TWI608573B - Composite substrate bonding method - Google Patents

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Description

複合基板的接合方法
本發明係與複合基板製造有關;特別是指一種直接接合的複合基板。
複合基板是由二片獨立的基板接合形成,目前常見的接合方式主要區分有二類,其中一類為直接接合(Direct Bonding)法,另一類係透過中介層(如膠合、金屬介質)之接合法。
直接接合法包含有熔合接合(Fusion Bonding)及室溫接合(Room Temperature Bonding),其中,熔合接合是在二片基板的接合面上各別成長一層犧牲氧化層,再以電漿轟擊犧牲氧化層使其表面活化,接著將活化後的犧牲氧化層表面與水接觸使其表面形成OH鍵,再將二片基板的犧牲氧化層對接,最後進行退火去除OH鍵,形成複合基板。熔合接合的缺點是複合基板易產生空洞(void)缺陷、退火步驟易造成殘留應力、以及犧牲氧化層將會使得複合基板的厚度增加。
室溫接合是在室溫下,以離子束或原子束活化二片基板的接合面,使接合面形成懸鍵(Dangling Bond),再將二片基板的結合面對接而形成複合基板。圖1所示為習用室溫接合的接合裝置100,包含有一機體10,及設置於該機體10中的一裝載腔室12、一前置真空腔室14、一轉換腔室16與一壓合腔室18。該接合裝置100的作動方法如下: 將二種基板W1,W2由機體10外部置入至裝載腔室12中,再傳送至前置真空腔室14後進行抽真空至10-3Pa;將轉換腔室16的壓力由10-4Pa提升至10-3Pa,再將基板W1,W2傳送至轉換腔室16,以翻面機構162將其中一片基板W2翻面;將壓合腔室18的壓力由10-5Pa提升至10-4Pa,再將基板W1,W2傳送至壓合腔室18,並將二個基板W1,W2分別固定於一下固定座182與一上固定座184;對壓合腔室18進行抽真空至10-5Pa;以離子束或原子束轟擊二個基板W1,W2的接合面W1a,W2a,使接合面W1a,W2a活化,再控制上固定座184與下固定座182之其中一者相對另一者靠近,使二個基板W1,W2的接合面W1a,W2a接合形成複合基板。
習用的接合裝置100雖能將二個基板W1,W2接合,相較於熔合接合,具有殘留應力小及不會有額外厚度增加的優點,但所形成的複合基板中仍會有孔洞缺陷的問題,使得複合基板的良率無法提升。
有鑑於此,本發明之目的在於提供一種複合基板的接合方法,可避免複合基板產生空洞缺陷。
緣以達成上述目的,本發明提供的一種複合基板的接合方法,係應用於一接合裝置,該接合裝置包含有一機體,該機體中設置有一轉換腔室及一壓合腔室;該接合方法包含有下列步驟:A.將至少一第一基板與至少一第二基板置於該機體中,其中,該第一基板具有一第一接合面,該第二基板具有一第二接合面;B.於該機體中對該第一接合面 與該第二接合面進行清潔;C.將該第一基板與該第二基板傳送至該轉換腔室中,該轉換腔室內的壓力為小於一大氣壓的一第一壓力,且於該轉換腔室中將該第二基板翻面,使該第二接合面朝下;D.將該第一基板及翻面後的該第二基板傳送至一壓合腔室中,並使該第一基板的第一接合面與該第二基板的第二接合面相面對,其中該合腔室內的壓力為小於該第一壓力的一第二壓力;E.對該第一接合面與該第二接合面進行活化處理;F.令該第一基板與該第二基板相靠近,使該第一接合面與該第二接合面相接觸而接合。
本發明之效果在於,藉由在機體中進行在線(in-line)清潔,有效減少污染微粒附著於第一基板之第一接合面與第二基板之第二接合面的機會,避免複合基板產生空洞缺陷。
〔習用〕
100‧‧‧接合裝置
10‧‧‧機體
12‧‧‧裝載腔室
14‧‧‧前置真空腔室
16‧‧‧轉換腔室
162‧‧‧翻面機構
18‧‧‧壓合腔室
182‧‧‧下固定座
184‧‧‧上固定座
W1、W2‧‧‧基板
W1a、W2a‧‧‧接合面
〔本發明〕
1、2、3‧‧‧接合裝置
20‧‧‧機體
22‧‧‧裝載腔室
24、24’‧‧‧清潔腔室
26‧‧‧前置真空腔室
28‧‧‧轉換腔室
282‧‧‧翻面機構
30‧‧‧壓合腔室
302‧‧‧下固定座
304‧‧‧上固定座
32‧‧‧轉盤
34‧‧‧清潔刷
W1‧‧‧第一基板
W1a‧‧‧第一接合面
W2‧‧‧第二基板
W2a‧‧‧第二接合面
圖1習用的接合裝置示意圖。
圖2為本發明第一較佳實施例之接合裝置示意圖。
圖3為上述第一較佳實施例之接合方法流程圖。
圖4為一示意圖,揭示以清潔液清洗第一基板或第二基板。
圖5為一示意圖,揭示以清潔刷配合清潔液清洗第一基板或第二基板。
圖6為本發明第二較佳實施例之接合裝置示意圖。
圖7為本發明第三較佳實施例之接合裝置示意圖。
為能更清楚地說明本發明,茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖2所示,為本發明第一較佳實施例之複合基板的接合方法所應用的接合裝置1,該接合裝置1包含有一機體20,以及設置於該機體20中的一裝載腔室22、一清潔腔室24、一前置真空腔室26、一轉換腔室28與一壓合腔室30。本實施例的接合方法包含圖3所示之下列步驟:將至少一第一基板W1與至少一第二基板W2由該機體20的外部置入該裝載腔室22,第一基板W1與第二基板W2為不同材質,其中,第一基板W1與第二基板W2之中的一者為支撐材基板,另一者為壓電材料基板。本實施例中,第一基板W1與第二基板W2的數量分別為複數個,且第一基板W1為支撐材基板,其係以矽基板為例,但不以此為限,第一基板W1亦可為藍寶石基板、紅寶石基板等材質,第一基板W1具有一第一接合面W1a。第二基板W2為壓電材料基板,壓電材料基板於本實施例為鉭酸鋰(Lithium Tantlate)基板,但不以此為限,亦可為鈮酸鋰(Lithium Niobate)基板;第二基板W2具有兩個相背對之表面,其中一者設置有指叉電極結構(圖未示),另一者為定義為一第二接合面W2a,該第二基板W2及其上的指叉電極結構構成表面聲波(SAW)元件。該些第一基板W1與該些第二基板W2置入裝載腔室22後,第一接合面W1a與第二接合面W2a係朝上擺置。
於該機體20中對各該第一基板W1的第一接合面W1a與各該第二基板W2的第二接合面W2a進行清潔,且清潔後的第一接合面W1a與第二接合面W2a尚未活化。本實施例中,係由上而下依序將位於最上層的第一基板W1及第二基板W2移至該清潔腔室24中,並在該清潔腔室24中分別對第一接合面W1a與第二接合面W2a進行清潔。本實施例中, 係以至少一種液態之惰性氣體所形成的冷凍煙霧分別衝擊第一基板W1的第一接合面W1a與第二基板W2的第二接合面W2a,該至少一種液態之惰性氣體包含液態之氬氣。使用冷凍煙霧衝擊第一接合面W1a與第二接合面W2a之作用在於移除第一接合面W1a與第二接合面W2a上的污染微粒,又不會傷及第一接合面W1a、第二接合面W2a及第二基板W2上的指叉電極結構,藉以提高良率,並且對環境不會產生污染。而採用氬氣的原因在於氬氣的純度高,且較無水或氧的污染,因此潔淨效果較佳。實務上,該至少一種液態之惰性氣體的數量亦可為為複數種,包含液態之氬氣及液態之氮氣,該些液態之惰性氣體混合後所形成的冷凍煙霧之中氬氣之含量最高,且高於氮氣的含量,藉由成本較低的氮氣輔助清潔,以降低清潔的成本。
實務上,除了以冷凍煙霧清潔第一基板W1與第二基板W2之外,亦可以如圖4所示,各別將第一基板W1及第二基板W2固定於轉盤32上,並以清潔液滴於第一接合面W1a與第二接合面W2a,再控制轉盤32旋轉,以移除第一接合面W1a與第二接合面W2a上的污染微粒,其中清潔液可以是去離子水或化學藥劑;之後再行烘乾。此外,亦可如圖5所示,配合轉動的清潔刷34,以物理機械性的清洗方式刷洗沾有清潔液的第一接合面W1a與第二接合面W2a。
而後,將清潔後的第一基板W1與第二基板W2由該清潔腔室24移至該前置真空腔室26中,並對該前置真空腔室26抽真空,以降低該前置真空腔室26內的壓力至小於一大氣壓之一第一預定壓力(即本發明所定義的第三壓力),本實施例中,該第一預定壓力為10-3Pa,但不以此為限。
接著,將第一基板W1與第二基板W2由該前置真空腔室26傳送至該轉換腔室28中,並於該轉換腔室28中以翻面機構282將第一基板W1與第二基板W2之中的一者翻面,本實施例係將第二基板W2翻面,使第二接合面W2a朝下。本實施例中,在第一基板W1與第二基板W2傳送至該轉換腔室28之前,該轉換腔室28內的壓力為一第二預定壓力(即本發明所定義的第一壓力),該第二預定壓力小於該第一預定壓力,且第二預定壓力以10-4Pa為例,但不以此為限。該第一基板W1與第二基板W2傳送至該轉換腔室28前,先將轉換腔室28的壓力升至第一預定壓力,而於傳送後再對轉換腔室28抽真空,使壓力降為第二預定壓力。
將第一基板W1及翻面後的第二基板W2傳送至該壓合腔室30中,並將第一基板W1與第二基板W2分別固定於一下固定座302與一上固定座304,使第一接合面W1a與第二接合面W2a相面對。本實施例中,在第一基板W1與第二基板W2傳送至該壓合腔室30之前,該壓合腔室30內的壓力為一第三預定壓力(即本發明所定義的第二壓力),該第三預定壓力小於該第二預定壓力,且第三預定壓力以10-5Pa為例,但不以此為限。第一基板W1及第二基板W2傳送至該壓合腔室前,先將轉換腔室的壓力會升至第二預定壓力,而後再對該壓合腔室30進行抽真空,使該壓合腔室30內的壓力降為該第三預定壓力。
以離子束或原子束轟擊第一接合面W1a與第二接合面W2a,使第一接合面W1a與第二接合面W2a活化,即表面的鍵結形成懸鍵(Dangling Bond)。最後,控制上固定座304與下固定座302之其中一者相對另一者靠近,使第一基板W1與第二基板W2相接近,並控制該上固定座304與下固定座302之其中一者對該第一基板W1與該第二基板W2施加壓力使該第一接合面W1a與該第二接合面W2a相接觸而接合。藉 此,接合後的第一基板W1與第二基板W2構成複合基板,並且由第一基板W1提供支撐力,以補償第二基板W2因溫度變化而產生的變形,亦即形成具有溫度補償的表面聲波元件。
由於裝載腔室22中的第一基板W1及第二基板W2係由機體20外部置入,第一基板W1及第二基板W2易沾有污染微粒,並附著於第一接合面W1a與第二接合面W2a上。此外,在第一基板W1及第二基板W2傳送至前置真空腔室26後,前置真空腔室26係先由一大氣壓抽真空至第一預定壓力,亦容易將污染微粒帶入,並附著於第一接合面W1a與第二接合面W2a上。故,本實施例特別將清潔腔室24設置於裝載腔室22與前置真空腔室26之間,對進入前置真空腔室26的第一基板W1及第二基板W2先進行清潔,以減少污染微粒附著於第一接合面W1a與第二接合面W2a的機會,如此,有效避免接合後的複合基板產生空洞缺陷(Void),提升複合基板的良率。
圖6所示為本發明第二較佳實施例之複合基板的接合方法所應用的接合裝置2,其具有大至相同於第一實施例之結構,不同的是,本實施例中清潔腔室24’係設置於前置真空腔室26與轉換腔室28之間。本實施例的接合方法與第一實施例大致相同,不同的是,先將裝載腔室22中的第一基板W1及第二基板W2傳送至前置真空腔室26,並對前置真空腔室26抽真空至壓力為第一預定壓力。再將該第一基板W1與該第二基板W2由該前置真空腔室26傳送至該清潔腔室24’中,並進行清潔。於清潔完成後,對該清潔腔室24’進行抽真空,使該清潔腔室24’內的壓力為該第一預定壓力。而後,將該轉換腔室28的壓力提升至該第一預定壓力,再將該第一基板W1與該第二基板W2由該清潔腔室24’傳送至該轉換腔室28。之後的步驟與第一實施例相同,容不贅述。
在第一基板W1及第二基板W2傳送至轉換腔室28之前,轉換腔室28的壓力係先由第二預定壓力提高至至第一預定壓力,容易將污染微粒帶入,並附著於第一接合面W1a與第二接合面W2a上。故,本實施例特別將清潔腔室24’設置於前置真空腔室26與轉換腔室28之間,對進入轉換腔室28的第一基板W1及第二基板W2先進行清潔,以減少污染微粒附著於第一接合面W1a與第二接合面W2a的機會,避免接合後的複合基板產生空洞缺陷,提升複合基板的良率。
圖7所示為本發明第三較佳實施例之複合基板的接合方法所應用的接合裝置3,其係以第一實施例為基礎,除了清潔腔室24之外,更包含有另一清潔腔室24’,該另一清潔腔室24’係設置於前置真空腔室26與轉換腔室28之間。本實施例的接合方法係以第一實施例為基礎,在第一基板W1與第二基板W2移至該前置真空腔室26,並對該前置真空腔室26抽真空至壓力為第一預定壓力後,更包含: 將該第一基板W1與該第二基板W2由該前置真空腔室26傳送至該另一清潔腔室24’中,並在該另一清潔腔室24’對該第一接合面W1a與該第二接合面W2a進行清潔;清潔完成後,對該另一清潔腔室24’進行抽真空,使該另一清潔腔室24’內的壓力為該第一預定壓力。而後,將該轉換腔室28的壓力提升至該第一預定壓力,再將該第一基板W1與該第二基板W2由該另一清潔腔室24’傳送至該轉換腔室28。之後的步驟與第一實施例相同,容不贅述。
藉此,在機體20中容易帶入污染微粒之處分別設置二個清潔腔室24,24’更能有效降低複合基板產生空洞缺陷的機會。
前述各實施例中,第一基板W1係以支撐材基板為例說明,第二基板W2係以壓電材料基板為例說明,實務上,第一基板W1亦可以是壓電材料基板,第二基板W2則是支撐材基板。
據上所述,本發明之複合基板的接合方法藉由在機體中進行在線(in-line)清潔,有效減少污染微粒附著於第一基板之第一接合面與第二基板之第二接合面的機會,避免複合基板產生空洞缺陷。
以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已,舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化,理應包含在本發明之專利範圍內。

Claims (12)

  1. 一種複合基板的接合方法,係應用於一接合裝置,該接合裝置包含有一機體,該機體中設置有一轉換腔室及一壓合腔室;該接合方法包含有下列步驟:A.將至少一第一基板與至少一第二基板置於該機體中,其中,該第一基板具有一第一接合面,該第二基板具有一第二接合面;B.於該機體中對該第一接合面與該第二接合面進行清潔,且清潔後的第一接合面與第二接合面尚未活化;C.將該第一基板與該第二基板傳送至該轉換腔室中,該轉換腔室內的壓力為小於一大氣壓的一第一壓力,且於該轉換腔室中將該第二基板翻面,使該第二接合面朝下;D.將該第一基板及翻面後的該第二基板傳送至一壓合腔室中,並使該第一基板的第一接合面與該第二基板的第二接合面相面對,其中該壓合腔室內的壓力為小於該第一壓力的一第二壓力;E.對該壓合腔室中的該第一基板的該第一接合面與該第二基板的該第二接合面進行活化處理,其中係以離子束或原子束轟擊該第一接合面與該第二接合面,使第一接合面與該第二接合面活化;以及F.令該第一基板與該第二基板相靠近,使該第一接合面與該第二接合面相接觸而接合。
  2. 如請求項1所述之複合基板的接合方法,其中步驟B中係將該第一基板與該第二基板移至該機體中的一清潔腔室中,並在該清潔腔室中對該第一接合面與該第二接合面進行清潔。
  3. 如請求項2所述之複合基板的接合方法,其中步驟B包含: 將清潔後的第一基板與第二基板由該清潔腔室移至一前置真空腔室中,並對該前置真空腔室抽真空,使該前置真空腔室內的壓力為一第三壓力,其中該第三壓力小於一大氣壓且大於該第一壓力。
  4. 如請求項3所述之複合基板的接合方法,其中步驟B包含:將該第一基板與該第二基板由該前置真空腔室傳送至另一清潔腔室中,並在該另一清潔腔室對該第一接合面與該第二接合面進行清潔;其中,步驟C中係將該第一基板與該第二基板由該另一清潔腔室傳送至該轉換腔室。
  5. 如請求項4所述之複合基板的接合方法,其中步驟C之前包含,在該第一基板與該第二基板於該另一清潔腔室清潔後,對該另一清潔腔室進行抽真空,使該另一清潔腔室內的壓力為該第三壓力;步驟C中係先將該轉換腔室的壓力提升至該第三壓力,再將該第一基板與該第二基板由該另一清潔腔室傳送至該轉換腔室;之後再對該轉換腔室抽真空,使該轉換腔室的壓力降至該第一壓力。
  6. 如請求項2所述之複合基板的接合方法,其中步驟A中包含,將該第一基板與該第二基板由該機體中的一裝載腔室移至該機體中的一前置真空腔室,並對該前置真空腔室抽真空,使該前置真空腔室內的壓力為一第三壓力,其中該第三壓力小於一大氣壓且大於該第一壓力;其中,步驟B中係將該第一基板與該第二基板由該前置真空腔室傳送至該清潔腔室中;其中,步驟C中係將該第一基板與該第二基板由該清潔腔室傳送至該轉換腔室。
  7. 如請求項6所述之複合基板的接合方法,其中步驟C之前包含,在該第一基板與該第二基板於該清潔腔室清潔後,對該清潔腔室進 行抽真空,使該清潔腔室內的壓力為該第三壓力;步驟C中係先將該轉換腔室的壓力提升至該第三壓力,再將該第一基板與該第二基板由該清潔腔室傳送至該轉換腔室;之後再對該轉換腔室抽真空,使該轉換腔室的壓力降至該第一壓力。
  8. 如請求項1所述之複合基板的接合方法,其中步驟B中係以至少一種液態之惰性氣體所形成的冷凍煙霧衝擊該第一接合面與該第二接合面。
  9. 如請求項8所述之複合基板的接合方法,其中步驟B中該至少一種液態之惰性氣體包含液態之氬氣。
  10. 如請求項9所述之複合基板的接合方法,其中步驟B中該至少一種液態之惰性氣體的數量為複數種,包含液態之氮氣,且該些液態之惰性氣體所形成的冷凍煙霧之中,氬氣之含量高於氮氣之含量。
  11. 如請求項1所述之複合基板的接合方法,其中步驟B中係以清潔液清洗該第一接合面與該第二接合面。
  12. 如請求項11所述之複合基板的接合方法,其中步驟B中以清潔刷刷洗沾有清潔液的該第一接合面與該第二接合面。
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