[发明专利]用以接合衬底的装置及方法

说明书

本发明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。

技术领域

本申请是申请号为 201380031975.4、申请日为2013-05-29、发明名称为“用以接合衬底的装置及方法”的发明专利申请的分案申请。本发明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。

背景技术

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