제한되는 것은 아니다.
도 1은 부분 폐쇄 구성에 있서 본 발명의 접합 장치의 실시예의 사시도.
도 2는 개방 구성에 있어 도 1의 접합 장치의 정면 입면도.
도 3은 부분 폐쇄 구성에 있어 도 1의 접합 장치의 정면 입면도.
도 4a는 폐쇄 구성에 있어 도 1의 접합 장치의 정면 입면도.
도 4b는 폐쇄 구성에 있어 도 1의 접합 장치의 측면 입면도.
도 5는 도 1의 접합 장치의 부분 분해 조립 사시도.
도 6은 도 1(및/또는 하나 이상의 다른 실시예들)의 접합 장치에 사용하기에 적합한 리프트 및 압착 기계 장치의 실시예의 사시도.
도 7은 도 1(및/또는 하나 이상의 다른 실시예들)의 접합 장치에 사용하기에 적합한 개방 및 폐쇄 기계 장치의 실시예의 사시도.
도 8a는 도 1(및/또는 하나 이상의 다른 실시예들)의 접합 장치에 사용하기에 적합한 상부(또는 하부) 접합 플레이트 기계 장치의 실시예의 사시도.
도 8b는 8B-8B 선을 통해 절단된 도 8a의 접합 플레이트 기계 장치의 단면도.
도 9a는 도 8a 또는 다른 실시예들의 상부(또는 하부) 접합 플레이트 기계 장치로 사용하기에 적합한 히터 구성요소를 나타내는 사시도.
도 9b는 도 8a 또는 다른 실시예들의 상부(또는 하부) 접합 플레이트 기계 장치로 사용하기에 적합한 대안적인 히터 구성요소의 사시도.
도 10은 도 8a의 접합 플레이트 기계 장치의 분해 조립 사시도.
도 11a는 도 8a의 접합 플레이트 기계 장치의 평면도.
도 11b는 11B-11B선을 통해 절단된 도 11a의 접합 플레이트 기계 장치의 단면도
도 11c는 11C-11C선을 통해 절단된 도 11a의 접합 플레이트 기계 장치의 단면도.
도 12a는 도 8a(및/또는 하나 이상의 다른 실시예들)의 접합 플레이트 기계 장치로 사용하기에 적합한 프리로드 플런저(preload plunger)의 측면 입면도.
도 12b는 12B-12B선을 통해 절단된 도 12a의 상기 프리로드 플런저의 단면도.
도 13은 도 1(및/또는 하나 이상의 다른 실시예들)의 접합 장치에서의 사용을 위해 적합한 상부 및 하부 접합 프레이트 기계 장치의 단면도.
도 14는 도 1(및/또는 하나 이상의 다른 실시예들)의 접합 장치에서의 사용을 위해 적합한 스페이서 기계 장치의 실시예의 사시도.
도 15는 도 8a(및/또는 하나 이상의 다른 실시예들)의 접합 플레이트 기계 장치로 사용하기에 적합한 프리로딩된 설치물에서의 열전대(thermocouple)의 분해 조립도.
도 16은 도 1(및/또는 하나 이상의 다른 실시예들)의 접합 장치에 사용하기에 적합한 상부(또는 하부 접합 플레이트 기계 장치의 대안적인 실시예의 사시도.
도 17은 도 16의 접합 플레이트 기계 장치의 분해 조립도.
도 18은 도 16(및/또는 하나 이상의 다른 실시예들)의 접합 플레이트 기계 장치로 사용하기에 적합한 히터 디스크의 분해 조립도.
도 19는 도 16의 접합 플레이트 기계 장치의 단면도.
도 20은 도 1(및/또는 하나 이상의 다른 실시예들)의 접합 장치에 사용하기 에 적합한 상부(또는 하부) 접합 플레이트 기계 장치의 대안적인 실시예의 단면도.
도 21은 도 20의 접합 플레이트 기계 장치의 분해 조립 사시도.
도 22는 대기 제어 챔버 내에 배치된 도 1의 접합 장치의 측면 입면도.
도 23은 도 1의 접합 장치를 사용하여 생산될 수 있는 SOG 장치의 구조를 도시하는 블록도.
도 24 내지 26은 도 1의 접합 장치를 사용할 때 형성 및/또는 동작될 수 있는 매개 구조를 도시하는 블록도.
도 27은 마이크로-구조 엠보싱 응용에 적응된 도 1의 접합 장치의 블록도.
도면들을 참조하면, 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 접합 장치(10)의 사시도가 도 1에 도시되며, 이때 유사한 인용부호는 유사한 구성요소들을 나타낸다. 이 실시예에에서, 상기 접합 장치는 상기 종래 접합 온도, 예를 들면 600℃ 및 1000℃에 접근 및/또는 초과하는 온도에서 SOI 구조의 두 개의 물질 시트를 양극 접합할 수 있는 통합 처리 시스템이다. (상기 접합 장치(10)는 또한 종래 온도에서 양극 접합할 수 있다.) 설명을 위해(그러나 제한하는 것은 아님), SOI 구조는 상기 접합 장치(10)가 동작할 때(예를 들면, 상기 SOI 구조를 제조하는데) 적당한 워크 피스(work piece)로서 본원에 기술될 것이다. 또한 설명을 위해(그라나 제한하는 것은 아님), 워크 피스로서 하기에 기술된 특정한 SOI 구조는 유리(또는 유리 세라믹) 기판에 (실리콘 웨이퍼와 같은) 반도체 도너 웨이퍼를 접합하고 상기 반도체 도너 웨이퍼가 상기 유리 기판에 접합된 채 남아 있도록 상기 실리콘 도너 웨이 퍼로부터 실리콘층을 벗겨냄으로써 형성된 SOG 구조일 것이다.
상기 접합 장치(10)는 리프트 및 압착 기계 장치(100), 개폐 기계 장치(200), 스페이서 기계 장치(300), 상부 접합 플레이트 기계 장치(400), 및 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)을 포함한다. 이러한 주요 부품들은 서로 결합되며 그 조합체(combination)는 베이스 플레이트(12)와 지지 프레임(14)에 의해 지지된다. 하나 이상의 폐쇄 제어 루프를 포함할 수 있는 제어 유닛(미도시)은 하기어 더 자세히 설명되는 것처럼 상기 접합 장치(10)의 다양한 구성요소들을 제어하도록 (예를 들면, 컴퓨터 프로그램에 의해) 동작할 수 있다.
상기 접합 장치910)의 동작과 임의의 특정 접합 공정이 본원에서 나중에 더 상세히 설명될 것이지만, 그러한 동작의 간단한 개론이 지금 소개될 것이다. 도 1에서, 상기 접합 장치(10)는 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)가 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)에 가깝게 덮어 누름으로써 폐쇄 상태에 있다. 도 2에서 보면, 상기 상부 접합 플레이트(400)는 상기 장치(10)로 함께 접합될 상기 두 개의 물질 시트(예, 실리콘 도너 웨이퍼와 유리 기판)가 삽입되도록 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)로부터 위로 떨어져 회전하도록 동작할 수 있다. 다시, 설명하기 위해, 상기 실리콘 도너 웨이퍼는 상기 유리 기판에 접합되고 나중에 상기 실리콘 도너 웨이퍼로부터 분리될 박리층을 포함하는 것으로 가정한다.
이 예에서, 상기 실리콘 도너 웨이퍼는 접합 공정 시 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)과 접하는 반면, 상기 유리 기판은 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)과 접한다고 가정한다. 예를 들면, 상기 유리 기판은 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)상에 설치될 수 있으며 상기 실리콘 도너 웨이퍼는 (상기 장치(10)가 폐쇄될 때) 그것이 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)와 접하는 위치에 있도록 상기 유리 기판 상부에 설치될 수 있다. (하지만, 이 상태는 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 벗어나지 않고 반대 상태가 될 수 있음을 알 수 있다) 대안적인 실시예에서, 상기 실리콘 도너 웨이퍼는, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)가 개방 위치에 있을 때, 예를 들면, 클립, 척(chuck) 기계 장치, 진공 등에 의해 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)에 결합될 수 있다.
일반적으로, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)는 제어된 가열, 전압 및 냉각 중 적어도 하나를 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 공급하는 반면, 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)는 제어된 가열, 전압 및 냉각 중 적어도 하나를 상기 유리 기판에 공급하도록 동작할 수 있다. 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)는 상기 상부 및 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)에 동작되게 결합되고 그것의 각 표면(이를 테면, 인터페이스)를 따라 상기 유리 기판에 대한 실리콘 도너 웨이퍼의 제어된 압력을 달성하도록 서로를 향해 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)를 조이도록 동작할 수 있다. 상기 제어 유닛은 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 간의 양극 접합을 달성하기에 충분한 가열, 전압 및 압력 프로파일들을 제공하도록 상기 상부 및 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500), 그리고 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)에 대한 제어 신호들을 생성하도록 동작할 수 있다. 상기 제어 유닛은 또한 상기 상부 및/또는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)에 대한 제어 신호를 생성하고 상기 상부 및/또는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)을 능동적으로 냉각시켜 접합 후 상기 실리콘 도너 웨이퍼로부터 박리층의 분리를 용이하게 하도록 동작할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)가 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)로부터 위로 떨어져 회전하고 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판이 그 사이에 삽입된 후, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)는 상기 상부 빛 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)가 이격되도록 (상기 개방 및 폐쇄 기계 장치(200)를 통해) 아래로 회전하도록 동작할 수 있다. 따라서, 상기 실리콘 도너 웨이퍼가 상기 유리 기판 상단에 놓이면, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)는 상기 실리콘 도너 웨이퍼로부터 이격될 것이다. 대안적으로, 상기 실리콘 도너 웨이퍼가 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)에 (예를 들면, 상술한 클립, 척, 진공 등에 의해) 결합되면, 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판은 이격될 것이다. 상기 후자의 방법이 사용된다면, (1000℃에 근접 및/또는 초과할 수 있는) 특정 온도로 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판의 개별 가열이 상기 각 상부 및 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)의 제어된 에너지에 의해 실행될 수 있다. 상기 전자의 방법이 사용된다면, 개별 가열은 상기 접합 장치(10)의 전체 폐쇄 이후에 실행될 수 있다.
도 4a와 4b에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판은 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)의 제어된 액추에이션(actuation)하에서 서로 접할 수 있다. 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500) (및 유리 기판)을 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 간에 제어된 가열과 압력이 달성되는 그러한 위치로 올린다. 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판은 또한 상기 각 상부 및 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)에 의해 부가된 약 1750 볼트 DC전원의 차동 전위를 또한 요할 수 있다. 상기 압력, 온도차 및 전압차는 제어된 시간 기간 동안 적용된다. 이후, (능동형 냉각을 수반할 수 있는) 상기 전압은 0에 이르게 되며 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판은 냉각되도록 허용되며, 이는 상기 실리콘 도너 웨이퍼로부터 박리층의 분리를 적어도 시작한다. 믿는 것이 쉽지는 않겠지만, 상기 박리층과 상기 실리콘 도너 웨이퍼 간의 분리가 상기 냉각 공정으로부터 완료되지 않았다면, 하나 이상의 기계 또는 다른 기계 장치들이 상기 박리 공정을 돕도록 사용될 수 있다.
이제 상기 접합 장치(10)의 각 구성요소들의 보다 자세한 설명이 기술될 것이다. 도 5는 상기 접합 장치(10)의 부분 분해 조립 사시도이다. 따라서, 상기 리프트및 압착 기계 장치(100), 상기 개방 및 폐쇄 기계 장치(200), 스페이서 기계 장치(300), 및 상기 상부 및 하부 접합 프레이트 기계 장치(400, 500)의 특정 부품이 쉽게 식별된다.
도 6을 더 참조하면, 이제 상기 리스트 및 압착 기계 장치(100)의 실시예가 기술될 것이다. 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)에 결합되고 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판의 양극 접합을 돕도록 그 각 표면들을 따라 서로에 대향하는 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판의 제어된 압력을 달성하도록 서로를 향해 상기 상부 및 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)를 조이도록(to urge) 동작할 수 있다. 이 실시예에서, 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 (i) 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)가 상기 상부 및 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)(그리고 이에 따른 상기 유리 기판과 상기 실리콘 웨이퍼)의 초기 프리-로드(pre-load) 위치를 달성하도록 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)를 향해 수직으로 상기 유리 기판을 움직이는 프리-로딩(pre-loading) 운동; 및 (ii) 상기 유리 기판이 (사실상 균일한 압력 분배를 위한 상기 유리 기판과 상기 실리콘 도너 웨이퍼 간의 자가-정렬을 또한 허용할 수 있는) 제어된 압력으로 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 대해 압착되는 압력 로딩 운동인, 두 가지 기본 운동을 허용하도록 동작할 수 있다:
상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)는 베이스(base)(102), 제1 액추에이터(actuator)(104), 제2 액추에이터(106), 및 하부 마운트(lower mount)(108)를 포함한다. 상기 베이스(102)는 상면(110)과 하면(112)을 포함한다. 상기 제1 액추에이터(104)는 상기 베이스(102)의 하면(112)에 결합될 수 있으며, 반면에 상기 제2 액추에이터(106)는 상기 베이스(102)의 상면(110)에 결합될 수 있다. 상기 하부 마운트(108)는 상기 제2 액추에이터(106)가 상기 베이스(102)와 상기 하부 마운트(108) 사이에 삽입되도록 상기 제2 액추에이터(106)에 결합된다.
상기 베이스(102)는 다수의 가이드 포스트(guide posts)(114,116,118)에 대해 슬라이드 가능하다 (세 개의 가이트 포스트가 도시되었으나, 더 적거나 많은 수의 가이드 포스트가 사용될 수 있음). 예를 들면, 상기 베이스(102)는 각 가이드 부싱(guide bushings)(120, 122, 124)(여기서 부싱(124)은 보이지 않음)을 포함할 수 있으며, 상기 각 가이드 부싱(120, 122, 24)은 각 가이드 포스트(114, 116, 118) 내에 동축사에 배치됨으로써 상기 가이드 포스트(114, 116, 118)가 상기 가이드 부싱(120, 122, 124) 내에 장방향으로 슬라이딩할 수 있다. 상기 각 가이드 포스트(114, 116, 118)는 파스너(fasteners)(130)에 의해 상기 접합 장치의 베이스 플레이트(base plate)(12)에 고정될 수 있다.
하나 이상의 실시예들에 따라, 상기 제1 액추에이터(104)의 작동은 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)가 상기 상부 및 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)(이에 따른 상기 유리 기판과 상기 실리콘 도너 웨이퍼)의 초기 프리-로드 포지셔닝을 달성하기 위해 상기 하부 마운트(108)을 통해 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400) 쪽으로 이동하는 전술한 프리-로딩 운동을 달성할 수 있다. 이러한 프리-로드 운동은 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)를 향한 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 조동(coarse displacement)일수 있다. 상기 제1 액추에이터(104)와 상기 제2 액추에이터(106)는 상기 제1 액추에이터(104)의 작동이 상기 제2 액추에이터(106)과 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 조동을 알려주도록 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)와 함께 축상 정렬로 장착될 수 있다.
보다 자세하게는, 상기 제1 액추에이터(104)는 상기 제1 액추에이터(104)를 상하로 움직이게 동작할 수 있는 샤프트(104A)를 포함할 수 있다. 상기 샤프트(104A)는 전자기계 솔레노이드, 유압 피스톤 장치 등과 같은 임의의 적당한 장치에 의해 구동될 수 있다. 상기 제1 액추에이터(104)의 상하 운동은 상기 베이 스(102)의 해당 운동을 야기할 수 있으며, 이로써 상기 베이스(102)의 평면 방향은 그들이 상기 가이드 부싱(120, 122, 124) 내에서 슬라이드함으로써 상기 가이드 포스트(114, 116, 118)에 의해 유지된다. 상기 베이스(102)의 운동은 상기 제2 액추에이터(106), 상기 하부 마운트(108), 및 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 해당 운동을 초래한다. 상기 샤프트(104A)에 의한 상기 제1 액추에이터(104)의 운동은 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 상기 프리-로딩 운동이 제어되도록 기계적, 전기적 및/또는 유압적으로 제한될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제한된 운동은 사실상 제로 또는 도 3에 도시된 바와 같은 그들간의 남은 거리와 비교하여 상기 각 파스너(130)와 상기 가이드 부싱(120, 122, 124) 사이의 거리(D)에 의해 측정된다.
상기 리프트와 압착 기계 장치(100)의 상기 제2 액추에이터(106)는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500) 상에 제어 가능한 힘(예를 들면, 상술한 불확실한 운동에 비해 비교하여 우수한 운동)을 주도록 동작가능하며, 여기서 상기 제어가능한 힘은 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 사실상 상기 베어링 표면(이를 테면, 상기 유리 기판과 접촉하는 표면)에 수직이다. 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 베어링 표면이 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 베이링 표면에 평행함에 따라, 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)의 제2 액추에이터(106)는 양극 접합의 품질에 대한 스크랩핑(scraping) 또는 기타 장애를 일으킬 수 있는, 상기 실리콘 도너 웨이퍼 및 유리 기판 간에 수평력(lateral force)이 전혀(또는 조금도) 적용되지 않도록 보장한다.
상기 제2 액추에이터(106)는 벨로우즈(bellows)의 내부 유압(예를 들면, 액체 또는 기체 압력)의 변화에 응하여 상기 하부 마운트(108)를 상하로 움직이도록 동작할 수 있는 벨로우즈 액추에이터(bellows actuator)일 수 있다. 상기 제2 액추에이터(106)는 상기 유리 기판이 상기 실리콘 도너 웨이터에 대해 압력을 받는 전술한 압력 로딩 운동을 달성하기 위해 (상기 제1 액추에이터(104)에 대해) 독립적으로 제어될 수 있다. 상기 제어 유닛에 의한 상기 제2 액추에이터(106)의 정확한 제어(예를 들면, 상기 벨로우즈 내의 압력 제어)는 양극 접합을 위한 상기 유리 기판과 상기 실리콘 도너 웨이퍼 사이와 같은 적당합 압력을 수립하도록 사용될 수 있다. 또한, 제2 액추에이터에서 벨로우즈를 사용하는 것은 상기 하부 마운트(108), 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500), 및 상기 유리 기판이 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)(및 실리콘 도너 웨이퍼)에 대해 부유하거나 자가-정렬되게 한다.
상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)는 또한 상기 하부 마운트(108)에 결합되는 위로 향한 포스트(140)와 같은 다수의 마운팅 요소를 포함할 수 있다. 상기 마운팅 요소(140)는 이러한 설명에서 보다 상세하기 설명되는 것처럼 상기 스페이서 기계 장치(300)에 맞물려 유지되도록 동작할 수 있다.
도 5에 잘 도시된 바와 같이, 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)는 또한 상기 하부 마운트(108) 및/또는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)에 결합된 위치 센서(150)을 포함할 수 있다. 상기 위치 센서(150)는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)가 이동되어 온 크기를 나타내는 제어 기계 장치에 출력 신호를 공급하도록 동작한다. 예를 들면, 상기 위치 센서(150)의 출력 신호는 (상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)를 향하는) 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 상술한 조동(coarse displacement)이 일어나는 곳의 표시를 공급할 수 있다. 이는 가열을 초기화하고, 압력을 프리로드하며 전압 어플리케이션을 시드(seed)하도록 하는 등의 표시를 제공할 수 있다. 상기 위치 센서(150)의 출력 신호는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 속도 및/또는 가속도의 표시를 추가적으로 또는 대안적으로 제공할 수 있다. 당업계에 속하는 기술분야에서 통장의 지식을 가진 자들에겐 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 위치, 속도, 가속도 등은 상기 위치 센서(10)(150)와 타임 베이스의 출력 신호로부터 획득된 하나 이상의 위치 측정값에 근거한 제어 유닛에 의해 계산될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기 위치 센서는 선형 전압 차등 변압기(linear voltage differential transformer: LVDT)를 사용하여 구현될 수 있는 것으로, 상기 변압기의 이동가능한 코어의 기능으로서 변화하는 증폭 출력 신호를 제공한다.
상기 개폐 기계 장치(200)의 실시예는 도 7을 더 참조하여 설명될 것이다. 이 실시예에서, 상기 개폐 기계 장치(200)는 리프트 에셈블리(202), 액추에이터 어셈블리(204), 틸트(tilt) 어셉블리(206) 및 마운트 어셈블리(208)를 포함한다. 상기 개폐 기계 장치(200)는 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)에 결합되며(도 7에는 도시되지 않았으며, 도 1 및 도 5를 참조) 다음과 같이 동작 가능하다: (i) 폐쇄 상태일 때, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)를 향한 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 이동이 상기 유리 기판에 대한 상기 실리콘 도너 웨이 퍼의 제어된 압력을 달성하도록 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)에 대한 위치에서 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)를 고정(holing)하는 것을 돕고, (ii) 이중 동작 개방 프로파일을 공급하도록 동작 가능한데, 여기서 제1 동작은 그 상기 각 베이링 면에 사실상 수직 방향으로 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)로부터 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)를 분리하고, 상기 제2 동작은 상기 상부 접합 프레이트 기계 장치(400)의 상기 베이링 면이 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 베어링 면에 경사지도록 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)로부터 떨어진 상기 상부 접합 플레이트를 기울어지게 한다.
상기 이중 동작 개방프로파일에 대하여, 상기 리프트 어셈블리(202), 액추에이터 어셈블리(204), 상기 틸트 어셈블리(206) 및 상기 마운트 플레이트(208)는 다음의 두 가지 운동, (i) 상기 베이스 플레이트(12)에 대한 마운트 플레이트(208)의 수직 운동; 및 (ii) 상기 베이스 플레이트(12)에 대해 마운트 플레이트(208)를 위로 회전하도록 한 틸트 운동을 달성하도록 돕는다. 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)가 상기 마운트 플레이트(208)에 결합되도록 동작가능하다는 점을 주목하면, 상기 마운트 플레이트(208)의 회전은 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판을 상기 상부 및 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500) 사이의 상기 접합 장치(10)로 삽입하기 위한 (상술한 바와 같은) 접근을 허용한다. 상기 마운트 플레이트(208)(및 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400))의 수직 운동은 사실상 완전히 수직인 상기 상부 및 하부 접합 프레이트 기계 장치(400, 500) 사이와 같은 초기 분리 동작을 허용한다. 이는 측상으로의 스크래핑 없이 분리를 허용하거나 그렇 지 않으면 상기 SOG 구조에 손상을 줄 것이다. 이러한 특징은 하기에 보다 상세히 설명될 것이다.
상기 리프트 어셈블리(202)는 베이스(210), 가이드 샤프트(212), 및 가이드 부싱(214)을 포함한다. 상기 베이스(120)는 상기 베이스 플레이트(12)에 직접 또는 간접적으로 접하고 상기 리프트 및 틸트 동작이 시작될 수 있는 엄격한 레퍼런스를 제공하도록 동작할 수 있다. 상기 가이드 샤프트(212)는 상기 베이스(210)에 동작가능하게 결합되며 상기 틸트 어셈블리(206)와 상기 마운트 플레이트(208)를 향해 수직으로 연장한다. 상기 가이드 부싱(214)은 상기 가이드 샤프트(212)에 슬라이딩되게 맞물리도록 동작할 수 있다. 하기에 보다 상세히 설명되는 것처럼, 상기 가이트 샤프트(212)에 대한 상기 가이드 부싱(214)의 슬라이딩 운동은 상기 마운트 플레이트(208)의 수직 운동 및 회전 운동을 야기한다. 상기 가이드 부싱(214)은 상기 액추에이터 어셈블리(204)에 기계적 이음쇠를 허용하도록 동작할 수 있는 파스닝 플레이트(fastening plate)(216)를 포함한다.
상기 액추에이터 어셈블리(204)는 상기 가이드 부싱(214)의 파스닝 플레이트(216)에 수직력을 제공하도록 동작할 수 있으며, 다시 상기 마운트 플레이트(208)의 리프트 및 틸트 동작을 획득하도록 상기 가이드 부싱(214)의 그러한 제어된 슬라이딩이 달성된다. 일 실시예에서, 상기 액추에이터 어셈블리(204)는 더프-노톤 잭(Duff-Norton jack)과 같은 잭(jack)(230), 상기 잭(230)에 연결된 샤프트(232), 및 상기 가이드 부싱(214)의 파스닝 플레이트(216)에 접촉된 커플링 요소(coupling element)(234)를 포함할 수 있다. 하니 이상의 실시예들에서, 상기 더 프-노톤 잭(230)은 샤프트(236) 상에 회전력의 적용이 상기 샤프트(232)의 수직 운동과 상기 가이드 부싱(214)의 결과적인 수직 운동을 야기하도록 동작할 수 있다. 상기 잭(230)의 동작은 상기 샤프트(236)을 회전하도록 기계 모터를 사용함으로써와 같은 제어 유닛을 통해 제어될 수 있다.
상기 마운트 플레이트(208)는 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)에 맞물리도록 동작가능한 제1 말단(240), 및 상기 틸트 어셈블리(206)에 동작되게 결합되는 제2 말단(242)을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 상기 틸트 어셈블리(206)는 상기 마운트 플레이트(208)를 상기 리프트 어셈블리(202)로 결합하는 (하기에 보다 상세히 설명될) 힌지 플레이트(hinge plate)(250)를 포함한다. 상기 틸트 어셈블리(206)는 또한 제1 및 제2 스톱 아암(stop arms)(252,254) 및 상기 마운트 플레이트(208)에 대한 상기 힌지 플레이트(250)의 피봇팅 이음쇠(pivoting linkage)를 포함한다. 상기 스톱 아암(252,254)은 그의 제1 말단에서 상기 베이스 플레이트(12)에 결합되고, 그의 제2 말단에서 상기 마운트 플레이트(208)에 결합된다. 상기 스톱 아암(252,254)은 (상기 베이스 플레이트(12)에 대해) 수직 운동은 할 수 없으나 상기 제1 말단에 대한 상기 제2 말단의 회전 운동은 허용되도록 상기 제1 말단에서 상기 베이스 플레이트(12)에 회전되게 결합될 수 있다. 각각의 상기 스톱 아암(252, 254)은 상기 마운트 플레이트(208)의 상기 제2 말단(242)로부터 측상으로 연장하는 해당 롤러 또는 포스트(244)를 수용하도록 동작할 수 있다.
상기 마운트 플레이트(208)는 상기 피봇팅 이음쇠에 의해 상기 힌지 플레이트(250)에 동작되게 결합된다. 보다 자세하게는, 상기 힌지 플레이트(250)는 상기 마운트 플레이트(208)의 개구부(245)로 적어도 부분적으로 연장하는 블록(260)을 포함한다. 상기 피봇팅 이음쇠(258)는 상기 마운트 플레이트(208)가 상기 피봇팅 이음쇠(258)에 대해 선회하거나 회전하게 한다. 상기 개구부(245)는 상기 블록(260)이 간섭 없이 상기 개구부(245) 내에서 선회할 수 있도록 크기 및 형태조절될 수 있다.
(예를 들면, 상기 샤프트(236)에 대한 회전력의 인가를 통한) 상기 잭(230)의 동작에 응하여, 상기 샤프트(232)는 상기 가이드 부싱(214)를 올리거나 내릴 수 있다. 도시된 상태에서, 상기 가이드 부싱(214)은 상술한 동작에 응하여 올라가며, 이로써 상기 힌지 플레이트(250)에 대한 수직 운동을 부여하게 된다. 이에 응하여, 상기 힌지 플레이트(250)는 상기 블록(260)과 피봇팅 이음쇠(258)에 의해 상기 마운트 플레이트(208)에 수직력을 가한다. 특히, 상기 마운트 플레이트(208)는 리프트 동작 동안 상기 상부 및 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)의 베어링면이 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 사실상 모든 제한된 이동거리에 걸쳐 사실상 평행한 방식으로 상기 블록(260)에 의해 이동한다.
상기 힌지 플레이트(250)에 의해 상기 마운트 플레이트(208)에 인가된 수직력은 상기 마운트 플레이트(208)의 롤러 또는 핀(244)이 상기 각 스톱 아암(252, 254)의 각 슬롯(256) 내에서 위로 이동하게 한다. 상기 마운트 플레이트(208)는, 따라서, 거기에 사실상 평행한 관계를 유지하면서 상기 베이스 플레이트(12)로부터 떨어져 수직으로 올라갈 것이다. 수직 상승 운동(또는 리프트)은, 상기 베이스 플레이트(12)에 대해 사실상 평행 방향을 유지하면서, 상기 마운트 플레이트(208)의 롤러 또는 핀(244)가 상기 슬롯(256) 내에서 상부 제한에 걸릴 때까지 제한 이동 거리 동안 계속할 것이다. 상기 롤러 또는 핀(244)이 이 한계에 도달하면, 상기 블록(260)에 의한 상기 마운트 플레이트(208) 상의 계속된 상승력은 상기 마운트 플레이트(208)의 제1 말단(240)이 상기 피봇팅 이음쇠(258)에 대한 회전 운동에 응하여 위로 기울어지게 한다. (상기 제1 말단에 대한 상기 스톱 아암(252, 254)의 약간의 회전 운동은 상기 피봇팅 이음쇠(258)의 수평 운동을 설명하도록 한다.) 상기 마운트 플레이트(208)가 기우는 각도는 상기 각 스톱 아암(252, 254)의 말단에 위치된 스톱(257)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 스톱(257)은 나사 로드(threaded rod)와 너트(nut)를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 나사 로드는 양을 변화시킴으로써 연동된 슬롯(256) 내로 드나들 수 있다. 상기 슬롯(256)의 사용 가능한 길이 내에서의 이러한 조절은 상기 롤러 또는 핀(244)의 허용가능한 이동거리 내에서 그리고 상기 마운트 플레이트(208)가 기울어지는 각도 내에서 허용된다.
상기 액추에이터 어셈블리(204)의 전환(reversal)은 상기 마운트 플레이트(208)가 상기 베이스 플레이트(12)와 사실상 평행 관계를 유지할 경우 수직 하강 운동에 의해 따르는, 상기 베이스 플레이트(12)에 사실상 평행 방향으로 아래로 기울어지는 상기 마운트 플레이트(208)를 초래한다. 상기 마운트 플레이트(208)의 평행 방향은 상기 힌지 플레이트(250)의 하나 이상의 스톱(259)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 스톱(259)은 상기 마운트 플레이트(208)에 대한 조절가능한 정지 위치(resting position)를 제공하기 위해 상기 힌지 플레이트(250) 내로 드나드는 나사산이 형성될 수 있는 나사 볼트를 포함할 수 있다.
상기 마운트 플레이트(208)의 상기 제1 말단(240)은 또한 바람직하게는 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)의 상기 가이드 포스트(114, 116,118)의 상기 상부 말단(114A, 116A, 118A)(도 6 참조)에 맞물려 결합되도록 동작가능한 다수의 록(locks)(246)을 포함한다. 예를 들면, 상기 록(246)은 수동으로 조립될 수 있는 나사 볼트를 이용하여 구현될 수 있다. 상기 마운트 플레이트(208)가 도 4a, 4b에 도시된 위치로 낮아지면, 상기 록(246)은 상기 실리콘 도너 웨이퍼 및 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)상에 상승 압력이 과도한 힘에 상기 리프트 어셈블리(202), 상기 액추에이터 어셈블리(204) 또는 상기 틸트 어셈블리(206)를 노출하지 않고 상기 마운트 플레이트(208)에 의해 방해될 수 있음을 보장한다.
상기 마운트 플레이트(208)의 상기 제1 말단(240)은 또한 다양한 배선, 케이블, 및 도관이 하기에 보다 상세히 설명되는 것처럼 통과할 수 있는 다수의 개구부를 포함한다.
도 8a와 8b에 인용부호가 매겨졌으며, 이는 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)에 대한 더 자세한 세부사항을 제공한다. 도 8a는 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 사시도인 반면, 도 8b는 그의 단면도이다. 상기 접합 장치(10)는 대칭이기 때문에, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 기능적 및/또는 구조적 세부사항은 (하기에 설명되는 바와 같이) 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)에 쉽게 적용될 수 있음을 알 수 있다.
상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 1차 구성요소는 베이스(402), 절연체(404), 백 플레이트(back plate)(406), 히터 디스크(heater disk)(408), 및 열 방출판(thermal spreader)(410)을 포함한다. 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 1차 기능은 상기 실리콘 도너 웨이퍼의 가열, 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 대한 압력의 공급, 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 대한 전위의 공급, 및 상기 실리콘 도너 웨이퍼의 냉각을 포함한다.
상기 히터 기능은 상기 히터 디스크(408)에서 비롯하며 대략 600℃보다 낮거나 높은 온도를 제공하도록 동작가능하며, 1000℃의 온도에 근접하거나 초과할 수 있다. 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 이 실시예는 또한 사실상 전체 실리콘 도너 웨이퍼에 걸쳐 제어된 기준점(set-point)의 +/- 0.5% 내로 균일하게 열을 제공하도록 동작가능하다.
상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)에 의해 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 준 압력은 사실상 상기 열방출판(410)에 의해 상기 웨이퍼위에 균일하게 분배되며, (상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)에 의해 제공된) 상기 유리 기판에 의해 상기 상승 압력(upward pressure)에 대한 저항력(counter-force)을 제공한다. 이는 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 양극 접합에 적당한 상기 유리 기판의 인터페이스에서 압력 프로파일이 된다. 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)에 의해(예를 들면, 상기 제어 유닛의 제어 하에서) 제공된 상기 상승 압력을 제어함으로써 상기 압력 프로파일은 적어도 약 1 psi 내지 100psi 사이의 피크 압력을 포함할 수 있다. 약 10 내지 50psi 사이의 낮은 압력(예를 들면, 약 20 psi)은 그들은 상기 실리콘 도너 웨이퍼 또는 상기 유리 기판을 덜 깨지기 쉽게함으로써 유리할 것으로 생각된다.
상술한 것처럼, 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판은 약 1750 볼트 DC의 차동 전압을 필요로 하며, 이는 상기 각 상부 및 하부 접합 플레이트 기계 장치(400)에 의해 제공된다. 이러한 전위는 (i) 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 중 하나에 전위를 인가함으로써 (반면에 다른 하나는 접지시킴); 또는 (ii) (상기 실리콘 도너 웨이퍼에 양의 전위가 인가되고 상기 유리 기판에 음의 전위가 되게) 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 모두에 각 전위를 인가함으로써 달성될 수 있다는 점이 주목된다. 따라서, 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 (접지가 아닌) 전위를 부여하는 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 성능(ability)은 부가적인 특징이다. (접지가 아닌) 접합 전위가 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)에 의해 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 인가되면, 그러한 접합 전위는 상기 열방출판(410)에 의해 상기 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 사실상 균일하게 분배될 수 있다.
본 발명은 어떠한 동작 이론으로 제한되지 않으나, 접합 전압, 온도, 시간, 및 재료 특성 간의 일반적인 관련성이 있을 수 있음을 알 수 있다. 예를 들면, 상기 접합 전압이 감소함에 따라, (예를 들면, 상기 유리 기판의) 상기 온도, 시간 및/또는 전도성 이온의 양은 적어도 동일한 접합 결과를 따르는 추세로 증가될 수 있다. 상기 관련성은 또한 상기 온도, 시간 및/또는 전도성 이온의 양은 독립변수(independent variable)이다. 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 사이의 접합 전위는 피크값, 평균값, RMS, 또는 기타 측정 협정을 사용하여 측정될 수 있다. 특정 타입의 유리 기판을 위해 약 1000 볼트 DC에서 약 2000 볼트 DC 범위에 있는 접합 전압이 적당하다.
상기 실리콘 도너 웨이퍼의 능동적인 냉각이 요구된다면, 그러한 것은 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)를 통해 흐르는 제어된 유체를 이용하여 달성될 수 있다. 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 이러한 특징과 기타 특징들은 하기에 보다 상세히 설명될 것이다.
상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 베이스(402)는 사실상 원통형 구조이고 상기 절연체(404)를 수용하기 위한 내부 체적을 정의한다. 예를 들면, 상기 베이스(402)는 기계성형이 가능한 유리 세라믹(예를 들면, MACOR)으로부터 형성될 수 있는 것으로, 구조적 무결성뿐만 아니라 고온 특성을 제공한다. 다른 적당한 물질이 상기 베이스(402)를 형성하기 위해 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다. 상기 절연체(404)는 상기 히터 디스크(408)에서 상기 베이스(402) (및 상기 접합 장치(10)의 다른 부분들)로 흐르는 열을 제한하거나 방해하도록 동작가능하다. 예를 들면, 상기 절연체(404)는 40% 밀도로 혼합된 실리카(silica)와 같은, 세라믹 폼 절연 물질(ceramic foam insulating material)로부터 형성될 수 있다. 다른 적당한 절연 물질이 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다. 상기 절연체(404)는 상기 히터 디스크(408)가 600℃ 또는 그 상의, 즉 1000℃에 이르거나 초과하는 온도에 도달하도록 동작가능하므로 상당한 절연 특성을 제공해야 한다. 상당한 열이 상기 베이스(402)로 흐르게 하는 불충분한 절연물은 상기 접합 장치(10)의 다른 부분들의 적당한 동작에 의해 대변동 결과(catastrophic consequences)를 가질 수 있다는 점을 알 수 있다. 게다가, 상기 베이스(402)와 상기 히터 디스크(408) 사이 와 같은 상대적으로 높은 절연물은 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 상대적으로 낮은 열관성을 보장하는 것으로, 급격한 열적 순환 특성을 달성하는 것을 돕는다.
상기 백 플레이트(406)는 상기 절연체(404)에 의해 상기 베이스(402)로부터 절연된다. 상기 백 플레이트(406)는 그것이 상기 SOG 구조, 특히 상기 실리콘 도너 웨이퍼의 온도를 활발히 감소시키는 것이 요구될 경우 냉각 유체가 흐를 수 있는 적어도 하나의 냉각 채널(420)을 제공하도록 실시 가능하다. 예를 들면, 상기 백 플레이트(406)는 고온과 (냉각 유체가 상기 채널(420)로 도입된 경우인 것처럼) 상대적으로 급격한 온도 변화를 견디기 위해 고온 압착된 질화 붕소(hop pressed boron nitride: HBN)로부터 형성될 수 있다. 다른 적당한 물질이 상기 백 플레이트(406)를 형성하기 위해 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다. 적어도 하나의 유입관(422)은 상기 채널(420)으로 냉각 유체를 도입하도록 동작가능하나, 반면에 적어도 하나의 유출관(424)(도 8b에는 보이지 않으나, 하기에 설명되는 것처럼 도 11b를 참조)은 상기 채널(420)로부터 상기 냉각 유체를 제거하도록 동작가능하다. 열 교환기(미도시)는 상기 유입관(422)으로 상기 냉각 유체를 재도입하기 전에 상기 냉각 유체를 냉각하기 위해 사용될 수 있다.
제어 유닛을 사용하여 상기 채널(420)을 통해 상기 냉각 유체의 온도와 유속을 제어함으로써 달성될 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 냉각 프로파일은 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 대한 냉각 속도의 다양함와 냉각 레벨의 다양함(예를 들면, 휴지) 중 적어도 하나를 제공하도록 (예를 들면 상 기 제어 유닛에 의해) 능동적으로 제어될 수 있다. 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판에 대한 냉각 프로파일의 다양한 제공은, 각각, 상기 실리콘 도너 웨이퍼로부터 박리층의 더 우수한 분리를 용이하게 하는 것으로 생각된다. 특히, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 능동적인 냉각 특징은 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 사이와 같이 다른 냉각 프로파일이 (하기에 보다 상세히 설명되는 것과 같은) 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)를 거쳐 상기 유리 기판 (상기 실리콘 도너 웨이퍼는 아님)의 능동적인 냉각을 통해 달성될 수 있으므로 선택적이다.
캡 링(cap ring)(426)(도 8b 참조)은 상기 베이스(402) 내의 위치에서 상기 절연체(404)를 유지하는 것 뿐만 아니라 상기 히터 디스크(408)가 배치될 수 있는 리세스(recess)를 제공하도록 동작가능하다. 상기 캡 링(426)은 (상술한 MACOR과 같은) 기계 성형가능한 유리 세라믹으로부터 형성될 수 있다.
상기 히터 디스크(408)는 전기적 여기(전압과 전류)에 응하는 열을 생성하도록 동작가능한 반면, 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 인가된 전위가 또한 상기 백 플레이트(406) 또는 상기 베이스(402)에 인가되지 않도록 전기적 절연 특성을 제공한다. 실제로, 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 인가된 상대적으로 높은 전위는 제한될 수 있다. 따라서, 상기 히터 디스크(408)는 사실상 전기적 절연 특성과 사실상 열 전도성을 나타내는 물질로부터 형성될 수 있다. 그러한 적당한 물질 중 하나가 열분해성 질화 붕소(pyrlytic boron nitride: PBN)이다.
도 9a와 9b를 참조하면, 상기 히터 디스크(408)를 구현하기에 적당한 두 가 지 실시예의 히터 디스크 디자인이 도시된다. 도 9a는 제1 히터 디스크(408A)의 사시도이고, 반면에 도 9b는 대안적인 제2 히터 디스크(408B)의 사시도이다. 사실상 균일한 가열이 요구되므로, 상기 히터 디스크(408A, 408B)는 열 손실 보상을 포함할 수 있으며, 이에 따라 상기 히터 디스크(408A, 408B)의 외각 부분이 그것의 중심 부분보다 더 냉각되도록 하는 경향이 될 수 있다. 도시된 실시예들에서, 상기 히터 디스크(408A, 408B)의 가장자리 열 손실 보상은 사실상 중심에 위치된 하나와 상기 중심 지역 주위에 환형의 링 형태로 된 다른 하나인 두 개의 가열 지역을 사용하여 달성될 수 있다. 상기 가열 지역은 각 가열 요소를 사용하여 구현될 수 있다.
도 9a의 히터 디스크(408A)는 두 개의 개별 가열 요소(409A 및 409B)를 포함하며, 여기서 가열 요소(409B)는 사실상 중심에 위치되며 가열 요소(409A)는 환형의 링 주위 가열 요소(409B)의 형태로 되어 있다. 각 가열 요소(409A, 409B)는 각 전원이 연결될 수 있는 한 쌍의 터미널(411A, 411B)을 포함한다. 상기 각 전원에서 상기 히터 디스크(408A)의 상기 히터 요소(409A, 409B)까지 전압과 전류 여기는 두 개의 가열 지역의 각 온도가 개별적으로 조절될 수 있고가장자리 열손실 보상이 달성될 수 있도록 상기 제어 유닛을 통해 개별적으로 제어될 수 있다.
상기 가열 요소(409A 및 409B)는 열분해성 흑연(pyrolytic graphite: PG), THERMAFOIL 등으로부터 형성될 수 있다. THERMOFOIL 물질은 가열 특성을 가지는 박막형, 가용성 물질로서, 가요성 절연층들 사이에 적층된 에칭된 박막형 저항성 요소를 포함할 수 있다. THERMOFOIL이 진공 환경에서 더 우수한 신뢰성을 나타낼 수 있으며, (대기 환경과 같은 하나 이상의 산화제를 포함할 수 있는) 비-진공 환경이 또한 본원에 고려된다. 비-진공 상태에서, 상기 가열 요소(409A 및 409B)는 좋은 부식-방지(anti-corrosion)와 열-저항(heat-resistance) 특성을 가지는 높은 강도의 오스테나이틱 니켈 -크롬 -이온 합금(austenitic nickelchromium-iron allys) 군을 포함하는, INCONEL로부터 형성될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 히터 요소(409A 및 409B)는 가장자리 열 손실 보상을 돕도록 수직으로 오프셋(offset)될 수 있다. 예를 들면, 중심 지역의 상기 히터 요소(409B)는 상기 히터 디스크(408A)의 바닥면 쪽으로 위치될 수 있으며, 반면에 환형 지역의 상기 히터 요소(409A)는 상기 히터 디스크(408A)의 상면에 또는 상면 쪽으로 배치될 수 있다. 이는 상기 히터 디스크(408A)의 중시에서의 상기 히터 요소(409B)와 상기 실리콘 도너 웨이퍼 간의 열저항에 비해 상기 히터 디스크(408A)의 주변에서의 상기 히터 요소(409A)와 상기 실리콘 도너 웨이퍼 간의 열저항을 감소시킨다. 상기 오프셋 특징은, 예를 들면, 상기 히터 요소들(409A, 409B) 사이의 물질 시트인, 스페이서 요소(미도시)를 삽입함으로써 달성될 수 있다. 이는 또한 상기 터미널(411B)이 도 9a에 도시된 바와 같이 하향으로보다는 수평으로 여기되도록 할 수 있다.
도 9b의 히터 디스크(408B)는 개별 가열 요소(409C, 409D)를 가진 것처럼 동작하는 일체로 형성된, 인접한 가열 요소를 포함한다. 특히, 상기 가열 요소를 형성하기 위해 사용된 저항성 물질의 폭 (및/또는 두께)은 상기 히터 디스크(408B) 내에 그것의 위치에 따라 변화된다. 예를 들면, 주변 위치(409C)에서의 상기 가열 요소의 폭은 중심 위치(409D)에서의 상기 가열 요소의 폭보다 더 낮다. 상기 가열 요소의 폭의 변화는 위치 함수에 따라 상기 가열 요소의 저항(이에 따라 가열 특성)이 변한다. 상기 히터 디스크(408B)의 중심 지역으로부터 위치 함수에 따라 상기 일체형 가열 요소의 저항이 변함으로써, 단지 단일 전압과 전류 여기가 상기 가장자리 열손실 보상을 달성하도록 요구된다. 실제로, 상기 일체형 히터 요소는 지역(409C 및 409D)에서 상기 일체형 히터 요소의 저항 변화로 인한 여기 전압과 전류에 응하여 다르게 반응(가열)할 것이다.
상기 히터 요소 구성에 상관없이, 상기 가열 요소(들)의 저항은 대략 10-20옴 (예를 들면, 약 15옴) 정도일 수 있다. 대략 600℃ 내지 1000℃의 상술한 가열 레벨을 달성하기 위해, 약 220볼트(AC)의 전압이 상기 가열 요소들에 걸쳐 인가될 수 있으며, 이는 약 3250와트 RMS 정도로 가열 손실을 야기한다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 히터 디스크(408)은 물질과 구성의 선택에 의한 적어도 일부로 인해 상대적으로 낮은 열관성(thermal inertia)을 나타낸다. 상기 히터 디스크는 상기에 설명된 상기 물질과 구성을 사용하여 약 2mm 두께에 대하여 측정할 수 있다. (종래 가열 요소 측정 1-2인치 두께에 비해) 상대적으로 낮은 두께는 낮은 축열체와 열관성에 기여하며, 이는 급속한 열 순환 특성의 달성을 돕는다.
상기 열방출판(410)은 상기 히터 디스크(408)과 열 소통하며 보다 균일한 열이 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 부여되도록 상기 히터 디스크(408)에 의해 나타낸 가열 프로파일을 통합하도록 동작가능하다. 상기 열방출판(410)은 상기 실리콘 도 너 웨이퍼에 직접 접촉되어 있고 상기 웨이퍼 가열과 거기에 상술한 높은 전압을 인가하는 것을 용이하게 함으로써 전기적 그리고 열적으로 모두 전도성을 가질 수 있다.
상기 열방출판(410)을 구현는데 사용될 수 있는 물질들 중, THERMAFOIL과 같은 전기 전도성 흑연이 바람직하다. 비-진공 상태(예를 들면, 대기)에서, 상기 열방출판(410)은 (비전착성 니켈, 백금, 몰리브덴, 탄탈 등과 같은) 비-산화 코팅으로 된 구리, (비전착성 니켈, 백금, 몰리브덴, 탄탈 등과 같은) 비-산화 코팅으로 된 THERMOFOIL, (비전착성 니켈, 백금, 몰리브덴, 탄탈 등과 같은) 금속 코팅으로된 KEVLAR(이거나 코팅도지 않을 수 있는) 실리콘 카바이드와 같은 비-산화 전자-열 전도성 요소와 같은 산화 환경에서 더 신뢰성을 나타낼 수 있는 기타 물질들로부터 형성될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 열방출판(410)은 또한 다시 물질과 구성의 선택에 의한 적어도 일부로 인해, 상대적으로 낮은 열관성을 나타낸다. 상기 열방출판(410)은 상기에 설명한 물질과 구성 세부사항들을 이용하여 약 0.5-6mm 두께를 측정할 수 있다.
상기 절연체(404)와 상기에 설명된 다른 물질선택에 의해 나타낸 높은 절연 특성과 결합된, 상기 히터 디스크(408)와 상기 열방출판(410)의 상대적으로 낮은 두께는 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 매우 낮은 축열체와 열관성에 부여한다. 따라서, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)는 대략 2분 내에 약 1000℃로 룸 온도로부터 물질 박막을 가열하고 약 10분 이하 내에 룸 온도로 상기 물질 박막을 냉각시킬 수 있다. 이는 종래 기판 히터와 비교되는 것으로, 단지 약 600℃의 룸 온도로부터 물질 박막을 상승시키는데 30분 내지 1시간이 걸릴 수 있으며, 룸 온도로 상기 물질 박막을 냉각시키는데 약 20분이 걸릴 수 있다.
상기 제어 유닛은 램프를 임의의 소정의 온도로 상승 또는 냉각하도록 하고 임의의 소정의 처리 온도에 머물도록 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)를 프로그램하도록 동작가능하다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)는 접합 공정 동안, 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 접근을 허용하는, 예를 들면, 상기 웨이퍼에 프리-차지 전압을 부여할 수 있는 개구부(450)를 포함할 수 있다. 이러한 선택적 특징은 이 설명 이후에 더 상세히 설명될 것이다.
도 10은 (상기 베이스(402)와 상기 절연체(404)를 제외한) 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 분해 조립도를 나타낸다. 상기 분해 조립도에 도시된 바와 같이, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)는 지지링(support ring)(430), 개스킷(gasket)(434), 히터 디스크(408), 및 열방출판(410)을 포함하는 다층 어셈블리이다. 상기 지지링(430)은 상기 백 플레이트(406)를 위한 그리고 상기 개스킷(432)을 위한 지지대를 제공한다. 상기 백 플레이트(406)는 상기 개스킷(432)과 상기 개스킷(434) 사이에 삽입되는 것으로, 그것이 상기 채널(420)을 통해 흐름에 따라 냉각 유체가 누설되는 것을 막도록 동작한다. 상기 개스킷(432, 434)이 형성될 수 있는 것으로부터 물질 중, GRAFOIL 링 물질은 그것이 적당한 밀봉 및 가열 저항 특성을 나타내기 때문에 바람직하다. 상기 히터 디스크(408)은 상 기 개스킷(434)을 덮고 상기 열방출판(410)은 상기 히터 디스크(408) 위에 배치된다. 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 각 층은 볼트를 이용하여 서로 결합될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 백 플레이트(406)는 단일의, 인접 채널(420) 또는 다중 개별 채널(420)을 포함할 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 백 플레이트(406)는 두 개의 개별 채널(420)을 포함할 수 있는 것으로, 각각은 각 개별 유입구(406A, 406B)를 통해 냉각 유체를 수용하고, 공용 유출구(406C)를 통해 상기 냉각 유체를 방출한다. 이중 냉각 채널(420)은 상기 열방출판(410)(그리고 이에 따른 상기 실리콘 도너 웨이퍼)에 걸쳐 훨씬 더 많은 냉각을 보장한다.
특히, 상기 열방출판(410)은 상기 열방출판(410)의 주변 가장자리로부터 방사상으로 외부로 연장하는 다수의 핀(436)을 포함한다. 상기 핀(436)은 위치에서 상기 열방출판(410)을 유지하고 높은 전원에 연결을 공급하기 위해 이용되는 주위 표면을 제공한다. 도 8b에 잘 나타낸 것처럼, 상기 핀(436)은 각 고정 클립(440)에 의해 맞물리고 상기 열방출판(410)의 움직임을 막는다. 바람직하게는, 상기 고정 클립(440)은 기계성형 가능한 유리 세라믹(예, MACOR)으로부터 형성될 수 있으며, 그에 따라 그들은 전기적 절연과 우수한 구조적 무결성을 제공한다.
상술한 바와 같이, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)는 상기 베이스(402), 상기 절연체(404), 상기 백 플레이트(406), 상기 가열 디스크(408), 및 열방출판(410)의 개별 개구부(450)에 의해 구현될 수 있는, 개구부(450)을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 개구부(450)는 상기 실리콘 도너 웨이퍼의 중심 지역 (예를 들면, 그것의 중심)이 획득되리 수 있도록 중심에 위치될 수 있다. 상기 개구부(450)에 의해 제공된 상기 실리콘 도너 웨이퍼로의 액세스의 사용은 하기에 보다 상세히 설명될 것이다.
도 11a, 11b 및 11c에 인용부호가 매겨졌으며, 이는 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 구조적 그리고 기능적 양태를 또한 제시한다. 도 11b와 11c는 각각 라인(11B-11B 및 11C-11C)을 통해 절취된 단면도이다. 도 11c에 잘 나타낸 바와 같이, 여기 전압과 전류는 상기 베이스(402), 상기 절연체(404), 및 상기 백 플레이트(406)을 통해 연장하는 터미널(452)에 의해 상기 히터 디스크(408)에 인가될 수 있다. 터미널(452)의 수는 얼마나 많은 가열 요소가 상기 가열 디스크(408)에 사용되고 어떻게 상기 가열 요소에 구현되는지에 따라 좌우될 것이다. 상술한 바와 같이, 하나 이상의 실시예에서, 두 개의 가열 요소는 상기 두 가열 지역의 온도가 tightly하게 조절될 수 있도록 상기 여기 전압과 전류가 상기 제어 유닛을 통해 개별적으로 제어될 수 있도록 사용될 수 있다. 대안적으로, 상기 가열 요소는 단일 여기 전압이 온도 조절과 가장자리 손실 보상을 위해 사용될 수 있도록 (가변 저항을 사용하여) 통합될 수 있다.
도 11b에 잘 나타낸 바와 같이, 각 유체 커플링(460)은 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)에 유체 소스의 연결부(미도시)를 허용하는 상기 유입관(들)(422)과 유출관(424)에 연결될 수 있다. 특히, 상기 유입관(422)와 유출관(424)은 상기 마운트 플레이트(208)의 개구부를 통해 통과하도록 상기 베이스(402)로부터 충분히 멀리 연장한다.
도 11b와 11c에 잘 나타낸 바와 같이, 상대적으로 높은 전위(예를 들면, 상기 히터 전압에 비해)가, 상기 베이스(402), 상기 절연체(404), 상기 백 플레이트(406), 및 상기 히터 디스크(408)을 통해 연장하는, 높은 전압 터미널(453)에 의해 상기 열방출판(410)에 인가될 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 열방출판(410)에 인가된 전압(약 1000 내지 2000볼트 DC일 수 있음)이 상기 유리 기판에 상기 실리콘 도너 웨이퍼의 양극 접합을 돕는데 사용된다.
도시되지는 않았으나, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)는 또한 상기 베이스(402), 상기 절연체(404), 상기 백 플레이트(406), 및 상기 히터 디스크(408)을 통해 상기 열방출판(410)에 연장하는 하나 이상의 진공 도관을 포함할 수 있다. 사용되는 경우, 상기 진공 도관은 도 2에 도시된 것처럼, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)가 위로 회전된(개방) 위치에 있을 때 상기 열방출판(410)에 상기 웨이퍼가 결합되도록 그것이 상기 열방출판(410)에 맞대어 위치될 때 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 진공 적용을 허용한다. 상기 진공 적용은 상기 제어 유닛을 통해 또는 상기 접합 장치(10)의 작동자(operator)에 의해 수동으로 제어되는 종래 진공 소스(미도시)를 사용하여 달성될 수 있다.
상기에 설명된 바와 같이, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)는 접합 공정 동안 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 접근을 허용하는 개구부(450)를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 개구부(450)가 사용되는 경우, 그의 바람직한 사용은 상기 접합 전압의 적용 전에 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 인가될 프리로드 압력 및/또는 시드 전압을 허용하도록 한다. 상기 프리로드 전압과 시드 전압의 목적은 상기 접 합 전압의 적용 전에 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 사이의 인터페이스의 국부에 양극 전압을 초기화하기 위한 것이며, 상기 인터페이스의 사실상 전체 지역에 걸쳐 양극 접합을 용이하게 한다. 하지만, 상기 시드 전압은 상기 접합 전압에 따라 동일하거나 다른 크기일 수 있으나, 작거나 동일한 전압은, 예를 들어, 750-1000 볼트 DC에 대해 좌우되지 않을 것으로 간주된다. 상기 개구부(450)는 상기 초기 양극 접합이 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 사이의 인터페이스의 중앙에서 또는 부근에서 발생하도록 중심에 위치될 수 있다.
도 12a, 12b 및 도 13에 인용부호가 매겨졌으며, 이는 상술한 프리로드 압력과 시드 전압의 상관성을 달성하기 위한 적당한 장치를 도시한다. 도 12a는 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)를 맞물리게 하고 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 기계적으로 그리고 전기적으로 소통하는 그것의 개구부를 통해 연장하도록 동작가능한 프리로드 플런저(preload plunger)(470)의 측면도를 도시한다. 도 12b는 도 12a의 상기 프리로드 플런저(470)의 단면도이고, 반면에 도 13은 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)에 결합된 상기 프리로드 플런저(470)을 갖춘 상기 상부 및 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)의 단면도이다. 상기 프리로드 프런저(470)은 근위 말단(proximal end)(474)와 원위 말단(distal end)(476)을 구비한 하우징(472)를 포함한다. 전기적 터미널(478)은 상기 하우징(474)의 근위 말단에 배치되며 상기 프리로드 전위가 획득되는 전압원을 연결하기 위한 수단을 제공한다. 플런저(480)는 상기 하우징(472) 내에 부분적으로 배치되며 상기 하우징(472)의 원위 말단(476)을 통해 연장한다. 상기 플런저(480)는 텔레스코핑(telescoping) 방식으로 상기 하우징(472) 내에 슬라이딩가능하다. 상기 플런저(480)는 상기 플런저(480)가 상기 원위 말단(476)을 통해 모든 길을 통과하고 상기 하우징(472)으로부터 풀리는 것을 막기 위한 일단에 있는 스톱(stop)(482)을 포함한다. 전극(484)은 상기 플런저(480) 내에 동축으로 배치되며, 상기 전극(484)의 팁(tip)(486)은 상기 플런저(480)의 말단 넘어 연장한다. (하기에 보다 상세히 설명되어 있는 것처럼, 상기 팁(486)은 상기 실리콘 도너 웨이퍼를 맞문다.)
제1 압축 스프링(488)은 상기 플런저(480)의 슬라이딩 운동이 상기 터미널(478)과 상기 전극(484) 사이의 전기 접속을 방해하지 않도록 상기 전극(484)과 상기 터미널(478)을 기계적으로 그리고 전기적으로 결합한다. 상기 제1 압축 스프링(488)은 또한 상기 스톱(482)이 상기 하우징(472)을 맞물도록 순방향으로 상기 전극(484) (및 상기 플런저(480))을 조이거나 바이어스한다. 제2 압축 스프링(490)은 또한 상기 스톱(482)이 상기 하우징(472)를 맞물도록 순방향으로 상기 플런저(480)를 조이도록하고 연장된 상기 플런저(480)와 상기 전극(484)을 바이어스한다. 상기 전극(484)과 상기 플런저(480)상에 축상으로 향햐는 힘은 상기 전극(484)의 팁(486)이 상기 실리콘 도너 웨이퍼를 향하고 상기 실리콘 도너 웨이퍼와의 전기적 접촉을 유지하도록 각 압축 스프링(488, 490)에 의해 흡수된다. 하나 이상의 실시예에서, 상기 전극(484)은 상기 플런저(480) 내에서 슬라이드할 수 있으며, 그리하여 상기 플런저(480)은 또한 스스로 상기 실리콘 도너 웨이퍼 상의 프리로드 압력을 향해 바이어스되며 인가된다.
바람직한 실시예에서, 상기 전극(484)의 팁(486)은 상기 리프트 및 압착 기 계 장치(100)가 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)를 향해 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)를 coarsely하게 배치할 때 상기 도너 웨이퍼와 접촉하도록 (이를 테면, 상기 접합 장치(10)가 완전히 폐쇄되기 전 도 4a-4b에 도시된 바와 같은) 그것이 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 열방출판(410) 아래로 연장한다. 따라서, 상기 프리로드 압력과 시드 전압의 적용은 전체 압력, 온도 및 전입이 인가되기 전에 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판의 양극 접합을 초기화할 수 있다.
상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판에 대한 상기 접합 전압의 적용과 마찬가지로, 상기 시드 전위는 (i) 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 중 하나에 전압을 인가하는 단계 (반면에 다른 하나는 접지시킴); 또는 (ii) 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 모두에 각각 전위를 인가하는 단계에 의해 달성될 수 있다. 따라서, 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 사이의 인터페이스의 국부에 초기 접이 요구될지라도, 상기 실리콘 도너 웨이퍼에 시드 전위를 부여하기 위한 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 능력은 선택적 특징이다. 실제로, 이 설명에서 이후에 설명되는 것처럼, 상기 시드 전위는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)에 의해 상기 유리 기판에 인가될 수 있다.(반면에 상기 실리콘 도너 웨이퍼는 접지시킴).
상기 프리로드 압력과 시드 전압이 상술한 바와 같이 인가될 수 있으나, 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판의 접촉 영역을 제한하고 반면에 상기 프리로드 압력과 시드 전압은 프리-접합이 허용되는 영역을 제한하기 위해 인가되는 것이 바람직하다. 이점에 있어서, 상기 스페이서 기계 장치(300)는 상술한 프리로드 플런저(470)와 조합하여 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 스페이서 기계 장치(300)는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)(도 1과 5를 참조)에 결합되고 프리-접합이 그의 중심 지역에서 달성될 때 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 가판의 주변 가장자리를 서로 터칭하지 않도록 동작가능하다. 상기 프리-접합이 달성된 후, 상기 스페이서 기계 장치(300)는 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판이 수행될 전 접합 과정 동안 서로 (그 주변 가장자리를 포함하여) 터치하도록 허용한다.
도 14에 인용부호가 매겨졌으며, 이는 상기 스페이서 기계 장치(300)의 사시도이다. 상기 스페이서 기계 장치(300)는 상기 프리로드 압력과 시드 전압의 적용 동안 서로 멀리 떨어진 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판의 주변 지역을 홀딩하는 것을 기계적으로 돕도록 동작가능하다. 하나 이상의 실시예에서, 상기 스페이서 기계 장치(300)는 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 사이 처럼 대칭(다중-위치) shim action을 제공하도록 동작가능하다
상기 스페이서 기계 장치(300)는 사실상 환형 구성이며 마운트 링(mount ring)(302), 회전 링(swivel ring)(304), 및 다수의 심 어셈블리(shim assemblies)(306)를 포함한다. 상기 마운트 링(302)은 중앙 개구부(308)와 주변 가장자리(310)을 포함하는 사실상 환형의 구성으로 되어 있다. (개구부와 같은) 다수의 마운팅 요소들(312)은 상기 주변 가장자리(310)에 대해 배치되며 마운팅 요소(140)에 따라 상호보완적 구성으로 되어 있는 것으로, 위로 향한 포스트(140)(도 1, 5 및 6 참조)일 수 있다. 상기 마운팅 요소들(140 및 312)의 크기, 형태 및 위치는 상기 마운팅 링(302)이 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)의 하부 마운트(108)에 결합될 수 있는 크기, 형태 및 위치이다. 도시된 실시예에서, 상기 마운트 링(302)은 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)의 하부 마운트(108)에 대해 회전할 수 없다.
상기 회전 링(304)은 또한 사실상 환형의 구성으로 되어 있으며 게다가 상기 중심 개구부(308)를 규정한다. 상기 회전 링(304)은 상기 마운트 링(302)과 회전되게 결합되며, 따라서, 상기 마운트 링(302)과 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)의 하부 마운트(108)에 대해 회전할 수 있다. 상기 회전 링(304)은 그것의 주변 가장자리에 배치된 다수의 캠(cams)(320)(예를 들면, 캠 슬롯)을 포함하는 것으로, 각각의 상기 심 어셈블리(306)에 하나의 그러한 캠(320)을 포함할 수 있다. 상기 캠 중 하나(320A)는 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)의 스텝퍼 모터(144)의 기어(142)에 해당하는 피치(pitch)로 되어 있는 다수의 이(teeth)를 포함하는, 기어형(geared) 캠이다(도 6 참조). 상기 스텝퍼 모터(144)가 상기 기어(142)를 돌림에 따라, 상기 회전 링(304)은 상기 마운트 링(302)와 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)의 하부 마운트(108)에 대해 회전한다. 상기 제어 유닛은 상기 회전 링(304)의 정확한 회전 운동을 획득하기 위해 상기 스텝퍼 모터(144)에 구동 여기(drive excitation)를 제공할 수 있다.
각 심 어셈블리(306)는 슬라이드 블록(332)에 결합된 심(shim)(330)을 포함할 수 있다. 상기 심(330)은 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 간에 각각 맞도록 크기와 모양이 조절된다. 상기 심은 상기 스페이서 기계 장치(300)의 중심 지역(그리고 이에 따른 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 간의 인터페이스의 중심 지역)에 대해 방사상의 내외 운동을 달성하도록 동작가능하다. 이러한 방사상 운동은 상기 슬라이드 블록(332)과 상기 마운트 링(302) 사이의 슬라이딩 가능한 체결부(engagement)에 의해 달성된다. 예를 들면, 각 심 어셈블리는 해당하는 하나 이상의 핀(336)에 스라이딩되게 맞물리는 하나 이상의 가이드 부싱(334)을 포함할 수 있다. 상기 핀(336)은 상기 핀(336)을 따르는 상기 가이드 부싱(334)의 슬라이딩 운동이 상기 슬라이드 블록(332)과 상기 심(330)의 상술한 방사상 운동을 야기하도록 상기 마운트 링(302)의 주변 가장자리(310)으로부터 방사상으로 멀리 떨어져 연장할 수 있다.
각 슬라이드 블록(332)은 또한 각 캠 슬롯(320)에 걸리는 롤러 또는 포스트와 같은, 캠 가이드(보이지 않음)를 포함한다. (상기 스텝퍼 모터(144)의 동작을 통한) 상기 회전 링(304)의 회전은 그들이 (상기 가이드 부싱(334)을 통해) 상기 포스트(336)를 따라 제어된 방식으로 슬라이드하도록 각 슬라이드 블록(332)에 방사상 힘을 인가한다. 따라서, 모든 심(330)은 대칭 동작으로 움직이며, 이는 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 사이처럼 임의의 균일하지 않은 마찰부하를 예방한다. 상기 회전 링(304)의 회전은 공압 실린더, 선형 모터, 솔레노이드 장치 등과 같은 다른 동작 수단을 사용하여 달성될 수 있음이 주목된다.
상기 심(330)은 바람직하게는 상기 SOG의 전위(들)이 상기 마운트 링(302)과 상기 접합 장치(10)의 다른 부분들과 결합되도록 전기적으로 절연된다. 예를 들면, 상기 슬라이드 블록(332)은 세라믹 물질로 형성될 수 있다. 상기 마운트 링(302)과 회전 링(304)는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 고온 가열 지역 아래에 위치될 수 있는 것으로, 과열 입력으로부터 그들을 보호한다.
도 11a에 잘 나타낸 바와 같이, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)는 상기 히터 디스크(408)에 접근을 허용하는 하나 이상의 개구부를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 개구부(454)는 그것이 상기 히터 디스크(408)을 열적으로 맞물고 (상기 히터 디스크(408)와 상기 실리콘 도너 웨이퍼의 정확한(tight) 온도 조절을 허용하는) 상기 제어 유닛에 온도 피드백 신호를 제공할 수 있도록 상기 어셈블리를 통해 열전대(thermocouple)의 삽입을 허용할 수 있다. 상기 개구부(454)는 도 11a에 보이는 것처럼 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치의 후부(rear)로부터 연장한다는 점이 주목되며 이에 따라 점선으로 도시된다. 더 나은 열 조절을 위한 상기 히터 디스크(408)에 추가 접근을 제공하는 (또한 상기 후부로부터) 제2 개구부(456)가 또한 포함될 수 있다. 특히, 상기 제1 개구부(454)는 상기 히터 디스크(408)의 중심 가열 요소의 지역에 배치되며, 반면에 상기 제2 개구부(456)는 상기 히터 디스크(408)의 환형 가열 요소에 또는 근체에 배치된다. 이는 (그들이 일체로 형성되지 않는 한)상기 각 중심 및 환형 가열 요소들에 독립적인 피드백과 에너지 신호의 제어를 허용하며, 이로써 열적 가장자리 효과뿐만 아니라 온도 조절에 대한 보상을 허용한다.
도 15는 상기 개구부(454, 456)를 통해 연장하고 상기 히터 디스크(408)를 맞물도록 사용될 수 있는 열전대 어셈블리(494)의 사시도이다. 상기 열전대 어셈블 리(494)는 표준 열전대 플러그(495), 스프링 어셈블리(496), 및 프로브(probe)(498)를 포함한다. 상기 프로브(498)는 상기 히터 디스크(408)에 반하여 바이어스되도록 상기 스프링 어셈블리(496)에 의해 앞으로 동작되게 죄어져, 이로써 그들 사이에 적당한 열 전도성을 보장한다.
이제 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 하나 이상의 실시예의 구조적 세부사항이 기술될 것이다. 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 1차 기능은 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 기능, 즉, 상기 유리 기판 가열, 상기 유리 기판에 압력 제공, 상기 유리 기판 냉각 기능에 상보된다.
하나 이상의 실시예에 따라, 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)는 상술한 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 실시예들의 많은 특징들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 13에 도시된 실시예에서, 상기 상부 및 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)는, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)가 상기 개구부(450)과 프리로드 플런저(470)을 사용하고, 반면에 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)는 사용하지 않음을 제외하면, 사실상 동일하다.
상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 가열 기능은 약 600℃보다 작거나 큰 온도를 제공하도록 동작가능한 것으로, 1000℃의 온도에 근접 또는 초과할 수 있다. 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)는 사실상 상기 전체 유리 기판에 걸쳐 제어된 기준값의 +/- 0.5% 내로 균일하게 가열을 제공하도록 동작될 수 있다. 상기 전위(약 1750 볼트 DC)는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)에 의해 상기 유리 기판에 선택적으로 인가될 수 있으며, 상기 기판의 전체 표면 위에 사실상 균일하게 분포될 수 있다. 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 대안적인 실시예들은 제어된 유속을 이용하여 상기 유리 기판의 능동적인 냉각에 제공할 수 있다.
도 16-21에 도시된 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 실시예는 상술한 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)에 따른 유사한 특징들을 포함하나, 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)는 또한 일종의 다른 윽징들을 포함할 수 있다. 도 16은 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 사시도인 반면, 도 17은 그의 분해 조립도이다. 상기 하부 접합 프레이트 기계 장치(500)의 1차 구성요소들은 베이스(502), 절연체(504), 히터 디스크(508), 및 열방출판(510)을 포함한다. 이러한 요소들은 상기 하우징(506) 내에 배치되고 상기 하우징(506)에 결합되거나 또는 하우징(506)에 의해 지지되는 것으로, 예를 들면 스테인리스 스틸로부터 형성될 수 있다.
상기 베이스(502)는 상기 하우징(506)의 하부에 결합되며, 이로써 상기 절연체(504)를 수용하기 위한 내부 체적을 규정하는 사실상 원통형 구조를 형성한다. 예를 들면, 제한하는 것은 아니나, 상기 베이스(502)는 기계성형 가능한 세라믹 물질(예를 들면, 기계성형 가능한 알루미나 실리케이트(alumina silicate) Cotronics 902)로부터 형성될 수 있는 것으로, 구조적 무결성뿐만 아니라 고온 특성을 제공한다. 상기 절연체(504)는 상기 히터 디스크(508)로부터 상기 접합 장치(10)의 상기 베이스(502), 하우징(506) 및 기타 부분들로 흐르는 가열을 제한하도록 동작가능하다. 예를 들면, 제한하는 것은 아니나, 상기 절연체(504)는 40% 밀도로 혼합된 실 리카와 같은, 세라믹 폼 절연 물질로부터 형성될 수 있다. 상기 절연체(504)의 온도 절연 특성은 상기 가열 디스크(508)로부터 상기 베이스(502) (및 기타 구성요소들)로 흐르는 가열을 막고 (급속한 열 순환 특성을 위해) 상기 접합 플레이트 기계 장치(500)의 상대적으로 낮은 열관성을 제공해야 한다.
상기 히터 디스크(508)와 상기 절연체(504)는 Cotronics RESBOND 905와 같은, 세라믹 접착제를 사용하여 함께 접합될 수 있다.
상기 히터 디스크(508)은 전기적 여기(전압과 전류)에 응하는 열을 생성시키고, 반면에 상기 유리 기판에 직접 또는 간접적으로 인가된 임의의 전압이 상기 베이스(502) 또는 하우징에 인가되지 않도록 전기적 절연 특성을 제공하도록 동작가능한다. 따라서, 상기 히터 디스크(508)는 사실상 전기적 절연 특성과 사실상 열 전도성을 나타내는 물질로부터 형성될 수 있다.
도 18을 참조하면, 상기 히터 디스크(508)는 두(개 이상의) 전기적 절연층(508B) 사이에 끼워진 저항성 히터층(508B)으로부터 형성될 수 있다. 예를 들면, 제한하는 것은 아니나, 상기 저항성 히터층(508A)은 THERMAFOIL 롤형 그라파이트(rolled graphite)로부터 형성될 수 있으며 상기 전기적 절연층(508B)는 혼합형 실리카(fused silica)로부터 형성될 수 있다. 상기 저항성 히터층(508A)과 상기 전기적 절연층(508B)는 (낮은 열팽창 특성을 나타내는) Cotronic RESBOD 905와 같은, 세라믹 접착제를 사용하여 함께 접합될 수 있다.
사실상 균일한 가열이 요구됨에 따라, 상기 히터 디스크(508)는 열적 가장자리 손실 보상을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 상기 히터 디스크(508)는 두 개의 가열 지역, 즉 하나는 사실상 중심에 위치된 지역과 다른 하나는 상기 중심 지역 주위에 환형의 링의 형태로 된 지역을 포함할 수 있다. 상기 가열 지역은 상기 저항성 히터층(508A) 내에서 구현될 수 있다. 예를 들면, 상기 저항성 가열 지역은 상기 층(508A)의 중심으로부터 밖으로 나선형 물질로서 저항성 물질의 저항성 폭을 변화시킴으로써 형성될 수 있다. 이는 상기 층(508A)의 중심으로부터 밖으로 나선형 물질의 반경거리(radial distance)에 좌우하는 물질의 저항(그리고 그에 따른 가열 특성) 변화를 초래한다. 이는 상기 히터 요소가 반경 위치의 함수로서 상기 저항에 있어서의 차이로 인한 상기 여기 전압과 전류에 다르게 반응(가열)할 것이기 때문에 상기 열적 가장자리 손실 보상을 달성하도록 단일 전압과 전류 여기의 사용을 허용한다.
상기 저항성 히터층(508A)에 대한 상기 전압과 전류 여기는 전원(미도시)에 의해 제공되고 (하기에 설명된 것과 같은 피드백 제어를 사용할 수 있는) 온도 조절을 달성하도록 상기 제어 유닛에 의해 제어된다. 상기 제어 유닛은 램프를 임의의 원하는 온도로 가열 또는 냉각하도록 하고 임의의 원하는 처리 온도로 머무르게하는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)을 프로그램하도록 동작가능하게 될 수 있다. 터미널(552)(도 16-17)과 터미널(508C)(도 18)은 상기 전원에서 상기 저항성 히터층(508A)까지 전기적 접촉을 허용한다.
상기 열방출판(510)은 상기 히터 디스크(508)와 열로 소통하며 보다 균일한 가열이 상기 유리 기판에 부여되도록 상기 히터 디스크(508)에 의해 제공된 가열 프로파일을 통합하도록 동작가능하다. 상기 열방출판(510)은 상기 유리 기판과 직 접 접촉되어 상기 기판을 가열하는 것과 거기에 접합 전압을 선택적으로 인가하는 것을 용이하게 함에 따라, 전기적으로 그리고 열적으로 전도성 모두를 가질 수 있다. 다시, 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판에 인가된 접합 전압은 (i) 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 중 하나에 전위를 인가하거나(반면에 다른 하나는 접지시킴), (ii) 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 모두에 각각 전위를 인가함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 상기 유리 기판에 (접지가 아닌) 전위를 부여하기 위한 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 능력은 선택적 특징이다. (접지가 아닌) 접합 전위가 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)에 의해 상기 유리 기판에 인가된다면, 상기 기판의 전체 표면 위에 사실상 균일하게 분포될 수 있으며, 약 1750 볼트 DC의 범위 내일 수 있다.
상기 열방출판(510)을 구현하는데 사용될 수 있는 물질 중에서, THERMAFOIL과 같은 전기 전도성 그라파이트가 바람직하다. 터미널(553)은 높은 전압 전원(미도시)에서 상기 열방출판(510)까지의 전기적 접촉을 허용한다. 상기 제어 유닛은 (1750 볼트 DC와 같은) 소정의 전압에 이르는데 상기 높은 전압 전원으로부터 상기 전압 레벨을 프로그램하도록 동작가능하게 될 수 있다.
도 19에 또한 인용부호가 매겨졌으며, 이는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)의 구조적 그리고 기능적 양태를 또한 제시한다. 도시된 바와 같이, 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)는 상기 접합 공정 동안 상기 유리 기판으로의 접근을 허용하는, 예를 들면 상기 기판에 프리로드 압력 및/또는 시드 전압을 부여하기 위한 개구부(550)를 선택적으로 포함할 수 있다. 이러한 선택적인 특징 요구 가 사용되지 않으나, 하기에 설명된 것처럼 유리한 동작을 제공할 수 있다는 점이 주목된다. 상기 개구부(550)가 사용될 경우, 그것의 바람직한 사용은 상기 접합 전압과 전체 접합 압력의 인가 전에 상기 유리 기판에 인가될 프리로드 전압 및/또는 시드 전압을 허용하는 것이다. 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)에 대해 상술한 것처럼, 상기 프리로드 압력과 시드 전압은 상기 접합 전압의 인가 전에 상기 실리콘 도너 웨이퍼와 상기 유리 기판 간의 인터페이스의 국부 지역에 양극 접합을 초기화하기 위한 것으로, 상기 인터페이스의 사실상 전지역에 걸쳐 양극 접합을 용이하게 한다. 상기 시드 전압은 상기 접합 전압에 따라 같거나 다른 크기일 수 있으나, 더 낮거나 같은 전압은 예를 들면 약 750-1000 볼트 DC으로 높을 것으로 간주된다.
예를 들면, 프리로드 플런저(570)은 상술한 프리-차지 기능을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 상기 프리로드 플런저(570)는 도 12a-12b에 대해 설명된 상기 프리로드 플런저(470)와 사실상 동일한 구성으로 존재할 수 있다. 상기 프리로드 플런저(570)는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)에 맞물리도록 동작가능하며 상기 유리 기판과 전기적으로 그리고 기계적으로 소통하는 그것의 개구부(550)를 통해 연장한다. 상기 프리로드 프런저(570)의 전극(584)은 적어도 상기 시드 전압을 부여하기 위한 상기 유리 기판을 맞문다. 상기 프리로드 플런저(570)의 플러저는 상기 전극(584)에 대해 동축상으로 배치되며 단지 (또는 상기 전극(584)과 소통하여) 상기 프리로드 압력을 인가할 수 있다.
상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)는 그것이 상기 히터 디스크(508)을 열적으로 맞물리고 (상기 히터 디스크(508)과 상기 유리 기판의 정밀한 온도 조절을 허용하는) 상기 제어 장치에 온도 피드백 신호를 제공하도록 상기 어셈블리를 통해 열전대의 삽입을 하용하도록 하나 이상의 개구부를 또한 포함할 수 있다. 상기 열전대용 개구부(들) (그리고 상기 열전대 자체)의 구조와 위치는 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)에 대해 상술된 것과 사실상 동일한다.
도 20-21에 또한 호가 매겨졌으며, 이는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치의 하나 이상의 실시예들에 사용될 수 있는 대안적인 기능을 더 도시한다. 도 20은 능동형 냉각 특징을 사용하는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500A)의 단면도이다. 도 21은 도 20의 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500A)의 분해 조립도이다. 이 실시예에서, 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500A)의 절연체(504A)는 상기 SOG 구조, 특히 그것의 유리 기판의 온도를 줄이기를 원할 때 냉각 유체가 흐를 수 있는 하나 이상의 냉각 채널(520)을 포함한다. 예를 들면, 상기 냉각 채널(520)은 상기 절연체(504A)의 중심에서부터 그것의 주변 가장자리를 향해 나선형으로 연장할 수 있다. 상기 채널(들)(520)은 상기 절연체(504A)의 표면으로 맞춰질(be machined) 수 있다. 유입관(522)은 상기 채널(520)으로 냉각 유체를 도입하도록 동작가능하며, 반면에 유출관(524)은 상기 채널(520)으로부터 상기 냉각 유체를 제거하도록 동작가능하다. 열교환기(미도시)는 상기 유입관(522)으로 상기 냉각 유체를 재도입하기 전에 상기 냉각 유체를 냉각하는데 사용될 수 있다. 능동형 냉각은 상기 제어 유닛을 사용하여 상기 채널(520)을 통해 상기 냉각 유체의 온도와 유속을 제어함으로써 달성될 수 있다. 도 13에 도시된 것처럼, 적당한 유체 커플 링(560)은 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)에 유체 소스(미도시)의 연결을 허용하도록 상기 유입관(522)과 상기 유출관(524)에 연결될 수 있다.
도 22를 참조하면, 상기 접합 장치(10)는 진공, (수소, 질소 등과 같은) 기체 상태와 같은 접합 환경의 대기 상태, 및 기타 상태의 제어를 제공하는 대기 챔버(atmospheric chamber)에 배치될 수 있다. 특히, 상기 접합 장치(10)는 그것의 다양한 구성요소들, 특히 상기 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)의 저하(degradation) 없이, 비-진공 상태(예를 들면, 하나 이상의 산화제를 포함할 수 있는 대기 상태)에서 동작할 수 있다.
상기 접합 장치(10)의 동작에 대한 보다 자세한 세부사항은 이제 도 23-27을 참조하여 설명될 것이다. 도 23은 최종 SOG 구조(600)를 도시하며, 반면에 도 24-27은 상기 접합 장치(10)의 하나 이상의 실시예를 사용하여 생성된 그것의 매개 구조(intermediate structures)를 도시한다. 도 24를 참조하면, 상기 접합 장치(10)로 물질을 도입하기 전에, 상기 유리 또는 유리-세라믹 기판(602)(도 23)에 접합을 위해 적당한 상대적으로 평평하고 균일한 주입 표면(621)을 생성하기 위해 폴리싱(polishing), 클리닝(cleaning) 등을 함으로써, 도너 반도체 웨이퍼(620)의 주입 표면(621)이 준비된다. 설명을 위해, 상기 반도체 웨이퍼(620)는 사실상 단결정 Si 웨이퍼일 수 있으며, 상술한 바와 같지만 임의의 다른 적당한 반도체 전도체 물질이 사용될 수 있다.
상기 도너 반도체 웨이퍼(620)의 주입 표면(621) 아래에 박리층(622)의 약한 지역을 생성하도록 이온 주입 공정에 상기 주입 표면(621)을 제공함으로써 박리 층(622)이 생성되는 것으로, 상기 박리층(622)을 정의한다. 예를들면, 상기 주입 표면(621)은 수소 이온 주입, 또는 붕소, 헬륨 등과 같은 기타 희박한 희토류 이온에 제공될 수 있다. 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)는, 예를 들면, 상기 주입 표면(621)상에 상기 수소 이온 농도를 줄이도록 처리될 수 있다. 예를 들면, 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)는 워싱 및 클리닝될 수 있으며 상기 박리층(622)의 상기 주입 도너 표면(621)은 약산화되도록 제공될 수 있다. 상기 약산화 처리제는 산소 플라즈마로 된 처리제, 오존 처리제, 과산화수소, 과산화수소와 암모니아, 과산화수소와 산을 갖는 처리제 또는 이러한 공정의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 처리 동안 수소 종단 표면기(hydrogen termiated surface group)는 수산기로 산화시키며, 차례로 또한 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 친수성으로 만든다. 상기 처리는 상기 산소 플라즈마를 위해 실온에서 그리고 암모니아 또는 산성 처리제를 위해 25-150℃ 사이의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 유리 기판(602) (및 상기 박리층(622))의 적당한 표면 클리닝이 수행될 수 있다.
상기 접합 장치(10)는 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)가 위로 회전됨으로써 초기 방향으로 있다고 가정하면, 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 상기 유리 기판(602)이 상기 접합 장치(10)로 삽입된다. 이 예에서, 상기 유리 기판(602)상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)로 중력을 통해 아래로 고정되어 배치되고 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)은 상기 유리 기판(602) 상단에 배치된다. 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 상기 유리 기판(602)의 중심 지역에서 접합을 시작하도록 프리로드 압력과 시드 전압의 적용이 요구되면, 상기 도너 반도체 웨이 퍼(620)가 상기 유리 기판(602) 상단에 배치되기 전에 상기 스페이서 기계 장치(300)가 활성화될 수 있다. 도 6과 14에 설명된 것처럼, 상기 스펩퍼 모터(144)는 상기 기어(142)를 회전시킬 수 있어, 상기 회전링(304)이 상기 마운트 링(302)에 대해 회전하며, 이로써 상기 유리 기판(602)의 주변 부분을 덮도록 상기 심(330)을 구동시킨다. 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)는 그 후 상기 심(330)이 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)과 상기 유리 기판(602) 사이에 삽입되도록 상기 심의 상단에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)과 상기 유리 기판(602)은 상기 심(330)의 두께에의해 서로 이격될 수 있다.
다음으로, 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(400)는 상기 상부 및 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)가 평행한 방향으로 멀리 이격되도록 (상기 개폐 기계 장치(200)를 통해) 아래로 회전하도록 동작가능하다. 보다 자세하게는, 도 7을 참조하여 상술한 것처럼, 상기 잭(230)이 상기 샤프트(236) 조작을 통해 동작되며, 이는 상기 샤프트(232), 상기 가이드 부싱(214), 및 힌지 플레이트(250)를 낮추는 것을 초래한다. 상기 힌지 프레이트(250)의 낮춤은 상기 마운트 플레이트(208)가 상기 힌지 플레이트(250)의 스톱(259)에 걸릴때까지 상기 마운트 플레이트(208)와 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)가 하부로 기울도록 상기 마운트 플레이트(208)를 상기 피봇 이음쇠(258)에 대해 선회하게 한다. 이 지점에서, 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)는 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)에 대해 사실상 평행한 방향으로 존재한다. 상기 힌지 플레이트(250)의 계속적인 하부 운동은 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)(도 6)의 가이드 포스 트(114, 116, 118)의 말단(114A, 116A, 118A)에 맞물리는 잠금(246)을 초래한다. 상기 작동자는 그 후 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)의 가이드 포스트(114, 116, 118)로 상기 잠금(246)을 맞물릴 수 있다. 상기 잠금(246)은 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)상에 위로의 압력은 과도한 힘에 상기 리프트 및 압착 장치(100)를 노출하지 않고 상기 마운트 플레이트(208)에 의해 대항할 수 있다.
상기 리프트 및 압착 기계 장치(10)는 그 후 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)을 향해 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500) (및 상기 유리 기판(602) 및 도너 반도체 웨이퍼(620))의 부정확한 배치를 부여할 수 있다. 상기 프리로드 플런저(470)의 전극(484)이 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)의 열방출판(410) 아래로 연장함에 따라, 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)가 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)를 향해 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)를 부정확하게 배치할 때 그것을 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)에 연결한다. 상기 스페이서 기계 장치(300)의 심(330)이 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 상기 유리 기판(602)를 서로 닿지 않게 막기 때문에, 상기 프리로드 플런저(470)는 그 중심 부분이 상기 유리 기판(602)에 닿도록 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)를 구부리려고 할 것이다. 따라서, 상기 프리로드 압력과 시드 전압의 인가는 전체 압력, 온도, 및 전압이 인가되기 전 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 상기 유리 기판(602)의 양극 접합을 시작할 수 있다.
상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 상기 유리 기판(602)의 중심 부분의 초기 접합에 이어, 상기 스페이서 기계 장치(300)가 상기 심(330)을 빼도록 수행될 수 있다. 상기 제어 유닛은 상기 회전링(304)가 상기 마운트 링(302)에 대해 회전하도록 상기 스텝퍼 모터(144)가 상기 기어(142)를 회전하도록 수행할 수 있으며, 이로써 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 상기 유리 기판(602) 사이로부터 상기 힘(330)을 뺀다. 상기 심(330)은 대칭 동작으로 움직이는 것으로, 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 상기 유리 기판(602) 사이와 같은 임의의 불균일한 마찰 부하를 막는다. 유리하게는, 상기 접합 공정이 진공에서 일어나는 경우, 상기 심(330)을 뺌으로써 뒤따르는 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 상기 유리 기판(602)의 중심 부분의 접합은 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 상기 유리 기판(602) 사이로부터 임의의 가스가 배출되도록 허용한다. 따라서, 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 상기 유리 기판(602) 사이의 적당한 접합을 방해하는 가스(예를 들면, 공기)의 가능성이 줄어들 수 있다.
도 25를 참조하면, 상기 유리 기판(602)은 상기 유리 기판과 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)을 직접 연결부에 가져와 상술한 바와 같은 상기 접합 장치(10)를 사용하여 상기 온도, 전압 및 압력으로 그들을 제공함으로써 상기 양극(전해질) 공정을 사용하여 상기 박리층(622)에 접합될 수 있다. 상기 접합 장치(10)는 소정의 양극 접합을 달성하기 위해 (상기 제어 유닛의 프로세서상에 실행되는) 컴퓨터 프로그램의 제어하에 동작할 수 있다. 따라서, 상기 컴퓨터 프로그램은 상기 접합 장치(10)의 다양한 기계 장치들이 상기 양극 접합을 달성하기 위해 본원에 설명된 방식으로 동작하게 된다는 점을 예상할 수 있다.
상기 도너 반도체 웨이퍼(620)의 박막층(622)과, 상기 유리 기판(602)는 다른 온도 기울기하에서 가열된다. 상기 유리 기판(602)은 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 박리층(622)보다 (상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)를 통해)더 높은 온도로 가열될 수 있다. 예를 들면, 상기 유리 기판(602)과 상기 도너 반도체 웨이퍼(620) (및 상기 박리층(622)) 사이의 온도 차는 약 6℃ 내지 약 200℃ 또는 사이 또는 그 이상의 어느 것일 수 있다. 이러한 차등 온도는 그것이 나중에 열응력(thermal stresses)으로 인해 상기 반도체 웨이퍼(620)로부터 상기 박리층(622)의 분리를 용이하게 하므로 (실리콘의 열팽창계수(CTE)에 일치되는 것과 같은) 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)의 것과 일치되는 열팽창계수(CTE)를 갖는 유리에 바람직하다. 상기 유리 기판(602)과 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)는 상기 유리 기판(602)의 변형점(strain point)의 약 +/- 650℃ 내의 온도로 수취된다.
기계적 압력은 또한 상기 매개 어셉블리에 인가된다. 상기 압력 범위는 평방 인치(psi) 당 약 1 내지 100 파운드 사이이거나, 약 6 내지 50 psi 사이이거나, 또는 약 20psi일 수 있다. 더 좋은 압력, 예를 들면, 100psi의 압력 또는 그 이상의 압력의 적용이 가능하나, 그러한 압력은 그것이 상기 유리 기판(602)의 파괴를 가져올 수 있으므로 신중하게 사용되어야 한다. 도 4a, 4b, 및 6을 참조하여 상술한 바와 같은, 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 상기 유리 기판(602)은 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)의 제어된 동작하에 서로 접할 수 있다. 상기 리프트 및 압착 기계 장치(100)의 상기 제2 액추에이터(106)는 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 상기 유리 기판(602) 사이의 제어된 가열과 압력이 달성될 수 있도록 하느 ㄴ위치 로 상기 하부 마운트(108), 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500), 및 상기 유리 기판(602)를 올린다.
전압이 예를 들면 양의 전위에서의 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 더 낮은 전위에서의 상기 유리 기판(602)과 함께 상기 매개 어셈블리에 걸쳐 또한 인가된다. 상기 전위의 적용은 상기 유리 기판(602)에서의 알칼리 또는 알칼리토류 이온이 상기 반도체/유리 인터페이스에서 상기 유리 기판(602)으로 더 멀리 이동하도록 한다. 이는 (i) 알칼리 또는 알칼리토류 이온 프리 인터페이스가 생성되고, (ii) 상기 유리 기판(602)이 매우 반응적이고 상대적으로 낮은 온도에서의 가열을 적용하여 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)의 상기 박리층(622)에 강력하게 접합되는 두 가지 기능을 달성한다.
압력, 차등 온도, 및 차등 전압이 제어된 시간 기간(예를 들면, 대략 6시간 이하) 동안 인가된다. 그에 따라, 높은 수준의 전위는 제로가 되게 하고 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 상기 유리 기판(602)은 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)로부터 상기 박리층(622)의 분리를 적어도 시작하기 위해 냉각하도록 허용된다. 상기 냉각 공정은 능동형 냉각을 수반할 수 있으며, 이로써 냉각 유체가 상기 상부 및 하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500) 중 하나 또는 둘 모두로 도입된다. 하나 이상의 실시예에서, 상기 능동형 냉각 프로파일은 박리 공정의 정도와 질에 영향을 주도록 다양한 프로파일들(예를 들면, 냉각 속도, 휴지 및/또는 수준)에서 상기 도너 반도체 웨이퍼(620)와 상기 유리 기판(602)의 냉각을 수반할 수 있다.
도 26에 도시된 것처럼, 분리 후 결과적인 구조는 거기에 접합된 반도체 물 질의 상기 유리 기판(602)과 상기 박리층(622)를 포함할 수 있다. 이러한 구조에 접근하기 위해, 잠금(246)은 상기 가이드 포스트(114, 116, 118)로부터 풀리며 상기 잭(230)이 (예를 들면, 상기 샤프트(236)에 회전력을 인가함는 것을 통해) 동작되어, 상기 샤프트(232)는 상기 가이드 부싱(214)를 올리고 상기 힌지 플레이트(250)는 상기 블록(260)과 피봇 이음쇄(258)(도 6-7)에 의해 상기 마운트 플레이트(208)에 수직력을 인가한다. 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)는, 그러므로, 거기에 사실상 평행한 상관성을 유지하면서 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)로부터 이격되어 수직으로 올라간다. 상기 마운트 플레이트(208)상에 계속적인 상승력은 상기 상부 접합 플레이트 기계 장치(400)가 상기 피봇 이음쇄(258)에 대한 회전 운동에 응하여 위로 기울어지게 한다. 상기 SOG의 매개 구조는 그 후 상기 접합 장치(10)로부터 추출될 수 있다.
임의의 원치 않거나 또는 거친 반도체 물질은 도 27에 도시된 것처럼 상기 유리 기판(602)상에 상기 반도체층(604)를 얻기 위해 박막화 및/또는 폴리싱 기술, 예를 들면, CMP 또는 당업계에 공지된 기타 기술을 통해 상기 표면(623)으로부터 제거될 수 있다.
상기 도너 반도체 웨이퍼(620)는 다른 SOG 구조(600)으 ㅣ생성을 계속하도록 재사용될 수 있다는 점이 주목된다.
본 발명의 하나 이상으 일 실시예에 또한 따르면, 상기 접합 장치(10)는 유리, 유리 세라믹, 세라믹 등과 같은 기판에 마이크로-구조를 새기도록 사용될 수 있다. 유리와 같은 기판상에 복제된 패턴의 생성에 대한 종래 방법들은 (예를 들 면, UV 곡선형 폴리머를 사용하는) 추가 공정들 또는 (예를 들면, 화학적 에칭, 반응성 이온 에칭) 생략 공정들을 사용했었다. 이러한 종래 방법들은 매 응용에 있어 바람직하지 않다; 실제로, 폴리머 구조는 매우 다용도이나 바람직한 물질 특성을 갖지 않을 수 있으며, 에칭법은 우수한 구조를 생성할 수 있으나 종종 매우 느리고 비싸다. 그러나, 본 발명의 하나 이상의 양태에 따르면, 가열을 통해 마스터 둘로부터 기판으로 패턴이 찍히거나/새겨진다. 상기 마스터 툴은 사실상 견고하고 상기 기판의 용융점 이상의 용융점을 갖는 물질로부터 구성된다. 상기 툴 및/또는 기판은 상기 기판이 상기 툴의 마이크로-구조로 흐르는 수준(들)로 가열된다. 그에 따라, 상기 구성요소들이 냉각 및 분리된다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 접합 장치(10)는 높은 작업량을 허용하는 툴 및/또는 기판 (예를 들면, 유리)을 신속히 가열하도록 적응될 수 있다. 상기 접합 장치(10)의 상술한 능동형 냉각 특징, 제어 압축 특징, 진공 상태 등은 또한 작업량을 증가시킬 수 있다.
도 28을 참조하면, 상기 접합 장치(10)는 그의 적어도 일 표면에 배치된 (예를 들면, 나노미터 스케일로) 마이크로-구조(701)를 갖는 툴(700)을 수용하도록 동작될 수 있다. 상기 툴(700)상의 상기 마이크로-구조는 상기 기판(702)상에 새겨지길 원하는 것의 역상이다. 예를 들면, 상기 툴(700)은 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)에 결합될 수 있고 상기 기판(702) (예를 들면, 유리 기판)은 상기 툴(700) 상단에 배치될 수 있다. 대안적으로, 상기 기판(702)은 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(500)에 결합될 수 있고 상기 툴은 상기 기판(702) 상단에 배치될 수 있다. 추가 대안적인 실시예에서, 상기 툴(700)은 상기 하부 접합 플레이트 기계 장치(400)에 클리핑될(clipped) 수 있거나 그렇지 않으면 고정될(fastened) 수 있다. 각 GRAFOIL 개스킷(704A, 704B)은 상기 상부/하부 접합 플레이트 기계 장치(400, 500)와 상기 기판(702)/툴(700) 사이에 끼워질 수 있다.
상기 접합 장치(10)는 그 후 (상술한 바와 같이) 폐쇄될 수 있으며 상기 상기 유리 기판(702)의 Tg 이상의 온도를 얻는다. 패턴 또는 구조는 따라서 상기 툴(700)에서 상기 유리 기판(702)로 전달된다. 상기 복제 공정은 상술한 방과 같은 상기 접합 장치(10)의 제어 압력 특징으로부터 높은 압력하에서 수행될 수 있다. 대안적으로, 중력과 대기 압력은 상기 툴(700)의 상기 마이크로-구조(710)로 상기 유리 기판(702)의 흐름을 용이하게하도록 사용될 수 있다.
상기 툴(700)은 상기 유리 기판의 Tg와 같은, 상기 기판(702)의 흐름 온도에서 또는 그 이상으로 상승된 온도에서 구조적으로 변하지 않을 물질로 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 툴(700)을 구현하는데 혼합형 실리카가 사용될 수 있다. 상기 마이크로 구조(701)는 반응성 이온 에칭(RID)에 의해 상기 툴(700)에서 형성될 수 있다. 다이아모드 코팅과 같은, 상기 툴(700) 및/또는 기판(702)의 표면 처리가 사용될 수 있다.
본 발명은 본원에 특정 실시예들을 참조하여 설명되었으나, 이는 이러한 실시예들이 단지 본 발명의 원리와 응용을 대표한다는 것을 알 수 있다. 따라서 수많은 변형은 대표적인 실시예들로 제작될 수 있으며 다른 장치들이 첨부된 청구항에 의해 규정된 것처럼 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 고안될 수 있다는 것 을 알 수 있다.
Claims (42)
- 제1 물질 시트가 맞물리도록 하고, 제어된 가열, 전압 및 냉각 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제1 접합 플레이트 기계 장치;제2 물질 시트가 맞물리도록 하고, 제어된 가열, 전압 및 냉각 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제2 접합 플레이트 기계 장치;상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치에 동작되게 결합되고 상기 각 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치의 각 표면을 따라 서로에 대향하는 상기 제1 및 제2 물질 시트들의 제어된 압력을 달성하기 위해 서로를 향해 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치들을 조이도록 동작가능한 압력 기계 장치; 및상기 제1 및 제2 물질 시트들 사이의 양극 접합을 달성하기에 충분한 가열, 전압 및 압력 프로파일을 제공하기 위해 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치와 상기 압력 기계 장치에 대한 제어 신호를 생성하도록 동작가능한 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 물질 시트는 유리 기판과 유리 세라믹 기판 중 적어도 하나이며, 상기 제2 물질 시트는 도너 반도체 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 가열 프로파일은 600℃ 보다 큰 상기 제1 및 제2 물질 시트들 중 적어도 하나의 최소한 피크 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 가열 프로파일은 600℃ 및 1000℃ 사이의 상기 제1 및 제2 물질 시트들 중 적어도 하나의 최소한 피크 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 가열 프로파일은 1000℃보다 큰 상기 제1 및 제2 물질 시트들 중 적어도 하나의 최소한 피크 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전압 프로파일은 1000 볼트 DC 내지 2000 볼트 DC 사이의 상기 제1 및 제2 물질 시트들 중 적어도 하나의 최소한 피크 전압을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제6항에 있어서,상기 전압 프로파일은 상기 제1 물질 시트와 상기 제2 물질 시트 사이의 1000 볼트 DC와 2000 볼트 DC 사이의 적어도 피크 전압 차를 포함하며,상기 제1 및 제2 물질 시트들 중 하나는 접지 전위이며;상기 피크 전압 차는 상기 제1 및 제2 물질 시트 중 하나에 양의 전위를 인 가하고 상기 제1 및 제2 물질 시트 중 다른 하나에 음의 전위를 인가함으로써 달성되는 것 중 적어도 하나를 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전압 프로파일은 1 평방인치당파운드(psi)와 100psi 사이의 적어도 피크 압력을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 압력 프로파일은 20psi의 상기 제1 및 제2 물질 시트들 사이의 적어도 피크 전압을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 제1 및 제2 물질 시트 중 하나에에 접합되었던 상기 제1 및 제2 물질 시트 중 하나로부터 박리층의 분리를 용이하게 하도록 충분한 상기 제1 및 제2 물질 시트에 능동형 냉각 프로파일을 제공하기 위해 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치 중 적어도 하나에 대한 제어 신호를 생성하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제10항에 있어서, 상기 냉각 프로파일은 상기 제1 및 제2 물질 시트들에 대한 다양한 냉각 속도 및 다양한 냉각 수준 중 적어도 하나를 제공하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제1 물질 시트가 맞물리도록 하고, 제어된 가열 및 전압 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제1 접합 플레이트 기계 장치;제2 물질 시트가 맞물리도록 하고, 제어된 가열 및 전압 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제2 접합 플레이트 기계 장치; 및상기 제1 접합 플레이트 기계 장치에 동작되게 결합되고 상기 제1 및 제2 물질 시트의 양극 접합을 돕기 위해 상기 각 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치의 각 표면들을 따라 서로에 대향하는 상기 제1 및 제2 물질 시트들의 제어된 압력을 달성하기 위해 서로를 행해 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치들을 조이도록 동작가능한 리프트 및 압착 기계 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제12항에 있어서,상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치는 상기 제1 및 제2 물질 시트의 각각을 맞물기 위한 베어링면을 정의하는 각 베어링 표면을 각각 포함하고;상기 리프트 및 압착 기계 장치는 상기 리프트 및 압착 기계 장치의 베어링면에 수직하는 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치 상에 제어가능한 힘을 부여하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 리프트 및 압착 기계 장치는 액추에이터에 제공된 유체 압력의 변화에 응하여 상기 제어가능한 힘을 부여하도록 동작가능한 하부 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제14항에 있어서, 상기 유체는 기체(gas)인 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 리프트 및 압착 기계 장치는,상기 제2 접합 플레이트 기계 장치를 향해 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치를 이동도록 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치의 조동(coarse displacement)을 부여하는 제1 액추에이터 기능; 및상기 제1 접합 플레이트 기계장치에 제어가능한 힘을 부여하는 제2 액추에이터 기능을 제공하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 리프트 및 압착 기계 장치는 상기 제1 액추에이터 기능을 제공하도록 동작가능한 피스톤-구동 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 리프트 및 압착 기계 장치는 상기 제2 액추에이터 기능을 제공하도록 동작가능한 하부 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 제1 액추에이터 기능은 상기 제 및 제2 물질 시트의 각 표면을 따라 상기 제1 및 제2 물질 시트 간의 초기 접촉을 야기시키는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 리프트 및 압착 기계 장치는 상기 제1 및 제2 액추에이터 기능을 제공하도록 동작가능한 제1 및 제2 액추에이터를 포함하고, 상기 제1 및 제2 액추에이터는 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치에 동축 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 제1 및 제2 액추에이터는 상기 제1 액추에이터의 동작이 상기 제2 액추에이터와 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치 모두의 조동을 부여하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제21항에 있어서, 상기 제2 액추에이터의 동작은 상기 제1 액추에이터의 어떠한 배치도 부여하지 않는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제1 물질 시트가 맞물리도록 동작가능한 제1 접합 플레이트 기계 장치와 제2 물질 시트가 맞물리도록 동작가능한 제2 접합 플레이트 기계 장치로서, 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치는 상기 제1 및 제2 물질 시트의 각각이 맞물리기 위한 베어링면을 정의하는 각 베어링 표면을 각각 포함하는, 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치; 및상기 제2 접합 플레이트 기계 장치에 동작되게 결합되고,(i) 폐쇄 상태일 때, 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치의 각 표면을 따라 서로 대향하는 상기 제1 및 제2 물질 시트의 제어된 압력을 달성하는 것을 돕고;(ii) 이중 동작 개방 프로파일을 제공하기 위한 것으로서, 제1 동작은 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치의 각 베어링면에 수직하는 방향으로 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치로부터 상기 제2 접합 플레이트 기계 장치를 분리하고, 제2 동작은 상기 제2 접합 플레이트 기계 장치가 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치의 베어링면에 경사지도록 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치로부터 떨어진 상기 제2 접합 플레이트 기계 장치를 기울이도록 동작가능한 개폐 기계 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제23항엥 있어서, 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치의 베어링면은 상기 제2 접합 플레이트 기계 장치의 모든 제1 개방 동작 동안 평행하게 존재하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제23항에 있어서, 상기 개폐 기계 장치는,상기 제1 접합 플레이트 기계 장치의 베어링면에 수직한 방향으로 연장되고 접히도록 동작가능한 리프트 어셈블리; 및제1 및 제2 말단을 갖는 마운트 플레이트로서, 상기 제2 접합 플레이트 기계 장치가 상기 마운트 플레이트의 제1 말단 쪽에 배치되고, 상기 제1 및 제2 말단으로 피스톤 매개물에서 상기 리프트 어셈블리에 선회되게 결합되는 마운트 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제25항에 있어서,상기 개폐 기계 장치는 상기 마운트 플레이트의 상기 제2 말단과 함께 상기 마운트 플레이트의 제1 말단에서 슬라이딩가능하게 맞물린 상기 리프트 어셈플리에 대해 평행한 방향으로 연장하는 하나 이상의 스톱 아암(stop arms)을 포함하며;상기 스톱 아암은 상기 제2 접합 플레이트 기계 장치가 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치로부터 상기 제1 및 제2 플레이트 기계 장치의 각 베어링면에 수직하는 방향으로 떨어져 분리되도록 상기 제1 동작 동안 제한된 이동거리를 연장함으로써 상기 마운트 플레이트의 제2 말단의 운동을 허용하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제26항에 있어서, 상기 하나 이상의 스톱 아암은 상기 리프트 어셈블리의 계속된 연장이 상기 마운트 플레이트의 상기 제2 말단에서 레버 동작(lever action)을 생성하도록 상기 제한된 이동거리 이사의 상기 마운트 플레이트의 상기 제2 말단의 운동을 금지하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제27항에 있어서, 상기 마운트 플레이트의 상기 제2 말단에서의 상기 레버 동작이 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치로부터 떨어진 상기 제2 접합 플레이트 기계 장치를 기울이는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제27항에 있어서, 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치의 개방 상태로부터 상기 리프트 어셈블리의 접힘(retraction)은 상기 마운트 플레이트의 제2 말단에서의 레버 동작을 통해 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치 쪽으로 상기 제2 접합 플레이트 기계 장치를 기울이는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제29항에 있어서, 상기 리프트 어셈블리의 접힘은 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치가 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치의 각 베어링면에 수직한 방향으로 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치로부터 떨어져 분리되도록 상기 마운트 플레이트의 상기 제2 말단이 상기 리프트 어셈블리의 계속된 접힘으로 제한된 이동거리 이동에 이르도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제1 물질 시트가 맞물리도록 하고, 제어된 가열, 전압 및 냉각 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제1 접합 플레이트 기계 장치;제2 물질 시트가 맞물리도록 하고, 제어된 가열, 전압 및 냉각 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제2 접합 플레이트 기계 장치; 및상기 제1 접합 플레이트 기계 장치에 결합되고, 상기 제1 및 제2 물질 시트의 주변 가장자리가 서로 닿지 않도록 한 상기 제1 및 제2 물질 시트 쪽으로 상기 제1 및 제2 물질 시트 사이에 심 어셈블리(shim assemblies)를 대칭적으로 이동하도록 동작가능한 다수의 이동가능한 심 어셈블리를 포함하는 스페이서 기계 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제31항에 있어서, 상기 제1 물질 시트는 유리 기판과 유리 세라믹 기판 중 적어도 하나이며, 상기 제2 물질 시트는 도너 반도체 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제31항에 있어서, 상기 스페이서 기계 장치는 환형(annular) 구조로 되어 있으며,상기 제1 접합 플레이트 기계 장치에 대해 고정되게 결합된 마운트 링; 및상기 마운트 링에 회전되게 결합된 회전링을 포함하며,상기 다수의 심 어셈블리는 상기 다수의 심 어셈블리가 상기 회전링의 앞뒤 회전에 응하여 상기 제1 및 제2 물질 시트 사이의 공간 안팎으로 동시에 움직일 수 있도록 상기 마운트 링에 슬라이드가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제33항에 있어서,상기 회전링은 상기 회전링의 주변 가장자리에 배치된 하나 이상의 캠(cams)을 포함하며;상기 각 심 어셈블리는 상기 회전링이 회전할 때 상기 심 어셈블리가 상기 제1 및 제2 물질 시트 사이의 공간 안팎으로 동시에 움직이도록 상기 회전링의 상기 하나 이상의 캠에 맞물리는 하나 이상의 캠 가이드를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제34항에 있어서, 상기 회전링은 상기 스페이서 기계 장치의 중심으로부터 떨어져 나선형을 그리는, 각 심 어셈블리를 위한 하나의 캠 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제31항에 있어서,상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치 각각은 상기 제1 및 제2 물질 시트 각각을 맞물리기 위한 베어링면을 정의하는 각 베어링 표면을 포함하며,상기 스페이서 기계 장치는 상기 심 어셈블리가 상기 제1 및 제2 물질 시트 사이에 삽입되거나 상기 제1 및 제2 물질 시트 사이로부터 밖으로 이동하도록 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치의 적어도 베어링 표면에 평행하게 움직이도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제31항에 있어서, 상기 스페이서 기계 장치는 상기 제1 및 제2 물질 시트의 중심 지역에서만 접합되게 하기 위해 상기 제1 및 제2 물질 시트 사이에 상기 심 어셈블리를 움직이도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제37항에 있어서, 상기 스페이서 기계 장치는 상기 제1 및 제2 물질 시트의 중심 지역에서 접합이 달성된 후 상기 제1 및 제2 물질 시트 사이에서 밖으로 상기 심 어셈블리를 이동하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제37항에 있어서, 상기 제1 접합 플레이트 기계 장치의 개구부를 통해 연장하는, 상기 제1 물질 시트에 전기적으로 연결되도록 동작가능한, 적어도 전극을 갖는 적어도 하나의 프리로드 플런저(preload plunger)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제39항에 있어서, 상기 프리로드 플런저는 상기 프리로드 플런저의 중심 지역에서 상기 제2 물질에 대향하는 상기 제1 물질 시트에 대해 바이어스하고 이동하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 제40항에 있어서, 상기 프리로드 플런저는 상기 프리로드 플런저의 중심 지역에서 상기 제1 및 제2 물질 시트 사이에 접합을 유도하기 위해 상기 제1 물질 시트에 시드 전압(seed voltage)을 제공하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 양극 접합 장치.
- 물질 시트가 맞물리도록 하고, 제어된 가열, 전압 및 냉각 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제1 접합 플레이트 기계 장치;마이크로-구조를 갖는 엠보싱 툴이 맞물리도록 하고, 제어된 가열, 전압, 및 냉각 중 적어도 하나를 제공하도록 동작가능한 제2 접합 플레이트 기계 장치;상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치에 동작되게 결합되고 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치의 각 표면을 따라 상기 물질 시트에 대향하는 상기 엠보싱 툴의 제어된 압력을 달성하기 위해 서로를 향해 상기 제1 및 제2 접합 플레이트 기계 장치를 조이도록 동작가능한 압력 기계 장치;
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