(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディング前に固有湾曲（Ｋ１）を有する第１のウェーハ（１００）をボンディング前に固有湾曲（Ｋ２）を有する第２のウェーハ（２００）に直接ボンディングする方法であって、前記２枚のウェーハのうちの一方（１００）のみが少なくとも一組のマイクロコンポーネント（１１０）を備え、前記２枚のウェーハ間でのボンディング波の伝搬を開始させるように前記２枚のウェーハ（１００、２００）を互いに接触させる少なくとも１つのステップを含む前記方法において、
前記接触させるステップ中に、回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲（ＫＢ）が前記２枚のウェーハのうちの一方に与えられ、前記ボンディング湾曲が一組のマイクロコンポーネント（１１０）を備えた前記ウェーハ（１００）のボンディング前の固有湾曲（Ｋ１）に少なくとも依存し、他方のウェーハが前記所定のボンディング湾曲（ＫＢ）に一致するように自由であり、
前記ウェーハ（１００、２００）が一緒に貼り合わせられる前に、
ボンディング前に各ウェーハ（１００、２００）の前記湾曲（Ｋ１、Ｋ２）が測定されるステップと、
前記所定のボンディング湾曲（ＫＢ）が計算されるステップと
を含み、
回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲が次式
ＫＢ＝Ｋ１−（（Ｋ２−Ｋ１）／６）
から計算され、ここで、ＫＢが回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲であり、Ｋ１がボンディング前の前記第１のウェーハの前記固有湾曲であり、Ｋ２がボンディング前の前記第２のウェーハの前記固有湾曲であることを特徴とする方法。
【請求項２】
ボンディング前に固有湾曲（Ｋ１）を有する第１のウェーハ（１００）をボンディング前に固有湾曲（Ｋ２）を有する第２のウェーハ（２００）に直接ボンディングする方法であって、前記２枚のウェーハの各々が少なくとも一組のマイクロコンポーネント（１１０）を備え、前記２枚のウェーハ間でのボンディング波の伝搬を開始させるように前記２枚のウェーハ（１００、２００）を互いに接触させる少なくとも１つのステップを含む前記方法において、
前記接触させるステップ中に、回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲（ＫＢ）が前記２枚のウェーハのうちの一方に与えられ、前記ボンディング湾曲が一組のマイクロコンポーネント（１１０）を備えた前記ウェーハ（１００）のボンディング前の固有湾曲（Ｋ１）に少なくとも依存し、他方のウェーハが前記所定のボンディング湾曲（ＫＢ）に一致するように自由であり、
前記ウェーハ（１００、２００）が一緒に貼り合わせられる前に、
ボンディング前に各ウェーハ（１００、２００）の前記湾曲（Ｋ１、Ｋ２）が測定されるステップと、
前記所定のボンディング湾曲（ＫＢ）が計算されるステップと
を含み、
回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲が次式
ＫＢ＝（Ｋ１＋Ｋ２）／２
から計算され、ここで、ＫＢが回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲であり、Ｋ１がボンディング前の前記第１のウェーハの前記固有湾曲であり、Ｋ２がボンディング前の前記第２のウェーハの前記固有湾曲であることを特徴とする方法。
【請求項３】
前記ウェーハ（１００、２００）が、それぞれのボンディング面上にマイクロコンポーネント（１１０、２１０）を各々備え、前記ウェーハのうちの一方（１００）の前記マイクロコンポーネント（１１０）のうちの少なくとも一部が、前記他方のウェーハ（２００）の前記マイクロコンポーネント（２１０）のうちの少なくとも一部と位置合わせされるように意図されていることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ウェーハ（１００、２００）が３００ｍｍの直径を有する円形のシリコンウェーハであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
互いに向い合った前記第１のウェーハ（１００）及び前記第２のウェーハ（２００）が、それぞれ第１の保持部（３１０）及び第２の保持部（３２０）によって保持され、前記第１の保持部が、回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲を前記第１のウェーハに与えるステップと、
前記ウェーハ（１００、２００）が前記ウェーハ間でのボンディング波の伝搬を開始させるために互いに接触させられるステップと、
前記第２のウェーハが前記ボンディング波の伝搬中に前記第１のウェーハに与えられた回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲に一致するように、前記第２のウェーハ（２００）が前記第１のウェーハ（１００）と接触する前又は接触中に前記第２の保持部（３２０）から解放されるステップと
を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲（ＫＢ）が、前記第１の保持部上に設けられたシリンダ（３１２）を作動させることによって前記第１のウェーハ（１００）に与えられることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲が、前記第１のウェーハ（１００）と前記第１の保持部（３１０）との間に挿入されたメンブランによって前記第１のウェーハ（１００）に与えられ、前記メンブランが回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲に対応する回転放物面の形態の湾曲を有することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記所定のボンディング湾曲が、前記第１の保持部（３１０）によって前記第１のウェーハ（１００）に与えられ、前記第１の保持部が回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲に対応する湾曲を有することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
ボンディング前に固有湾曲（Ｋ１）を有する第１のウェーハ（１００）をボンディング前に固有湾曲（Ｋ２）を有する第２のウェーハ（２００）に直接ボンディングするためのボンディング装置（３００）であって、前記２枚のウェーハのうちの一方のみが少なくとも一組のマイクロコンポーネントを備え、前記第１のウェーハ（１００）及び前記第２のウェーハ（２００）を保持するための第１の保持部（３１０）及び第２の保持部（３２０）をそれぞれ備えたボンディング装置において、前記第１の保持部が、前記少なくとも１層のマイクロコンポーネントを備えた前記ウェーハのボンディング前の前記固有湾曲（Ｋ１、Ｋ２）に少なくとも依存する回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲（ＫＢ）を前記第１のウェーハ（１００）に与えるための手段を備え、前記第２のウェーハ（２００）がボンディング波の伝搬中に前記第１のウェーハ（１００）に与えられた回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲に一致するように、前記第１のウェーハ（１００）と接触する前又は接触中に前記第２の保持部から前記第２のウェーハ（２００）を解放させるために前記第２の保持部（３２０）を制御し、
前記２枚のウェーハの各々のボンディング前の前記固有湾曲（Ｋ１、Ｋ２）に依存する回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲（ＫＢ）又は回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲に対応する湾曲の半径を計算するための処理手段を備え、
回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲が次式
ＫＢ＝Ｋ１−（（Ｋ２−Ｋ１）／６）
から計算され、ここで、ＫＢが回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲であり、Ｋ１がボンディング前の前記第１のウェーハの前記固有湾曲であり、Ｋ２がボンディング前の前記第２のウェーハの前記固有湾曲である、ことを特徴とするボンディング装置。
【請求項１０】
ボンディング前に固有湾曲（Ｋ１）を有する第１のウェーハ（１００）をボンディング前に固有湾曲（Ｋ２）を有する第２のウェーハ（２００）に直接ボンディングするためのボンディング装置（３００）であって、前記２枚のウェーハの各々が少なくとも一組のマイクロコンポーネントを備え、前記第１のウェーハ（１００）及び前記第２のウェーハ（２００）を保持するための第１の保持部（３１０）及び第２の保持部（３２０）をそれぞれ備えたボンディング装置において、前記第１の保持部が、前記少なくとも１層のマイクロコンポーネントを備えた前記ウェーハのボンディング前の前記固有湾曲（Ｋ１、Ｋ２）に少なくとも依存する回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲（ＫＢ）を前記第１のウェーハ（１００）に与えるための手段を備え、前記第２のウェーハ（２００）がボンディング波の伝搬中に前記第１のウェーハ（１００）に与えられた回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲に一致するように、前記第１のウェーハ（１００）と接触する前又は接触中に前記第２の保持部から前記第２のウェーハ（２００）を解放させるために前記第２の保持部（３２０）を制御し、
前記２枚のウェーハの各々のボンディング前の前記固有湾曲（Ｋ１、Ｋ２）に依存する回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲（ＫＢ）又は回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲に対応する湾曲の半径を計算するための処理手段を備え、
回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲が次式
ＫＢ＝（Ｋ１＋Ｋ２）／２
から計算され、ここで、ＫＢが回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲であり、Ｋ１がボンディング前の前記第１のウェーハの前記固有湾曲であり、Ｋ２がボンディング前の前記第２のウェーハの前記固有湾曲である、ことを特徴とするボンディング装置。
【請求項１１】
前記第１の保持部（３１０）が、前記第１のウェーハ（１００）に対して回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲（ＫＢ）を与えることが可能なシリンダ（３１２）をさらに備え、前記シリンダが、回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲（ＫＢ）に対応する湾曲の半径に従って制御され、前記第２のウェーハ（２００）がボンディング波の伝搬中に前記第１のウェーハに与えられた回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲と一致するように、前記ボンディング装置が、前記第１のウェーハ（１００）との接触後に前記第２の保持部から前記第２のウェーハ（２００）を解放させるために前記第２の保持部（３２０）を制御することを特徴とする、請求項９又は１０に記載のボンディング装置。
【請求項１２】
前記第１の保持部が、回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲に対応する湾曲を有することを特徴とする、又は、前記ボンディング装置が、前記第１のウェーハ（１００）と前記第１の保持部との間に挿入されたメンブランをさらに含み、前記メンブランが回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲（ＫＢ）に対応する湾曲を有することを特徴とする、請求項９又は１０に記載のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野及び背景技術】
【０００１】
本発明は、第２のウェーハから形成される少なくとも１つの層を最終基板と呼ばれる第１のウェーハ上に転写するための三次元（３Ｄ）集積技術によって作製される多層半導体構造又はウェーハの分野に関し、この層は、素子、例えば複数のマイクロコンポーネントが形成されている第２のウェーハの一部分に対応し、第１のウェーハは、新品ウェーハであること、又は他の対応する素子を含むことが可能である。
【０００２】
特に、所与の層上に存在するマイクロコンポーネントのサイズが非常に小さく多数であるために、各転写した層、すなわちその層を備えた各ウェーハは、土台となる層とおよそ０．３ミクロンのアライメント許容誤差を満足するように、正しい精度で最終基板（第１のウェーハ単独又は他の転写させた層を既に有する）上に配置されなければならない。さらに、層を転写させた後で、例えば、他のマイクロコンポーネントを形成し、マイクロコンポーネントを表面上に露出させ、インターコネクトを作製する等のために、その層に対して処理を実施することが必要である場合があり、これらの処理もまた、層内にあるコンポーネントに対して非常に正確に実施しなければならない。
【０００３】
マイクロコンポーネント等の素子は、典型的には、（例えば、基板上にフォトレジストを塗布することによって）感光性にした基板を、マイクロコンポーネントを形成する必要がある場所に対応する限定されたゾーン内で照射することから主に成るフォトリソグラフィの周知の技術によって形成される。基板の照射は、典型的には、全面照射用の装置とは異なり、基板上に複製するために望ましいパターンを画定する不透明なゾーン及び透明なゾーンから形成されるマスクを通して基板の一部だけを動作中に照射する、一般に「ステッパ」と呼ばれる選択照射装置を使用して実施される。照射ツール又はステッパは、基板の表面全体を照射するために、必要とされる多くの位置において照射操作を繰り返す。
【０００４】
最終基板上への層の転写は、上に説明したタイプの第１のウェーハと第２のウェーハとの間の、例えば直接ボンディング（分子接着とも呼ばれる）によるものを必要とし、第２のウェーハをその後一般に薄くする。ボンディング中に、２枚のウェーハを機械的に位置合わせする。アライメント欠陥をもたらす少なくとも３つの基本的なタイプの変形、すなわち、オフセットタイプ又はシフトタイプの変形や、回転タイプの変形や、ラジアルタイプの変形（ランアウト変形としても知られ、基板の半径ともに直線的に増加する半径方向の膨張に対応する）が、２枚のウェーハ間で観察される場合がある。
【０００５】
一般的には、ステッパは、補償アルゴリズムを使用してこれらのタイプの欠陥を補償することができる。
【０００６】
しかしながら、転写した後で、補償アルゴリズムの使用にも拘らず、マイクロコンポーネント技術必要条件を考慮しながら、転写の前に形成したマイクロコンポーネントに対して位置合わせして追加のマイクロコンポーネントを形成することが、不可能でないとしても、非常に難しい場合が存在することを、出願人は見出した。
【０００７】
上に記載したシフトタイプや、回転タイプや、ラジアルタイプのアライメント欠陥に加えて、直接ボンディングによって貼り合わせているために、転写した層中、また第１のウェーハ中に、不均一な変形が事実生じることがある。
【０００８】
ここで、ウェーハのこれらの不均一な変形が、「オーバーレイ」とも呼ばれるミスアライメント現象を引き起こすものであり、これについては図１に関連して説明する。オーバーレイは、サイズがおよそ５０ｎｍの欠陥となって現れ、これらはボンディングの時点におけるウェーハのアライメント精度よりも明らかに小さい。
【０００９】
図１は、作製しようとするマイクロコンポーネントに対応するパターン形成ゾーンを画定するためにマスクを用いてフォトリソグラフィによって第１の組のマイクロコンポーネント４１１〜４１９をその上に形成した第１のウェーハすなわち初期基板４１０と第２のウェーハすなわち最終基板４２０との間の低圧直接ボンディングによって得られる三次元構造４００を図示する。マイクロコンポーネント４１１〜４１９の層の上方に存在する材料の一部を除去するために、初期基板４１０を、ボンディングの後に薄くしており、マイクロコンポーネント４２１〜４２９の第２の層を、初期基板４１０の露出した表面上に形成している。
【００１０】
しかしながら、位置決定ツールを使用しても、一方のマイクロコンポーネント４１１〜４１９のいくつかと他方のマイクロコンポーネント４２１〜４２９との間に、図１に示したオフセットΔ１１、Δ２２、Δ３３、Δ４４（それぞれ、マイクロコンポーネントの対４１１／４２１や、４１２／４２２や、４１３／４２３や、４１４／４２４間に観察されるオフセットに対応する）等のオフセットが生じる。
【００１１】
これらのオフセットは、基板の不正確な組み立てに起因する個々の変化（移動、回転、又はこれらの組み合わせ）に由来するものではない。これらのオフセットは、初期基板を最終基板に貼り合わせている間に初期基板に由来して層内に現れる不均一な変形に由来するものである。事実、これらの変形は、あるマイクロコンポーネント４１１〜４１９で一様でない局所的な変位を引き起こす。従って、転写の後で基板の露出した表面上に形成されるあるマイクロコンポーネント４２１〜４２９は、数１００ナノメートル程度、さらにはミクロンもの大きさになり得るこれらのマイクロコンポーネント４１１〜４１９との位置の変動を示す。補正後のオーバーレイの大きさが、例えば、依然として５０ｎｍと１００ｎｍとの間である場合、応用例によっては、このミスアライメント又はオーバーレイ現象は、ステッパの使用を不可能にする場合がある。それゆえ、転写の前に形成したマイクロコンポーネントと位置合わせして追加のマイクロコンポーネントを形成することが、不可能でないとしても、非常に困難である。
【００１２】
マイクロコンポーネントの２つの層間のこのオーバーレイ効果が、さらに、短絡、スタック内のゆがみ、又は２つの層のマイクロコンポーネント間の接続欠陥の原因である場合がある。従って、転写したマイクロコンポーネントが画素から形成される画像であり、転写後処理ステップの目的が画素の各々の上に色フィルタを形成することである場合には、これらの画素のいくつかに対する着色機能の不足が観察される。
【００１３】
それゆえ、このミスアライメント又はオーバーレイ効果が制御されない場合には、製作される多層半導体ウェーハの品質及び価値の低下をもたらす。マイクロコンポーネントの微細化及び層当りの集積密度に関して増え続ける要件のために、この効果の影響は、ますます重要になってきている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、直接ボンディングによって２枚のウェーハをボンディングした後のオーバーレイ効果の出現を低減するための解決策を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的のために、本発明は、ボンディング前に固有湾曲を有する第１のウェーハをボンディング前に固有湾曲を有する第２のウェーハに直接ボンディングする方法であって、２枚のウェーハのうちの少なくとも一方が少なくとも一組のマイクロコンポーネントを備え、２枚のウェーハ間でのボンディング波の伝搬を開始させるように２枚のウェーハを互いに接触させる少なくとも１つのステップを含む方法において、接触させるステップ中に、回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲が２枚のウェーハのうちの一方に与えられ、前記ボンディング湾曲が一組のマイクロコンポーネントを備えたウェーハのボンディング前の固有湾曲に少なくとも依存し、他方のウェーハが前記所定のボンディング湾曲に一致するように自由であることを特徴とする方法を提供する。
【００１６】
下記に詳細に説明するように、ウェーハを貼り合わせながら、マイクロコンポーネントを備えた層の固有湾曲に依存し且つ回転放物面の形態のウェーハの湾曲を制御することによって、変形が本質的にラジアルタイプ、すなわちマイクロコンポーネントの作製中にステッパタイプの装置によって使用されるアルゴリズムによって補正することが可能な均一な変形であるように、ボンディング中及びボンディング後にこのウェーハに誘起される変形を制御することが可能である。
【００１７】
本発明の一態様によれば、ウェーハが一緒に貼り合わせられる前に、本方法は、
ボンディング前に各ウェーハの湾曲が測定されるステップと、
所定のボンディング湾曲が計算されるステップと
を含む。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、第１のウェーハだけが少なくとも一組のマイクロコンポーネントを備えるときには、回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲が次式
ＫＢ＝Ｋ１−（（Ｋ２−Ｋ１）／６）
から計算され、ここで、ＫＢが回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲であり、Ｋ１がボンディング前の第１のウェーハの固有湾曲であり、Ｋ２がボンディング前の第２のウェーハの固有湾曲である。
【００１９】
本発明のさらに別の態様によれば、２枚のウェーハの各々が少なくとも一組のマイクロコンポーネントを備えるときには、回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲が次式
ＫＢ＝（Ｋ１＋Ｋ２）／２
から計算され、ここで、ＫＢが回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲であり、Ｋ１がボンディング前の第１のウェーハの固有湾曲であり、Ｋ２がボンディング前の第２のウェーハの固有湾曲である。
【００２０】
第１のウェーハ及び第２のウェーハを、特に３００ｍｍの直径を有するシリコンウェーハとすることができる。
【００２１】
本発明の特定の一態様によれば、本方法は、
互いに向い合った第１のウェーハ及び第２のウェーハが、それぞれ第１の保持部及び第２の保持部によって保持されるステップであって、第１の保持部が、回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲を第１のウェーハに与えるステップと、
前記ウェーハが、前記ウェーハ間でのボンディング波の伝搬を開始させるために互いに接触させられるステップと、
第２のウェーハがボンディング波の伝搬中に第１のウェーハに与えられた回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲に一致するように、第２のウェーハが、第１のウェーハと接触する前又は接触中に第２の保持部から解放されるステップと
を含む。
【００２２】
本発明の特定の一実施形態によれば、回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲が、第１の保持部上に設けられたシリンダを作動させることによって第１のウェーハに与えられる。
【００２３】
本発明の別の特定の一実施形態によれば、回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲が、第１のウェーハと第１の保持部との間に挿入されたメンブランによって第１のウェーハに与えられ、前記メンブランが、回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲に対応する回転放物面の形態の湾曲を有する。
【００２４】
本発明のさらに別の特定の一実施形態によれば、回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲が、第１の保持部によって第１のウェーハに与えられ、第１の保持部が、回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲に対応する回転放物面の形態の湾曲を有する。
【００２５】
本発明の特定の態様によれば、ウェーハが、それぞれのボンディング面上にマイクロコンポーネントを各々備え、ウェーハのうちの一方のマイクロコンポーネントのうちの少なくとも一部が、他方のウェーハのマイクロコンポーネントのうちの少なくとも一部と位置合わせされるように意図されている。
【００２６】
また、本発明の主題は、ボンディング前に固有湾曲を有する第１のウェーハをボンディング前に固有湾曲を有する第２のウェーハに直接ボンディングするためのボンディング装置であって、２枚のウェーハのうちの少なくとも一方が、少なくとも一組のマイクロコンポーネントを備え、第１のウェーハ及び第２のウェーハを保持するための第１の保持部及び第２の保持部をそれぞれ備えたボンディング装置において、前記第１の保持部が、マイクロコンポーネントの層を備えたウェーハのボンディング前の固有湾曲に少なくとも依存する回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲を第１のウェーハに与えるための手段を備え、前記第２のウェーハがボンディング波の伝搬中に第１のウェーハに与えられた回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲に一致するように、第１のウェーハと接触する前又は接触中に第２の保持部から第２のウェーハを解放させるために第２の保持部を制御することを特徴とするボンディング装置である。
【００２７】
本発明の一態様によれば、本装置は、２枚のウェーハの各々のボンディング前の固有湾曲に依存する回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲又は回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲に対応する湾曲の半径を計算するための処理手段を備える。しかしながら、そうは言っても、これらの手段が、ボンディング装置に対して移動される場合がある。すなわち本方法は、処理手段がボンディング装置から分離されている場合であっても、やはり動作することができる。
【００２８】
本発明の特定の一実施形態によれば、第１の保持部が、第１のウェーハに対して回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲を与えることが可能なシリンダをさらに備え、シリンダが、回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲に対応する湾曲の半径に従って制御され、前記第２のウェーハがボンディング波の伝搬中に第１のウェーハに与えられた回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲に一致するように、本装置は、第１のウェーハとの接触後に第２の保持部から第２のウェーハを解放させるために第２の保持部を制御する。
【００２９】
本発明の別の特定の実施形態によれば、第１の保持部が、回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲に対応する湾曲を有する、又は、本装置が、第１のウェーハと第１の保持部との間に挿入されたメンブランをさらに含み、前記メンブランが、回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲に対応する湾曲を有する。
【００３０】
本発明の別の態様によれば、第１の保持部及び第２の保持部は、直径で１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、又は３００ｍｍの大きさである円形基板を収容するように設計されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来技術による直接ボンディングによって２枚のウェーハを貼り合わせた後で、２枚のウェーハのマイクロコンポーネント間のオーバーレイタイプのアライメント欠陥を示す概略的断面図である。
【図２】ボウタイプの変形を示すウェーハの図である。
【図３】ボウタイプの変形を示すウェーハの図である。
【図４Ａ】２枚のウェーハを直接ボンディングによって貼り合わせる前に得られる湾曲を示す図である。
【図４Ｂ】２枚のウェーハを直接ボンディングによって貼り合わせている間に得られる湾曲を示す図である。
【図４Ｃ】２枚のウェーハを直接ボンディングによって貼り合わせた後に得られる湾曲を示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による直接ボンディング法を実装する三次元構造の作製を示す概略図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による直接ボンディング法を実装する三次元構造の作製を示す概略図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態による直接ボンディング法を実装する三次元構造の作製を示す概略図である。
【図５Ｄ】本発明の一実施形態による直接ボンディング法を実装する三次元構造の作製を示す概略図である。
【図５Ｅ】本発明の一実施形態による直接ボンディング法を実装する三次元構造の作製を示す概略図である。
【図５Ｆ】本発明の一実施形態による直接ボンディング法を実装する三次元構造の作製を示す概略図である。
【図６】図５Ａ〜図５Ｆに図示した三次元構造を作製する際に採用するステップを図示する流れ図である。
【図７Ａ】本発明の別の実施形態による直接ボンディング法を実装する三次元構造の作製を図示する概略図である。
【図７Ｂ】本発明の別の実施形態による直接ボンディング法を実装する三次元構造の作製を図示する概略図である。
【図７Ｃ】本発明の別の実施形態による直接ボンディング法を実装する三次元構造の作製を図示する概略図である。
【図７Ｄ】本発明の別の実施形態による直接ボンディング法を実装する三次元構造の作製を図示する概略図である。
【図７Ｅ】本発明の別の実施形態による直接ボンディング法を実装する三次元構造の作製を図示する概略図である。
【図７Ｆ】本発明の別の実施形態による直接ボンディング法を実装する三次元構造の作製を図示する概略図である。
【図７Ｇ】本発明の別の実施形態による直接ボンディング法を実装する三次元構造の作製を図示する概略図である。
【図８】図７Ａ〜図７Ｇに図示した三次元構造を作製する際に採用するステップを図示する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明は、２枚のウェーハ間の直接ボンディングに適用され、これら２枚のウェーハのうちの少なくとも一方が、ボンディング操作の前に作製されているマイクロコンポーネントを備える。単純化の目的で、用語「マイクロコンポーネント」は、本明細書の残部において、層の位置決めが精密に制御されなければならない層上に又は層内に実行される技術的なステップからもたらされるデバイス又は任意の別の特徴を指す。それゆえ、これらが、単純なパターン、コンタクトパッド、又はインターコネクトを有する能動コンポーネント又は受動コンポーネントである場合がある。
【００３３】
上に説明したオーバーレイ効果の出現を減少させるために、本発明は、ボンディング中に、ウェーハ又はマイクロコンポーネントを備えたウェーハの初期湾曲に依存して事前に決められているボンディング湾曲をウェーハに与えることによって貼り合わせることに由来する前記ウェーハの不均一な変形を低減することを提案する。
【００３４】
これらのウェーハを貼り合わせる前に、各ウェーハは、図２中のウェーハ３０の場合におけるような凹形、又は図３中のウェーハ４０の場合におけるような凸形である場合がある固有湾曲を有する。この湾曲は、半導体工業において「ボウ」と呼ばれるウェーハの湾曲変形を決定する。図２及び図３中に図示したように、ウェーハのボウΔｚは、ウェーハが束縛を受けずに置かれる基準面Ｐ（典型的には、完全な平面）とウェーハそれ自体の間の、一般にウェーハの中心のところで測定される距離（たわみ）に対応する。半導体分野において通常使用するウェーハの直径の寸法では、すなわち、数１０ミリメートルと３００ミリメートルとの間では、ボウをミクロン単位で測定し、一方で、半導体分野において使用するウェーハの湾曲が非常に小さく、その結果、対応する湾曲の半径が非常に大きいので、湾曲を、ｍ−１又はｋｍ−１単位で一般に測定する。
【００３５】
図４Ａ〜図４Ｃは、第１のウェーハ５０（上部）の支持ウェーハ６０（下部にある）へのボンディング前後の湾曲の変化を示し、これらのウェーハは、それぞれ初期湾曲Ｋ１及びＫ２、言い換えるとボンディング前に固有湾曲を有する（図４Ａ）。直接ボンディング中には、ボンディング湾曲と呼ばれる湾曲ＫＢを、２枚のウェーハ５０及び６０のうちの一方に与え（図４Ｂ）、他方のウェーハは、下記に詳細に説明するように、ボンディング波の伝搬中にこの第１のウェーハに与えられた湾曲に一致する。湾曲ＫＢを、下記に詳細に説明するようなボンディング機の独特な保持部によって与えることができ、湾曲ＫＢが２枚のウェーハのうちの一方だけに与えられるのに対して、他方のウェーハは自由であり、ボンディング波の伝搬中に、別のウェーハに与えられた湾曲に一致するように、ボンディング波の伝搬が始まる時点で変形する。
【００３６】
一旦、ボンディング操作を実行し、ウェーハがそれぞれの保持部から解放されると、貼り合わせたウェーハ５０及び６０の組み立てによって形成される構造は、ボンディング後湾曲と呼ばれる湾曲ＫＦを有する。
【００３７】
ボンディング後湾曲ＫＦを、次式から計算することができる。
ＫＦ＝（２（Ｋ１＋Ｋ２）＋１２ＫＢ）／１６                  （１）
【００３８】
この式を、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．９５，Ｎｏ．１，Ｊａｎｕａｒｙ  １，２００４のＴ．Ｔｕｒｎｅｒらによる「Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ｏｆ  ｗａｆｅｒ  ｂｏｎｄｉｎｇ：  Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｃｌａｍｐｉｎｇ」という題名の論文に与えられた式（１２）から決定した。
【００３９】
上に説明したように、少なくとも一方がマイクロコンポーネントを含む２枚のウェーハを直接ボンディングによって貼り合わせるときに、不均一な変形が、マイクロコンポーネントを備えたウェーハ中に生じる場合があり、これらの変形をボンディングの後で追加のマイクロコンポーネントの形成中にステッパタイプの装置の補償アルゴリズムによって補償することが可能であり、ボンディングの前後に形成したマイクロコンポーネント間に望ましくないオーバーレイを結果としてもたらす。
【００４０】
対照的に、ボンディング後に、マイクロコンポーネントを備えたウェーハが、事実上ラジアルタイプの変形だけ、すなわち均一な変形を有する場合には、これらの変形を、アルゴリズムによってボンディング後に補正することができる。
【００４１】
それゆえ、本発明の目的は、ウェーハ又はマイクロコンポーネントを備えたウェーハが、ボンディング後に、補正することができるラジアルタイプの変形だけ有するように、ボンディング後湾曲を制御することである。
【００４２】
マイクロコンポーネントが事前にその中又はその上に形成され且つ固有湾曲Ｋ１を有する第１のウェーハと、マイクロコンポーネントがなく且つ固有湾曲Ｋ２を有する第２のウェーハとの間のボンディングの場合では、第１のウェーハにおいてラジアル変形だけ得るためには、第１のウェーハの変形が最小でなければならず、ボンディング後湾曲ＫＦが回転放物面の形態でなければならないことを、出願人は明らかにした。この目的のために、ウェーハは、少なくともほぼ回転放物面の形態（特に、回転放物面の１つの特殊場合である球形状）の初期湾曲を有し、回転放物面の形態のボンディング湾曲を与えた後で、類似した形状のボンディング後湾曲を得ることを可能にする。
【００４３】
それ自体周知であるように、回転放物面のデカルト座標における方程式は、下記のように表される、
ｘ２＋ｙ２＝２ｐｚ                （２）
ここで、ｘや、ｙや、ｚは回転放物面のデカルト座標であり、ｐは定数である。
【００４４】
回転放物面についての円柱方程式を、下記のように書くことができ、
ρ２＝２ｐｚ                      （３）
ここで、ρは（ρ＝ｘ２＋ｙ２となるように）回転放物面の円柱座標である。
【００４５】
回転放物面の全湾曲ＫＰを、次式から計算することができる。
ＫＰ＝ｐ２／（ρ２＋ｐ２）          （４）
【００４６】
マイクロコンポーネントを備えた第１のウェーハの最小変形を、ＫＦ＝Ｋ１とすることによって求める。この条件を方程式（１）に適用する場合には、第１のウェーハの最小変形は、回転放物面の形態のボンディング湾曲ＫＢを与えることによって、
ＫＢ＝Ｋ１−（（Ｋ２−Ｋ１）／６）    （５）
のように求められる。
【００４７】
ボンディング前に形成したマイクロコンポーネントを各々が備え、それぞれ固有湾曲Ｋ１及びＫ２を有する第１のウェーハと第２のウェーハとの間のボンディングの場合では、第１のウェーハ及び第２のウェーハの変形が最小でなければならず、ボンディング後湾曲ＫＦが回転放物面の形態でなければならない。
【００４８】
マイクロコンポーネントを備えた第１のウェーハ及び第２のウェーハの最小変形は、ＫＦ＝（Ｋ１＋Ｋ２）／２とすることによって求められる。この条件を方程式（１）に適用する場合には、第１のウェーハの最小変形が、回転放物面の形態のボンディング湾曲ＫＢを与えることによって、
ＫＢ＝（Ｋ１＋Ｋ２）／２            （６）
のように求められる。
【００４９】
従って、２枚のウェーハのうちの一方がマイクロコンポーネントを備えるか、又は両方のウェーハがマイクロコンポーネントを備えるかに応じて、それぞれ、式（５）又は式（６）を使用して、ボンディング中にウェーハに与えられる回転放物面の形態の湾曲ＫＢを決定し、それにより、ボンディング後の変形がラジアルタイプのもの、すなわち補正アルゴリズムによって補償することができる均一な変形となるようにマイクロコンポーネントを備えたウェーハ又は複数のウェーハの変形を制御することを可能にするボンディング後湾曲ＫＦを求めることが可能である。湾曲Ｋ１及びＫ２を、事前に、例えば、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｃｏｒｐ．社からのＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｆｌｅｘｕｓ等の光学的測定器を用いて（又は容量ゲージを使用するいずれかの測定によって、又はボウを決定することを可能にする光学的若しくは機械的形状測定によって）測定する。
【００５０】
本発明の一実施形態によってオーバーレイミスアライメントを減少させるボンディング法を採用して、第１のウェーハ１００上に形成したマイクロコンポーネントの層を第２のウェーハ２００上に転写することによる三次元構造の作製の一例を、図５Ａ〜図５Ｆ及び図６に関連してここに説明する。ウェーハは、とりわけ１５０ｍｍや、２００ｍｍや、３００ｍｍの直径を有する場合がある。
【００５１】
三次元構造の作製は、第１のウェーハ１００の表面上に第１の組のマイクロコンポーネント１１０の形成で始まる（図５Ａ、ステップＳ１）。マイクロコンポーネント１１０を、全体のコンポーネント及び／又は単に部分コンポーネントとすることができる。ここで説明する例では、第１のウェーハ１００は、やはりシリコンから成る基板１０１上のシリコン層１０３と、この層とシリコン基板の間に配置された、例えばＳｉＯ２から成る埋め込み酸化膜層１０２とを備えたＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）タイプの直径３００ｍｍウェーハである。ウェーハ１００が、別のタイプの多層構造又は一層構造から成る場合もある。
【００５２】
第２のウェーハ２００は、直径３００ｍｍシリコンウェーハである（図５Ｂ）。
【００５３】
マイクロコンポーネント１１０を、作製しようとするマイクロコンポーネントに対応するパターンを形成するためのゾーンを画定するためのマスクを使用してフォトリソグラフィによって形成し、ステッパタイプの選択照射ツールが、パターンを作製しようとするゾーンを照射するために使用される。
【００５４】
マイクロコンポーネント１１０は、ボンディング操作の後に転写した層上に形成するマイクロコンポーネントと協働するように意図されている。それゆえ、ウェーハを貼り合わせた後で、マイクロコンポーネント１１０及び２１０の良いアライメントを保証することができることが、重要である。
【００５５】
本発明によれば、ボンディング中に、ウェーハのうちの一方に対して回転放物面の形態のボンディング湾曲ＫＢを与えながら、別のウェーハが２枚のウェーハ間でのボンディング波の伝搬によって与えられる湾曲に一致することを可能にするボンディング機を使用する。この操作は、変形が、適切なアルゴリズムを使用して補正することができるミスアライメントをもたらす単にラジアル変形、すなわち均一な変形であるように、第１のウェーハ１００の変形を制御することが可能である目標の放物面状ボンディング後湾曲ＫＦｃを得ることを可能にする。ここで説明する例では、ウェーハ１００及び２００は、それぞれ放物面状の形態の湾曲Ｋ１及びＫ２を有する。それゆえ、放物面状の形態の所定のボンディング湾曲ＫＢを、ウェーハに対してここで与える。
【００５６】
図５Ｂに図示したように、機械３００の第２の支持プレート３２０の保持面３２１の適所に保持された第２のウェーハ２００と向い合わせて第１のウェーハ１００を保つように意図された保持面３１１を有する第１の支持プレート３１０を備えたボンディング機又は装置３００を使用して、ボンディング操作を実行する。支持プレート３１０及び３２０は、静電的保持手段又は吸引保持手段等の保持手段を両者とも装備する（図５Ｂには図示せず）。第１の支持プレート３１０及び第２の支持プレート３２０は、一方で、互いに向い合わせてウェーハを配置しながら回転及び移動ミスアライメント誤差を補償し、他方で、それぞれ第１の支持プレート３１０及び第２の支持プレート３２０の保持面３１１及び３２１を互いにより近くに又はさらに遠くに動かすことを可能にする移動方向ｄｐｘ及びｄｐｙに各々が動くことが可能である。このようにして、各支持プレートを、例えば、方向ｄＰに沿って２つの保持部間の距離を調節するようにボンディング機によって制御されるアクチュエータ（図５Ｂには図示せず）上にマウントする。
【００５７】
ボンディングの開始において、２枚のウェーハ１００及び２００は、それらのそれぞれの支持プレートの保持面に対して各々を押し付けて保持される（図５Ｂ、ステップＳ２）。
【００５８】
次に、本発明に従って、放物面状のボンディング湾曲ＫＢに対応する湾曲を、第１のウェーハ１００に対して（又は代わりに第２のウェーハに対して）与え、その湾曲が、上に与えた式（５）を用いて計算され、第１のウェーハに本質的なラジアルの変形を誘起するように、事前に決定した目標の放物面状のボンディング後湾曲ＫＦを求めることを可能にする（図５Ｃ、ステップＳ３）。
【００５９】
この目的のために、第１の支持プレート３１０は、ロッド３１３とともに設けられた線形アクチュエータ又はシリンダ３１２を備え、シリンダを作動させたときに、第１のウェーハ１００が押し付けられるプレート３１０の保持面３１１を超えてロッドが伸びる。図５Ｃに図示したように、この場合では、ロッド３１３の自由端３１３ａは、第１のウェーハを押し、それによって、前記ウェーハに与えようとしている所定の放物面状のボンディング湾曲を可能にする。シリンダ３１２の作動中に、ウェーハがロッド３１３によって曲げられているのでウェーハに対する圧力を減少させるために、支持プレート３１０を保持するための手段の引力、すなわち、吸引力又は静電力を、プレート３１０の保持面３１１上の所定の同心的な中央ゾーン内において減少され又はさらに除去されるようにボンディング機によって制御することができる。
【００６０】
ボンディング機３００は、ロッド３１３が保持面３１１から突き出す距離ｄｔを制御し、この距離ｄｔを、ウェーハに与えようとしているボンディング湾曲ＫＢに応じて決定する。より詳しくは、シリンダ３１２は、ボンディング機３００によって規定される設定位置に従ってロッド３１３の直線位置を制御するサーボ制御装置（図示せず）を装備する。
【００６１】
ボンディング機３００は、プログラム可能なマイクロプロセッサ等の処理手段を装備し、この手段は、ここで説明した機械３００におけるようなシリンダを使用する場合では、放物面状のボンディング湾曲ＫＢ又は放物面状のボンディング湾曲ＫＢと等価な湾曲の半径を計算することが可能である。より詳しくは、それぞれウェーハ１００及び２００の初期湾曲Ｋ１及びＫ２、並びにやはり放物面状の目標ボンディング後湾曲ＫＦをボンディング機に入力し、ボンディング機の処理手段が、次に、上に与えた式（５）を使用して与えようとしている放物面状のボンディング湾曲ＫＢを計算し、湾曲の対応する目標半径Ｒｃｂを求めるためにこの値の逆数を求める（Ｒｃｂ＝１／ＫＢ）。
【００６２】
上に示したように、ウェーハのボウが、基準面、ここでは保持面３１１と、ウェーハの表面、ここでは保持面３１１と向い合うウェーハの表面との間のウェーハの中心のところで測定した距離に対応するので、シリンダ３１２のサーボ制御装置に送らなければならない規定すべき最終パラメータは、湾曲の半径Ｒｃｂに対応するボウΔｚである。ボウΔｚは、ボンディング湾曲を与えるためにロッド３１３を伸ばさなければならない距離ｄｔに対応する。
【００６３】
目標ボウΔｚｃを、次式から湾曲の目標半径Ｒｃｂにより計算することができ、
【数１】
0005584905.tif 000002
ここでは、Ｄは湾曲させようとしているウェーハの直径である。
【００６４】
一旦、目標ボウが計算されると、ロッドを等価な距離ｄｔ（ｄｔ＝Δｚｃ）のところに配置するために、目標ボウΔｚｃの数値を、ロッドを作動させるシリンダ３１２のサーボ制御装置に転送する。
【００６５】
ボンディング中にウェーハに対して放物面状のボンディング湾曲を与えるために、シリンダ３１２のロッド３１３を、ウェーハ１００の中心のところに置く。
【００６６】
放物面状のボンディング湾曲ＫＢを第１のウェーハ１００に与えるときに、ウェーハ１００の最前部１００ａ（クラウン）を第２のウェーハ２００の露出した表面と微妙に接触させて置き、従って、ボンディング波の伝搬が始まるように、支持プレート３１０及び３２０を互いにより近くに動かす（図５Ｃ、ステップＳ４）。第２のウェーハ２００がボンディング中に第１のウェーハ１００に与えられた変形（湾曲ＫＢ）と一致することを可能にするために、２枚のウェーハが接触する前又は接触中に、支持プレート３２０上に第２のウェーハ２００を保持するための手段の動作を停止する。
【００６７】
あるいは、２枚のウェーハを距離Δｚｃ離れたところに置き、次に、ロッド３１３を距離ｄｔ＝Δｚｃにわたって動かすことによって、表面を互いに直接接触させるように、２枚のウェーハのうちの一方を変形させることが可能である。このようにして、放物面状のボンディング湾曲ＫＢ及びボンディング波の伝搬の開始を、同時に与える。この場合においてもまた、所定のボンディング湾曲に変形させられていないウェーハを、ボンディング波の伝搬中に、他方のウェーハに与えられた放物面状のボンディング湾曲に一致するように自由にしなければならない。
【００６８】
直接ボンディングは、それ自体が周知の技術である。注意として、直接ボンディングの原理は、２枚のウェーハを互いに直接接触させるようにすること、すなわち特別な材料（接着剤や、ワックスや、ろう付け、等）を使用しないことに基づく。一緒に貼り合わせようとしている表面が十分に平滑であり、いかなる粒子又は汚染がなく、典型的には数ナノメートル未満の距離のところで接触を開始させるために相互に十分に近づけることを、かかる操作は必要とする。この場合では、直接ボンディング（一緒に貼り合わせようとしている２つの表面の原子又は分子間の電子的相互作用を含む引力（ファン・デル・ワールス力）の連係によって引き起こされるボンディング）をもたらすボンディング波が伝搬するので、２つの表面間の引力は、極めて大きい。
【００６９】
一旦、ボンディング波の伝搬が開始すると、その時に支持プレート３２０から解放される第２のウェーハ２００は、ボンディング波が進むにつれて第１のウェーハ１００に与えられた湾曲に一致する（図５Ｄ、ステップＳ５）。
【００７０】
２枚のウェーハを一緒に貼り合わせ終わると、第１のウェーハ１００は、その支持プレートから完全に解放される（図５Ｅ、ステップＳ６）。上に規定した目標放物面状湾曲ＫＦを有する三次元構造３５０が、そのように得られる。制御されていないボンディング中に通常現れる不均一な変形を、このように極めて著しく減少させる。
【００７１】
ボンディングの後で、２枚のウェーハ間の結合強度を増加させ、マイクロコンポーネント１１０に多少なりとも損傷を与えずに２枚のウェーハのうちの一方をその後で薄くするために、構造３５０は、（５００℃より低い）適度な熱処理を受ける場合がある。
【００７２】
図５Ｆに示したように、マイクロコンポーネント１１０の層の上方に存在する材料の一部を除去するために、第１のウェーハ１００を薄くする（ステップＳ７）。特に、化学機械ポリシング（ＣＭＰ）によって、化学エッチングによって、又は、例えば、原子注入によって基板内に事前に形成した弱い面に沿った劈開若しくは破断によって、ウェーハ１００を薄くすることができる。第１のウェーハがＳＯＩタイプの基板である場合には、ここでの場合のように、残っている層１００ａの厚さの範囲を定めるために、化学エッチングストップ層として埋め込み絶縁性層を使用することが、有利である場合がある。あるいは、初期基板がバルク材料から成る場合には、深いコンタクトパッド、例えば、金属材料から成り基板の表面上に一様に間を空けて配置されたコンタクトパッドを、機械的薄膜化（ポリシング）操作を停止させるために、コンポーネントの形成の後半の間に事前に形成することができる。
【００７３】
第２のウェーハ２００及び第１のウェーハ１００の残っている部分に対応する層１００ａから形成された三次元構造３６０が、そのように得られる。
【００７４】
制御されていないボンディング中に通常現れる不均一な変形を、このように極めて著しく減少させる。ボンディングの後で、第２の組のマイクロコンポーネント１２０を、マイクロコンポーネント１１０との正確なアライメントで形成し、第１の組及び第２の組のマイクロコンポーネント間のいかなるミスアライメントをも、アライメント補正アルゴリズムによって補正する（図５Ｆ、ステップＳ８）。
【００７５】
本発明の一実施形態によるオーバーレイミスアライメントを減少させたボンディング法を採用して、第１のウェーハ５００上に形成したマイクロコンポーネント５１０の層をマイクロコンポーネント６１０の層をやはり含む第２のウェーハ６００上に転写することによって得られる三次元構造のもう１つの例示的な実施形態を、図７Ａ〜図７Ｇ及び図８に関連してここに説明する。この実施形態では、ウェーハ５００及び６００は、回転放物面の形態の初期湾曲を有する。ウェーハは、特に、１５０ｍｍや、２００ｍｍや、３００ｍｍの直径を有することができる。
【００７６】
三次元構造の作製は、第１のウェーハ５００の表面上に第１の組のマイクロコンポーネント５１０の形成（図７Ａ、ステップＳ１０）及び第２のウェーハ６００の表面上に第２の組のマイクロコンポーネント６１０の形成（図７Ｂ、ステップＳ２０）で始まる。マイクロコンポーネント５１０及び６１０を、全体のコンポーネント及び／又は単に部分コンポーネントとすることができる。ここで説明する実施形態では、第１のウェーハ５００は、やはりシリコンから成る基板５０１上のシリコン層５０３と、この層とシリコン基板の間に配置された、例えばＳｉＯ２から成り埋め込み酸化膜層５０２とを備えたＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）タイプの直径３００ｍｍウェーハである。ウェーハ５００は、別のタイプの多層構造又は一層構造から成る場合もある。
【００７７】
第２のウェーハ６００は、直径で３００ｍｍのシリコンウェーハである。
【００７８】
作製しようとするマイクロコンポーネントに対応する特徴を形成するゾーンを画定するためのマスクを用いて、マイクロコンポーネント５１０及び６１０を、フォトリソグラフィによって形成する。
【００７９】
マイクロコンポーネント５１０及び６１０は、互いに協働するように、例えば、各々が作製しようとしているコンポーネントの一部分を形成するマイクロコンポーネント５１０及び６１０の対をなす組み合わせによって完成したコンポーネントを形成するように、又は対応するマイクロコンポーネント５１０及び６１０の相互接続によって回路を形成するように意図されている。それゆえ、ウェーハを一緒に貼り合わせながら、マイクロコンポーネント５１０及び６１０間の良いアライメントを保証することができることが、重要である。
【００８０】
本発明によれば、ボンディング中に、ウェーハのうちの一方に回転放物面の形態のボンディング湾曲ＫＢを与えながら、他方のウェーハが２枚のウェーハ間でのボンディング波の伝搬によって与えられる湾曲と一致することを可能にするボンディング機を使用する。この操作は、２枚のウェーハが、コンポーネント５１０及び６１０間の非常にわずかなミスアライメントしか生じさせず、薄くした後に残っている層５００ａ中にコンポーネントをその後で形成する場合では、適切なアルゴリズムによって補正することができる、おそらく後に生じるオーバーレイをもたらす単にラジアル変形、すなわち均一な変形を有するように、２枚のウェーハ５００及び６００の変形を制御することを可能にする回転放物面の形態の目標のボンディング後湾曲ＫＦを得ることを可能にする。
【００８１】
図７Ｃに図示したように、上に説明した機械３００のように、機械７００の第２の支持プレート７２０の保持面７２１の適所に保持される第２のウェーハ６００と向い合わせるように第１のウェーハ５００を保持するように設計された保持面７１１を有する第１の支持プレート７１０を備えたボンディング機即ち装置７００を用いて、ボンディング操作を実行する。
【００８２】
ボンディングの開始において、２枚のウェーハ５００及び６００を、それぞれの支持プレートの保持面に対して各々を押し付けて保持する（図７Ｃ、ステップＳ３０）。
【００８３】
次に、本発明によれば、回転放物面の形態のボンディング湾曲ＫＢに対応する湾曲を、第１のウェーハ１００に対して（又は代わりに第２のウェーハに対して）与え、そのボンディング湾曲が、上に与えた式（６）を用いて計算され、２枚のウェーハに本質的にラジアル変形を誘起するように、事前に決定した回転放物面の形態の目標ボンディング後湾曲ＫＦを求めることを可能にする（図７Ｄ、ステップＳ４０）。
【００８４】
機械３００に関して上に説明したように、第１の支持プレート７１０は、ロッド７１３が設けられた線形アクチュエータ即ちシリンダ７１２を含み、シリンダを作動させたときに、そのロッドが、第１のウェーハ５００を押し付けているプレート７１０の保持面７１１を超えて伸びる。図７Ｄに図示したように、この場合では、ロッド７１３の自由端７１３ａは、第１のウェーハの中心上を押し、それによって、前記ウェーハに対して回転放物面の形態の所定のボンディング湾曲を与える。
【００８５】
ボンディング機７００は、ロッド７１３が保持面７１１から突き出す距離ｄｔを制御する。上に説明したように、上に与えられた式（６）を使用して、与えようとしている回転放物面の形態のボンディング湾曲ＫＢを計算し、湾曲の対応する目標半径Ｒｃｂを求めるためにこの値の逆数（Ｒｃｂ＝１／ＫＢ）を求めた後で、この距離ｄｔが、機械７００の処理手段によって決定され、ボンディング湾曲の強制的な付与中にロッド７１３を伸ばさなければならない距離ｄｔに対応する対応目標ボウΔｚｃを決定する。
【数２】
0005584905.tif 000003
【００８６】
一旦、目標ボウが計算されると、ロッドを等価な距離ｄｔ（ｄｔ＝Δｚｃ）のところに配置するために、ロッドを作動させるシリンダ７１２のサーボ制御装置に、目標ボウΔｚｃの数値を転送する。
【００８７】
回転放物面の形態のボンディング湾曲ＫＢを第１のウェーハ５００に与えるときに、ウェーハ５００の最前部５００ａ（クラウン）が第２のウェーハ６００の露出した表面と微妙に接触して置かれ、従って、ボンディング波の伝搬が始まるように、支持プレート７１０及び７２０を、互いにより近くに動かす（図７Ｄ、ステップＳ５０）。第２のウェーハ６００が、ボンディング中に第１のウェーハ５００に与えられた変形（湾曲ＫＢ）と一致することを可能にするために、２枚のウェーハが接触する前又は接触中には、その支持プレート７２０上に第２のウェーハ６００を保持するための手段は、作動を停止する。
【００８８】
あるいは、２枚のウェーハを距離Δｚｃ離れたところに置き、次に、ロッド７１３を距離ｄｔ＝Δｚｃにわたって動かすことによって表面を直接接触させるように２枚のウェーハのうちの一方を変形させることが、可能である。このようにして、回転放物面の形態のボンディング湾曲ＫＢ及びボンディング波の伝搬の開始を、同時に与える。この場合においてもまた、所定のボンディング湾曲に変形させられていないウェーハを、ボンディング波の伝搬中に、別のウェーハに与えられた回転放物面の形態のボンディング湾曲に一致するように自由にしなければならない。
【００８９】
一旦、ボンディング波の伝搬が開始すると、その時に支持プレート７２０から解放される第２のウェーハ６００は、ボンディング波が進むにつれて第１のウェーハ５００に与えられた湾曲に一致する（図７Ｅ、ステップＳ６０）。
【００９０】
２枚のウェーハを一緒に完全に貼り合わせると、第１のウェーハ５００は、それ自体の支持プレートから完全に解放される（図７Ｆ、ステップＳ７０）。上で定めた回転放物面の形態の目標湾曲ＫＦを有する三次元構造８００が、そのように得られる。制御されていないボンディング中に通常現れる不均一な変形を、このように極めて著しく減少させる。
【００９１】
ボンディングの後で、２枚のウェーハ間の結合強度を増加させ、２枚のウェーハのうちの一方をその後で薄くすることを可能にし、マイクロコンポーネント５１０及び６１０に損傷を与えないために、構造８００は、（５００℃より低い）適度な熱処理を受ける場合がある。
【００９２】
図７Ｇに示したように、マイクロコンポーネント５１０の層の上方に存在する材料の一部を除去するために、第１のウェーハ５００を薄くする（ステップＳ８０）。第２のウェーハ６００及び第１のウェーハ５００の残っている部分に対応する層５００ａから形成された三次元構造８１０が、そのように得られる。
【００９３】
代替実施形態によれば、マイクロコンポーネントを形成した後で、ボンディング前処理の目的で、第１のウェーハ及び／又は第２のウェーハの表面上に、例えば、ＳｉＯ２から成る酸化膜層を堆積させることが可能である。一方のウェーハのマイクロコンポーネントを他方のウェーハのマイクロコンポーネントと接触させることができるように、マイクロコンポーネントのすべて又は一部と接触する、例えば、銅から成る金属コンタクトパッドを酸化膜層中に形成することによって、この酸化膜層又はこれらの酸化膜層を、さらに前処理することができる。
【００９４】
ウェーハのボンディング表面を処理してもよい。表面前処理のために実行する処理は、得ることが望ましい結合強度に応じて異なる。標準の結合強度、すなわち比較的弱い結合強度を得ることを望む場合には、化学機械ポリシングステップに続いて洗浄ステップを実行することによって、表面を前処理することができる。あるいは、２つの基板間に強い結合強度を得ることを望む場合には、表面前処理は、ＲＣＡ洗浄ステップ（すなわち、粒子及び炭化水素を除去するために適したＳＣ１（ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２、Ｈ２Ｏ）槽と金属汚染を除去するために適したＳＣ２（ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２、Ｈ２Ｏ）槽との組み合わせ）、続いてプラズマ表面活性化ステップ、続いて追加の洗浄ステップ、続いてブラシングステップを含む。
【００９５】
２枚のウェーハ間の温度差を小さくするために、ボンディングを好ましくは制御した温度で実行する。
【００９６】
上に説明した式若しくは方程式（２）〜（７）を使用して、ボンディング機の処理手段によって又はボンディング機から離れた同等の手段によって、回転放物面の形態のボンディング湾曲を計算する。
【００９７】
第１のウェーハと前記ウェーハ用の保持部との間に挿入されたメンブランを含み、メンブランが回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲に対応する湾曲を有するボンディング機を使用して、又は回転放物面の形態の前記所定のボンディング湾曲に対応する湾曲を有する第１のウェーハ用の保持部を備えたボンディング機を使用して、ボンディング湾曲をやはり与えることができ、保持部は、前記機械によって又は関連した計算手段によって事前に計算したボンディング湾曲に一致するように、機械によって変形可能であり且つ制御されることが特に可能である。第２のウェーハを第１のウェーハと接触させること及びボンディング波の伝搬が開始する前に第２のウェーハを自由にすることが、上に説明したように両方とも起きる。
【００９８】
本ボンディング法に基づいて、ボンディングの後で、追加のマイクロコンポーネントの形成中にアルゴリズムによって補正することができるアライメント欠陥だけを生じさせる均一な変形で、２枚のウェーハを一緒に貼り合わせることができ、オーバーレイミスアライメントの減少をもたらす。従って、マイクロコンポーネント間のミスアライメントを、ウェーハの全表面にわたり均一である無視できる値に制限することが可能である。非常に小さなサイズ（例えば、＜１μｍ）のものでさえマイクロコンポーネントを、従って、相互に位置合わせされるように容易に形成することができる。これは、例えば、マイクロコンポーネントが、悪い相互接続のリスクを最小にしながら、金属接続部を用いて相互に接続することを可能にする。
【符号の説明】
【００９９】
３０  ウェーハ
４０  ウェーハ
５０  第１のウェーハ
６０  支持ウェーハ
１００  第１のウェーハ
１０１  基板
１０２  埋め込み酸化膜層
１０３  シリコン層
２００  第２のウェーハ
３００  ボンディング機
３１０  第１の保持部
３１１  保持面
３１２  シリンダ
３１３  ロッド
３１３ａ  自由端
３２０  第２の保持部
３２１  保持面
３５０  三次元構造
３６０  三次元構造
４００  三次元構造
４１０  初期基板
４２０  最終基板
４１１〜４１９  マイクロコンポーネント
４２１〜４２９  マイクロコンポーネント
５００  第１のウェーハ
５１０  第１の組のマイクロコンポーネント
６００  第２のウェーハ
６１０  第２の組のマイクロコンポーネント
７００  ボンディング機
７１０  第１の保持部
７１１  保持面
７１２  シリンダ
７１３  ロッド
７１３ａ  自由端
７２０  第２の保持部
７２１  保持面
Ｐ  基準面
Ｋ１  第１のウェーハの固有湾曲
Ｋ２  第２のウェーハの固有湾曲
ＫＢ  ボンディング湾曲
ＫＦ  ボンディング後湾曲
Ｄ  湾曲させようとしているウェーハの直径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図８】
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