TWI423374B - 常溫接合裝置 - Google Patents

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TWI423374B
TWI423374B TW098133318A TW98133318A TWI423374B TW I423374 B TWI423374 B TW I423374B TW 098133318 A TW098133318 A TW 098133318A TW 98133318 A TW98133318 A TW 98133318A TW I423374 B TWI423374 B TW I423374B
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temperature bonding
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Masato Kinouchi
Takayuki Goto
Satoshi Tawara
Takeshi Tsuno
Jun Utsumi
Kensuke Ide
Takenori Suzuki
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Mitsubishi Heavy Ind Ltd
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Description

常溫接合裝置
本發明係有關於一種常溫接合裝置，尤其係有關於一種利用常溫接合大量生產製品之常溫接合裝置。
將精細電氣零件或機械零件積體化之MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微機電系統)已廣為人知。作為該MEMS，可例示微繼電器、壓力感測器、加速度感測器等。使真空環境下得到活化之晶圓表面彼此接觸，從而將兩片晶圓接合之常溫接合為眾所周知。如此之常溫接合適合於製作該MEMS。如此之常溫接合中，重要的是防止晶圓之接合面之污染。進而，進行如此之常溫接合之常溫接合裝置必須指向量產性提高，且期待可靠性之提高、成本降低、緊湊化、以及維護之減輕。
於日本專利第3970304號公報中，揭示有一種長壽命之常溫接合裝置。該常溫接合裝置包含接合腔室、上側載台、托架、彈性導引件、定位載台、第1機構、第2機構以及托架支持台。該接合腔室生成用於常溫接合上側基板與下側基板之真空環境。該上側載台係設置於上述接合腔室之內部，於上述真空環境中支持上述上側基板。該托架係設置於上述接合腔室之內部，上述真空環境中支持上述下側基板。該彈性導引件係與上述托架同體地接合。該定位載台係設置於上述接合腔室之內部，沿水平方向可移動地支持上述彈性導引件。該第1機構係驅動上述彈性導引件而使上述托架沿上述水平方向移動。該第2機構係沿與上述水平方向垂直之上下方向而使上述上側載台移動。該托架支持台係設置於上述接合腔室之內部，於使上述下側基板與上述上側基板壓接時，沿上述上側載台所移動之方向支持上述托架。上述彈性導引件係以於上述下側基板與上述上側基板未接觸時上述托架與上述托架支持台不接觸之方式而支持上述托架，且以於使上述下側基板與上述上側基板壓接時上述托架與上述托架支持台接觸之方式進行彈性變形。
於日本專利特開2004-207606號公報中揭示有一種晶圓支持板，其易於處理變薄之半導體晶圓，並且可始終辨識結晶方位。該晶圓支持板之特徵在於，其係具有支持半導體晶圓之支持面者，且形成有表示被支持之半導體晶圓之結晶方位的結晶方位標記。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]　日本專利第3970304號公報
[專利文獻2]　日本專利特開2004-207606號公報
本發明之課題在於提供一種防止所接合之基板之位置偏移之常溫接合裝置。
本發明之其他課題在於提供一種防止所接合之基板之污染之常溫接合裝置。
本發明之進而其他之課題在於提供一種防止基板所接合之環境之污染之常溫接合裝置。
本發明之進而其他之課題在於提供一種製造成本較小之常溫接合裝置。
本發明之進而其他之課題在於提供一種減輕維護之常溫接合裝置。
本發明之進而其他之課題在於提供一種防止所接合之基板之破損之常溫接合裝置。
本發明之進而其他之課題在於提供一種適合於搬送、接合較薄之基板的常溫接合裝置。
本發明之進而其他之課題在於提供一種適合於搬送、接合各種形狀之基板之常溫接合裝置。
本發明之常溫接合裝置包含內部環境被減壓之加載互鎖真空腔室、以及配置於該加載互鎖真空腔室之內部之卡匣。此時，該卡匣形成有於該基板載置於該卡匣時與該基板接觸之島狀部分。該島狀部分形成有於載置有該基板時，將由該卡匣與該基板所夾持之空間連接至外部之流路。填充於由該卡匣與該基板所夾持之空間的氣體，於該加載互鎖真空腔室之內部之環境被減壓時，通過該流路而排氣至外部。因此，如此之常溫接合裝置於其環境受到減壓時可防止該氣體使該基板相對該卡匣而移動。
本發明之常溫接合裝置進而包含接合腔室、開閉該加載互鎖真空腔室與該接合腔室之閘之閘閥、及於該閘開放時將該卡匣自該加載互鎖真空腔室搬送至該接合腔室之搬送裝置。此時，該接合腔室於該基板配置於該接合腔室之內部時，將該基板接合於其他基板。該卡匣較好的是應用於如此之常溫接合裝置。
該卡匣形成有凸緣。此時，該搬送裝置藉由與該凸緣中之朝下之支持面接觸而保持該卡匣。如此之常溫接合裝置可使該搬送裝置不與該基板直接接觸地更可靠地保持該基板。因此，如此之常溫接合裝置可防止該基板之污染。
該卡匣於該凸緣上形成有機械手定位機構。此時，該搬送裝置形成有於搬送該卡匣時嵌合至該機械手定位機構之其他機械手定位機構。如此之常溫接合裝置中，該搬送裝置可以該卡匣相對於該搬送裝置之位置始終保持相等之方式而保持該卡匣。因此，如此之常溫接合裝置可更高精度地搬送該基板。該機械手定位機構係為銷。該其他機械手定位機構較好的是切口。
該接合腔室包含保持該卡匣之下側載台。此時，該卡匣形成有載台定位機構。該下側載台形成有於該下側載台保持該卡匣時，嵌合至該載台定位機構之其他載台定位機構。如此之常溫接合裝置中，該下側載台可以該卡匣相對於該下側載台之位置始終保持相等之方式而保持該卡匣。因此，如此之常溫接合裝置可更高精度地接合該基板。
該載台定位機構係為孔。該其他載台定位機構較好的是嵌入該孔之突起。
本發明之常溫接合裝置進而包含攝影裝置與對準裝置。此時，該卡匣形成有對準用孔。該攝影裝置於該基板載置於該卡匣之情形時，於該下側載台保持該卡匣時，經由該對準用孔對該基板之圖像進行攝影。該對準裝置根據該圖像而驅動該下側載台。如此之常溫接合裝置可於該基板載置於該卡匣之狀態下，高精度地定位該基板。因此，如此之常溫接合裝置可於該基板載置於該卡匣之狀態下，更高精度地接合該基板。
該島狀部分形成有與該基板之一方之面之幾乎全部接觸之接觸面。此時，於該接觸面上形成有作為該流路之槽。如此之常溫接合裝置可於在該基板載置於該卡匣之狀態下接合該基板時，防止該基板之破損，且可藉由該基板施加較大之荷重。
該卡匣包含複數個基板定位銷。此時，該複數個基板定位銷係以於該基板載置於該卡匣時，該基板之緣與該複數個基板定位銷之全部接觸之方式而配置。如此之常溫接合裝置可以該基板相對於該卡匣之位置始終保持相等之方式，而使該基板載置於該卡匣。因此，如此之常溫接合裝置可更高精度地搬送該基板。
該複數個基板定位銷係以下述方式而配置，即：於該基板載置於該卡匣時，該複數個基板定位銷之前端配置於該基板之表面中之接觸於該卡匣之面與該面之背面之間，以使該複數個基板定位銷之前端不會自該基板之表面中之接觸於該卡匣之面之背面突出。如此之常溫接合裝置於使與該下側載台相對向之上側載台接近該基板時，可防止該上側載台與該複數個基板定位銷接觸，從而可使該上側載台更確實地接觸該基板。如此之常溫接合裝置於該基板接合於其他基板接合時，可防止該複數個基板定位銷阻礙該接合，從而可更可靠地使該基板接合。
該島狀部分不與該基板之一方之面之中央部分接觸，而與該基板之一方之面之外周部分接觸。如此之卡匣於接合二個基板時，用於載置藉由該兩個基板之中之該上側載台所保持之一方之上側基板。此時，如此之常溫接合裝置可防止該上側基板之接合面之污染。
本發明之常溫接合方法包含如下步驟：對載置有基板之卡匣所配置之加載互鎖真空腔室之內部進行減壓；以及於該加載互鎖真空腔室之內部經減壓之後，將該卡匣自該加載互鎖真空腔室之內部搬送至接合腔室。該卡匣形成有於該基板載置於該卡匣時接觸於該基板之島狀部分。該島狀部分形成有於載置有該基板時，將由該卡匣與該基板所夾持之空間連接至外部之流路。填充於由該卡匣與該基板所夾持之空間內的氣體，於該加載互鎖真空腔室之內部之環境被減壓時，經由該流路而排氣至外部。因此，根據如此之常溫接合方法，於該環境被減壓時，可防止該氣體使該基板相對於該卡匣而移動。
該接合腔室包含上側載台與下側載台。該基板包含上側基板與下側基板。該卡匣包含上側卡匣與下側卡匣。此時，本發明之常溫接合方法進而包含如下步驟：於該上側基板載置於該上側卡匣之情形時，且於該下側載台保持該上側卡匣時，藉由使該上側載台與該下側載台相接近而使該上側基板保持於該上側載台上；以及於該上側基板被保持於該上側載台保持之後，於該下側基板載置於該下側卡匣中之情形時，且於該下側載台保持該下側卡匣時，藉由使該上側載台與該下側載台相接近而接合該上側基板與該下側基板。亦即，該卡匣較好的是應用於如此之常溫接合方法中。
本發明之常溫接合裝置可防止所接合之基板之位置偏移。
本發明之常溫接合裝置進而可使搬送裝置不與基板直接接觸地搬送基板，從而可防止所接合之基板之污染。
本發明之常溫接合裝置進而可防止基板所接合之環境之污染。
本發明之常溫接合裝置進而可進一步降低製造成本。
本發明之常溫接合裝置進而可減少維護。
本發明之常溫接合裝置進而可防止所接合之基板之破損。
本發明之常溫接合裝置進而可應用於搬送、接合較薄之基板。
本發明之常溫接合裝置進而可應用於搬送、接合各種形狀之基板。
參照圖式，揭示本發明之常溫接合裝置之實施形態。該常溫接合裝置1如圖1所示，包含接合腔室2與加載互鎖真空腔室3。接合腔室2與加載互鎖真空腔室3係使內部相對環境密閉之容器，一般而言，包含不鏽鋼、鋁合金等。常溫接合裝置1進而包含閘閥5。閘閥5介設於接合腔室2與加載互鎖真空腔室3之間，關閉或開放連接接合腔室2之內部與加載互鎖真空腔室室3之內部的閘。
加載互鎖真空腔室3於內部包含上側卡匣台6、下側卡匣台7及搬送裝置8。上側卡匣台6配置有上側卡匣11。下側卡匣台7配置有下側卡匣12。加載互鎖真空腔室3進而包含未圖示之真空泵與蓋。該真空泵自加載互鎖真空腔室3之內部排出氣體。作為該真空泵，可例示藉由內部之金屬製之複數個葉片將氣體分子彈開而進行排氣之渦輪分子泵。該蓋可藉由關閉連接加載互鎖真空腔室3之外部與內部之閘，形成大氣環境而開放。該閘之大小比上側卡匣11與下側卡匣12大。
搬送裝置8包含第1機械臂15、第2機械臂16、機械手17、第1節18、第2節19、第3節20。第1機械臂15、第2機械臂16及機械手17分別形成棒狀。第1節18被支持於加載互鎖真空腔室3之底板上，且以旋轉軸22為中心可旋轉地支持第1機械臂15。旋轉軸23與鉛直方向平行。第2節19被支持於第1節18上，且以旋轉軸23為中心可旋轉地支持第2機械臂16。旋轉軸23與鉛直方向平行，亦即與旋轉軸22平行。第3節20被支持於第2節19上，且以旋轉軸24為中心可旋轉地支持機械手17。旋轉軸24與鉛直方向平行，亦即與旋轉軸23平行。
搬送裝置8進而包含未圖示之升降機構與伸縮機構。該升降機構藉由使用者之操作，而使第1機械臂15升降，從而使機械手17升降。該伸縮機構藉由使用者之操作，控制第1節18使機械手17旋轉，並控制第1節18、第2節19及第3節20使機械手17平行於機械手17之長度方向而平行移動。
搬送裝置8用於經由閘閥5，將上側卡匣11或下側卡匣12自加載互鎖真空腔室3搬送至接合腔室2，或者，經由閘閥5將上側卡匣11或下側卡匣12自接合腔室2搬送至加載互鎖真空腔室3。
接合腔室2包含真空泵31、離子槍32及電子槍33。接合腔室2於形成容器之壁34之一部分形成有排氣口35。真空泵31配置於接合腔室2之外部，經由排氣口35而自接合腔室2之內部排出氣體。作為真空泵31，可例示藉由內部之金屬製之複數個葉片彈開氣體分子而進行排氣之渦輪分子泵。離子槍32係朝向一個照射方向36而配置，朝向照射方向36釋放出被加速之帶電粒子。作為該帶電粒子，可例示氬離子。離子槍32可置換為將作為接合對象之晶圓之表面活化之其他表面活化裝置。作為該表面活化裝置，可例示電漿槍、高速原子束源等。電子槍33朝向由離子槍32照射帶電粒子之對象而配置，朝向該對象釋放出被加速之電子。
壁34之一部分形成有門37。門37包含鉸鏈38。鉸鏈38對於壁34可旋轉地支持門37。壁34進而於一部分形成有窗39。窗39包含不透過氣體但透過可見光之材料。窗39形成於壁34之任何部位均可，只要使用者可自接合腔室2之外部觀察到由離子槍32照射帶電粒子之對象或者接合狀態即可。
接合腔室2如圖2所示，進而於內部包含上側載台41與下側載台42。下側載台42配置於接合腔室2之下部。上側載台41配置於接合腔室2之上部，且包含試料台43-1與壓接機構43-2。試料台43-1係相對於接合腔室2可沿鉛直方向平行移動地受到支持。試料台43-1於其下端包含介電層，對該介電層與晶圓之間施加電壓，藉由靜電力將晶圓吸附於該介電層上。壓接機構43-2藉由使用者之操作，而使試料台43-1相對於接合腔室2沿鉛直方向平行移動。
離子槍32於由上側載台41所支持之基板與由下側載台42所支持之基板分離時，朝向由上側載台41所支持之基板與由下側載台42所支持之基板之間的空間。亦即，離子槍32之照射方向36通過由上側載台41所支持之基板與由下側載台42所支持之基板之間，而與接合腔室2之內側表面交叉。
下側載台42如圖3所示，包含載台托架45。載台托架45形成為大致圓盤狀。載台托架45係配置為其圓盤之軸與鉛直方向平行，且於該圓盤之上側之面形成有平坦之支持面46。載台托架45於支持面46上形成有複數個對準用孔47。載台托架45進而於支持面46之外周部形成有複數個定位銷48-1~48-2。複數個定位銷48-1~48-2分別形成為圓形且錐狀之突起。
下側載台42進而包含未圖示之二個攝像裝置與定位機構。該攝像裝置係配置於載台托架45之正下方。該攝像裝置藉由使用者之操作，經由載台托架45之複數個對準用孔47而對由下側載台42所支持之基板之圖像進行攝影。該定位機構係藉由使用者之操作，使載台托架45沿與水平方向平行之方向平行移動，使載台托架45以與鉛直方向平行之旋轉軸為中心而旋轉移動。
圖4表示搬送裝置8之機械手17。機械手17於與接合於第3節20一端為相反側之端，形成有爪21-1、21-2。爪21-1、21-2分別形成為板狀。爪21-1、21-2係沿一個水平面而配置。爪21-1具有直線狀之邊緣25-1。爪21-2具有直線狀之邊緣25-2。爪21-1、21-2係配置為邊緣25-1與邊緣25-2相對向，且邊緣25-1與邊緣25-2平行。爪21-1於邊緣25-1之一部分形成有切口49-1。爪21-2於邊緣25-2之一部分形成有切口49-2。切口49-2係形成為與切口49-1相對向。
圖5表示上側卡匣11。上側卡匣11包含鋁或者不鏽鋼，且形成為大致圓盤狀，用於載置上側晶圓。上側卡匣11形成有複數個定位孔53-1~53-2與複數個對準用孔54。複數個定位孔53-1~53-2係形成為圓形，且形成於該圓盤之外周之附近。複數個定位孔53-1~53-2之直徑分別與載台托架45之定位銷48-1~48-2之直徑大致相等。複數個定位孔53-1~53-2進而形成為，定位孔53-1與定位孔53-2之距離、與定位銷48-1與定位銷48-2之距離一致。亦即，複數個定位孔53-1~53-2係配置成，於上側卡匣11載置於載台托架45時嵌入至複數個定位銷48-1~48-2中。亦即，上側卡匣11於以複數個定位銷48-1~48-2嵌入至複數個定位孔53-1~53-2之方式載置於載台托架45上時，載置於載台托架45之固定位置上。
複數個對準用孔54係以貫通之方式形成。複數個對準用孔54係形成為，於上側卡匣11載置於載台托架45時，分別與載台托架45之複數個對準用孔47連接。複數個對準用孔54進而形成為，於上側晶圓載置於上側卡匣11時，與形成於該上側晶圓之對準標記一致。下側載台42之二個攝像裝置係配置成，於上側卡匣11載置於載台托架45時，可經由複數個對準用孔54而對該對準標記進行攝影。
上側卡匣11進而於該圓盤之上側之面，形成有複數個島狀部分51-1~51-4與複數個晶圓定位銷52-1~52-3。複數個島狀部分51-1~51-4形成為自該圓盤之上側之面突出之突起，且以沿著載置於上側卡匣11中之上側晶圓之外周之方式而形成，上端以沿著一個平面之方式而形成。複數個晶圓定位銷52-1~52-3形成為自該圓盤之上側之面突出之突起，且以沿著載置於上側卡匣11之上側晶圓之外周之方式而形成。晶圓定位銷52-2~52-3尤其以沿著載置於上側卡匣11之上側晶圓之定向平面之方式而形成。此時，上側晶圓於定向平面與晶圓定位銷52-2~52-3相接，且外周與晶圓定位銷52-1相接之方式載置於上側卡匣11時，載置於上側卡匣11之固定位置上。上側卡匣11進而以於上側晶圓載置於該固定位置時，形成由上側卡匣11與上側晶圓50-1所夾持之空間連通至外部之流路之方式，而形成有複數個島狀部分51-1~51-4。亦即，複數個島狀部分51-1~51-4係以相互不連通之方式而形成。
進而，複數個晶圓定位銷52-1~52-3係形成為高於複數個島狀部分51-1~51-4，且形成為低於複數個島狀部分51-1~51-4之高度與該上側晶圓之厚度之和。亦即，複數個島狀部分51-1~51-4如圖6所示般形成為，於上側晶圓50-1載置於上側卡匣11時，與上側晶圓50-1之與上側卡匣11相對向之面之外周相接觸。複數個晶圓定位銷52-1~52-3係形成為於上側晶圓50-1載置於上側卡匣11時，與上側晶圓50-1之側面相接觸。複數個晶圓定位銷52-1~52-3係形成為於上側晶圓50-1載置於上側卡匣11時，不會自上側晶圓50-1之與上側卡匣11相對向之面之背面突出。
上側卡匣11如圖7所示，包含凸緣部分56與本體部分57。本體部分57係形成為圓柱狀。該圓柱之直徑小於機械手17之邊緣25-1與邊緣25-2之間隔。凸緣部分56係形成為自本體部分57圓柱之側面凸出，且形成為圓盤狀。該圓盤之直徑大於機械手17之邊緣25-1與邊緣25-2之間隔。亦即，上側卡匣11藉由凸緣部分56載置於爪21-1~21-2，而由搬送裝置8所握持。
上側卡匣11進而如圖8所示，形成有定位用銷59。定位用銷59形成為自朝向凸緣部分56之下側之面突出之突起。定位用銷59之直徑與切口49-1~49-2之直徑大致相等。定位用銷59係於關於凸緣部分56之圓盤中心對稱之二個部分上形成有二個。亦即，定位用銷59係形成為於上側卡匣11由搬送裝置8所握持時，分別嵌入至爪21-1~21-2之切口49-1~49-2中。此時，上側卡匣11於以分別嵌入至爪21-1~21-2之切口49-1~49-2中之方式而由搬送裝置8所握持時，被握持於機械手17之固定位置上。
圖9表示下側卡匣12。下側卡匣12包含鋁，且形成為大致圓盤狀，用於載置下側晶圓。下側卡匣12形成有複數個定位孔63-1~63-2與複數個對準用孔64。複數個定位孔63-1~63-2係形成為圓形，且形成於該圓盤之外周之附近。複數個定位孔63-1~63-2之直徑分別與載台托架45之定位銷48-1~48-2之直徑大致相等。複數個定位孔63-1~63-2進而形成為，定位孔63-1與定位孔63-2之距離、與定位銷48-1與定位銷48-2之距離一致。亦即，複數個定位孔63-1~63-2係配置成於下側卡匣12載置於載台托架45時，嵌入至複數個定位銷48-1~48-2中。亦即，下側卡匣12於以複數個定位銷48-1~48-2嵌入至複數個定位孔63-1~63-2之方式載置於載台托架45時，被載置於載台托架45之固定位置上。
複數個對準用孔64係以貫通之方式形成。複數個對準用孔64係形成為於下側卡匣12載置於載台托架45時，分別與載台托架45之複數個對準用孔47連接。複數個對準用孔64進而形成為於下側晶圓載置於下側卡匣12時，與形成於該下側晶圓之對準標記一致。下側載台42之二個攝像裝置係配置成，於下側卡匣12載置於載台托架45時，經由複數個對準用孔64而對該對準標記進行攝影。
下側卡匣12進而於該圓盤之上側之面上，形成有島狀部分61與複數個晶圓定位銷62-1~62-3。島狀部分61形成為自該圓盤之上側之面突出之突起，且形成為與載置於下側卡匣12之下側晶圓之形狀大致相等之形狀，上端以沿著一個平面之方式而形成。島狀部分61於上端形成有槽65。槽65於上端形成為柵格狀。槽65進而形成為與島狀部分61之側面相連。
複數個晶圓定位銷62-1~62-3係形成為自該圓盤之上側之面突出之突起，且以沿著載置於下側卡匣12之下側晶圓之外周之方式而形成。晶圓定位銷62-2~62-3尤其以沿著載置於下側卡匣12之下側晶圓之定向平面之方式而形成。此時，下側晶圓於以與晶圓定位銷62-2~62-3相接之方式，且以外周與晶圓定位銷62-1相接之方式載置於下側卡匣12時，被載置於下側卡匣12之固定位置上。
進而，複數個晶圓定位銷62-1~62-3形成為高於島狀部分61，且形成為低於島狀部分61之高度與該下側晶圓之厚度之和。亦即，島狀部分61係形成為於下側晶圓載置於下側卡匣12時，與該下側晶圓之與下側卡匣12相對向之面之大部分相接觸。複數個晶圓定位銷62-1~62-3係形成為於下側晶圓載置於下側卡匣12時，與該下側晶圓之側面接觸。複數個晶圓定位銷62-1~62-3係形成為於下側晶圓載置於下側卡匣12時，不會自該下側晶圓之與下側卡匣12相對向之面之背面突出。
下側卡匣12如圖10所示，包含凸緣部分66與本體部分67。本體部分67係形成為圓柱狀。該圓柱之直徑小於邊緣25-1與邊緣25-2之間隔。凸緣部分66係形成為自本體部分67之圓柱之側面凸出，且形成為圓盤狀。該圓盤之直徑大於邊緣25-1與邊緣25-2之間隔。亦即，下側卡匣12藉由凸緣部分66載置於爪21-1~21-2上，而由搬送裝置8所握持。
下側卡匣12進而與上側卡匣11同樣地形成有其定位用銷。該定位用銷係形成為自朝向凸緣部分66之下側之面突出之突起。該定位用銷之直徑與切口49-1~49-2之直徑大致相等。該定位用銷於關於凸緣部分66之圓盤中心對稱之二個部分上形成有二個。亦即，該定位用銷係形成為，於下側卡匣12由搬送裝置8所握持時，分別嵌入至爪21-1~21-2之切口49-1~49-2。此時，下側卡匣12於以分別嵌入至爪21-1~21-2之切口49-1~49-2之方式而由搬送裝置8所握持時，被握持於機械手17之固定位置。
上側卡匣台6與下側卡匣台7與載台托架45同樣地，形成有與複數個定位銷48-1~48-2相同之複數個定位銷。亦即，上側卡匣11於以上側卡匣台6之複數個定位銷嵌入至複數個定位孔53-1~53-2之方式而載置於上側卡匣台6時，被載置於上側卡匣台6之固定位置上。下側卡匣12於以下側卡匣台7之複數個定位銷嵌入至複數個定位孔63-1~63-2之方式而載置於下側卡匣台7時，被載置於下側卡匣台7之固定位置上。
本發明之常溫接合方法之實施形態係使用常溫接合裝置1來執行者。作業者首先關閉閘閥5，使用真空泵31於接合腔室2之內部生成真空環境，並於加載互鎖真空腔室3之內部生成大氣壓環境。作業者打開加載互鎖真空腔室3之蓋，將上側卡匣11配置於上側卡匣台6中，並將下側卡匣12配置於下側卡匣台7中。作業者以使定向平面與晶圓定位銷52-2~52-3相接之方式，且以使外周與晶圓定位銷52-1相接之方式，將上側晶圓載置於上側卡匣11。作業者以使定向平面與晶圓定位銷62-2~62-3相接之方式，且以使外周與晶圓定位銷62-1相接之方式，將下側晶圓50-2載置於下側卡匣12。作業者繼而關閉加載互鎖真空腔室3之蓋，於加載互鎖真空腔室3之內部生成真空環境。
上側晶圓50-1與下側晶圓50-2所例示之晶圓70有時會如圖11所示般變形。晶圓70於載置於上側卡匣11與下側卡匣12所例示之卡匣71時，於晶圓70與卡匣71之間形成空間72。填充於空間72中之空氣有時會抬起晶圓70，而使晶圓70移動至卡匣71上方。
亦即，將填充於由上側卡匣11與上側晶圓50-1所夾持之空間內之氣體，通過複數個島狀部分51-1~51-4之間隙而排氣至外部。如此之排氣，可防止由上側卡匣11與上側晶圓50-1所夾持之氣體抬起上側晶圓50-1，從而防止上側晶圓50-1移動至上側卡匣11上方。進而，將填充於由下側卡匣12與下側晶圓50-2所夾持之空間內之氣體通過槽65而排氣至外部。如此之排氣，可防止由下側卡匣12與下側晶圓50-2所夾持之氣體抬起下側晶圓50-2，從而防止下側晶圓50-2移動至下側卡匣12上方。
作業者於加載互鎖真空腔室3之內部生成真空環境之後，開放閘閥5。作業者首先使上側晶圓50-1保持於試料台43-1上。圖12表示使上側晶圓50-1保持於試料台43-1上之動作。作業者首先如圖12(a)所示，使用搬送裝置8，將載置有上側晶圓50-1之上側卡匣11自上側卡匣台6搬送至載台托架45上。作業者如圖12(b)所示，使搬送裝置8之機械手17下降。此時，上側卡匣11係複數個定位孔53-1~53-2分別嵌入至載台托架45之複數個定位銷48-1~48-2中，從而保持於載台托架45上。
作業者如圖12(c)所示，使搬送裝置8之機械手17退避至加載互鎖真空腔室3之內部。作業者繼而使試料台43-1沿鉛直下方向下降，使試料台43-1之介電層接觸至上側晶圓50-1，使上側晶圓50-1保持於試料台43-1上。此時，上側卡匣11之複數個晶圓定位銷52-1~52-3由於形成為不會自上側晶圓50-1突出，故不會與試料台43-1接觸。因此，常溫接合裝置1可更確實地使試料台43-1與上側晶圓50-1接觸，從而可更確實地使上側晶圓50-1保持於試料台43-1上。作業者如圖12(d)所示，使試料台43-1沿鉛直上方向上升，使上側晶圓50-1離開上側卡匣11。作業者於上側晶圓50-1離開上側卡匣11之後，使用搬送裝置8將未載置有上側晶圓50-1之上側卡匣11自載台托架45搬送至上側卡匣台6。
作業者於使試料台43-1保持於上側晶圓50-1之後，使下側晶圓50-2保持於載台托架45上。圖13表示使下側晶圓50-2保持於載台托架45之動作。作業者首先如圖13(a)所示，使用搬送裝置8，將載置有下側晶圓50-2之下側卡匣12自下側卡匣台7搬送至載台托架45上。作業者如圖13(b)所示，使搬送裝置8之機械手17下降。此時，下側卡匣12係複數個定位孔63-1~63-2分別嵌入至載台托架45之複數個定位銷48-1~48-2，而保持於載台托架45上。作業者如圖13(c)所示，使搬送裝置8之機械手17退避至加載互鎖真空腔室3之內部。
作業者關閉閘閥5，將由試料台43-1所保持之上側晶圓50-1與由載台托架45所保持之下側晶圓50-2常溫接合。亦即，作業者於由試料台43-1所保持之上側晶圓50-1與由載台托架45所保持之下側晶圓50-2分離之狀態下，使離子槍32朝向上側晶圓50-1與下側晶圓50-2之間釋放粒子。該粒子被照射至上側晶圓50-1與下側晶圓50-2，將形成於其表面之氧化物等去除，且將附著於其表面之雜質去除。作業者操作壓接機構43-2，使試料台43-1沿鉛直下方向下降，從而使上側晶圓50-1與下側晶圓50-2接近。作業者操作載台托架45之定位機構，移動由載台托架45所保持之下側晶圓50-2之位置，以使上側晶圓50-1與下側晶圓50-2按照設計而接合。作業者操作試料台43-1之壓接機構43-2，使試料台43-1沿鉛直下方向下降，使上側晶圓50-1與下側晶圓50-2接觸。上側晶圓50-1與下側晶圓50-2藉由該接觸而接合，從而生成一片接合基板。此時，下側卡匣12之複數個晶圓定位銷62-1~62-3由於係形成為不會自下側晶圓50-2突出，故不會與試料台43-1或上側晶圓50-1接觸。因此，常溫接合裝置1可更確實地使上側晶圓50-1與下側晶圓50-2接觸，從而可更確實地使上側晶圓50-1與下側晶圓50-2接合。進而，此時，下側卡匣12之島狀部分61與下側晶圓50-2之幾乎全部接觸。因此，可防止下側晶圓50-2因接合時施加之荷重而破損，常溫接合裝置1可將進而大之荷重施加至上側晶圓50-1與下側晶圓50-2。
作業者使該接合基板自試料台43-1解除保持之後，使試料台43-1沿鉛直上方向上升。作業者繼而開放閘閥5，使用搬送裝置8，將載置有該接合基板之下側卡匣12自載台托架45搬送至下側卡匣台7。作業者關閉閘閥5，於加載互鎖真空腔室3之內部生成大氣壓環境。作業者打開加載互鎖真空腔室3之蓋，自配置於下側卡匣台7之下側卡匣12中取出該接合基板。
根據如此之常溫接合方法，上側晶圓50-1與下側晶圓50-2不與搬送裝置8接觸，可防止接合面之污染，故可更確實地進行常溫接合。其結果，常溫接合裝置1之可靠性進一步提高。
用於實施常溫接合之載台與搬送裝置之間之晶圓之交接，一般而言係使用配置於接合腔室內之上頂銷而執行。根據如此之常溫接合方法，常溫接合裝置1無需包含如此之上頂銷，故可進一步降低製造成本，並可減輕維護。驅動該物體之驅動系統一般會釋放氣體，於配置於腔室內時，會污染該腔室內之環境。因此，常溫接合裝置1藉由不包含驅動該上頂銷之驅動系統，可減少如此之釋放氣體，從而可防止接合晶圓之環境之污染。其結果，常溫接合裝置1可防止上側晶圓50-1與下側晶圓50-2之接合面之污染，從而可更確實地實施常溫接合，可靠性得到進一步提高。
晶圓正趨向大口徑化、極薄化。此時，晶圓於由搬送裝置8直接保持時，存在變形、掉落、破損之可能性。根據如此之常溫接合方法，下側晶圓50-2係其一方之面之大致整體接觸於下側卡匣12而由下側卡匣12保持並搬送，從而可降低變形、掉落、破損之可能性。其結果，常溫接合裝置1可更確實地實施常溫接合，可靠性得到進一步提高。
再者，上側晶圓50-1亦可置換為形成為與圓盤狀不同形狀之異形晶圓。此時，上側卡匣11可與上側晶圓50-1同樣地，以於減壓時該異形晶圓不會移動之方式而載置該異形晶圓。其結果，常溫接合裝置1可防止該異形晶圓之接合面之污染，從而可更確實地對該異形晶圓進行常溫接合。下側卡匣12亦可對應於每一該異形晶圓而製作。
再者，下側晶圓50-2亦可置換為形成為與圓盤狀不同形狀之異形晶圓。此時，下側卡匣12可與下側晶圓50-2同樣地，以於減壓時該異形晶圓不會移動之方式而載置該異形晶圓。其結果，常溫接合裝置1可防止該異形晶圓之接合面之污染，從而可更確實地對該異形晶圓進行常溫接合。下側卡匣12亦可對應於每一該異形晶圓而製作。此時，常溫接合裝置1無需對應每一該異形晶圓而製作載台托架45，故可更廉價地進行製作。
再者，形成於下側卡匣12之槽65亦可形成為與柵格狀不同之其他形狀。作為該形狀，可例示輻射狀。為使由下側卡匣12與下側晶圓50-2所夾持之氣體之排氣效率提高，較好的是槽65為多數個，且較好的是槽65較粗。進而，為於上側晶圓50-1與下側晶圓50-2接合時使下側晶圓50-2產生變形，較好的是槽65較細，且較好的是槽65為少數個。因此，較好的是，槽65之形狀係根據下側晶圓50-2之屬性而適當設計。
1．．．常溫接合裝置
2．．．接合腔室
3．．．加載互鎖真空腔室
5．．．閘閥
6．．．上側卡匣台
7．．．下側卡匣台
8．．．搬送裝置
11．．．上側卡匣
12．．．下側卡匣
15．．．第1機械臂
16．．．第2機械臂
17．．．機械手
18．．．第1節
19．．．第2節
20．．．第3節
21-1、21-2．．．爪
22、23、24．．．旋轉軸
25-1、25-2．．．邊緣
31．．．真空泵
32．．．離子槍
33．．．電子槍
34．．．壁
35．．．排氣口
36．．．照射方向
37．．．門
38．．．鉸鏈
39．．．窗
41．．．上側載台
42．．．下側載台
43-1．．．試料台
43-2．．．壓接機構
45．．．載台托架
46．．．支持面
47．．．對準用孔
48-1、48-2．．．定位銷
49-1、49-2．．．切口
50-1．．．上側晶圓
50-2．．．下側晶圓
51-1、51-2、51-3、51-4、61．．．島狀部分
52-1、52-2、52-3、62-1~62-3．．．晶圓定位銷
53-1、53-2、63-1、63-2．．．定位孔
54、64．．．對準用孔
56、66．．．凸緣部分
57、67．．．本體部分
59．．．定位用銷
65．．．上端槽
70．．．晶圓
71．．．卡匣
72．．．空間
圖1係表示常溫接合裝置之剖面圖；
圖2係表示常溫接合裝置之剖面圖；
圖3係表示載台托架之立體圖；
圖4係表示搬送裝置之機械手之平面圖；
圖5係表示上側卡匣之平面圖；
圖6係表示上側卡匣之剖面圖；
圖7係表示晶圓定位銷之剖面圖；
圖8係表示定位用銷之剖面圖；
圖9係表示下側卡匣之平面圖；
圖10係表示下側卡匣之剖面圖；
圖11係表示晶圓載置於卡匣中之狀態之剖面圖；
圖12(a)~圖12(d)係表示搬送上側晶圓之動作之圖；及
圖13(a)~圖13(c)係表示搬送下側晶圓之動作之圖。
11．．．上側卡匣
50-1．．．上側晶圓
51-1、51-2、51-4．．．島狀部分
54．．．對準用孔
56．．．凸緣部分
57．．．本體部分

Claims (14)

  1. 一種常溫接合裝置，其包含：內部之環境被減壓之加載互鎖真空腔室；以及配置於上述加載互鎖真空腔室之內部之卡匣；且，上述卡匣形成有當基板載置於上述卡匣時與上述基板接觸之島狀部分，上述島狀部分形成有於載置有上述基板時將由上述卡匣與上述基板所夾持之空間連接至外部之流路，填充於上述空間中之氣體通過上述流路而被排氣至外部。
  2. 如請求項1之常溫接合裝置，其中進而包含：接合腔室；閘閥，其開閉上述加載互鎖真空腔室與上述接合腔室之閘；以及搬送裝置，其於上述閘開放時，將上述卡匣自上述加載互鎖真空腔室搬送至上述接合腔室；且上述接合腔室於上述基板配置於上述接合腔室之內部時，使上述基板接合於其他基板。
  3. 如請求項2之常溫接合裝置，其中上述卡匣形成有凸緣，上述搬送裝置藉由與上述凸緣中之朝下之支持面接觸而保持上述卡匣。
  4. 如請求項3之常溫接合裝置，其中上述卡匣於上述凸緣上形成有機械手定位機構，上述搬送裝置形成有於搬送上述卡匣時嵌合至上述機 械手定位機構之其他機械手定位機構。
  5. 如請求項4之常溫接合裝置，其中上述機械手定位機構係為銷，上述其他機械手定位機構係為切口。
  6. 如請求項5之常溫接合裝置，其中上述接合腔室包含保持上述卡匣之下側載台，上述卡匣形成有載台定位機構，上述下側載台形成有於上述下側載台保持上述卡匣時嵌合至上述載台定位機構之其他載台定位機構。
  7. 如請求項6之常溫接合裝置，其中上述載台定位機構係為孔，上述其他載台定位機構係為嵌入上述孔之突起。
  8. 如請求項7之常溫接合裝置，其中進而包含攝影裝置及對準裝置，且上述卡匣形成有對準用孔，上述攝影裝置於上述基板載置於上述卡匣中之情形時，於上述下側載台保持上述卡匣時，經由上述對準用孔對上述基板之圖像進行攝影，上述對準裝置根據上述圖像而驅動上述下側載台。
  9. 如請求項8之常溫接合裝置，其中上述島狀部分形成有與上述基板之一方之面之幾乎全部接觸之接觸面，於上述接觸面上，形成有作為上述流路之槽。
  10. 如請求項9之常溫接合裝置，其中 上述卡匣包含複數個基板定位銷，上述複數個基板定位銷係配置成，於上述基板載置於上述卡匣時，上述基板之緣與上述複數個基板定位銷之全部接觸。
  11. 如請求項10之常溫接合裝置，其中上述複數個基板定位銷係形成為，於上述基板載置於上述卡匣時，上述複數個基板定位銷之前端配置於上述基板之表面中之接觸於上述卡匣之面與上述面之背面之間。
  12. 如請求項7之常溫接合裝置，其中上述島狀部分不與上述基板之一方之面之中央部分接觸，而與上述基板之一方之面之外周部分接觸。
  13. 一種常溫接合方法，其包含如下步驟：對配置有載置基板之卡匣之加載互鎖真空腔室之內部進行減壓；以及於上述加載互鎖真空腔室之內部經減壓之後，將上述卡匣自上述加載互鎖真空腔室之內部搬送至接合腔室；且上述卡匣形成有於上述基板載置於上述卡匣時接觸於上述基板之島狀部分，上述島狀部分形成有於載置有上述基板時，將由上述卡匣與上述基板所夾持之空間連接至外部之流路。
  14. 如請求項13之常溫接合方法，其中上述接合腔室包含上側載台與下側載台，上述基板包含上側基板與下側基板， 上述卡匣包含上側卡匣與下側卡匣，且上述常溫接合方法進而包含如下步驟：於上述上側基板載置於上述上側卡匣之情形時，且於上述下側載台保持上述上側卡匣時，藉由使上述上側載台與上述下側載台接近，而使上述上側基板保持於上述上側載台上；以及於上述上側基板被保持於上述上側載台之後，於上述下側基板載置於上述下側卡匣中之情形時，且於上述下側載台保持上述下側卡匣時，藉由使上述上側載台與上述下側載台接近，而將上述上側基板與上述下側基板接合。
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