(57)【要約】      （修正有）【課題】ボンディングプロセスを一層効率的かつ高品質に実行することができるボンディングのための装置および方法を提供する。【解決手段】第１基板のボンディング面と、第２基板のボンディング面との間の導電性直接接合を形成する装置および対応する方法に関し、この装置は、周囲に対して気密に閉鎖可能でありかつ真空化することができる作業空間２２を有する。作業空間２２には、複数のボンディング面のうちの少なくとも１つを変化させる少なくとも１つのプラズマチャンバおよびボンディング面をボンディングする少なくとも１つのボンディングチャンバおよび／または複数のボンディング面のうちの少なくとも１つを変化させ、かつ、ボンディング面をボンディングする少なくとも１つのコンビネーション型ボンディングプラズマチャンバ２０が含まれている。【選択図】図３
2020057810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板（１）のボンディング面と、第２基板（１４）のボンディング面との間の導電性直接接合を形成する装置において、
当該装置は、
・  周囲に対して気密に閉鎖可能でありかつ真空化可能な作業空間（２２）を有しており、
・  前記作業空間（２２）には、
ａ）  複数の前記ボンディング面のうちの少なくとも１つを変化させる少なくとも１つのプラズマチャンバ（４）、および、複数の前記ボンディング面をボンディングする少なくとも１つのボンディングチャンバ（５）、および／または、
ｂ）  複数の前記ボンディング面のうちの少なくとも１つを変化させ、かつ、複数の前記ボンディング面をボンディングする少なくとも１つのコンビネーション型ボンディングプラズマチャンバ（２０）
が含まれている、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記作業空間（２２）内の前記第１基板および前記第２基板を移動する、特に、前記作業空間（２２）に殊に気密に接続されている、基板用の貯蔵部（８）からモジュールグループ（３）の複数のモジュールに移動する移動装置（６）を有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プラズマチャンバ（４）または前記ボンディングプラズマチャンバ（２０）には、複数の前記ボンディング面のうちの少なくとも１つに設けられた酸化物層（２）を変化させる還元性ガスが供給可能である、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記プラズマチャンバ（４）または前記ボンディングプラズマチャンバ（２０）は、交流電圧を供給可能な上側電極（１０）および交流電圧を供給可能な下側電極（９）を有しており、
前記上側電極（１０）と前記下側電極（９）との間に、１０００ｅＶ未満の、特に５００ｅＶ未満の、有利には２５０ｅＶ未満の、基板表面に衝突するイオンのイオンエネルギを印加可能である、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記下側電極（９）に印加される交流電圧の周波数よりも高い周波数を有する交流電圧を前記上側電極（１０）に供給可能である、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
特に前記作業空間（２２）にドッキングされるまたは当該作業空間（２２）内に配置され、かつ、前記変化の間にボンディング層の状態または状態変化を検出する照射源検出システムを有する、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
周囲に対して気密に閉鎖可能でありかつ真空化することが可能な作業空間（２２）内で、第１基板（１）のボンディング面と、第２基板（１４）のボンディング面との間に導電性直接接合を形成する方法において、
ａ）  プラズマチャンバ（４）において複数の前記ボンディング面のうちの少なくとも１つを変化させ、引き続いてボンディングチャンバ（５）内で前記第２基板（１４）の前記ボンディング面とボンディングし、かつ／または、
ｂ）  複数の前記ボンディング面のうちの少なくとも１つをボンディングプラズマチャンバ（２０）内で変化させ、引き続いて当該ボンディングプラズマチャンバ（２０）内で前記第２基板（１４）の前記ボンディング面とボンディングする、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
ａ）  複数の前記ボンディング面のうちの少なくとも１つのボンディング面上の酸化物層（２）を変化させ、および／または、
ｂ）  複数の前記ボンディング面のうちの少なくとも１つのボンディング面の酸化物層（２）の一部分を少なくとも部分的に、特に完全に取り去ることにより、
前記変化を行う、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記変化のため、以下に示す還元性ガスのうちの１つまたは複数を前記プラズマチャンバ（４）に導入する、すなわち、
・  水素、
・  窒素酸化物、
・  一酸化炭素、
・  メタン
を導入する、
請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記還元性ガスと、以下に示す不活性ガスのうちの１つまたは複数とを混合する、すなわち、
・  キセノン、
・  アルゴン、
・  ヘリウム、
・  窒素、
・  二酸化炭素
を混合する、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ボンディング層に、１０００ｅＶ未満の、特に５００ｅＶ未満の、有利には２５０ｅＶ未満のイオンエネルギを供給し、
当該イオンエネルギは、前記プラズマチャンバ（４）および／または前記ボンディングプラズマチャンバ（２０）の上側電極（１０）と下側電極（９）との間に印加される、
請求項７から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記下側電極（９）に印加される交流電圧の周波数よりも高い周波数を有する交流電圧を前記上側電極（１０）に供給する、
請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載した、第１基板のボンディング面と、第２基板のボンディング面との間の導電性の直接接合を形成する装置、および、請求項７に記載した対応する方法に関する。
【０００２】
特に、金属製または金属化された複数の基板、金属化された表面を有する複数の基板、複数の半導体基板または複数の化合物半導体基板をボンディングする際には、ボンディングすべき基板のボンディング面の酸化が重要な役割を果たす。なぜならば酸化によってボンディングプロセスが難しくなるからである。酸化物は、機械的および／または電気的に高品質の接触接続部の形成を阻止するかこれを低減する。これに付随するのは特に、長時間の高温加熱および冷却時間に起因してスループットが悪化することであり、また、ボンディング時の温度が高くなるかまたはこれを高くしなければならないのに伴い、温度差による膨張が、複数の基板の相互の配向ないしは位置調整精度に与える影響が大きくなることである。さらに例えば所定のＭＥＭＳおよび／または半導体デバイスでは、例えばマイクロチップまたはメモリチップなどでは、高いプロセス温度は使用できない。
【０００３】
従来技術では、上記の複数の基板上に形成されひいてはボンディングプロセスによる複数の基板の最適なボンディングを阻止するかまたは少なくともこれを困難にする酸化物を除去するため、特に湿式エッチングプロセスが使用されている。この湿式エッチングプロセスでは主にフッ酸またはフッ酸を含有する混合物が使用される。酸化物を還元した後、水素原子が終端をなす表面が発生する。この疎水性の表面は、いわゆるプレボンド（英語：pre-bond）を形成するのに好適である。しかしながら２つのウェハを永続的に互いに接合したい場合には、還元プロセスによって発生しかつ基板表面の終端をなす水素をボンディング境界面から除去し、２つの基板表面、例えばシリコン表面間の永続的な接合が得られるようにするため、温度を上げてウェハ積層体を熱処理する必要がある。この基板積層体は、表面を接触接続させた後、熱処理される。シリコンウェハは、このような永続的な接合を保証するため、例えば約７００℃の温度で熱処理される。このタイプの方法は、特に多層の金属、半導体、ガラスまたはセラミック接合体を作製するのに使用される。特に重要な応用分野は、光起電力多層セルおよびフォトニック結晶、特にケイ素製のフォトニック結晶の作製である。
【０００４】
多層セルの作製における複数の主な制約のうちの１つは、個々の半導体材料の格子構造の大きさおよび形状が互換性を有してないことである。このことは、複数の層を上下に直接成長させることによって個々の層を作製する際に、結果的に得られる半導体層の欠陥に結び付く。これらの欠陥は、形成される層の品質を損ない、特に光を電気エネルギに変換するための達成可能な効率を損なう。この効率は、量子効率（英語：quantum efficiency）とも称され、太陽電池に対し、所定の波長の吸収される光子の個数に対する光プロセスによって使用可能な電荷担体の比を定める。ここから実践的に以下のパラメタについての制限が発生する。すなわち、
ａ）  構造体において実現可能な活性層の個数。これは、上で説明した問題に起因して今日２つないし最大で３つの層に制限される。
ｂ）  最適な波長領域についての個々の層の最適化。今日、実践的に可能でないのは、波長領域およびこれに付随した光を電気エネルギに変換するための変換特性について、完全に自由に個々の層を最適化することである。なぜならば格子構造の互換性についてつねに妥協しなければならないからである。
ｃ）  より好都合な材料の使用。所定の波長に対して望ましいと考えられるのは、例えばケイ素またはゲルマニウムを使用することである。なぜならばこれらの材料により、効率とコストとの間の理想的な妥協が可能になるからである。しかしながらこれらの材料は使用できないことが多い。なぜならば格子構造が、セルに使用される他の複数の構造体と十分に互換性を有してないからである。
【０００５】
後続のボンディング過程の前の酸化物処理、特に酸化物除去はフッ酸によって行われることが多い。酸化物除去の後、表面のコンタミネーションおよび特に酸化物の再生が行われることがある。
【０００６】
これに関連した別の問題はまた、酸化物除去と、基板の後続処理との間の待機時間が異なると、ボンディングされる基板積層体のプロセス結果が異なってしまうことである。
【０００７】
従来の方法の別の欠点は、エッチングすべき酸化物にエッチングプロセスを合わせなければならないことである。したがって場合によっては、異なる半導体材料に対し、異なるエッチング化学物質も必要である。
【０００８】
さらに場合によっては、後続処理までの待機時間、プロセス周囲条件（例えばＯ２がないおよび場合によって水もない不活性の雰囲気）の種類についてのプロセス要求も材料に応じて異なる。このような理由から、種々異なる材料からなる異なる複数の基板をボンディングするボンディング装置は極めて複雑になってしまう可能性がある。付加的には、種々異なる材料に起因する種々異なる要求により、製造に新たな材料を導入しようとすれば、大きなプロセス開発コストも発生してしまい得る。
【０００９】
酸化物除去の別の可能性として、すでに上で挙げた化学プロセスの他に物理的なプロセスがある。酸化物除去のための最も重要な物理プロセスのうちの１つは、スパッタリングである。スパッタリングとは、イオン化されたスパッタリングガスの、イオン化されかつ電場および／または磁場によって加速された原子の衝突プロセスによって基板の表面の原子を除去することである。
【００１０】
しかしながらスパッタリングの際には、このプロセスによって内在的に粒子が形成されるという欠点がある。なぜならば、物理的なプロセスによって表面から材料を除去することがこのプロセスの性質であるからである。この材料は、プロセスチャンバの様々な箇所に堆積し、この箇所から昇華することにより、ボンディングすべき基板に堆積するかまたは直接、再度基板上で昇華するかのいずれかである。これらの粒子は、最適な、すなわちボイドのないボンディング結果の妨げになる。さらにスパッタリングプロセスに対しては、基板の表面から材料を除去できるようにするため、極めて大きなイオンエネルギが必要である。これにより、イオンの一部は基板に打ち込まれ、これによって表面の近傍で層が損傷されることになる。この損傷された層は一般に、数ｎｍの厚さ、典型的には５ないし１０ｎｍの厚さにもなり得る。しかしながらこれらの損傷は、電気的および光学的なパラメタの特性についてボンディング接続部にマイナスに作用し得るため、これらの損傷は望ましくなく、実践的には問題である。
【００１１】
多層セルを製造する際の別の基本的な問題は、多くのプロセスについて一般的な熱処理である。この熱処理は、１００℃と７００℃との間の温度で行われる。このような高い温度では、使用される原材料は機械的に大きな負荷がかかる。この機械的な負荷は、温度差が大きい場合、特に複数の熱応力によって特徴付けられる。これらの熱応力は、熱膨張係数および温度差に依存する。複数の原材料がボンディング境界面に沿って互いに溶接されているため、これらの原材料が互いに自由に膨張できない場合、熱膨張係数の差は、温度差がある場合、相応に大きな熱応力を発生させることになる。原材料の選択は、別の周囲条件によってなされることが極めて多いため、熱応力は、プロセスステップ内で温度差を可能な限りに小さくすることによってのみ回避することができる。
【００１２】
ここでさらに述べておきたいのは、異なる格子パラメタおよび／または異なる熱膨張係数を有する複数の材料の一体化を行おうとするために、ボンディングプロセスによって最大の利点を提供しようとしている材料組み合わせがまさに、熱処理プロセスと最も互換性がないことである。なぜならばまさにこの際には大抵、熱膨張の最大の相違が発生するからである。
【００１３】
したがって本発明の課題は、ボンディングプロセスを一層効率的かつ高品質に実行することができるボンディングのための装置および方法を提供することである。
【００１４】
この課題は、請求項１および７の特徴的構成によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。本発明には、明細書、特許請求の範囲および／または図面に示された複数の特徴的構成のうちの少なくとも２つの組み合わせからなるすべての組み合わせも含まれる。ここに示す値の範囲において、挙げられた境界内にある値も、境界値として開示されまた任意の組み合わせで請求できるものである。
【００１５】
本発明には、基板の酸化物層をプラズマ処理する装置および方法が記載されている。このプラズマ処理は、本発明において完全な除去、部分的な除去および／また酸化物層の化学量論の変化、および／または、全体層または少なくとも表面近傍の層の非晶質化のいずれかに結び付き得る。
【００１６】
本発明によって特に、プラズマチャンバにおける酸化層のin-situ加工が可能になり、このプラズマは、少なくとも１つの還元性ガス、特に水素からなる。
【００１７】
本発明による装置および本発明による方法により、酸化物の処理と、後続のボンディングプロセスとを完全に、雰囲気に対して密閉した作業チャンバにおいて、ないしは、作業チャンバに接続されたモジュールにおいて実行することができるため、酸化物を処理した後、表面が新たに酸化されることが阻止される。
【００１８】
本発明には、
（１）  プラズマチャンバ内で還元性ガスを用いて、所期のように変化させた酸化物層を有する複数の基板を作製し、
（２）  これらの基板を真空環境において、特に高真空環境においてボンディングモジュールに搬送し、
（３）  これら基板をボンディングモジュールにおいて互いにボンディングできるようにする装置および方法が記載されている。
【００１９】
本発明において変化とは、
・  デポジット中および／またはデポジット後に酸化物の化学量論比を変化させること、および／または、
・  所望の新しい酸化物層厚さまで、既存の酸化物層の所定の量を取り去ること、または、
・  酸化物層を完全に除去すること、および／または
・  酸化物層を非晶質化すること
と理解される。
【００２０】
これは、還元性ガスを含むプラズマに基板を曝すことの可能な装置によって実現される。ここでは特にＨ2が、少なくとも１つの第２の、特に不活性ガスとの混合物で使用される。有利な変形形態として判明しているのは、Ｈ2／Ａｒ混合物の使用である。
【００２１】
ガス混合物Ｈ2／Ａｒは、アルゴンと酸素との間の質量比によって最適である。酸素よりも若干重いアルゴン原子は、プラズマによってイオン化され、還元すべき酸化物に向かって加速され、この酸化物を運動エネルギによって物理的、特に機械的に砕く。これによって自由になった酸素はつぎに水素分子、水素イオンまたは水素ラジカルによって相応に捕捉される。これによって形成される熱力学的に比較的安定な水はつぎに、金属酸化物への逆反応を阻止するため、表面から取り除かれる。ヘリウムは、その質量が小さいことによって不適当である。ネオン原子は、酸素原子よりも質量が大きいが、ほんの違いはわずかである。クリプトンおよび別の希ガスは、コストがかかりすぎかつ希少すぎるため、酸化物の破砕には経済的に見合わない。
【００２２】
本発明による別の還元性ガスは、例えば、
・  窒素酸化物、および／または、
・  一酸化炭素、および／または、
・  メタン、および／または、
・  水素、および／または、
・  酢酸蒸気、および／または、
・  クエン酸蒸気
である。
【００２３】
不活性ガスとして、例えば、
・  キセノン、および／または、
・  アルゴン、および／または、
・  ヘリウム、および／または、
・  窒素、および／または、
・  二酸化炭素
が使用される。
【００２４】
基板は、プロセスチャンバにおいて、例えば真空中でプラズマに曝される。これによって酸化物層に変化が起こる。この変化は、酸化物の化学量論比の変化、および／または、所期かつ所望の値までの酸化物層厚さの除去、または、酸化物の完全な除去、または非晶質化のいずれかによって発生する。
【００２５】
プラズマのイオンエネルギは、１０００ｅＶ未満、好適には５００ｅＶ未満、より好適には２５０ｅＶ未満、さらにより好適には１５０ｅＶ未満であり、最も好適には３０ｅＶと１５０ｅＶとの間である。
【００２６】
引き続き、上記の複数の基板は、同じボンディングモジュール内、または、有利には専用に構成された独自のボンディングモジュール内のいずれかで、互いに整列されて互いに接触接続される。ここでこれらの基板がボンディングされる。このボンディングは、オプションで力を加えることによってさらに促進され、これによってこれらの基板が全面にわたって確実に接触接続されることが保証される。ここでプラズマモジュールとボンディングモジュールとの間の搬送は、移動装置によって高真空環境において行われる。これらの基板は有利にはロボットによって搬送される。
【００２７】
本発明では、２つの基板のボンディングプロセスの前に、１つの基板の表面だけを処理するか、または、２つの基板の表面を処理するかのいずれかを行うことが可能である。
【００２８】
発明の利点
・  高速である、
・  種々異なる多くの基板材料および酸化物タイプに対して汎用的に使用可能である、
・  プロセス結果が再現性を有する、
・  表面の汚染を阻止する高真空においてプロセスを実行することにより、生産物の品質が高い、
・  環境負荷が小さい、
・  コスト的に有利である、
・  廃棄処理しなければならない廃棄生産物がない、
・  打ち込みに起因して基板表面が理想的には全く損傷しないか、もしくは、わずかだけ損傷するか、または、少なくとも正確に位置調整可能な損傷が基板に生じる。
【００２９】
本発明の着想は、少なくとも表面近傍の領域において、酸化物を処理することにあり、例えば、プラズマ装置内の還元性ガスおよび／またはガス混合物により、酸化物の化学量論比を所期のように設定すること、および／または、酸化物を非晶質化することにある。したがって本発明では、原子ガスおよび／または分子ガスが使用される。
【００３０】
本発明は基本的に、プラズマの還元性雰囲気内で基板を処理することに基づいている。このために基本的には、ボンディング面に存在する酸化物の酸化物還元を生じさせるのに適した、少なくとも１つのガスからなるすべての雰囲気が考えられる。
【００３１】
入手可能性および魅力的なコストに起因して、本発明ではＨ2を使用するのが好適である。複数の酸化物が半導体基板上でＨ2によって還元できることが文献において公知である。しかしながらこのためには一般的に極めて高い温度（＞６００℃）が必要である。このことは多くの基板にとって、特に複合的な化合物半導体基板にとって受け入れることができない。なぜならば、最悪の場合、材料の分解（例えばＧａＡｓは４００℃で分解する）が生じるか、または、拡散プロセスによって少なくとも、層構造の変化が生じるからである。したがって本発明の重要な一様相は、酸化物還元が低い温度で、最善には２００℃未満で、好適には１５０℃未満で、さらに有利には１００℃未満で、最も有利には室温で行われ得るようにプロセスを構成することにある。
【００３２】
これを可能にするため、選択された雰囲気からプラズマを点火する。このプラズマ内に形成されかつ基板に衝突するイオンのイオンエネルギに起因して、十分なエネルギが供給されるかないしは利用可能になるため、上記の反応を極めて低い温度で、有利に室温で生じさせることができ、かつ／または、酸化物の非晶質化が行われる。これにより、熱負荷について、材料を大いにいたわって加工することができる。
【００３３】
パラメタ設定することにより、同じ基本着想によって、基礎となる化学を変更することなく、多数の種々異なる基板を加工することができる。有利には、プロセスチャンバ用のガス供給システムの一部であるガス混合システムを用いて、２つまたはそれ以上のガスからなるガス混合物を式に依存して調整し、種々異なる基板に適合させることができる。
【００３４】
基本的には上記プロセスを実行するため、あるゆるタイプのプラズマチャンバが考えられる。これには、ＣＣＰチャンバ（英語："capacitively coupled plasma"、容量結合プラズマチャンバ）、ＩＣＰチャンバ（英語："inductively coupled plasma"、誘導結合プラズマチャンバ）およびリモートプラズマチャンバが含まれる。
【００３５】
しかしながら本発明では、構造が簡単であることと生産性が高いことに起因してＣＣＰチャンバが有利である。電極間の間隔は、２ｍｍよりも大きく、有利には６ｍｍよりも大きく、さらに好適には９ｍｍよりも大きく、さらに一層好適には１２ｍｍよりも大きく、最も好適に１６ｍｍよりも大きい。本発明では特に、下側電極が同時に基板ホルダとして構成されるようにする。この基板ホルダは同時に真空試料ホルダとしても、択一的かつより有利には静電式試料ホルダとして構成することができる。さらに、基板の（緩やかな）温度変化を可能にする加熱および／または冷却素子を組み込むことも考えられる。
【００３６】
上側電極に印加される交流電圧の周波数は好適には、下側電極に印加される交流電圧の周波数よりも高い。これらの周波数間には有利には、少なくとも１０倍の、さらに有利には少なくとも１００倍の、さらに一層有利には少なくとも２５０倍の違いがある。これにより、これらの周波数の相互の影響を低減することができる。高い方の周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚまたは２７ＭＨｚの値をとることができるのに対し、下側電極に供給することができる周波数は、例えば４０ｋＨｚ，１００ｋＨｚまたは４００ｋＨｚをとり得る。この装置において、高い方の周波数はもっぱら雰囲気のイオン化に結び付くの対し、低い方の周波数は、基板表面へのイオン加速に結び付く。これにより、プラズマの密度およびイオンが基板に衝突するイオンエネルギおよびを別々に設定することができる。これによってこのプロセスをより良好に制御できるため有利である。なぜならば本発明ではイオン密度およびイオンエネルギを別々にかつ互いに依存せずに調整可能できるからである。
【００３７】
Ｓｉウェハの酸化物を還元するための有利な一実施形態において、上側電極の交流電圧の周波数は、１３．５６ＭＨｚであり、下側電極の交流電圧の周波数は８０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚである。上側電極および下側電極に対する電力は、例えば５０Ｗ〜５００Ｗである。ガス混合物として有利にはＨ2／Ａｒからなる混合物が使用され、その濃度値は、１００％Ｈ2／０％Ａｒと、０％Ｈ2／１００％Ａｒとの間にあり、特に１％を上回る、取るに足るような別の成分を有しない。上記の濃度は有利には８０％Ｈ2を下回り、さらに有利には６０％Ｈ2を下回り、さらに一層有利には４０％Ｈ2を下回り、最も有利には２０％Ｈ2を下回る。
【００３８】
均一なプロセス結果を保証するため、ガスの供給はプラズマチャンバの周囲にわたって均一に分散して行われる。同様にプラズマチャンバからのガスの吸い取りは、均一な形態で、特に周囲に分散された出口を通して行われる。プラズマ処理プロセス中、このチャンバには連続してガス混合物が通流し、これによって還元時に発生する反応生成物、特にＨ2Ｏがこのチャンバから搬出される。このことは重要である。なぜならば、一層良好な酸化物還元のために特に、Ｈ2ＯによるＳｉの新たな酸化よりも多くの還元反応が行われるようになるからである。ウェハにわたるこの反応の均一性を保証するため、特に、このプロセス中にチャンバ内で均一にガスが流れるようにし、この結果、プロセスガスの濃度の均一になるようにする。
【００３９】
粒子が基板表面に衝突するイオンエネルギは、下側電極によって主に制御される。このエネルギは、一方において基板表面における酸化物の処理を成功させるように、また、他方において基板表面およびこれに伴う損傷が最小になる最小の打ち込みだけが行われるように小さく選択される。
【００４０】
しかしながら他方では、機械的な頑強さの比較的弱い層を形成するため、基板表面の調整可能かつ制御された損傷を形成することが所望されることがあり得る。このようにすることよって好適にも、複数の基板を接触接続した後、高い押圧力に基づく圧縮によって表面間のナノ間隙を閉鎖することができる。表面に加わる圧力は、０．０１ＭＰａ〜１０ＭＰａであり、好適には０．１ＭＰａ〜８Ｍａであり、さらに有利には１ＭＰａ〜５ＭＰａであり、最も有利には１．５ＭＰａ〜３ＭＰａである。これらの値は、流通している２００ｍｍ基板に対して、１ｋＮ〜３２０ｋＮの力の印加におおよそ対応する。この制御された損傷により、本発明では有利にも、酸化物または少なくとも表面近傍の酸化物領域の非晶質化が行われる。表面の非晶質化は有利にはイオンエネルギを調整することによって行われる。この非晶質領域は、酸化物層全体を包囲することできるが、有利には表面近傍の領域に制限される。この非晶質層の厚さは特に、１０ｎｍ未満であり、好適には５ｎｍ未満であり、さらに好適には１ｎｍ未満であり、最も好適には０．１ｎｍ未満である。
【００４１】
好適には、プロセス経過中、まず酸化物還元に最適なガス混合物によってこのプロセスを開始し、酸化物還元が成功した後、このガス混合物を変化させ、表面を所期のように損傷させるのに最適な混合物に置き換えることが考えられる。これは、上記のプロセスの間に動的に行うことができ、特にソフトウェアで支援された制御装置によって行うことができる。
【００４２】
ガス混合物の上記の交換は、下側および／または上側電極に対する周波数発生の設定の適合化を伴うことも可能である。これによって好適にも、下側および／または上側の周波数発生器の電力を適合化し、これらの発生器に対する電圧および電流境界値を変更し、周波数を変化させることができる。ここでもこれを上記の制御装置によって動的に行うことができる。これらのパラメタを用い、損傷される層の厚さ、損傷の密度、および場合によって打ち込まれるイオンの種ないしは調量を設定することができる。
【００４３】
したがって上記の損傷には多くの場合、表面近傍領域の非晶質化も伴うのである。
【００４４】
酸化物が除去されるのが半導体基板である場合、上記の還元によって一般的に、その下にある単結晶または少なくとも結晶質の（ＭＯ  ＣＶＤによって欠陥、例えば成長欠陥の少ない）半導体ウェハが露出する。
【００４５】
したがって一般的なプロセスフローは、複数のボンディング層のうちの少なくとも１つの変化のために、例えば酸化物還元のためにプラズマチャンバに基板をセットすることと、酸化物還元プロセスと、基板の最も上の層を所期のように変化／損傷させるためのオプションのプロセスとから構成される。
【００４６】
複数の基板はさらに高真空環境の作業空間においてボンディングチャンバに搬送され、そこで互いに機械的および／または光学的に位置合わせされて接触接続させられる。オプションではこれらに（大きな）力が加えられて互いに圧縮される。引き続いてこれらの基板を取り出すことができる。本発明においてこのボンディングチャンバは、上記のプラズマチャンバと同じものすることが可能であり、すなわち、ボンディングプラズマチャンバとすることが可能である。
【００４７】
本発明において上記の高真空環境は、特に１×１０-5mbar、より有利には５×１０-6mbar，さらにより有利には１×１０-6mbar，極めて有利には５×１０-7mbar，最も有利には９×１０-8mbar未満の圧力を有する。
【００４８】
別の実施形態において本発明による還元プロセスは、酸化物の完全な除去に使用されるのではなく、この酸化物の正しい化学量論比を調整するのに使用される。これによって特に、酸素に結合する１つまたは複数の元素を過剰に有する層を形成することができる。例えば、酸化ケイ素は、化学量論的に正しい形態のＳｉＯ2ではなく、化学量論的でないＳｉＯ2-xになっている。したがって一般的には、例えば、化学量論的でない組成ＳｉＯ2-xが生じるのであり、ここでｘは０〜２である。類似の考察は別の酸化物にも当てはまる。この非化学量論性は結晶物理学的には結晶格子において酸素原子がその位置にないことであると理解することできる。酸素原子がないことにより、原子空孔密度が高くなる。原子空孔それ自体は、あらゆるタイプの輸送過程に重要な意味を持つ。
【００４９】
別の実施形態では、酸化物を完全に除去するために本発明による還元プロセスを使用するのではなく、所定の層厚の酸化物層を作製するために使用する。ここでは、本発明による還元プロセスにより、すでに存在する酸化物層を所望の層厚まで除去する。このようにして形成された層はつぎに、例えば国際公開第２０１２／１００７８６号（ＰＣＴ／ＥＰ２０１１／０００２９９），国際公開第２０１２／１３６２６７号（ＰＣＴ／ＥＰ２０１１／０５５４７０），国際公開第２０１２／１３６２６６号（ＰＣＴ／ＥＰ２０１１／０５５４６９），国際公開第２０１２／１３６２６８号（ＰＣＴ／ＥＰ２０１１／０５５４７１）に開示されたプロセスに使用することができる。本発明では、酸化物は、除去プロセスの前、１ｎｍより大きく、好適には１００ｎｍより大きく、さらに好適には１０μｍよりも大きく、さらに一層好適には１００μｍよりも大きく、最も好適には１０００μｍよりも大きい。除去プロセスの後、この酸化物は、好適には１００μｍよりも小さく、より好適には１０μｍよりも小さく、さらに一層好適には１００ｎｍよりも小さく、極めて好適には１０ｎｍよりも小さく、最も好適には１ｎｍよりも小さい。
【００５０】
酸化物層の所期の変化は特に、より最適なハイブリッドボンディングを作製するためにも使用される。ハイブリッドボンディングは、ここでも導電性領域および非導電性領域からなる２つの表面間の接合である。導電性領域とは主に金属からなる領域、特に銅からなる領域のことであり、これに対して非導電性領域とは主に酸化ケイ素のような誘電体からなる領域のことである。誘電性領域および電気的な領域は特に、同じレベルにまで研磨されるため、複数の電気的な領域は、１つの誘電体によって完全に包囲され、ひいては周囲から絶縁される。このような２つのハイブリッド表面の配向、接触接続およびボンディングにより、ハイブリッドボンディングが形成され、したがって有利には導電性領域と非導電性領域が互いにボンディングされる２つの基板間の接続が形成される。
【００５１】
本発明の基板は特に、ボンディング面にＣｕ−ＣｕボンディングがあるＳｉ基板であり、このような複数のＳｉ基板が、プロセスのさらに別の工程においてボンディングされる。本発明では択一的に、例えばＡｕ，Ｗ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｓｎなどからなる別の金属層、または、複数の金属からなる組み合わせを使用することができる。このような例は、ＡｌでコーティングしたＳｉウェハ、ＣｕおよびＳｎでコーティングしたＳｉウェハ、ＴｉでコーティングしたＳｉウェハ、または、Ｃｕと、産業的には一般的である、Ｃｕの下にありかつ例えばＴｉ，Ｔａ，Ｗ，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＴｉＷなどからなる当業者には公知の障壁層とによってコーティングされたＳｉ基板が使用され、ここでこの障壁層は、ＳｉへのＣｕの注入拡散を阻止しようとするものである。このような拡散バリアは、この分野の当業者には公知である。
【００５２】
これによれば、本発明において重要であるのは、周囲から、すなわち、酸化性雰囲気から、特に密閉した有利には気密に閉鎖可能な作業空間と、対応してこれに接続される複数のモジュールとを設け、これらのモジュールにおいて、ボンディング面上、有利に基板全体上に場合によって存在する酸化物層の還元も、ボンディングも共に実行できるようにすることである。これにより、本発明では、還元とボンディングプロセスとの間でボンディング面の新たな酸化が行われることを阻止することができる。基板の性質、特に基板上に存在する金属コーティングの性質に応じて、雰囲気の種々異なる成分が酸化的に作用し得る。しかしながら多くの場合、酸素および酸素を含有する化合物は、酸化性の作用を有し得る。したがって特に作業空間では、還元性の媒体組成を使用するのに加えて、酸素および水／水蒸気の濃度を大きく低減するかまたは近似的にゼロにする。作業空間は複数のモジュールを接続しているため、基板を再び雰囲気に曝すことなく、モジュールグループの複数のモジュール間で基板を搬送することができる。作業空間にただ１つのモジュールしか接続されていないが、このモジュールが本発明にしたがって必要なすべての作業を実行することができる実施形態も考えられる。この場合、この作業空間は、ロードおよび取り出し作業だけに使用される。
【００５３】
本発明において特に考えることができるのは、さらにプロセスを最適化するため、付加的なモジュールを作業空間に接続することであり、これは、特に作業空間においてボンディングすべき基板の前および／または後処理、および／または、物理および／または化学的な特性を測定するために行われる。重要なステップは、加熱、還元、配向（アラインメント）、冷却、層厚測定、ボンディング強度測定などとすることが可能である。
【００５４】
作業空間の周りに、特に移動装置を含んで、特に還元モジュールおよびボンディングモジュールのような本発明による別の複数のモジュールが配置されている場合、特に有利にも本発明によって上記を実行することができ、これらのモジュールは、特に作業空間にドッキングすることができる。この移動装置は、好適には、対応するエンドエフェクタを有する市販の産業ロボットである。ここではこれらのモジュールは特に、中央モジュールの周りに星形またはクラスタ形に配置されるかまたは配置することができる。
【００５５】
最も理想的なケースでは、還元モジュールおよびボンディングモジュールを構成して、上記のプロセスステップについて全体装置のスループットが最大化されるようにする。
【００５６】
特に有利な実施形態では、ボンディングモジュールの前に少なくとも２つのモジュールを配置する。これらのうちの少なくとも１つは還元モジュールであり、第２のモジュールは一種の貯蔵モジュールである。ボンディングチャックは、載置されたウェハと共に還元モジュールにロードされて処理される。その後、このボンディングチャックは、貯蔵モジュールに一時的に貯蔵されて、いつでもボンディングに直ちに使用することができる状態になる。特別な実施形態では、貯蔵モジュールを還元モジュールとして構成することも可能である。この還元モジュールは有利には、複数のボンディングチャックおよび／または複数の基板を同時に収容できるように構成される。
【００５７】
本発明の特に独自な様相は、どのようにしてこれらの層を導電性かつ光学的に透過な形態で、同時にコストに有利なプロセスによって積層できるかにある。さらに、これに必要な基板の準備を説明する。
【００５８】
ここで説明する方法は好適には、多層太陽電池を積層するのに適している。しかしながら択一的にこの方法は、任意の（特に光学的な）材料、特に半導体材料、ガラスおよびセラミック間の光学的に透過でありかつ導電性の複数の接続が必要な、任意の別の構造およびコンポーネントを形成するために使用することができる。このような部門では、照明、通信、材料加工のような多くの適用分野において、ＬＥＤおよびレーザのような固体光源が重要度が大きく増しているのに起因して、ますます多くの応用が増大している。ディスプレイ製造の部門においても新たな、革新的な製造技術がその重要度を増している。なぜならば、接触検出（タッチスクリーンの領域におけるフィードバックなど）の付加的な機能をディスプレイに組み込みたいからである。
【００５９】
本発明の利点は特に、
・  導電性、光学的に透過なボンディング境界面ないしは接続層、
・  極めて薄く、頑強かつ長時間安定なボンディング境界面または（複数の）層、
・  温度耐性のあるボンディング境界面ないしは（複数の）層、
・  高効率（製造が高速かつコスト的に有利である）
である。
【００６０】
本発明の中心的な、特に独自の様相は、基板間に導電性かつ光学的に透過な接続層を作製するために透明かつ導電性の酸化物を利用することである。上記の接続は、特にウェハボンディングにより、有利には直接接合法により、さらに有利にはプラズマ活性を伴う直接接合法によって作製される。
【００６１】
（英語では"Transparent Conductive Oxid"または略して"ＴＣＯ"とも称される）透明酸化物導電体として、特に（英語："Indium-tin-oxid"または略して"ＩＴＯ"とも称される）酸化インジウムすずが使用される。ここでは以下、酸化インジウムすずに略称ＩＴＯを使用する。ＩＴＯは、光学的に透過な導電体が使用されるＬＣＤディスプレイの製造において広く使用されている。択一的には以下の材料が使用される。すなわち、
・  ドーピングされた酸化亜鉛、特にアルミニウムがドーピングされた酸化亜鉛（英語："Aluminium doped Zinc Oxide"，略して"ＡＺＯ"）、ガリウムがドーピングされた酸化亜鉛（英語："Gallium doped Zinc Oxide"，略して"ＧＺＯ"），
・  フッ素がドーピングされた酸化亜鉛（英語："Fluorine Tin Oxide"、略して"ＦＴＯ"）、および、
・  アンチモン酸化すず（英語："Antimony Tin Oxide"，略して"ＡＴＯ"）が使用される。基本的には、酸化可能であり、かつ、特に所望の特性、特に導電性および光学的な透過性を備えた、対応するドーピングを有する任意の材料を使用することができる。
【００６２】
本発明では、この関連において、材料が１０ｅ１ Ｓ／ｃｍよりも大きい、有利には１０ｅ２ Ｓ／ｃｍよりも大きい、さらに有利には１０ｅ３ Ｓ／ｃｍより大きい（３００Ｋの温度について半導体技術において一般的である４探針法によって測定した）導電率を有する場合に、導電性があるという。一般的な使用において層を通過する所定の波長領域の光のパーセンテージとして定義される光学的な透過度（透過率）は、一般的に使用される厚さの薄膜を通して、少なくとも８０％よりも大きく、好適には８７％よりも大きく、さらに好適には９３％よりも大きく、さらに一層好適には９６％よりも大きくなる。
【００６３】
本発明では、３００ｎｍ〜１８００ｎｍに及ぶ波長領域が有利にも光起電力応用に使用される。すなわち、関連する波長領域はいずれにせよ、人間の眼に見える波長領域よりも広いのである。これによって保証しようとしているのは、光のＵＶ成分および光のＩＲ成分も電気エネルギに変換できることである。多層太陽電池では、最も上の層はすでにこのスペクトルの一部分を処理し、ひいては電気エネルギに変換するため、上記のボンディング接続部が、透過が可能になる波長領域がやや狭い場合であってもこれを受け入れることができる。したがって特に上記の透過値は、少なくとも、６００ｎｍよりも長い、好適には５００ｎｍよりも長い、さらに好適には４００ｎｍよりも長い、最も好適には３５０ｎｍよりも長い波長に当てはまるようにする。さらにこれらの透過値は特に、最小波長から出発して、最大で１３００ｎｍまでの、好適には最大１５００ｎｍまでの、さらに好適には最大１７００ｎｍまでの、最も好適には最大１８００ｎｍまでの全体波長領域に当てはまるようにする。
【００６４】
上記の酸化物は、本発明では特に以下の方法を用いて、接続すべき基板上に被着される。すなわち、
・  ＭＯ  ＣＶＤ，有機金属分子線デポジット、
・  噴霧熱分解、パルスレーザ堆積法（ＰＬＤ）または
・  スパッタリング
を用いて被着されるのである。
【００６５】
層の所望の特性を保証するため、本発明においてクリティカルであるのは、正確な混合比を保証することである。特に酸素の割合は、上記の酸化物のいくつかにおいて光学的な透過率を改善することができ、この際に保証しなければならないのは、酸素の割合が高くなり過ぎないようにすることである。なぜならばそうでないと、導電率が低下してしまうからである。
【００６６】
一般的にはボンディング接続部（接続層、ボンディング境界面とも称される）が作製され、ここでこれは、ボンディングすべき基板上に前駆体層構造体をデポジットすることによって行われる。引き続いて特に室温において、層をプラズマ活性化して接合し、これによってプリボンディング（一時的なボンディング）が得られる。これに続く熱処理プロセス（アニーリング）中、前駆体層構造体が、透明酸化物導電体からなる層に変換され、同時に上記のボンディング接続部が強化される。特に有利にも少なくとも表面領域に存在する非晶質層は、ボンディングプロセスに作用し得る。対応する力を加えることにより、表面近傍の領域を成形することができ、この成形により、マイクロおよび／またはナノポアの最適な閉鎖が保証される。
【００６７】
フォーミングガスを使用する際には特に、スパッタリングおよび酸化物還元に基づく１つのプロセスによって酸化物層を本発明にしたがって変化させ、特に完全に除去することできる。
【００６８】
この手段とは択一的にまたは付加的に、本発明において有利であるのは、酸化物層の変化と、接触接続との間の時間を最短化することであり、特に２時間未満、有利には３０分未満、さらに有利には１５分未満、理想的には５分未満に最短化する。これにより、酸化物層を所期のように調整した後に発生する、不所望かつ変化性の酸化物成長を最小化することができる。
【００６９】
真空チャンバにおいて所定の圧力を設定することにより、プラズマイオンに対する平均自由経路長の変更ないしは調整を本発明によって行うことができる。
【００７０】
容量結合の場合、２つの電極をプラズマチャンバ内に配置すると有利である。
【００７１】
ここでは、２つの電極の（種々異なる）周波数、振幅、一方の、特に有利には第２の電極に加わるバイアス電圧だけ、および、チャンバ圧力のパラメタを設定することにより、２つのコンタクト面の最適な衝突が行われる。
【００７２】
容量結合の２重周波数プラズマ設備として上記プラズマ活性装置を構成することによって好適にも、イオン密度およびウェハ表面に向かうイオンの加速度を別々に設定することができる。これによって１つの幅の広い窓内で、達成可能なプロセス結果を設定し、応用の要求に最適に適合させることができる。
【００７３】
上記のバイアス電圧は特に、第２の、殊に下側の電極の基礎電圧の形態で、第２電極上に収容される基板の接触接続面への電極の衝突（速度）に影響を及ぼすため、特に減衰または加速するために使用される。
【００７４】
上記のパラメタにより、特に非晶質層の品質が調整可能であり、以下では特に有利な実施形態を説明する。
【００７５】
誘導結合のプラズマ源において、容量結合の交流電圧についての対応する類似の考察を、磁場を形成するために利用される複数の交流電流に取り入れることができる。本発明では、誘導結合のプラズマ源のプラズマを、異なる強度および／または周波数の交流電流ないしは交番磁場によって操作して、このプラズマが、対応する本発明の特性を有するようにすることも考えられる。
【００７６】
リモートプラズマでは、実際に使用されるプラズマは、外部のプラズマ源において形成され、試料室に導入される。特にこのプラズマの成分、特にイオンはこの試料室に搬送される。プラズマ源から基板室に至るプラズマの移行は、スルースゲート、加速器、磁気および／または電子レンズ、絞りなどのような種々異なる部材によって保証することができる。電場および／または磁場の周波数および／または強度についての、容量および／または誘導結合式プラズマに当てはまるすべての考察は、形成および／またはプラズマ源から基板チャンバへのプラズマの移行を保証するすべての部材に対して当てはまるはずである。例えば、本発明のパラメタによる容量または誘導結合によってプラズマ源室においてプラズマが形成され、その後、上で示した部材を介して基板室に進入することが考えられる。
【００７７】
本発明の別の有利な実施形態では、一般的には３００℃未満の、好適には２００℃未満の、より好適には１５０℃未満の、さらに好適には１００℃未満の温度において、最も好適には室温において、特に最大１２日、より有利には最大１日、さらにより有利には最大１時間、最も有利には最大１５分の間、非可逆的なボンディングの形成が行われるようにする。別の有利な熱処理法は、マイクロ波による誘電加熱である。
【００７８】
ここで特に有利であるのは、この非可逆的なボンディングが、１．５Ｊ／ｍ2よりも大きい、特に２Ｊ／ｍ2よりも大きい、有利には２．５Ｊ／ｍ2よりも大きい接合強度を有する場合である。
【００７９】
光起電力設備を用いた太陽エネルギの利用は、ますますその重要性を増している。なぜならば化石エネルギキャリアは、中期的にかろうじて足りている状態であり、さらに産出および利用において、特に温室効果への影響によって大きな環境問題になっているからである。純粋に経済的な見地から光起電力の競争力を高めるために必要なのは、同じコストまたは最大でもほどほどのコスト上昇で、光の変換効率を改善することである。しかしながら、達成可能な効率には限界がある。これらの限界は主に、個々の半導体材料により、限定された波長領域の光だけしか処理されず、電気エネルギに変換することができないという制限に起因している。
【００８０】
多層太陽電池、または、一層もしくは英語の表現において広く知られている「マルチジャンクションソーラセル」を製造するために本発明を使用することは特に有利である。
【００８１】
ここでは個々の層は、太陽電池において垂直方向に上下に積層される。入射光はまず、所定の第１波長領域の光を電気エネルギに変換するように最適化された最も上の層に当たる。この層では十分に処理することができない波長領域の光は、この第１層を貫通して、その下にありかつ第２波長領域を処理して電気エネルギを形成するように最適化された第２層に当たる。オプションでは、この多層太陽電池において、この第２層でも十分に処理できない波長領域の光が、その下にある第３層に当たるようにすることが可能であり、ここでこの第３層は、第３波長の光を処理して電気エネルギに変換するように最適化されている。純粋に理論的に見ると、多数のこのような層が可能であることを想像することができる。実践的にはこのような電池は、入射光が最初に進入する最も上の層が、波長の最も短いる波長領域を処理するように構成される。第２層は、つぎに短い波長領域を処理する等々である。本発明では、２層の構造だけが考えられるのではなく、３つまたはそれ以上の層を具現化することができる。その際には複数の層は、垂直方向に導電性を有し、すなわち、可能な限りに抵抗が小さく、かつ、光学的に透過に互いに接続されるようにする。これらの層のデポジットは、特にいわゆる"Metalorganic Chemical Vapor Deposition"，略して"ＭＯ  ＣＶＤ"プロセスによって行われ、多重セルの２つの活性層のデポジットは、特に"in-situ"で行われる。すなわち、これらの基板が、複数のデポジットプロセス間に、通常の周囲雰囲気に曝されることなくデポジットされるのである。好適には複数の活性層間に障壁層（第２または第４の酸化物層）および／またはバッファ層（第２または第４の酸化物層）を入れ、これらの層によって、結果的に得られるセルの品質を改善する。
【００８２】
ここまで、および／または、これに続く図面の説明において、装置の複数の特徴的構成が開示されているが、これらは、方法の特徴としても開示されておりかつ当てはまり、またその逆も成り立つはずである。
【００８３】
本発明の別の利点、特徴的構成および詳細は、複数の図面に基づくならびに有利な実施例の以下の説明から得られる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１ａ】酸化物層を有する基板の断面図である。
【図１ｂ】本発明の第１実施形態にしたがい、プラズマによって変化された酸化物層を有する、図１ａの基板を示す図である。
【図１ｃ】本発明の第２実施形態にしたがい、プラズマによって厚さが低減された酸化物層を有する、図１ａの基板を示す図である。
【図１ｄ】本発明の第３実施形態にしたがい、プラズマによって完全に除去された酸化物層を有する、図１ａの基板を示す図である。
【図２】共に作業チャンバに接続されたボンディングチャンバおよびここから空間的に離隔れたプラズマチャンバを含む、本発明による装置の第１実施形態の概略図である。
【図３】作業チャンバに配置されたボンディングプラズマチャンバを含む、本発明による装置の第２実施形態の概略図である。
【図４】複数のプラズマチャンバおよびボンディングチャンバを含む、本発明による装置の第３実施形態の概略図である。
【図５】本発明によるプラズマチャンバの概略図である。
【図６】本発明によるボンディングチャンバの概略図である。
【００８５】
これらの図において本発明の利点および特徴的構成は、本発明の複数の実施形態にしたがい、それぞれ識別的な参照符号によって特徴付けられている。同じ機能または同じ作用を及ぼす機能を備えたコンポーネントないしは特徴は、同じ参照符号で特徴付けられている。
【００８６】
図２に示した第１実施形態において、プラズマチャンバ４およびボンディングチャンバ５はモジュールグループ３の独立した２つのモジュールであり、これらのモジュールは、真空化可能な、作業チャンバ７によって定められる作業空間２２に特に気密に接続されている。作業チャンバ７は、特にソフトウェアに支援された制御装置によって制御されて、高真空に真空化することができる。作業チャンバ７内では、特に搬送のために設けられたロボット６が、貯蔵モジュール８と、プラズマチャンバ４と、ボンディングチャンバ５との間で基板１を搬送する。
【００８７】
本発明の第２実施形態では、プラズマチャンバ４およびボンディングチャンバ５は、ただ1つのモジュールに、すなわちボンディングプラズマチャンバ２０にまとめられている。ロボット６は、貯蔵部８からボンディングプラズマチャンバ２０に基板１を搬送する。
【００８８】
本発明の第３実施形態では、モジュールグループ３の１つまたは複数のプラズマモジュール４またはボンディングモジュール５またはボンディングプラズマモジュール２０が、作業チャンバ７に取り付けられ、かつ、この作業チャンバを構成しており、特に一緒に作業空間２２を構成している。ロボット６は、貯蔵部８からプラズマモジュール４および／またはボンディングモジュール５および／またはボンディングプラズマモジュール２０に基板１を搬送し、特にこれらの間でも基板１を搬送する。ここでは、本発明により、複数のプラズマモジュール４および／または複数のボンディングモジュール５および／または複数のボンディングプラズマモジュール２０が使用されるため、比較的高いスループットが得られる。この過程は制御装置によって制御される。
【００８９】
本発明の第１プロセスにおいて、ボンディング面１ｏ上に形成された酸化物層２（図１ａ）を有する基板１は、ロボット６によって貯蔵部８から取り出される。
【００９０】
基板１は、移動式試料ホルダに取り付けることができ、これによってプラズマモジュール４および／またはボンディングモジュール５および／またはボンディングプラズマモジュール２０間で相互に搬送することができる。しかしながら基板１の搬送は、移動式試料ホルダがなくても可能である。この場合に基板１は試料ホルダ１５に載置され、この試料ホルダはすでに、プラズマモジュール４および／またはボンディングモジュール５および／またはボンディングプラズマモジュール２０にあり、特にそこに固定に組み込まれている。
【００９１】
ロボット６はまず、プラズマモジュール４に基板１を搬送する。プラズマモジュール４は、特に上側の周囲に分散された複数の開口部を有するガス供給部１１と、特に下側の周囲に分散された複数の開口部を有する排気部１２とを有する。ガス供給部１１を介し、還元ガスを有する本発明のガス混合物がプラズマチャンバ４に導入される。
【００９２】
引き続いてプラズマの点火および／または維持は、下側電極９と上側電極１０との間で行われる。基板１は好適には電極上に直接載置される。基板１を試料ホルダ１５に載置する場合、試料ホルダ１５は本発明では電極９として形成しなければならない。
【００９３】
還元生成物は、好適には排気部１２を介し、特に連続してプラズマチャンバ４から除去される。これにより、プラズマモジュール４において、本発明による酸化物層２の複数の加工のうちの１つが行われる。
【００９４】
本発明の第１変形形態では、酸化物層２は、プラズマ１３によって酸化物層２’に変化し、この酸化物層２’は、酸化物層２とは化学量論比が異なるのが特徴である（図１ｂ）。この異なる化学量論比は、酸化物をデポジットする際にすでに、酸素欠乏によって作製することができる。そうでなければ、プロセスパラメタを所期のように選択することにより、化学量論比をプラズマによって設定し、かつ／または、少なくとも変化させることができる。
【００９５】
第２変形形態では、出発状態層厚ｄを有する酸化物層２が、プラズマ１３内の還元性ガスにより、最終状態層厚さｄ’を有する酸化物層２''まで薄くされる（図１ｃ）。
【００９６】
第３変形形態では、酸化物層２が完全に除去される（図１ｄ）。
【００９７】
酸化物２，２’，２''の状態の制御は好適には、照射源１８および検出器１９を有する照射源検出器システムによって行われ、この照射源検出システムにより、酸化物層２，２’，２''の表面２ｏを好適にはin-situで検査することができる。照射源１８および／または検出器１９は、プラズマチャンバ４の内部および／または外部に設けることができる。これらが外部に設けられる場合、これらは好適にはフランジ１７を介してプラズマチャンバ４に真空気密に接続される。照射源検出器システムとしては、酸化物層２，２’，２''の状態についてのデータを得るのに適した任意の公知の物理的な測定原理を使用することができる。これに属するのは、厚さ、多孔率、したがって酸化物層２，２’，２''の密度および反射率である。
【００９８】
有利には楕円偏光計または回折計を使用し、特別なケースでは反射率計を使用する。
【００９９】
このように加工した第１基板１は、特に作業空間２２内に配置された（図示しない）貯蔵部に貯蔵される。
【０１００】
特にボンディング面も本発明のプロセスによって同様に加工される本発明の第２基板１４は、準備された第１基板１と共にまたはこれに対してボンディングチャンバ５に搬送される。ボンディングチャンバ５では、第１基板１のボンディング面と、第２基板１４のボンディング面との間のボンディングプロセスが実行される。ボンダは当業者には公知である。このような装置がどのように組み立てられているか、どのように試料ホルダ１５および／または圧力プレート１６が構成されているか、２つの基板を互いにどのように接近させるか、２つの基板１，１４をボンディングするためにどのように力を加えるか、排気部２１を介してどのようにボンディングチャンバ５の真空化を行うかは当業者には公知である。試料ホルダ１５は、静電式試料ホルダおよび／または加熱式試料ホルダおよび／または冷却式試料ホルダとして構成することができる。有利にはプラズマチャンバ４からの搬送のために試料ホルダ１５を使用する。試料ホルダ１５は有利には、試料ホルダ１５における基板１の良好な熱膨張を保証するため、静電式試料ホルダとする。機械式のクランプまたは真空によるクランプでは、静電式試料ホルダ１５と同程度の基板１の自由な熱膨張は可能にならない。極めて有利な実施形態において、試料ホルダ１５は、前面および／または後面からＨｅで洗い流され、特に試料ホルダ１５に組み込まれた洗浄装置によって洗い流され、これによって熱結合が保証されるかまたはこれが改善される。
【０１０１】
ボンディングプロセスが成功した後、ロボット６は、２つの基板１，１４からボンディングによって形成されたボンディング積層体を取り出し、好適には貯蔵部８にこれを貯蔵する。
【符号の説明】
【０１０２】
１  基板、  １ｏ  基板表面、  ２，２’，２''  酸化物層、  ２ｏ  酸化物層表面、  ３  モジュールグループ、  ４  プラズマチャンバ、  ５  ボンディングチャンバ、  ６  ロボット、  ７  作業チャンバ、  ８  貯蔵部、  ９  下側電極、  １０  上側電極、  １１  ガス供給部、  １２  排気部、  １３  プラズマガス、  １４  第２基板、  １５  試料ホルダ、  １６  圧力プレート、  １７  フランジ、  １８  照射源、  １９  検出器、  ２０  ボンディングプラズマチャンバ、  ２１  排出部、  ２２  作業空間、  ｄ，ｄ’  酸化物層の厚さ
【図１ａ】
2020057810.tif 000003
【図１ｂ】
2020057810.tif 000004
【図１ｃ】
2020057810.tif 000005
【図１ｄ】
2020057810.tif 000006
【図２】
2020057810.tif 000007
【図３】
2020057810.tif 000008
【図４】
2020057810.tif 000009
【図５】
2020057810.tif 000010
【図６】
2020057810.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月23日(2019.12.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板（１）のボンディング面と、第２基板（１４）のボンディング面との間の導電性直接接合を形成する装置において、
当該装置は、
・  周囲に対して気密に閉鎖可能でありかつ真空化可能な作業空間（２２）を有しており、
・  前記作業空間（２２）には、
ａ）  複数の前記ボンディング面のうちの少なくとも１つを変化させる少なくとも１つのプラズマチャンバ（４）、および、複数の前記ボンディング面をボンディングする少なくとも１つのボンディングチャンバ（５）、および／または、
ｂ）  複数の前記ボンディング面のうちの少なくとも１つを変化させ、かつ、複数の前記ボンディング面をボンディングする少なくとも１つのコンビネーション型ボンディングプラズマチャンバ（２０）
が含まれており、
前記ボンディング面上に存在する酸化物は、プラズマ処理を用いた還元によって前記プラズマチャンバ内で除去することができ、その下にありかつ単結晶または少なくとも結晶質である半導体ウェハが前記還元によって露出することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記作業空間（２２）内の前記第１基板および前記第２基板を移動する移動装置（６）、特に、前記作業空間（２２）に殊に気密に接続されている、基板用の貯蔵部（８）からモジュールグループ（３）の複数のモジュールに移動する移動装置（６）を有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プラズマチャンバ（４）または前記ボンディングプラズマチャンバ（２０）には、複数の前記ボンディング面のうちの少なくとも１つに設けられた酸化物層（２）を変化させる還元性ガスが供給可能である、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記プラズマチャンバ（４）または前記ボンディングプラズマチャンバ（２０）は、交流電圧を供給可能な上側電極（１０）および交流電圧を供給可能な下側電極（９）を有しており、
前記上側電極（１０）と前記下側電極（９）との間に、１０００ｅＶ未満の、特に５００ｅＶ未満の、有利には２５０ｅＶ未満の、基板表面に衝突するイオンのイオンエネルギを印加可能である、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項５】
前記下側電極（９）に印加される交流電圧の周波数よりも高い周波数を有する交流電圧を前記上側電極（１０）に供給可能である、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
特に前記作業空間（２２）にドッキングされるかまたは当該作業空間（２２）内に配置され、かつ、前記変化の間にボンディング層の状態または状態変化を検出する照射源検出システムを有する、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項７】
周囲に対して気密に閉鎖可能でありかつ真空化することが可能な作業空間（２２）内で、第１基板（１）のボンディング面と、第２基板（１４）のボンディング面との間に導電性直接接合を形成する方法において、
ａ）  プラズマチャンバ（４）において複数の前記ボンディング面のうちの少なくとも１つを変化させ、引き続いてボンディングチャンバ（５）内で前記第２基板（１４）の前記ボンディング面とボンディングし、かつ／または、
ｂ）  複数の前記ボンディング面のうちの少なくとも１つをボンディングプラズマチャンバ（２０）内で変化させ、引き続いて当該ボンディングプラズマチャンバ（２０）内で前記第２基板（１４）の前記ボンディング面とボンディングし、
前記ボンディング面上に存在する酸化物は、プラズマ処理を用いた還元によって前記プラズマチャンバ内で除去され、その下にありかつ単結晶または少なくとも結晶質である半導体ウェハが前記還元によって露出することを特徴とする方法。
【請求項８】
ａ）  複数の前記ボンディング面のうちの少なくとも１つのボンディング面上の酸化物層（２）を変化させ、および／または、
ｂ）  複数の前記ボンディング面のうちの少なくとも１つのボンディング面の酸化物層（２）の一部分を少なくとも部分的に、特に完全に取り去ることにより、
前記変化を行う、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記変化のため、以下に示す還元性ガスのうちの１つまたは複数を前記プラズマチャンバ（４）に導入する、すなわち、
・  水素、
・  窒素酸化物、
・  一酸化炭素、
・  メタン
を導入する、
請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記還元性ガスと、以下に示す不活性ガスのうちの１つまたは複数とを混合する、すなわち、
・  キセノン、
・  アルゴン、
・  ヘリウム、
・  窒素、
・  二酸化炭素
を混合する、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ボンディング層に、１０００ｅＶ未満の、特に５００ｅＶ未満の、有利には２５０ｅＶ未満のイオンエネルギを供給し、
当該イオンエネルギは、前記プラズマチャンバ（４）および／または前記ボンディングプラズマチャンバ（２０）の上側電極（１０）と下側電極（９）との間に印加される、
請求項７または８に記載の方法。
【請求項１２】
前記下側電極（９）に印加される交流電圧の周波数よりも高い周波数を有する交流電圧を前記上側電極（１０）に供給する、
請求項１１に記載の方法。
【外国語明細書】
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