用于接合衬底的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于将第一衬底（2）与第二衬底（2＇）在所述衬底（2，2＇）的接触面（2o，2o＇）处接合的方法，其具有如下步骤、尤其是如下流程：

【技术实现步骤摘要】
用于接合衬底的方法
[0001]本申请是申请日为2016年2月16日、申请号为201680003082.2（国际申请号为PCT/EP2016/053270）以及专利技术名称为“用于接合衬底的方法”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及一种根据权利要求1所述的用于将第一衬底与第二衬底接合（Bonden）的方法。

技术介绍

[0003]在半导体工业中，多年以来将衬底彼此对准并且相互连接。连接（所谓的接合）在此用于构建多衬底叠层（Multisubstratstapel）。在这样的多衬底叠层中，功能单元、尤其是存储器、微处理器、MEMs等相互连接并且由此相互组合。通过这些组合可能性得到多种多样的应用可能性。
[0004]功能单元的密度逐年升高。由于向前推进的（voranschreitend）技术开发，功能单元的大小越来越多地被减小。因而，升高的密度随着每个衬底的更大件数的功能单元而出现。件数的升高对单件成本的降低负有重大责任。
[0005]就变得越来越小的功能单元而言的缺点主要在于变得越来越困难的如下实现：即实现所有功能单元沿着两个衬底的接合界面无误差地、尤其是但是也完全地叠加。
[0006]在目前的对准技术中的最大问题因此并不总是只在于，依据对准标记使两个衬底、尤其是两个晶片彼此对准；而是在于，产生第一衬底的点与第二衬底的点的无误差的、尤其是完全的关联，该关联因而延伸到衬底的整个面上。经验表明：衬底的在接合过程之后的表面上的结构通常并不是彼此一致的（kongruent）。两个衬底的一般的（尤其是整体的）对准和接着其后的接合步骤因而并不总是足以获得期望的点在所述衬底表面的每个点处的完全的且无误差的一致。
[0007]在现有技术中，存在如下两个基本问题：这两个基本问题给简单的整体对准和接着的接合步骤造成障碍。
[0008]首先，第一衬底和/或第二衬底的结构的位置通常遭受与理论位置的偏离。该偏离可能有多种原因。
[0009]例如可能会可设想的是，实际的制成的结构偏离其理想位置，因为制造工序（Herstellprozess）已有误差或者至少具有公差。对此的实例可能会是通过分步重复（Step
‑
And
‑
Repeat）工序来重复应用光刻技术（Lithographie），该分步重复工序在印模（Stempel）每次平移偏移时带来位置中的小的但是明显的误差。
[0010]另一不太重要（weniger trivial）的原因可能是衬底由于机械负荷、但尤其是热负荷造成的形变。衬底例如在制造这些结构的时间点具有被限定的温度。该温度通常不在衬底的整个工序流（Prozessfluss）内保持不变，而是改变。随着温度改变出现热膨胀，并且由此在最理想的情况下出现直径的改变，在最不利的情况下出现复杂的热形变。
[0011]其次，甚至如下两个衬底可能在接合过程期间失去无误差的、尤其是整面的一致
性：这两个衬底在接触和实际的接合过程之前不久具有该一致性，即具有所有结构的重叠。因而，在产生无误差的如下衬底叠层时有决定性的影响应归于接合工序本身：该衬底叠层因而具有结构的完美的一致性。
[0012]第三，施加到衬底上的层和结构可能在衬底中产生应力。这些层例如可以是绝缘层，所述绝缘层是硅通孔（TSV，through
‑
silicon
‑
via）。
[0013]在持久连接两个衬底时的最大的技术问题之一是在各个衬底之间的功能单元的对准精确度。尽管这些衬底经由对准设备可以非常精确地彼此对准，但是在接合过程自身期间可能发生衬底的畸变（Verzerrungen）。由于这样形成的畸变，功能单元不一定在所有位置处都正确地彼此对准。在衬底上的确定的点处的对准不精确性可能是畸变、缩放误差（Skalierungsfehler）、透镜误差（放大误差或缩小误差）等的结果。在半导体工业中，所有研究这样的问题的主题范围被纳入术语“套刻精度（Overlay）”。针对该主题的相应的介绍例如在Mack，Chris的“Fundamental Principles of Optical Lithography”（The Science of Microfabrication，WILEY，2007年，2012年再版）中找到。
[0014]在实际的制造工序之前，在计算机中设计每个功能单元。例如，用CAD（英语：computer aided design（计算机辅助设计））程序设计印制导线、微芯片、MEMS或者任何其他借助微系统技术可制造的结构。然而，在制造这些功能单元期间表明：在计算机上构造的理想的功能单元与在净化室中生产的真正的功能单元之间总是存在偏离。这些差异主要归因于硬件的限制、即工程技术问题，但是非常经常地归因于物理边界。这样，通过光刻工序制造的结构的分辨率精确度（Aufloesungsgenauigkeit）受光掩模的孔径的大小和所使用的光的波长限制。掩模畸变被直接转移到光刻胶中。机器的线性电动机只能逼近（anfahren）在预给定的公差内可重现的位置，等等。因而，不足为奇的是，衬底的功能单元并不能确切地与在计算机上构造的结构相同。因而，所有衬底已经在接合工序之前具有与理想状态的不可忽视的偏离。
[0015]如果现在在假设这两个衬底没有一个由于连接过程而畸变的情况下将两个衬底的两个对置的功能单元的位置和/或形状进行比较，则确定，通常已经存在功能单元的并非完美的符合，因为这些功能单元由于上面描述的误差偏离了理想的计算机模型。最常见的误差在图8（复制于：http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Overlay_typical_model_terms_DE.svg（2013年5月24日），和Mack，Chris的“Fundamental Principles of Optical Lithography”（The Science of Microfabrication，WILEY，第312页，2007年，2012年再版））中示出。根据这些插图可以粗略地在整体的和局部的或对称的和非对称的套刻精度误差之间进行区分。整体的套刻精度误差是均匀的，因而与定位（Ort）无关。该整体的套刻精度误差产生在两个对置的功能单元之间的与位置无关的相同偏离。常规的整体的套刻精度误差是第I误差和第II误差，所述第I误差和第II误差经由两个衬底彼此间的平移或旋转形成。这两个衬底的平移或旋转对于在所述衬底上的所有分别对置的功能单元产生与此相应的平移或旋转误差。局部套刻精度误差与定位有关地形成，主要由于弹性问题和/或塑性问题和/或由于初始工序（Vorprozesse）形成，在本情况下这些问题主要是经由连续传播的接合波引起。在所示出的套刻精度误差中，第III误差和第IV误差主要是被称作“跳动（run
‑
out）”误差。该误差主要是由于至少一个衬底在接合过程期间的畸变形成。由于至少一个衬底的畸变，第一衬底的功能单元也相对于第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于将第一衬底与第二衬底接合的设备，其包括：测量装置，所述测量装置配置成：在所述第一衬底与所述第二衬底接触期间，检测所述第一衬底和所述第二衬底的已接合的表面相对于所述第一衬底和所述第二衬底的未接合的表面的百分比数量；以及经由所检测到的百分比数量监控在所述第一衬底与所述第二衬底之间的接合波的前进，以使得能够控制所述接合波。2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：第一样品支架，所述第一样品支架配置成，利用第一保持力F
H1
来保持所述第一衬底；和第二样品支架，所述第二样品支架配置成，利用第二保持力F
H2
来保持所述第二衬底，其中所述第一保持力F
H1
和所述第二保持力F
H2
中的至少一个被减小到0，以控制所述接合波。3.根据权利要求2所述的设备，其中，通过分别从所述第一样品支架和所述第二样品支架施加的真空，所述第一样品支架和所述第二样品支架分别将所述第一衬底和所述第二衬底固定到所述第一样品支架和所述第二样品支架，其中所述分别从所述第一样品支架和所述第二样品支架施加的真空强加所述第一保持力F
H1
和所述第二保持力F
H2
，以分别将所述第一衬底和所述第二衬底固定到所述第一样品支架和所述第二样品支架，并且其中所述真空被减小，以减小所述第一保持力F
H1
和所述第二保持力F
H2
，而且分别控制所述第一衬底和所述第二衬底从所述第一样品支架和所述第二样品支架的断开。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述测量装置进一步配置成，检测所述接合波的状态。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述测量装置包括电导率测量设备，所述电导率测量设备配置成检测所述百分比数量并且监控所述前进。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述测量装置进一步包括光学系统和摄像机中的至少一个，所述光学系统和摄像机配置成检测在所述第一衬底与所述第二衬底之间的所述接合波的位置和已接合的面的大小中的至少一个，以监控所述接合波的前进。7.根据权利要求6所述的设备，其中，在大于1秒的时段上监控所述接合波的所述前进。8.根据权利要求6所述的设备，其中，经由所述接合波的径向位置来监控所述接合波的所述前进，所述接合波的径向位置对应于所述第一衬底和所述第二衬底的相应直径的至少0.1倍。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：F库尔茨，T瓦根莱特纳，T普拉赫，JM聚斯，
申请(专利权)人：EV集团E，
类型：发明
国别省市：