KR20130098271A - 분자 접착에 의해 2개의 웨이퍼들을 함께 접합하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼(206) 위에 제1 웨이퍼(202)를 접합하는 방법으로서, 상기 제1(202) 및 제2(206) 웨이퍼들 사이에 접합파의 개시점(216)을 적용하는 단계를 포함하는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 방법에 있어서, 상기 방법은 접합파가 웨이퍼들 사이에서 전파하는 동안 접합파의 개시점을 향해 제1 웨이퍼(202)와 제2 웨이퍼(206) 사이에 가스 스트림(228)을 투사하는 단계를 더 포함하는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 상기 접합 방법을 실행하기 위한 접합 장치(215)를 제공한다.
Description
본 발명은 최종 기판 위로의 적어도 하나의 층의 전사에 의해 제조되는(복합 구조들 또는 다층 반도체 웨이퍼들로서도 알려진) 다층 반도체 구조들을 제조하기 위한 분야에 관한 것이다. 상기 층전사는 예를 들어 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼(또는 최종 기판) 위로의 제1 웨이퍼(또는 초기 기판)의 접합에 의해 얻어지고, 제1 웨이퍼는 일반적으로 접합후 시닝(thinned)된다. 전사된 층은 또한 컴포넌트 또는 복수의 마이크로컴포넌트들의 모두 또는 일부를 포함할 수 있다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 분자 접착에 의해 접합된 2개의 웨이퍼들 사이의 접합 계면(bonding interface)에서의 국부화된 방식(localized manner)으로 일어날 수 있는 접합 결함들의 문제와 관련이 있다.
분자 접착에 의한 웨이퍼 접합은 그 자체가 잘 알려진 기술이다. 분자 접착에 의한 웨이퍼 접합의 원리는 2개의 표면들을 직접 접촉시키는 것, 즉 특정 접합 재료(접착제, 왁스, 땜납 등)를 사용하지 않는 것에 기초한다는 것이 상기되어야 한다. 이와 같은 동작은 충분히 평활하고, 입자들 또는 오염물 없이, 이들에 대해 전형적으로 수 나노미터보다 작은 거리에서, 접촉이 개시될 수 있게 함께 충분히 가깝게 접합될 표면들을 필요로 한다. 이때 2개의 표면들 사이의 인력들은 분자 접착 또는 "직접 접합(direct bonding)"(함께 접합될 2개의 표면들 사이의 원자들 또는 분자들 사이의 여러 전자 상호작용 인력들(판 데르 바알스힘들(Van der Waals forces))에 의해 유도되는 접합)에 의한 접합을 일으키기에 아주 충분하다.
도 1a 내지 도 1d는 지지 웨이퍼를 구성하는 제2 웨이퍼(106) 위로의 제1 웨이퍼(102)의 분자 접착에 의한 웨이퍼 접합을 포함하는 다층 구조의 제조의 예를 나타낸다.
제1 웨이퍼(102)는 접합면(102a) 위에 일련의 마이크로컴포넌트들(104)을 구비한다(도 1a). 마이크로컴포넌트들(104)은 제조될 마이크로컴포넌트들(104)에 대응하는 패턴들의 형성을 위한 영역들을 규정하는 마스크를 채용하는, 포토리소그라피에 의해 형성된다.
이 문헌에서 사용되는 용어 "마이크로컴포넌트들(microcomponents)"은 층들 위에서 또는 층들 내에서 실행되는 기술 단계들에 기인하고 정확하게 위치될 필요가 있는 디바이스들 또는 임의의 다른 패턴들을 의미한다. 따라서, 이들은 능동 또는 수동 컴포넌트들, 단순한 접촉점들, 상호접속들 등일 수 있다.
게다가, 지지 웨이퍼(106)는 예를 들어 제1 웨이퍼(102)와의 분자 접착에 의한 접합을 도모하기 위해, 지지 웨이퍼의 산화에 의해 형성되는 열 또는 증착 산화물층(108)에 의해 덮인다(도 1a).
더욱이, 처리는 일반적으로 제1 웨이퍼(102)의 접합 표면(102a) 및 제2 웨이퍼(106)의 접합 표면(106a)을 준비하기 위해 행해지고, 상기 처리는 얻어질 접합 에너지의 함수로서 변한다(화학적-기계적 폴리싱, 세정, 스크러빙(scrubbing), 소수성/친수성 처리 등).
일단 웨이퍼들이 준비되면, 지지 웨이퍼(106)는 접합 기계(115)에 위치된다. 더 상세하게는, 지지 웨이퍼(106)는 직접 접합에 의해 그것을 제1 웨이퍼(102)에 조립하기 위해 접합 기계(115)의 기판 캐리어(110) 위에 위치된다. 기판 캐리어(110)는 예를 들어 정전기 시스템(electrostatic system) 또는 흡인(suction)에 의해 제 위치에 제2 웨이퍼(106)를 고정한다.
이후 제1 웨이퍼(102)는 제2 웨이퍼(106)와 긴밀하게 접촉하기 위해 제2 웨이퍼(106) 위에 배치된다(도 1b). 이후 분자 접착에 의한 접합은 제1 웨이퍼(102)에 접촉력(기계적 압력)을 인가하여 개시된다(도 1c). 이러한 접촉력의 인가는 그 개시점으로부터 접합파(122)의 전달 개시를 가능하게 한다(도 1d). 접합파(122)는 접합 기계(115)가 제공되는 인가 공구(application tool; 114)(예를 들어 Teflon® stylus)에 의해 개시된다.
이 문헌에서 용어 "접합파(bonding wave)"는 개시점으로부터 전파되고 2개의 웨이퍼들 사이의 긴밀 접촉의 전영역(접합 계면)에 걸친 접촉점으로부터 인력들(판 데르 바알스힘들)의 확산에 대응하는 결합(binding) 또는 분자 접착 프론트(molecular adhesion front)에 대해 사용된다.
이후 웨이퍼들(102, 106)의 전체 접합 표면들에 걸친 접합파(122)의 전파는 다층 구조(112)를 얻기 위해, 2개의 웨이퍼들의 분자 접착에 의한 웨이퍼 접합을 허용한다.
일단 접합이 행해지면, 서멀 어닐(thermal anneal)을 행하여 보강될 수 있다. 이후 제1 웨이퍼(102)는 지지 웨이퍼(106) 위에 전사층을 형성하기 위해 시닝될 수 있다.
그러나, 출원인은 2개의 웨이퍼들 사이의 접합 계면에서, 더 상세하게는 접합 개시점(116)으로부터 떨어져 위치된 영역(120)에서 국부화된 접합 결함들(118)의 존재를 관찰했다(도 1e). 이들 결함들은 2개의 웨이퍼들(102, 106)이 매우 약한 접합력 또는 심지어 접합의 완전한 부재(complete absence of bonding)를 가지는 영역들에 대응한다.
제조업자는 이와 같은 접합 결함들을 원치 않는 데, 그 이유는 이들이 웨이퍼들 사이의 접합 품질을 감소시키기 때문이다. 더 일반적으로, 이들 결함들은 제조된 다층 구조들의 매력을 감소시키는, 최적인 아닌 제조 프로세스의 증거이다.
따라서, 이와 같은 접합 결함들을 나타내지 않는 분자 접착에 의한 웨이퍼 접합에 의한 다층 구조들을 제조할 필요가 현재 있다.
이러한 목적을 위해, 본 발명은 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 방법으로서, 제1 및 제2 웨이퍼들 사이에 접합파의 개시점을 적용하는 단계를 포함하는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 방법에 있어서, 상기 방법은 접합파가 웨이퍼들 사이에서 전파하는 동안 접합파의 개시점을 향해 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼 사이에 가스 스트림을 투사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 방법을 제안한다.
본 발명은 2개의 웨이퍼들 사이의 계면에서 접합파의 전파를 기계적으로 늦추는 작용을 한다. 접합파를 늦추는 것은 유리하게는 제1 및 제2 웨이퍼들 사이의 접합 계면에서 원치 않는 접합 결함들의 출현을 감소 또는 방지하도록 기능한다.
본 발명은 또한 유리하게는 웨이퍼들이 직접 접합에 의해 접합되는 동안 웨이퍼들에서 발생되는 이종 변형들을 제한하는 기능을 할 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 가스 스트림은 웨이퍼들 사이에서 접합파가 전파하는 동안 계속해서 투사된다. 그렇게 하면 상기한 기계적 저지 효과를 최적화하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 투사된 가스 스트림은 2개의 웨이퍼들의 접합 표면들 중 적어도 하나의 표면 위에서 물의 탈착(desorption)을 일으키기 위해, 10000 ppm 이하의 농도로 물을 갖는 건조 가스의 스트림일 수 있다.
특별한 실시예에 있어서, 투사된 가스 스트림은 1000 ppm [parts per million]보다 낮은 농도로 물을 가진다.
따라서, 충분히 건조한(10000 ppm보다 낮은, 또는 심지어 1000 ppm보다 낮은 농도로 물을 가지는) 가스 스트림이 2개의 웨이퍼들 사이에 투사되어, 제1 웨이퍼 및/또는 제2 웨이퍼의 접합 표면들 위에 응결 형태로 속박된 물의 탈착을 유발시키는 것을 가능하게 한다. 건조한 가스 스트림은 투사하는 것은 또한 그것이 2개의 웨이퍼들 사이의 주변 공기에 함유되는 포화수(saturated water)의 양을 감소시킬 수 있어, 물이 응결 형태로 2개의 웨이퍼들의 접합 표면들 위에 흡수될 위험을 감소시킨다는 점에서 유리하다.
더욱이, 가스 스트림의 온도는 제1 및 제2 웨이퍼들의 주위 온도로부터 200℃까지의 범위에 있을 수 있다.
더 상세하게는, 2개의 웨이퍼들 사이에 투사된 가스 스트림의 온도는 웨이퍼 표면 환경에 포함된 포화수가 응결하는 것을 방지하고 웨이퍼들이 온도의 영향을 받아 팽창하는 것으로 인해 이들이 변형하는 것을 방지하기 위해 주위 온도 정도, 즉 동작 분위기의 온도일 수 있다. 대안으로, 투사된 가스 스트림의 온도는 예를 들어 탈착 효과를 최대화하기 위해, 주위 온도보다 높거나 낮을 수 있고 200℃일 수 있다.
2개의 웨이퍼들 사이에 투사된 가스 스트림을 가열하는 것은 그것이 2개의 웨이퍼들의 접합 표면들로부터 탈착하는 그것의 능력이 증가될 수 있다는 것을 의미한다는 점에서 유리하다. 이와 같은 온도에서의 가스 스트림은 표면들 가까이에 있는 물 분자들의 탈착을 더 용이하게 일으킨다.
본 발명의 특별한 실시예에 있어서, 가스 스트림은 적어도 헬륨, 아르곤, 네온, 질소, 이산화 탄소(C02)의 스트림 및 공기 스트림으로부터 선택된다. 가스 스트림은 특히 상기 기체 요소들 중 하나 또는 상기 요소들 중 몇개의 임의의 조합에 대응할 수 있다.
더욱이, 가스 스트림의 폭은 2개의 웨이퍼들의 직경에 대응할 수 있다.
이와 같은 스트림 폭은 접합 결함들의 형성이 2개의 웨이퍼들 사이의 접합 계면의 전체에 걸쳐 제한될 수 있고 또는 방지될 수 있다는 것을 의미한다.
가스 스트림은 또한 층류(laminar flow)일 수 있다.
본 발명은 또한 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 장치로서, 제1 및 제2 웨이퍼들 사이에 접합파의 개시점을 적용하기 위한 수단을 구비하는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 장치에 있어서, 상기 장치는 접합파가 웨이퍼들 사이에서 전파하는 동안 접합파의 개시점을 향해 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼 사이에 가스 스트림을 투사하도록 구성되는 투사 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 장치를 상상한다.
본 발명의 접합 방법의 다양한 구현예들을 참조하여 위에서 시작한 이점들 및 설명들은 본 발명의 접합 장치의 다양한 실시예들에 유사하게 적용할 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 접합 장치의 투사 수단은, 2개의 웨이퍼들의 접합 표면들 중 적어도 하나 위에서 물의 탈착을 일으키기 위해, 10000 ppm보다 낮은 농도로 물을 가지는, 건조한 가스 스트림을 투사하도록 구성될 수 있다.
특별 실시예에 있어서, 상기 투사 수단은 가스 스트림이 1000 ppm보다 낮은 농도로 물을 가지도록 구성된다.
더욱이, 투사 수단은 제1 및 제2 웨이퍼들의 주위 온도로부터 200℃까지 범위의 온도의 가스 스트림을 투사하기 위해 구성될 수 있다.
게다가, 2개의 웨이퍼들 사이에 투사된 가스 스트림은 적어도 헬륨, 아르곤, 네온, 질소, 이산화 탄소(CO2)의 스트림 및 공기의 스트림으로부터 선택될 수 있다. 특히, 가스 스트림은 상기 가스 요소들 중 하나 또는 상기 요소들 중 몇개의 임의의 조합에 대응할 수 있다.
게다가, 투사 수단은 가스 스트림의 폭이 2개의 웨이퍼들의 직경에 대응하도록 구성될 수 있다. 또한, 가스 스트림은 층류일 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점들은 실시예를 설명하고 어떤 방법으로든 제한하지 않는 첨부 도면들을 참조하여 이루어진, 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 알려진 종래 기술의 직접 웨이퍼 접합 방법의 예를 개략적으로 나타내고;
도 1e는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 접합 방법 동안 나타나는 접합 결함들을 개략적으로 나타내고;
도 1f는 도 1e에 나타낸 접합 결함들이 형성되는 메카니즘을 개략적으로 도시하고;
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제1 구현예에 따른 직접 웨이퍼 접합 방법을 개략적으로 나타내고;
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2 구현예에 따른 직접 웨이퍼 접합 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 1e는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 접합 방법 동안 나타나는 접합 결함들을 개략적으로 나타내고;
도 1f는 도 1e에 나타낸 접합 결함들이 형성되는 메카니즘을 개략적으로 도시하고;
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제1 구현예에 따른 직접 웨이퍼 접합 방법을 개략적으로 나타내고;
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2 구현예에 따른 직접 웨이퍼 접합 방법을 개략적으로 나타낸다.
일반적으로, 본 발명은 분자 접착에 의해 2개의 웨이퍼들을 접합하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 접합 계면에서의 원치 않는 접합 결함들의 출현을 방지하기 위해 사용된다.
위에 나타낸 것과 같이, 출원인은 제2 웨이퍼에 대한 제1 웨이퍼의 직접 웨이퍼 접합에 의해 형성되는 다층 구조의 접합 계면에서의 국부화된 방식으로 출현하는 접합 결함들을 관찰했다.
다층 구조를 구성하는 웨이퍼들은 일반적으로 대략 원형의 윤곽(outline)을 가지며 다양한 직경들, 특히 100 mm [milimeter], 200 mm 또는 300 mm의 직경들을 가질 수 있는 웨이퍼들 형태로 되어 있다. 그러나, 웨이퍼들은 예를 들어 직사각형과 같은 임의의 형상을 가질 수 있다.
도 1e에 도시된 접합 결함들(118)의 심도있는 연구는 상기 결함들이 형성되는 메카니즘을 설명하고 이들의 형성을 방지하기 위한 방법을 생각하기 위해 사용되었다.
결함들(118) 원인(origin)의 메카니즘이 도 1a 내지 도 1f를 참조하여 이하에 기술된다.
위에서 설명된 것과 같이, 분자 접착에 의한 웨이퍼 접합의 개시는 제1 웨이퍼(102) 측 가까이에 위치된 개시점(116)에 접촉력을 인가하여 행해진다(도 1c). 이러한 접촉력은 개시점(116)에서 시작되는 접합파(122)의 전파를 개시시키기 위해 인가될 수 있다(도 1d).
접합파(122)가 전파함에 따라, 그것은 표면 위에 흡수되는 과잉의 물 분자들과 함께 2개의 웨이퍼들 사이에 존재하는 주변 공기를 밀어낸다.
표면 요철들(124)(표면 지형 또는 나노-지형, 미세 입자들, 마이크로-스크래치들 등)은 접합파(122)에 의해 배출되는 공기에 포함되는 포화수의 상기 요철들에서의 응결(condensation)을 일으킬 수 있다는 것을 나타낸다(도 1f).
그러므로, 접합파(122)가 개시점(116)으로부터 떨어져 있는 지점까지 전파될 경우, 과잉의 물 분자들은 예를 들어 2개의 웨이퍼들의 접합 표면들(102a, 106a)의 120으로 나타낸 영역에서, 표면 요철들(124)에서 응결 형태로 포획된(trapped) 것이 발견될 수 있다(도 1f).
이때 영역(120)의 표면 요철들(124)에서 응결하는 물은 분자 접착에 의한 2개의 웨이퍼들의 통상 접합을 방해한다. 이후 접합 결함들(118)이 접합 계면, 예를 들어 표면 요철들(124)에서 나타난다. 실제로, 상기 접합 결함들은 열처리가 접합 에너지를 보강하기 위해 가해질 때 성장하는 공기 방울들(예컨대 에지 보이드들(edge voids))의 형태를 취한다.
이와 같은 결함들은 원하는 것이 아닌 데, 그 이유는 이들이 웨이퍼(106)에 대한 웨이퍼(102)의 접합 품질을 열화시키기 때문이다. 이들 접합 결함들(118)은 특히 웨이퍼(102)가 시닝 단계(예를 들어 그라인딩 및/또는 화학적 침식에 의한)를 받을 때 결함들 근방에서 웨이퍼(102) 부분들의 우연한 스냅-오프를 일으킬 수 있다.
이것을 위해, 본 발명은 특히 웨이퍼 측에서, 위에 기재한 것과 같은 접합 결함들의 출현을 방지하기 위해, 함께 조립될 2개의 웨이퍼들 사이에 가스 스트림을 투사하는 것을 포함하는 분자 접착에 의한 웨이퍼 접합의 방법을 실행하는 것을 제안한다. 접합파의 진행 속도를 늦추는 것은 표면 가까이에 있는 과잉의 물의 배출이 용이하게 될 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 접합 방법의 특별한 실시예가 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 이하에 기술된다.
지지 웨이퍼를 구성하는 제2 웨이퍼(206) 위로의 제1 웨이퍼(202)의 분자 접착에 의한 접합이 실행된다(도 2a). 이들 웨이퍼들은 도 1a에서 고려된 웨이퍼들(102, 106)과 각각 동일하다.
더 상세하게는, 이 예에서의 제1 웨이퍼(202)는 그것의 접합 표면(202a)에 마이크로컴포넌트들(204)을 포함한다. 더욱이, 산화가 제2 웨이퍼(206)의 전체 표면에 걸쳐 열산화물(thermal oxide)의 층(208)을 형성하기 위해 제2 웨이퍼(206)에 대해 행해진다. 제2 웨이퍼(206)의 접합 표면(206a) 위에만 산화물의 층을 증착하는 것이 가능하다는 것을 유의해야 한다. 대안으로, 산화물의 층은 제1 웨이퍼(202)의 접합 표면(202a) 위에 형성될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 웨이퍼들(202, 206)은 이 예에서 동일한 직경을 가진다는 것이 지적되어야 한다. 그러나, 이들은 상이한 직경들을 가질 수 있고 또는 이들은 비원형(non-circular in shape)일 수 있다.
게다가, 웨이퍼들(202, 206)은 도 1f에 도시된 표면 요철들(124)과 유사한 표면 요철들을 웨이퍼 측에 가질 수 있다.
본 발명의 이러한 구현예에 있어서, 우선, 지지 웨이퍼(206)는 접합 기계(215)에, 더욱 정확하게는 접합 기계(215) 위에 제공되는 기판 캐리어(210) 위에 배치된다. 기계(215)는 또한 위에서 기재한 인가 공구(114)와 동일한 인가 공구(214) 및 노즐(아래에 기재된)을 포함한다.
일단 지지 웨이퍼(206)가 기판 캐리어(210) 위에 위치되면, 제1 웨이퍼(202)는 지지 웨이퍼와 긴밀 접촉하여 배치된다(도 2b). 이후 접합파(222)는 분자 접착에 의해 웨이퍼들(202, 206)을 접합하기 위해 이들 사이에서 개시된다.
이러한 예에서, 접합파(222)는 웨이퍼(202) 측 근방에 위치된 개시점(216)에 접촉력을 인가하기 위해 인가 공구(214)를 이용하여 개시된다(도 2c). 이러한 접촉력의 인가는 개시점(216)(도 2d)으로부터의 접합파(222)의 전파가 유발될 수 있는 것을 의미한다.
그러나, 다른 동작 모드들이 접합파의 전파를 개시하기 위해 사용될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 특히 특정 조건들 하에서, 상측 웨이퍼(202) 위에 기계적 압력을 인가하지 않고 상기 파 전파(wave propagation)의 개시를 일으키는 것이 가능하다.
일단 접합파가 개시되면, 가스 스트림(228)이 접합 기계(215)에 구비된 노즐(226)에 의해 2개의 웨이퍼들 사이에 투사된다(도 2d). 이때 가스 스트림(228)은 접합파가 2개의 웨이퍼들(202, 206) 사이에서 전파하는 동안 투사된다.
바람직하게는, 가스 스트림의 투사는 접합파의 개시와 동시에 일어난다. 만약 필요하다면, 가스 스트림의 투사는 접합파를 개시하기 약간 전에 일어날 수 있다.
더욱 바람직하게는, 가스 스트림의 투사는 웨이퍼들 사이에서 접합파가 전파하는 전체 기간 동안 유지된다. 이러한 방식으로, 이하에 더 상세히 기재되는 기계적 제동 효과(mechanical braking effect)가 최적화된다.
그것은 공기의 스트림 또는 가스(또는 가스 혼합물)의 스트림, 예를 들어 휘가스(예를 들어 헬륨, 아르곤 및/또는 네온)의 스트림, 질소의 스트림 및/또는 이산화 탄소의 스트림일 수 있다.
예로서, 상기 가스 스트림은 긴밀 접촉하여 2개의 웨이퍼들 사이를 관통할 수 있는 매우 좁은 제트(jet)(가스 나이프 또는 공기 나이프로서도 알려진) 형태로 될 수 있다. 노즐(226)의 흐름 단면은 바람직하게는 웨이퍼들의 분리의 크기 정도,즉 예를 들어 10 ㎛ [micrometer] 정도일 수 있고, 어떤 경우에는 웨이퍼들의 두께보다 얇을 수 있다. 웨이퍼들은 예를 들어 두께가 대략 500 ㎛이다.
더욱이, 여기에 기재된 예에서, 가스 스트림(228)은 각각 웨이퍼들(202, 206)의 접합 표면들(202a, 206a)의 전체를 플러싱(flushing)할 수 있도록 충분히 넓다. 그러나, 이하에 더 상세히 나타내는 것과 같이, 다른 가스 스트림 구성들이생각될 수 있다.
더욱이, 기판 캐리어(210)에 부착된 블록들(230A, 230B, 230C)(줄여서 230으로 나타냄)은 웨이퍼들(202, 206)의 주변측에 대해 접촉하여 위치된다. 이들 블록들은 가스 스트림(228)의 작용 하에서 제1 웨이퍼(202)의 위치가 지지 웨이퍼(206)의 위치로부터 어긋나는 것을 방지하도록 구성된다.
그러나, 블록들(230)의 다른 형상들 및 배치들이 가능하다는 것이 이해되어야 한다. 일례로서, 블록들의 수는 만약 필요하다면 2개로(또는 심지어 만약 채용된 블록의 형상이 그것을 허용하면 하나로) 감소될 수 있다.
게다가, 가스 스트림(228)은 바람직하게는 접합파에 수직인, 개시점(216)의 방향으로 지향되도록 투사된다.
가스 스트림(228)은 바람직하게는 웨이퍼들(202, 206)의 표면에 가해진 힘이효과적이도록 층류(laminar)이다.
도 2d에서 알 수 있는 것과 같이, 본원에서 생각한 노즐(226)은 그것의 측면이 웨이퍼들(202, 206)의 외주로부터 일정한 거리를 유지하도록 안쪽으로 굽은 프로파일을 가진다. 노즐의 이러한 구성은 접합파(222)의 전파에 대략 수직인 방향으로 가스 스트림(228)을 투사하기 위해 사용될 수 있다는 점에서 유리하다.
여기서 고려된 예에서, 개시점(216)은 제1 웨이퍼(202)의 주변측 가까이에 위치된다. 위에서 나타낸 것과 같이, 이러한 구성은 그것이 접합파가 긴거리에 걸쳐 전파할 수 있다는 것을 의미하므로 바람직하고, 개시점(216)으로부터 떨어진 부분에서, 그것은 이종 변형(heterogeneous deformation)이 거의 없는 영역을 형성할 수 있다. 이때 개시점(216)은 바람직하게는 노즐(226)에 대향하여 위치된다.
그러나, 제1 웨이퍼(202)의 노출 표면 위의 임의의 개시점에서 접촉력을 가하는 것이 가능하다는 것에 유의해야 한다.
가스 스트림(228)은 웨이퍼들(202, 206) 사이에서 접합파(222)의 전파를 기계적으로 억제(brake)하도록 지향된다. 노즐(226)을 개시점(216)을 향해 지향시킴으로써, 가스 스트림(228)은 실제로 접합파(222)의 전파를 방해하는 힘의 인가를 야기한다. 여기에 기술된 실시예는 웨이퍼들(202, 206)의 전체 접합 표면에 걸쳐 균일한 방식으로 접합파(222)의 전파를 효과적으로 늦출 수 있다. 이러한 늦춤은 가스 스트림(228)이 웨이퍼들(202, 206)의 접합 표면들(202a, 206a) 사이에 기계적 압력을 가하고, 그것에 의해 상기 압력은 접합파의 통과 중 웨이퍼들의 접근을 늦추고 과잉의 물이 배출되는 것을 허용한다는 사실에 의해 설명된다.
출원인은 접합파의 전파를 늦추는 것은 위에서 기술한 접합 결함들의 출현이 상당히 감소될 수 있다는 것을 의미한다는 것을 보였다.
접합파(222)의 늦춤은 또한 2개의 웨이퍼들 사이에 위치된 주변 공기가 더 효과적으로 배출될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 2개의 웨이퍼들 사이의 공기에 포함된 포화수(saturated water)는 표면 요철들(224)에서 덜 응결할 수 있다.
전형적으로 그리고 본 발명이 적용되지 않을 경우, 접합파(222)는 상기 웨이퍼들이 300 mm의 직경을 가질 경우 및 접합 산화물이 산화할 경우, 또는 2개의 웨이퍼들 중 하나가 플라즈마처리에 의해 활성된 경우 접합 표면들(202a, 206a)의 전체에 걸쳐 전파하는 데 약 8 내지 10 초 걸린다. 대조적으로, 본 발명이 채용될 경우, 접합파는 더 느리고, 여기서 고려된 구현예에서, 접합파는 접합 표면들 전체를 전파하는 데 10 초 이상 걸린다. 그럼에도 불구하고, 접합파 전파 시간은 조립될 2개의 웨이퍼들에 대해 행해질 표면 처리들의 함수로서 변한다. 실제로, 접합 표면들이 친수성이면 일수록, 접합파(222)의 전파 속도도 더 높아질 것이다.
게다가, 가스 스트림(228)은 바람직하게는 건조하다. 일례로서, 그것은 10000 ppm보다 낮은, 또는 심지어 1000 ppm보다 낮은 농도로 물을 가진다.
2개의 웨이퍼들 사이에 투사된 가스 스트림(228)은 그것의 탈착 능력(desorbing power)을 증가시키기 위해 가열될 수 있다. 가스 스트림(228)의 온도가 높으면 높을수록, 표면 요철들(224)에 응결 형태로 갇힌 물의 증발이 더 쉽게 일어나게 한다. 가스 스트림(228)은 바람직하게는 2개의 웨이퍼들의 주위 온도로부터 200℃까지의 범위에 있는 온도까지 가열될 수 있다.
게다가, 위에서 나타낸 것과 같이, 분자 접착에 의해 2개의 웨이퍼들을 접합하는 것은 웨이퍼들에서의 이종 변형들의 근원인 실질적인 기계적 응력들을 발생시킨다. 예를 들어, 만약 웨이퍼(202)가 접합 후 시닝되고 제2의 일련의 마이크로컴포넌트들이 제1의 일련의 마이크로컴포넌트들(204)을 제조하는 데 사용된 것과 유사한 포토리소그라피 마스크를 이용하여 웨이퍼의 노출면 위에 제조되면, 비균일 오버레이들(non-uniform overlays)이 분자 접착에 의한 웨이퍼 접합에 의해 일어난 이종 변형들로 인해 2개의 일련의 마이크로컴포넌트들 사이에서 나타날 수 있다.
용어 "유사한 포토리소그라피 마스크들(similar photolithography masks)"은 제조 프로세스 동안 조합하여 사용되도록 설계되는 마스크들을 의미한다.
상기 전파 동안 가스 스트림(228)을 투사하는 것에 기인한 접합파의 전파의 늦쳐짐은 유리하게는 2개의 웨이퍼들의 직접 웨이퍼 접합 중 발생되는 이종 변형들을 감소시켜, 제1 웨이퍼(202)의 2개의 면들 사이의 오버레이들(overlays)의 위험을 감소시키는 기능을 한다. 또한, 가능한 한 많이 상기 이종 변형들을 감소시키기 위해, 가스 스트림(228)의 온도는 바람직하게는 웨이퍼들의 주위 온도 또는 동일한 정도의 온도로 설정된다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c에 나타낸 본 발명의 제2 구현예에 따르면, 제1 웨이퍼(302)는 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼(306)에 접합된다. 이러한 구현예는 접합 기계(215)와는 실질적으로 다른 접합 기계(315)를 이용하여 행해지는 점이 위에서 기술한 제1 구현예와 다르다. 더 정확하게는, 접합 기계(315)는 제1 웨이퍼(302)에 접합 개시점을 적용하기 위한 인가 공구(314) 및 기판 캐리어(310)를 포함한다. 그러나, 접합 기계(315)는 그것에 또한 316으로 나타낸 접합 개시점을 향해 모두 지향되는 복수의 노즐들(332)이 제공되는 점이 접합 기계(215)와 다르다.
접합 기계(315)는 또한 노즐들(332)을 프로그램하고 노즐들(332 각각에 의해 전달되는 가스 스트림들(328)의 투사 방향을 제어하기 위해 서보컨트롤을 포함할 수 있다. 일례로서, 접합 기계는 인가 공구(314)에 의해 적용되는 개시점(316)의 위치를 위치 센서에 의해 검출하도록 구성된다. 일단 개시점(316)의 위치가 결정되면, 접합 기계(315)는 각각의 가스 스트림(328)이 그 개시점을 향해 또는 바람직하게는, 접합파의 전파에 수직인 방향으로 지향되도록 노즐들(332)을 지향시킨다.
도 2a 내지 도 2d의 구현예와 유사한 방식으로, 상기 제2 구현예의 접합 기계는 접합파의 전파 중 웨이퍼들 사이에서 가스 스트림을 투사하도록 구성된다. 따라서, 이러한 제2 구현예는 2개의 웨이퍼들 사이의 계면에서 접합파의 전파를 효과적으로 그리고 균일하게 늦출 수 있고 따라서 접합 결함들의 출현을 상당히 감소킬 수 있다.
Claims (10)
- 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼(206) 위에 제1 웨이퍼(202)를 접합하는 방법으로서, 상기 제1 및 제2 웨이퍼들 사이에 접합파(222)의 개시점(216)을 적용하는 단계를 포함하는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 방법에 있어서,
상기 방법은 상기 접합파가 상기 웨이퍼들 사이에서 전파하는 동안 상기 접합파의 상기 개시점을 향해 상기 제1 웨이퍼와 상기 제2 웨이퍼 사이에 가스 스트림(228)을 투사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 방법. - 제1항에 있어서,
투사된 상기 가스 스트림은 상기 2개의 웨이퍼들의 상기 접합 표면들(202a, 206a) 중 적어도 하나의 표면 위에서 물의 탈착(desorption)을 일으키기 위해, 10000 ppm보다 낮은 농도로 물을 가지는 건조 가스의 스트림인, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가스 스트림의 온도는 상기 제1 및 제2 웨이퍼들의 주위 온도로부터 200℃까지의 범위에 있는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 스트림은 적어도 아르곤의 스트림, 네온의 스트림, 헬륨의 스트림, 질소의 스트림, 이산화 탄소의 스트림, 및 공기의 스트림으로부터 선택되는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 스트림의 폭은 상기 2개의 웨이퍼들의 직경에 대응하는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 방법. - 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼(206) 위에 제1 웨이퍼(202)를 접합하는 장치로서, 상기 제1 및 제2 웨이퍼들 사이에 접합파(222)의 개시점(216)을 적용하기 위한 수단(214)을 구비하는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 장치에 있어서,
상기 장치는 상기 접합파가 상기 웨이퍼들 사이에서 전파하는 동안 상기 접합파의 상기 개시점을 향해 상기 제1 웨이퍼와 상기 제2 웨이퍼 사이에 가스 스트림(228)을 투사하도록 구성되는 투사 수단(projection means; 226)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 장치. - 제6항에 있어서,
상기 투사 수단은 상기 2개의 웨이퍼들의 상기 접합 표면들(202a, 206a) 중 적어도 하나의 표면 위에서 물의 탈착을 일으키기 위해, 10000 ppm보다 낮은 농도로 물을 가지는 건조 가스의 스트림을 투사하도록 구성되는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 장치. - 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 투사 수단은 상기 제1 및 제2 웨이퍼들의 주위 온도로부터 200℃까지의 범위에 있는 온도의 상기 가스 스트림을 투사하도록 구성되는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 장치. - 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 스트림은 적어도 아르곤의 스트림, 네온의 스트림, 헬륨의 스트림, 질소의 스트림, 이산화 탄소의 스트림, 및 공기의 스트림으로부터 선택되는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 장치. - 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 투사 수단은 상기 가스 스트림의 폭이 상기 2개의 웨이퍼들의 직경에 대응하도록 구성되는, 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼 위에 제1 웨이퍼를 접합하는 장치.
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