用以接合衬底的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用以接合衬底的装置及方法，其中在第一接纳设备(1)的第一接纳表面(2o)上安置该第一衬底(3)且在第二接纳设备(4)的第二接纳表面(2o')上接纳该第二衬底(8);在接合起始位点(20)上接触该接触表面(3k、8k);沿着自该接合起始位点(20)行进至该衬底(3、8)的侧边缘(3s、8s)的接合波将该第一衬底(3)接合至该第二衬底(8)，其中该第一衬底(3)和/或该第二衬底(8)经变形以在该接合之前和/或在该接合期间使该接触表面(3k、8k)在该接合起始位点(20)外对准。

Devices and methods for bonding substrates

The invention relates to a device and a method for bonding a substrate, in which the first substrate (3) is placed on the first receiving surface (2o) of the first receiving device (1) and the second receiving surface (2o') of the second receiving device (4) receives the second substrate (8); contacts the contact surface (3k, 8k) on the bonding initiation site (20); and travels along the bonding initiation site (20) to the side of the substrate (3, 8). The first substrate (3) and/or the second substrate (8) are deformed to align the contact surface (3k, 8k) at the starting point (20) before and/or during the bonding.

【技术实现步骤摘要】
用以接合衬底的装置及方法
本申请是申请号为201380031975.4、申请日为2013-05-29、专利技术名称为“用以接合衬底的装置及方法”的专利技术专利申请的分案申请。本专利技术是涉及一种用以将第一衬底接合至第二衬底的方法及一种对应的装置。
技术介绍
微电子及微系统工程中的几乎全部零件的不断发展的小型化提供全部技术的持续发展，使用该技术可增加衬底上的各种功能单元的密度。这种功能单元包含(例如)微控制器、内存组件、MEMS、各种传感器或微流体组件。在近几年已大程度改良用以增加这个功能单元的侧向密度的技术。在微电子或微系统工程的一些分支中即使迄今为止该功能单元的侧向密度的进一步增加是不再可能的。在微芯片生产中对于待平版印刷产生的结构的最大可达成分辨率限制已达极限。在几年后，实体或技术限制因此将不再允许功能单元的侧向密度的任何增加。近年来业界经由2.5D及3D技术的发展一直企图解决此问题。使用这个技术可使相同或甚至不同类型的功能单元彼此对准、使其互相堆叠、使其彼此永久结合且经由对应印刷电路使其彼此联网。用以实施这个结构的关键技术是永久接合。永久接合所定义的方法可使衬底彼此结合，使得其仅能经由高能量消耗及衬底的相关联破坏而分离。存在不同类型的永久接合。一种最重要永久接合的方法是熔化接合，也称为直接接合或分子接合。熔化接合定义为经由形成共价连接使两个衬底永久结合的过程。熔化接合主要形成于非金属无机材料的表面上。基本上，应区分预接合与实际永久接合。预接合定义为在两个表面接触时自发形成的表面的连接；其接合强度是小于经由随后热处理产生的永久接合的接合强度。然而，经由预接合引起的接合强度是足以在不引起两个衬底彼此偏移的情况下运输该衬底。因此尽管两个衬底之间的接合强度是非常可能足以使易于运输该衬底堆叠，然而该接合强度如此低使得可使用特殊装置实现该两个衬底的重复、非破坏性分离。此具有主要优点：在预接合之后，两个衬底的结构可经测量且其相对位置、扭曲及定向可经判定。若在测量过程期间确定存在该结构的误差定向和/或局部和/或全局扭曲或接口中存在微粒，则衬底堆叠可相应地再次分离及再处理。在成功并且经大致确认的预接合之后，经由热处理过程产生永久接合。在该热处理过程期间经由热能的供应而发生化学和/或物理强化两个衬底的表面的连接。此永久接合是不可逆的，即两个衬底不再可能非破坏性分离。随后不能再明确区分预接合与永久接合，一般而言仅存在接合。最常见熔化接合是在硅及氧化硅衬底上进行。硅是归因于其半导体性质而用作用以产生微电子组件(诸如微芯片及内存)的基底材料。所谓直接接合也可形成于高度抛光金属表面之间。其中的接合性质不同于熔化接合的性质，但两个表面经由前进接合波互相接触所使用的机构也可经由相同物理学描述。也可考虑两个混合表面经由所谓混合接合的结合。混合表面定义为由至少两个不同材料组成的表面。该两个材料其中之一一般而言是局限于小空间而第二材料围绕该第一材料。例如，金属接触件是由电介质围绕。当经由两个混合表面的接合产生混合接合时，接合波是主要经由该电介质之间的熔化接合驱动，而该金属接触件经由该接合波自动相接。电介质及低k材料的实例包含：-基于非硅的：聚合物聚酰亚胺芳族聚合物聚对二甲苯PTFE非晶碳-基于硅的：基于硅酸盐的TEOS(原硅酸四乙酯)SiOFSiOCH玻璃(硼硅玻璃、铝硅玻璃、硅酸铅玻璃、碱硅酸盐玻璃等)一般的Si3N4SiCSiO2SiCN乙基硅倍半环丙烷（Silsesquioxane）HSSQMSSQ在两个衬底的永久结合中的最大技术问题其中之一是个别衬底之间的功能单元的对准精确度。尽管该衬底可经由对准系统非常精确地彼此对准，然在接合过程本身期间可发生该衬底的扭曲。归因于以此方式发生的该扭曲，功能单元将不一定在全部位置处正确地彼此对准。在衬底上的特定点处的对准精确度可为扭曲、按比例调整误差、透镜误差(放大或缩小误差)等的结果。在半导体工业中与这个问题有关的全部副主题可纳入术语“覆盖”下。对此主题的对应介绍可在以下找到(例如)：Mack,Chris.FundamentalPrinciplesofOpticalLithography-TheScienceofMicrofabrication.WILEY，2007年，2012年重印。在实际制造过程之前各功能单元是于计算机中设计。(例如)印刷电路、微芯片、MEMS或可使用微系统技术产生的任何其它结构是以CAD(计算机辅助设计)设计。然而，在产生功能单元期间显示在设计于计算机上的理想功能单元与在空旷空间中产生的真实功能单元之间总是存在偏差。该差异可主要归因于硬件的限制(因此为工程设计问题)，但很多时候归因于实体限制。因此，经由光平版印刷过程产生的结构的分辨率精确度是受到光罩的孔径的尺寸及所使用的光的波长所限制。屏蔽扭曲将直接转移至抗蚀剂上。机械的线性马达仅可在给定容差内趋近可重现位置等。因此不足为奇的是，衬底的功能单元不能精确等于计算机设计结构。因此，全部衬底在接合过程之前已与理想状态有不可忽略的偏差。若在两个衬底中没有一个受到结合过程扭曲的假定下比较两个衬底的两个相对功能单元的位置和/或形状，则可确定一般而言存在该功能单元的不完全迭合，此是因为这个由上文描述的误差影响而偏离理想计算机模型。最频繁误差是展示于图8中(复制自：http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Overlay-typicalmodeltermsDE.svg，2013年5月24日及Mack,Chris.FundamentalPrinciplesofOpticalLithography-TheScienceofMicrofabrication.Chichester:WILEY，第312页，2007年，2012年重印)。根据附图可大致区分全局及局部以及对称及不对称覆盖误差。全局覆盖误差是均匀的，因此独立于位点。无论位置如何，其在两个相对功能单元之间产生相同偏差。经典全局覆盖误差是经由使两个衬底彼此平移或旋转而形成的误差I及误差II。该两个衬底的该平移或旋转对于当时在衬底上相对的全部功能单元产生对应平移或旋转误差。局部覆盖误差取决于位置而发生，主要源于弹性和/或塑性的问题，在此情况中主要由连续传播的接合波引起。在所描述的覆盖误差中，主要地，误差III及误差IV是称为偏转(run-out)误差。这个误差主要经由接合过程期间的至少一个衬底的扭曲发生。参考第二衬底的功能单元的第一衬底的功能单元也是经由至少一个衬底的扭曲而扭曲。然而，误差I及误差II也可经由接合过程发生，但一般而言是经由误差III及误差IV显著迭加使得仅可困难地辨识及测量它们。在先前技术中已存在系统，使用该系统可至少部分降低局部扭曲。此是归因于使用主动控制组件的局部扭曲的问题(WO2012/083978A1)。在先前技术中存在校正偏转误差的起始方法。US20120077329A1描述用以在经由未固定的下部衬底接合期间及在其后获得两个衬底的功能单元之间的所要对准精确度的方法。以此方式该下部衬底并不受边界条件支配且可在接合过程期间自由地接合至上部衬底。先前技术中的重要特征主要是衬底的平坦固定(大多经由真空装置)。发生的偏转误差是在径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用以将第一衬底(3)和第二衬底(8)在衬底(3、8)的接触表面(3k、8k)上接合的方法，其具有以下步骤：‑在第一接纳设备(1)的第一接纳表面(2o)上接纳所述第一衬底(3)且在第二接纳设备(4)的第二接纳表面(2o')上接纳所述第二衬底(8)，‑在接合起始位点(20)上接触所述接触表面(3k、8k)，‑沿着自所述接合起始位点(20)行进至所述衬底(3、8)的侧边缘(3s、8s)的接合波将所述第一衬底(3)与所述第二衬底(8)接合，其特征在于：间接地通过在其中完成接合的氛围中的气体的成分和/或密度和/或温度来控制所述接合波。

【技术特征摘要】
1.一种用以将第一衬底(3)和第二衬底(8)在衬底(3、8)的接触表面(3k、8k)上接合的方法，其具有以下步骤：-在第一接纳设备(1)的第一接纳表面(2o)上接纳所述第一衬底(3)且在第二接纳设备(4)的第二接纳表面(2o')上接纳所述第二衬底(8)，-在接合起始位点(20)上接触所述接触表面(3k、8k)，-沿着自所述接合起始位点(20)行进至所述衬底(3、8)的侧边缘(3s、8s)的接合波将所述第一衬底(3)与所述第二衬底(8)接合，其特征在于：间接地通过在其中完成接合的氛围中的气体的成分和/或密度和/或温度来控制所述接合波。2.如权利要求1的方法，其中选择具有轻的原子类型的气体。3.如权利要求1的方法，其中所述第一衬底(3)和/或所述第二衬底(8)的变形取决于对于所述接合波的行进的给定影响因素来实现。4.如权利要求1的方法，其中所述接合起始位点(20)布置在所述接触表面(3k、8k)的中心。5.如权利要求1-4中任一项的方法，其中所述第一衬底(3)和/或所述第二衬底(8)的变形在侧向方向上实现。6.如权利要求1-4中任一项的方法，其中所述变形经由所述第一衬底(3)和/或所述第二衬底(8)的膨胀或压缩或弯曲而实现。7.如权利要求1-4中任一项的方法，其中所述衬底(3、8)的直径(d1、d2)彼此偏离小于5mm。8.如权利要求1-4中任一项的方法，其中所述变形经由机械致动构件和/或经由所述第一和/或第二接纳设备(1、4)的温度控制而发生。9.如权利要求1-4中任一项的方法，其中将所述第一衬底(3)和/或所述第二衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：T瓦根莱特纳，M温普林格，P林德纳，T普拉赫，F库尔茨，
申请(专利权)人：EV集团E·索尔纳有限责任公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT