(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体積層構造の部分構成要素の間に直接融合ボンドを形成する。【解決手段】複数の半導体ウエハ１０の各々の上に１又は複数の直接ボンディング面を生成する工程を備える。第１の部分構成要素及び第２の部分構成要素が、複数の半導体ウエハの少なくとも１つから切断される。第２の部分構成要素の第２の直接ボンディング面が、第１の部分構成要素の第１の直接ボンディング面と接触するように配置され、初期接触領域を規定する。第２の部分構成要素の第２の直接ボンディング面及び第１の部分構成要素の第１の直接ボンディング面の間の接近角が、半導体積層構造の直接融合ボンドを形成するために閉じられる。直接融合ボンドは、初期接触領域よりも大きくなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体積層構造の部分構成要素の間に直接融合ボンドを形成するための方法であって、
複数の半導体ウエハの各々の上に１または複数の直接ボンディング面を生成する工程と、
前記複数の半導体ウエハの少なくとも１つから第１の部分構成要素および第２の部分構成要素を切断する工程であって、前記第１の部分構成要素は、前記１または複数の直接ボンディング面のうちの第１の直接ボンディング面を備え、前記第２の部分構成要素は、前記１または複数の直接ボンディング面のうちの第２の直接ボンディング面を備える、工程と、
前記第１の部分構成要素の前記第１の直接ボンディング面および前記第２の部分構成要素の前記第２の直接ボンディング面を乾燥させる工程と、
前記第１の部分構成要素を組み立てブロックで拘束する工程と、
前記第１の部分構成要素の前記第１の直接ボンディング面と接触するように前記第２の部分構成要素の前記第２の直接ボンディング面を配置して、初期接触領域を規定する工程であって、前記第２の部分構成要素の前記第２の直接ボンディング面と前記第１の部分構成要素の前記第１の直接ボンディング面との間に接近角が形成される、工程と、
前記第２の部分構成要素の前記第２の直接ボンディング面と前記第１の部分構成要素の前記第１の直接ボンディング面との間の前記接近角を閉じて、半導体積層構造の直接融合ボンドを形成する工程であって、前記直接融合ボンドは、前記初期接触領域よりも広い、工程と、
を備える、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記第１の部分構成要素は、前記第２の部分構成要素と隣接し、第３の部分構成要素が、前記第１の部分構成要素および前記第２の部分構成要素とボンディングされる、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記第１の部分構成要素の第１の表面が、前記第２の部分構成要素の第２の表面の第１の部分にボンディングされ、前記第２の部分構成要素の前記第２の表面の第２の部分はボンディングされない、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記複数の半導体ウエハの各々は、シリコン、二酸化シリコン、ガリウムヒ素、サファイア、炭化シリコン、または、それらの組み合わせを含む、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記複数の半導体ウエハの各々は、単結晶シリコンを含む、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記第１の部分構成要素の前記第１の直接ボンディング面は親水性である、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記第１の部分構成要素の前記第１の直接ボンディング面は疎水性である、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記複数の半導体ウエハの前記少なくとも１つを層流水ジェットで冷却する工程と、
前記層流水ジェットを通して前記複数の半導体ウエハの前記少なくとも１つに向かってレーザビームを伝搬させる工程と、
を備え、
前記レーザビームは、前記複数の半導体ウエハの前記少なくとも１つを前記第１の部分構成要素および前記第２の部分構成要素に切断する、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、さらに、前記第１の部分構成要素を酸化する工程を備える、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記層流水ジェットは、酸化剤を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記酸化剤は、過酸化水素、酸素飽和脱イオン水、オゾン化脱イオン水、または、それらの組み合わせを含む、方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法であって、さらに、前記第１の部分構成要素を化学エッチングする工程を備える、方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記複数の半導体ウエハの各々を固定具上に配置する工程と、
前記複数の半導体ウエハの各々を前記固定具上で１または複数の部分構成要素に切断する工程と、
を備える、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、さらに、前記複数の半導体ウエハの各々を前記固定具と係合した１または複数の選択的に平行移動可能なピン上に配置する工程を備える、方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記第１の部分構成要素を切断ステーションから組み立てステーションに移送する工程と、
前記切断ステーションと前記組み立てステーションとの間に配置された１または複数のイソプロピルアルコール蒸気ノズルによって生成されたイソプロピルアルコール蒸気で前記第１の部分構成要素を乾燥させる工程と、
を備える、方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、さらに、複数の組み立てブロックを備えた組み立てテーブルで前記第１の部分構成要素を拘束する工程を備え、
前記組み立てテーブルは、前記第１の部分構成要素を第１の方向で拘束し、前記組み立てブロックの少なくとも１つは、前記第１の部分構成要素を第２の方向で拘束する、方法。
【請求項１７】
請求項１６の方法であって、前記組み立てテーブルは傾斜可能である、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、さらに、前記組み立てテーブルが実質的に反転される際に、前記第１の部分構成要素を係合部材で前記組み立てテーブルの半導体接触面に拘束する工程を備える、方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
第１のロボットアームの少なくとも１つの顎部材の２以上の強化水平力グリッパ先端で前記第１の部分構成要素を把持する工程と、
前記第１の部分構成要素を組み立てテーブルに接触させて配置する工程と、
前記第１のロボットアームの少なくとも１つの顎部材の２以上の強化水平力グリッパ先端で前記第２の部分構成要素を把持する工程と、
前記第１の部分構成要素および前記第２の部分構成要素の各々の初期接触端で前記第１の部分構成要素の前記第１の直接ボンディング面と初期接触するように前記第２の部分構成要素の前記第２の直接ボンディング面を配置する工程と、
を備える、方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記第２の部分構成要素の外面を第２のロボットアームのプッシャ部材と接触させる工程と、
前記第２のロボットアームの前記プッシャ部材を前記第２の部分構成要素の前記外面にわたって前記第２の部分構成要素の接触端から前記第２の部分構成要素の非接触端まで摺動させることにより、前記第２の部分構成要素の前記第２の直接ボンディング面を前記第１の部分構成要素の前記第１の直接ボンディング面上に付勢する工程と、
を備える、方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の方法であって、さらに、前記半導体積層構造をアニーリングする工程を備える、方法。
【請求項２２】
請求項１に記載の方法であって、前記第１の部分構成要素は、円弧形、長方形、正方形、または、円形を含む、方法。
【請求項２３】
請求項１に記載の方法であって、さらに、前記半導体積層構造の所定のパターンを提供する工程を備え、
前記所定のパターンは、半導体シャワーヘッド電極、ガスマニホルド、または、マスフローコントローラを含む、方法。
【請求項２４】
請求項１に記載の方法であって、前記複数の半導体ウエハの前記少なくとも１つは直径を有し、前記半導体積層構造は、前記複数の半導体ウエハの前記少なくとも１つの前記直径より大きい少なくとも１つの寸法を有する、方法。
【請求項２５】
請求項１に記載の方法であって、前記第１の部分構成要素の前記第１の直接ボンディング面および前記第２の部分構成要素の前記第２の直接ボンディング面は、イソプロピルアルコール蒸気で乾燥される、方法。
【請求項２６】
半導体積層構造を製造するためのシステムであって、クリーンルームと、切断ステーションと、組み立てステーションと、第１のロボットアームと、第２のロボットアームと、を備え、
前記切断ステーションおよび前記組み立てステーションは各々、前記クリーンルーム内に収容され、
前記切断ステーションは、固定具の上方に取り付けられた水導波路レーザを備え、
前記組み立てステーションは、組み立てテーブルと、前記組み立てテーブル上に配置された１または複数の組み立てブロックと、を備え、
前記第１のロボットアームは、前記切断ステーションと前記組み立てステーションとの間に配置され、
前記水導波路レーザの前記固定具は、半導体ウエハが前記水導波路レーザのレーザビームによって第１の部分構成要素および第２の部分構成要素に切断される時に、前記半導体ウエハを保持するよう構成され、
前記第１のロボットアームは、前記第１の部分構成要素を把持して、前記第１の部分構成要素を前記組み立てステーションの前記組み立てテーブルと係合させるよう構成され、
前記第１のロボットアームは、前記第１の部分構成要素の第１の直接ボンディング面を前記第２の部分構成要素の第２の直接ボンディング面と各部分構成要素の初期接触端で接触するように配置して、初期接触領域と、前記第１の部分構成要素の前記第１の直接ボンディング面および前記第２の部分構成要素の前記第２の直接ボンディング面の間の接近角とを形成するよう構成され、
前記第２のロボットアームは、前記第１の部分構成要素の前記第１の直接ボンディング面および前記第２の部分構成要素の前記第２の直接ボンディング面の間の前記接近角を閉じて、半導体積層構造の直接融合ボンドを形成するよう構成されている、システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本明細書は、一般に、１または複数の半導体ウエハの複数の部分構成要素から様々な半導体積層構造を形成する方法およびシステムに関する。半導体構造は、半導体インゴットから製造されうる。半導体インゴットは、円盤状に切り取られた後に、半導体基板に機械加工されうる。このように製造される半導体基板は、半導体インゴットのサイズによって制限される場合があり、製造費が高くなりうる。
【０００２】
したがって、半導体インゴットの機械加工に依存することなしに半導体部品を製造する代替方法およびシステムが求められている。
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態において、半導体積層構造の部分構成要素の間に直接融合ボンドを形成するための方法が、複数の半導体ウエハの各々の上に１または複数の直接ボンディング面を生成する工程を備えうる。第１の部分構成要素および第２の部分構成要素が、複数の半導体ウエハの少なくとも１つから切断されうる。第１の部分構成要素は、１または複数の直接ボンディング面のうちの第１の直接ボンディング面を備えうる。第２の部分構成要素は、１または複数の直接ボンディング面のうちの第２の直接ボンディング面を備えうる。第１の部分構成要素の第１の直接ボンディング面および第２の部分構成要素の第２の直接ボンディング面が乾燥されうる。第１の部分構成要素は、組み立てブロックで拘束されうる。第２の部分構成要素の第２の直接ボンディング面は、第１の部分構成要素の第１の直接ボンディング面と接触するように配置され、初期接触領域を規定しうる。接近角が、第２の部分構成要素の第２の直接ボンディング面および第１の部分構成要素の第１の直接ボンディング面の間に形成されうる。第２の部分構成要素の第２の直接ボンディング面および第１の部分構成要素の第１の直接ボンディング面の間の接近角は、半導体積層構造の直接融合ボンドを形成するために閉じられうる。直接融合ボンドは、初期接触領域よりも大きくなりうる。
【０００４】
別の実施形態において、半導体積層構造を製造するためのシステムが、クリーンルームと、切断ステーションと、組み立てステーションと、第１のロボットアームと、第２のロボットアームと、を備えうる。切断ステーションおよび組み立てステーションは各々、クリーンルーム内に収容されうる。切断ステーションは、固定具の上方に取り付けられた水導波路レーザを備えうる。組み立てステーションは、組み立てテーブルと、組み立てテーブル上に配置された１または複数の組み立てブロックと、を備えうる。第１のロボットアームは、切断ステーションと組み立てステーションとの間に配置されうる。水導波路レーザの固定具は、半導体ウエハが水導波路レーザのレーザビームによって第１の部分構成要素および第２の部分構成要素に切断される時に、半導体ウエハを保持するよう構成されうる。第１のロボットアームは、第１の部分構成要素を把持して、第１の部分構成要素を組み立てステーションの組み立てテーブルと係合させるよう構成されうる。第１のロボットアームは、第１の部分構成要素の第１の直接ボンディング面を第２の部分構成要素の第２の直接ボンディング面と各部分構成要素の初期接触端で接触するように配置して、初期接触領域と、第１の部分構成要素の第１の直接ボンディング面および第２の部分構成要素の第２の直接ボンディング面の間の接近角とを形成するよう構成されうる。第２のロボットアームは、第１の部分構成要素の第１の直接ボンディング面および第２の部分構成要素の第２の直接ボンディング面の間の接近角を閉じて、半導体積層構造の直接融合ボンドを形成するよう構成されうる。
【０００５】
図面を参照して行う以下の詳細な説明から、本明細書に記載のこれらの特徴およびさらなる特徴がさらに完全に理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図面に記載の実施形態は、本質的に説明および例示のためのものであり、特許請求の範囲に規定されている主題を限定するものではない実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面を参照しながら読めば理解でき、図面においては、同様の構造に同様の符号が付されている：
【０００７】
【図１】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、半導体ウエハを示す概略図。
【０００８】
【図２】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、半導体ウエハ、複数の部分構成要素、および、半導体積層構造を示す概略図。
【０００９】
【図３】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、半導体積層構造製造システムを示す概略図。
【００１０】
【図４】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、切断ステーションを示す概略図。
【００１１】
【図５Ａ】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、水導波路レーザを示す概略図。
【００１２】
【図５Ｂ】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、水導波路レーザの層流水ジェットの一部を示す概略図。
【００１３】
【図６】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、水導波路レーザが半導体ウエハを切断する様子を示す概略図。
【００１４】
【図７Ａ】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、組み立てテーブルを示す概略図。
【００１５】
【図７Ｂ】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、２つの部分構成要素の組み立てを示す概略図。
【００１６】
【図７Ｃ】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、傾けられた組み立てテーブルを示す概略図。
【００１７】
【図８】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、アニーリングオーブンを示す概略図。
【００１８】
【図９Ａ】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、部分構成要素と係合されたエンドエフェクタの顎を示す概略図。
【００１９】
【図９Ｂ】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、部分構成要素と係合されたエンドエフェクタの顎の側面を示す概略図。
【００２０】
【図１０】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、レーザ切断部と共に半導体ウエハの部分構成要素を示す概略図。
【００２１】
【図１１Ａ】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、半導体積層構造の上面を示す概略図。
【００２２】
【図１１Ｂ】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、図１１Ａに示した半導体積層構造の一部を示す概略図。
【００２３】
【図１１Ｃ】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、図１１Ａに示した半導体積層構造の一部を示す概略図。
【００２４】
【図１２】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、傾斜した縁部を有する階段構造に構成された部分構成要素を備えた半導体積層構造を示す概略図。
【００２５】
【図１３Ａ】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、半導体シャワーヘッド電極を示す概略図。
【００２６】
【図１３Ｂ】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、ガス流路を備えた半導体積層構造を示す概略図。
【００２７】
【図１４】本明細書に図示および記載された１または複数の実施形態に従って、ガス通路を備えた半導体積層構造を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
上述のように、本開示は、直接ボンディングされた半導体積層構造など（これに限定されない）、半導体積層構造および半導体積層構造製造方法に関する。
【００２９】
ここで、図１によると、半導体ウエハ１０が図示されている。半導体ウエハ１０は、半導体材料の円柱形の薄片でありうる。適切な半導体材料は、シリコン、ガリウムヒ素、サファイア、炭化シリコン、もしくは、任意の他のＩＩＩ−Ｖ族またはＩＩ−ＶＩ族化合物材料を含むが、これらに限定されない。さらに、出願人は、本明細書に記載の実施形態を単結晶シリコンと共に用いると特に有益でありうることを発見した。半導体ウエハ１０は、例えば、集積回路などのマイクロデバイスの製造に利用できる。さらに、半導体ウエハ１０は、本明細書に開示された製造システム２００に従って、半導体積層構造１００を製造するために利用できる。
【００３０】
様々な直径Ｄの半導体ウエハ１０が利用可能である。半導体ウエハ１０は、約２５ｍｍから約４５０ｍｍの範囲の標準的なサイズで形成されうる。本製造システム２００では、約０．２７５ｍｍから約０．９２５ｍｍの範囲の様々な厚さＴを有する半導体ウエハ１０を提供することができる。薄い半導体ウエハ１０は厚い半導体ウエハ１０よりも速く切断できるので、厚さＴが薄いと、製造時間を短縮できることに注意されたい。さらに、比較的小さい直径Ｄを有する半導体ウエハ１０は、本開示の様々な処理中に半導体ウエハ１０にクラックまたは破損を生じさせるリスクを増大させることなしに比較的薄くすることができる。本明細書に記載のマシンおよびステーションは、様々なサイズの半導体ウエハ１０を処理するように準備することができる。
【００３１】
図１および図２を同時に参照すると、１または複数の半導体ウエハ１０が、図２に示すように、部分構成要素１１に切断され、半導体ウエハ１０よりも大きい半導体積層構造１００に組み立てられうる。例えば、半導体ウエハ１０の直径Ｄを超える寸法を有する半導体積層構造１００を、半導体ウエハ１０から形成することができる。例えば、一実施形態において、３００ｍｍの直径を有する半導体ウエハ１０を唯一の投入材料として用いて、約４５０ｍｍ以上の直径を有する半導体積層構造１００を作ることができる。半導体ウエハ１０は、部分構成要素１１に切断されうる。半導体ウエハ１０の部分構成要素１１は、直接ボンディングで組み立てることができる。いくつかの実施形態において、半導体ウエハ１０は、直接融合ボンディングを容易にするのに十分に平坦で滑らかな直接ボンディング面１８を備える。別の実施形態において、半導体ウエハ１０は、直接ボンディング面１８を生成するために、洗浄またはその他の表面改質を施されうる。直接ボンディング面１８は、親水性または疎水性であってよい。親水性の直接ボンディング面１８は、水滴と直接ボンディング面１８との間の小さい接触角（例えば、５°以下など）によって特徴付けることができる。疎水性の直接ボンディング面１８は、水滴と直接ボンディング面１８との間の大きい接触角（例えば、９０°以上など）によって特徴付けることができる。十分に滑らかで原子的に清浄な２つの直接ボンディング面１８が、接触するように配置されると、その間に直接融合ボンドを形成しうる。直接ボンディング面１８は、５０オングストローム以下の表面粗さＲａ、例えば、２５オングストローム以下の表面粗さＲａ、または、例えば、約１〜５オングストロームの表面粗さＲａ、を有しうる。直接融合ボンドは、ファンデルワールス力、水素結合、および、共有結合を含む分子間相互作用によって形成されうる。
【００３２】
したがって、部分構成要素１１は、部分構成要素１１から形成された複数の層を有する半導体積層構造１００を形成するための構成要素として利用できる。本明細書に記載の半導体積層構造１００は、複数の部分構成要素１１から組み立て可能な任意の所定の立体形状（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｓｈａｐｅ）に形成することができる。例えば、所定の立体形状は、最初に規定された後に、１または複数の半導体ウエハ１０から切断できる複数の規定された形状に分解されてよい。半導体積層構造１００は、わずか２層の部分構成要素１１で形成されてもよいし、１００層以上もの部分構成要素１１で形成されてもよい。結果として、半導体積層構造１００は、準備された半導体ウエハ１０よりも大きい寸法を有しうる。したがって、半導体積層構造１００は、例えば、半導体処理チャンバ用の電極、ガスマニホルド、マスフローコントローラ、または、半導体処理チャンバ用の任意の他の消耗部品など、様々な物に形成することができる。
【００３３】
ここで、図３を参照すると、本製造システム２００は、半導体ウエハ１０から半導体積層構造１００を製造するために複数のステーション内に構成された複数の機械および装置を備えてよい。いくつかの実施形態において、製造システム２００は、クリーンルーム環境内に配置されうる。製造システム２００は、半導体ウエハ１０を導入するための半導体ウエハハンドリングステーション１１０と、半導体ウエハ１０の直接ボンディング面を洗浄および活性化するための洗浄ステーション１１４と、半導体ウエハ１０を部分構成要素１１に切断するための切断ステーション３８と、部分構成要素１１を半導体積層構造１００に組み立てるための組み立てステーション８４と、半導体積層構造ハンドリングステーション１１８とを備えてよい。いくつかの実施形態において、製造システム２００は、半導体積層構造１００をアニーリングするためのアニーリングステーション１１６をさらに備えてもよい。
【００３４】
いくつかの実施形態において、製造システム２００は、半導体ウエハ１０、部分構成要素１１、半導体積層構造１００、または、それらの組み合わせを操作するよう構成された１または複数のロボットアーム９８を備えてよい。ロボットアーム９８は、１または複数の軸に沿って関節を有しうる。任意選択的に、１または複数のロボットアーム９８は、クリーンルームで使用するよう構成されてもよい。したがって、１または複数のロボットアーム９８は、例えば、Ｓｔａｕｂｌｉ社の６軸ロボットなどのロボットシステムを備えてよい。特定のロボットシステムを参照しているが、本明細書に記載の実施形態は、実質的な人間の介入なしに自動的に半導体積層構造１００の製造を可能にする任意のロボットを備えうる。本明細書で詳細に説明するように、１または複数のロボットアーム９８は、製造システム２００にわたって、半導体ウエハ１０、部分構成要素１１、および、半導体積層構造１００を移送するよう動作可能でありうる。さらに、１または複数のロボットアーム９８は、部分構成要素１１を半導体積層構造１００に組み立てるよう動作可能でありうる。
【００３５】
いくつかの実施形態において、半導体ウエハ１０が、部分構成要素１１に切断された後、１または複数のロボットアーム９８は、製造システム２００にわたって、部分構成要素１１を移送するよう構成されてよい。具体的には、１または複数のロボットアーム９８は、切断ステーション３８から組み立てステーション８４に部分構成要素１１を移送するために、切断ステーション３８および組み立てステーション８４に配置されてもよい、ならびに／もしくは、それらの間に配置されてもよい。さらに、ロボットアーム９８は、組み立てステーション８４で部分構成要素１１を半導体積層構造に組み立てることができる。
【００３６】
さらに図３を参照すると、製造システムは、ちり、ほこり、または、その他の粒子などの汚染物質を半導体ウエハ１０から除去するための洗浄ステーション１１４を備えてよい。これらの汚染物質は、部分構成要素１１の直接融合ボンディングを阻害しうる。洗浄ステーション１１４は、半導体ウエハ１０の損傷も悪化も引き起こすことなしに、半導体ウエハ１０を洗浄するための洗浄処理を備えうる。いくつかの実施形態において、半導体ウエハ１０のための洗浄処理環境は、例えば、ＩＳＯクラス２基準およびＩＳＯクラス４基準など、ＩＳＯ１４６４４−１クリーンルーム基準を満たしうる。いくつかの実施形態において、半導体ウエハ１０は、例えば、クラス１基準およびクラス１０基準など、ＦＥＤ  ＳＴＤ  ２０９Ｅクリーンルーム基準を満たす環境内で洗浄されうる。洗浄されると、半導体ウエハ１０は、１または複数の直接ボンディング面１８を含みうる。
【００３７】
洗浄ステーション１１４は、粒子を除去して、半導体ウエハ１０の直接ボンディング面１８を活性化することで、直接融合ボンディングに向けて直接ボンディング面１８を準備する洗浄装置５０を備えてよい。いくつかの実施形態において、洗浄ステーション１１４は、半導体ウエハ洗浄方法および装置を用いる。いくつかの実施形態において、半導体ウエハ１０は、弱酸で洗浄されうる。さらに、複数の半導体ウエハ１０が、同時にバッチ洗浄されてもよい。
【００３８】
図３および図４を同時に参照すると、製造システム２００は、切断ステーション３８を備えうる。いくつかの実施形態において、切断ステーション３８は、クリーンルーム内に配置されうる。切断ステーション３８は、提供された半導体ウエハ１０を部分構成要素１１に切断するよう構成されてよい。切断ステーション３８で作成される部分構成要素１１は、半導体ウエハ１０内に含まれうる任意の所定のサイズまたは形状であってよい。さらに、出願人は、切断ステーション３８が、半導体ウエハ１０および部分構成要素１１の直接融合ボンディング面１８を全く破壊することなしに、半導体ウエハ１０を部分構成要素１１に切断できることを発見した。切断ステーション３８は、半導体ウエハ１０を切断する水導波路レーザ４０と、切断中に半導体ウエハ１０を保持する固定具４４とを備えてよい。
【００３９】
いくつかの実施形態において、切断ステーション３８は、半導体ウエハ１０を部分構成要素１１に切断するための水導波路レーザ４０を備える。水導波路レーザ４０は、レーザビーム４２の光波を半導体ウエハ１０に伝搬させる導波路として動作しうる層流水ジェット７２を備えてよい。層流水ジェット７２は、レーザビーム４２が切断を実行する時に、切断の位置で半導体ウエハ１０の材料を冷却することもできる。さらに、水導波路レーザ４０の層流水ジェット７２は、切断時に部分構成要素１１を酸化するための酸化剤を水に含んでもよい。適切な酸化剤は、過酸化水素、酸素飽和脱イオン水、オゾン化脱イオン水、フッ素、塩素、硝酸、または、半導体材料の酸化に適切な任意の他の酸化剤を含む。これは、切断処理中に部分構成要素１１の表面および縁部にできた欠陥の一部または全部を除去できるエッチング工程に向けて、部分構成要素１１を準備しうる。例えば、半導体材料がシリコンを含む場合、欠陥は、二酸化シリコンを含みうる。
【００４０】
ここで、図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、水導波路レーザ４０の一実施形態が概略的に示されている。水導波路レーザ４０は、レーザビーム４２を水チャンバ７０の上面に配置された窓６８に集束させるよう構成された集束レンズ６６を備えてよい。いくつかの実施形態において、水チャンバ７０は、加圧されてよい。レーザビーム４２は、水チャンバ７０を通して、水チャンバ７０の底面に位置する層流水ノズル７４に集束されうる。層流水ノズル７４は、様々な圧力（例えば、低い圧力）で層流水ジェット７２を放出できる。層流水ノズル７４の形状は、レーザビーム４２が層流水ジェット７２と組み合わさるように構成されうる。
【００４１】
ここで、図６を参照すると、層流水ジェット７２は、レーザビーム４２のための導波路として機能しうる。層流水ジェット７２と空気との間の遷移帯でレーザビーム４２が全反射するため、導波路が形成されうる。この水の導波路は、光ファイバ導波路と同様に機能しうる。動作時に、レーザビーム４２および層流水ジェット７２は、半導体ウエハ１０の実質的に同じ位置に当たりうる。レーザビーム４２は、層流水ジェット７２の直径と実質的に同じ切削幅７６を半導体基板１０に切り込むことができる。いくつかの実施形態において、層流水ジェット７２は、切断端７８上および半導体ウエハ１０の表面上の半導体ウエハ１０の材料を冷却できる。レーザビーム４２は、溶融材料８０の一部として表されている熱損傷を緩和するように切断端７８に沿って冷却を強化するために、パルス化されて、層流水ジェット７２のみが半導体基板１０に当たる間隔を作ってもよい。さらに、出願人は、本明細書に記載の様々な実施形態で用いる際に、部分構成要素１１（図２）の直接ボンディング面を傷つけないように水導波路レーザ４０のレーザビーム４２を構成できることを発見した。いくつかの実施形態において、水導波路レーザ４０は、垂直および／または水平に移動できる。いくつかの実施形態において、水導波路レーザ４０は、複数軸運動（例えば、６軸運動など）が可能であってもよい。水導波路レーザ４０の代表的な一実施形態は、Ｌａｓｅｒ  Ｍｉｃｒｏｊｅｔ（登録商標）によるＳｙｎｏｖａレーザダイシングシステムである。水導波路レーザ４０の別の構成および実施形態も想定される。
【００４２】
再び図４を参照すると、切断ステーション３８は、さらに、固定具４４およびステージ６４を備えてよい。水導波路レーザ４０が半導体ウエハ１０を部分構成要素１１（図２）に切断する間に、半導体ウエハ１０を損傷することなしに支持するよう構成されうる固定具４４上に、半導体ウエハ１０を配置できる。さらに図４を参照すると、固定具４４は、固定具４４を支持しうるステージ６４に結合されうる。ステージ６４は、固定されてもよいし、１または複数の軸に沿った運動（例えば、６軸運動など）を提供してもよい。いくつかの実施形態において、ステージ６４は、固定具４４と直接係合されてよい。さらに、固定具４４は、固定具４４の内外に平行移動するピン４６を備えてよい。本製造システムにおいて、半導体ウエハ１０は、切断ステーション３８に搬送されて、半導体ウエハ１０との接触表面積を最小にしうるピン４６上に配置されてよい。
【００４３】
いくつかの実施形態において、ピン４６は、固定具４４の穴の内部に収容されうる。いくつかの実施形態において、ピン４６は、固定具４４の１または複数の切断領域に配置されてもよいし、固定具４４の表面全体に分散していてもよい。あるいは、ピン４６は、固定具４４の周囲に配置されてもよい。ピン４６は、各ピン４６が他のすべてのピン４６から独立して動作できるように、選択的に平行移動可能であってよい。半導体ウエハ１０が部分構成要素１１（図２）に切断された後、半導体ウエハ１０の不要部分と接触するピン４６が、固定具４４内に下降して、半導体ウエハ１０の不要部分を部分構成要素１１から離れるように下げる。その結果、ロボットアーム９８は、部分構成要素１１を把持して切断ステーション２８から移すための空間を提供されうる。
【００４４】
図２および図４を同時に参照すると、いくつかの実施形態において、切断ステーション３８は、ウェットステーションであってよい。それに応じて、切断ステーション３８は、半導体ウエハ１０が切断ステーション３８に移送されている時に半導体ウエハ１０上に水を噴霧するよう構成された噴霧ノズル５２を備えてよい。噴霧ノズル５２は、さらに、半導体ウエハ１０が水導波路レーザ４０で部分構成要素１１に切断されている時に半導体ウエハ１０上に水を噴霧するよう構成されてよい。切断ステーション３８は、さらに、水導波路レーザ４０および／または噴霧ノズル５２によって生じた水を集めることができる排水槽５７を備えてよい。いくつかの実施形態において、水５６は、噴霧ノズル５２および水導波路レーザ４０に再循環されうる。
【００４５】
図２〜図４を同時に参照すると、部分構成要素１１は、半導体積層構造１００に組み立てられる前に乾燥されうる。乾燥処理は、部分構成要素１１に汚染物質を導入することなしに、水を除去しうる。したがって、製造システム２００は、イソプロピルアルコール蒸気、スピン乾燥、真空焼成、超純粋窒素ガス、または、汚染物質を導入することなしに部分構成要素１１を乾燥させるよう構成された任意のその他の乾燥処理を用いうる。イソプロピルアルコール蒸気を用いる実施形態において、イソプロピルアルコール蒸気は、窒素およびイソプロピルアルコールを含んでよい。乾燥は、切断ステーション３８および組み立てステーション８４の間で行われてよい。いくつかの実施形態において、イソプロピルアルコール蒸気ノズル５４が、部分構成要素１１を乾燥させるために霧状のイソプロピルアルコール蒸気を噴霧しうる。イソプロピルアルコール蒸気乾燥は、部分構成要素１１の直接ボンディング面１８を破壊しないように構成されうる。いくつかの実施形態において、部分構成要素１１は、マランゴニ乾燥処理を用いて乾燥されてもよい。いくつかの実施形態において、部分構成要素１１は、切断ステーション３８および組み立てステーション８４の間を移送される時に乾燥されてよい。あるいは、部分構成要素１１を格納および乾燥させるための別個の乾燥ステーションが、切断ステーション３８および組み立てステーション８４の間で製造システム２００に追加されてもよい。
【００４６】
製造システム２００は、さらに、部分構成要素１１を半導体積層構造１００に組み立てるための組み立てステーション８４を備えてよい。上述のように、製造システム２００は、半導体ウエハ１０よりも大きい半導体積層構造１００を製造できる。図７Ａおよび図７Ｂに示すように、第１の部分構成要素１２が、組み立てテーブル８６上に配置され、第２の部分構成要素１４が、各部分構成要素１２および１４の初期接触端１３で第１の部分構成要素１２と接触するように配置されうる。この初期接触は、２つの部分構成要素１２および１４の間の接近角αを作りうる。次いで、接近角αは縮小されて、第１の部分構成要素１２と第２の部分構成要素１４との間のボイドを除去して部分構成要素１２および１４を直接融合ボンディングする波面を作り出しうる。いくつかの実施形態において、接近角αが縮小されると、直接ボンドが、２つの部分構成要素１２および１４の間に形成されうる。２つの直接ボンディングされた部分構成要素１２および１４は、半導体積層構造１００の一部を形成しうる。いくつかの実施形態において、半導体積層構造１００は、さらなる部分構成要素１１が半導体積層構造１００に直接融合ボンディングされる際に、組み立てテーブル８６によって固定されたままであってよい。
【００４７】
組み立てテーブル８６は、半導体積層構造１００の組み立てのために、汚染物質を含まない半導体接触面８７を提供できる。組み立てテーブル８６は、任意選択的にＮ２パージされうるクリーンルームに配置されてよい。いくつかの実施形態において、組み立てテーブル８６は、直接ボンディング組み立て処理中に部分構成要素１１と横方向に係合するよう構成された組み立てブロック８８を備えてよい。組み立てブロック８８は、組み立てテーブル８６の外径の周りに配列された外径ポストまたはウォールバンプであってよい。いくつかの実施形態において、組み立てテーブル８６は固定されてよい。あるいは、組み立てテーブル８６は、部分構成要素１１の角度を調節するために傾斜するよう構成されてもよい。
【００４８】
図３および図７Ｃを同時に参照すると、組み立てテーブル８６は、組み立てテーブル８６の半導体接触面８７および水平面９３（重力と直交する水平面）から測定した傾斜角θを調節するために傾斜できる。部分構成要素１１は、１または複数の組み立てブロック８８で拘束されうる。いくつかの実施形態において、１または複数のロボットアーム９８が、切断ステーション３８および組み立てステーション８４の間に配置されてよい。１または複数のロボットアーム９８は、切断ステーション３８から組み立てステーション８４に部分構成要素１１を移動させるよう構成されうる。
【００４９】
ここで、図７Ｂを参照すると、１または複数のロボットアーム９８は、第１の部分構成要素１２および第２の部分構成要素１４を組み立てテーブル８６の半導体接触面８７上に配列するためのロボットエンドエフェクタ５８を備えてよい。ロボットアーム９８には、第１の部分構成要素１２、第２の部分構成要素１４、または、それら両方を保持するためのロボットエンドエフェクタ５８を取り付けることができる。ロボットエンドエフェクタ５８は、１または複数のロボットアーム９８が１または複数の運動軸に沿ってロボットエンドエフェクタ５８を移動させるよう動作できるように、１または複数のロボットアーム９８に取り付けられうる。ロボットエンドエフェクタ５８は、把持またはクランプ動作を提供するためにロボットエンドエフェクタ５８に対して関節結合する顎部材６０を備えてよい。いくつかの実施形態において、顎部材６０の各々は、部分構成要素１２、１４を把持するための強化水平力グリッパ先端６２を備えてよい。強化水平力グリッパ先端６２は、部分構成要素１２、１４と接触するための接触先端部を提供する先端までテーパ状になっていてよい。強化水平力グリッパ先端は、損傷しないように構成されうる、もしくは、半導体材料に小さい塑性変形を生じるよう構成されうる。損傷しないように構成された実施形態において、強化水平力グリッパ先端６２は、半導体材料よりも低い硬度を有する半導体材料のハンドリングに適した材料（例えば、プラスチックなど）を含んでよい。小さい塑性変形を生じるよう構成された実施形態において、強化水平力グリッパ先端６２は、半導体材料よりも高い硬度を有する半導体材料のハンドリングに適した材料（例えば、ダイヤモンドなど）を含んでよい。その結果、強化水平力グリッパ先端６２は、半導体材料の相を変化させて半導体材料に小さい塑性の圧痕を形成するのに十分な力で材料に付勢されうる。いくつかの実施形態において、組み立てステーション８４は、さらに、第１の部分構成要素１２および第２の部分構成要素１４を付勢して互いに接触させるための第２のロボットアーム１９８を備えてもよい。具体的には、第２ロボットアーム１９８は、第１の部分構成要素１２および第２の部分構成要素１４が互いに完全に直接接触するよう配置するために、第１の部分構成要素１２および第２の部分構成要素１４を付勢して初期接触端１３から非接触端１５まで接触させるよう構成されたプッシャ部材９０を備えてよい。プッシャ部材９０は、半導体材料のハンドリングに適した材料を含みうる。
【００５０】
図３および図８を同時に参照すると、製造システム２００は、さらに、アニーリングオーブン９６を備えてもよい。半導体積層構造１００をアニーリングすると、半導体積層構造１００のボンディングされた部分構成要素１１の間の結合強度を高めることができる。アニーリングは、半導体積層構造１００の耐久性も高めることができ、半導体積層構造１００から酸素を追い出すことができる。アニーリング処理は、臨界温度より高く半導体積層構造１００を加熱する工程、臨界温度を維持する工程、および、半導体積層構造１００を冷却する工程を備えうる。
【００５１】
アニーリング処理は、例えば、約８００℃〜１，０００℃で動作する線形連続オーブンなどのアニーリングオーブン９６で実行できる。例えば、約１５０℃〜３００℃、約３００℃〜７００℃、および７００℃超など、他のアニーリングオーブン９６温度を用いてもよい。シリコンを含む半導体ウエハから形成された半導体積層構造１００について、約１５０℃〜３００℃のアニーリング温度は、半導体積層構造１００の直接融合ボンドにＳｉ−Ｆ−Ｈ−ＳＩ結合を形成させることができ、３００℃超のアニーリング温度は、半導体積層構造１００の直接融合ボンド内に余剰の水素原子を拡散させて、その結果、ボンド層に共有Ｓｉ−Ｓｉ結合を生じさせることができ、７００℃以上のアニーリング温度では、直接融合ボンドは、共有Ｓｉ−Ｓｉ結合を含む。いくつかの実施形態では、共有Ｓｉ−Ｓｉ結合を含む直接融合ボンドが、半導体積層構造１００の結合強度を高めうる。いくつかの実施形態において、アニーリングオーブン９６は、アニーリングオーブン９６のコンベヤベルト１０６の上方に配置された上部ヒータ１０２と、コンベヤベルト１０６の下方に配置された下部ヒータ１０４とを備えてよい。上部ヒータ１０２および下部ヒータ１０４の各々は、石英赤外線ヒータを含みうる。コンベヤベルト１０６は、搬送方向（概して矢印で示す）に沿ってアニーリングオーブン９６を通して部品を運ぶよう構成されてよく、アニーリング処理に窒素を導入するために窒素パージされる。代替的または追加的に、部分構成要素１１が、半導体積層構造１００に組み立てられる前にアニーリングされてもよい。いくつかの実施形態において、半導体積層構造１００の１または複数の鋭い角が、アニーリング処理後に走査型大気反応性イオンおよび／または反応性原子エッチングを用いて丸められてもよい。
【００５２】
図２および図３を同時に参照すると、本明細書に記載の半導体積層構造１００は、製造システム２００を用いて部分構成要素１１から形成することができる。部分構成要素１１から半導体積層構造１００を形成するための方法の例について、以下に記載する。本明細書に記載の方法は、明確にするために提供されており、本明細書に記載の実施形態を限定する意図はないことに注意されたい。
【００５３】
半導体ウエハ１０は、半導体ウエハハンドリングステーション１１０で製造システム２００内にロードされうる。例えば、１または複数のロボットアーム９８は、半導体ウエハ１０を受け取って運ぶよう構成されうる。次いで、半導体ウエハ１０は、洗浄ステーション１１４にロボットよって移送されうる。洗浄ステーション１１４で、半導体ウエハ１０は洗浄されてよく、汚染物質が半導体ウエハ１０から除去される。洗浄処理の例は、例えば、拡散前洗浄処理、化学的または機械的スクラブを用いた粒子除去処理、金属イオン除去洗浄処理、および、薄膜除去洗浄処理を含みうる。薄膜除去洗浄処理は、酸化物、窒化物、シリコン、および、金属のエッチングおよびストリッピングを含んでよい。その結果、半導体ウエハ１０の直接ボンディング面１８は、直接融合ボンディングに向けて準備または改善されうる。
【００５４】
図３および図４を同時に参照すると、半導体ウエハ１０は、半導体ウエハ１０を部分構成要素１１に切断できる切断ステーション３８に移送されうる。いくつかの実施形態では、半導体ウエハ１０は、固定具４４のピン４６上に配置されうる。水導波路レーザ４０は、部分構成要素１１の各々が所定の形状に対応するように半導体ウエハ１０を部分構成要素１１に切断するために方向付けられうる。所定の形状は、円弧形、長方形、正方形、または、半導体積層構造１００に組み立てるのに適切な任意の他の形状を含みうる。
【００５５】
図３、図５Ａ、図５Ｂ、および、図６を同時に参照すると、出願人は、水導波路レーザ４０が部分構成要素１１上に欠陥を生じうることを発見した。したがって、本明細書に記載の方法は、さらに、部分構成要素１１を酸化する工程と、酸化後の部分構成要素１１から欠陥を除去する工程とを備えてもよい。いくつかの実施形態において、欠陥は、水導波路レーザ４０の層流水ジェット７２内に添加剤を含めることによって酸化できる。欠陥の量を減らすために切断時に半導体ウエハ１０を冷却することに加えて、層流水ジェット７２は、水の冷却効果によって防ぐことができない欠陥を酸化することができる。水導波路レーザ４０の層流水ジェット７２は、例えば、バブリング機構などにより、層流水ジェット７２の脱イオン水を酸素で飽和させることによって酸化されうる。代替的または追加的に、層流水ジェット７２の脱イオン水は、オゾン化（Ｏ３）されてもよい。さらに、層流水ジェット７２は、望ましくない欠陥を酸化するために過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を含んでもよい。
【００５６】
図６および図１０を同時に参照すると、欠陥は、半導体ウエハ１０の切断端７８付近の溶融材料８０の部分、部分構成要素１１の切断中に追加された材料のバリ８２、または、それら両方を含みうる。理論に縛られる意図はないが、層流水ジェット７２が添加酸化剤を含む場合、半導体ウエハ１０の半導体材料が添加剤と反応して、欠陥ができた時に欠陥を酸化すると考えられる。例えば、半導体ウエハ１０がシリコンから形成された場合、添加酸化剤は、シリコンと反応して、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を形成しうる。したがって、酸化された欠陥は、直接ボンディングの準備時に直接ボンディング面１８を滑らかにするために、半導体ウエハ１０または部分構成要素１１から除去されうる。すなわち、二酸化シリコンを選択的にエッチングすることによってシリコンを滑らかにできる。具体的には、フッ化水素酸（ＨＦ）を用いて、シリコンを損傷することなしに二酸化シリコンをエッチング除去することができる。シリコンに関連して酸化およびエッチングの説明をしたが、酸化およびエッチングは、本明細書に記載の半導体材料のいずれにも適用できることに注意されたい。
【００５７】
図３および図４を再び参照すると、部分構成要素１１がウェット環境で切断される実施形態において、部分構成要素１１は、直接ボンディング工程に進む前に乾燥されてよい。上述のように、部分構成要素１１は、イソプロピルアルコール蒸気ノズル５４を通して供給できるイソプロピルアルコール蒸気で乾燥されてよい。出願人は、イソプロピルアルコール蒸気が部分構成要素１１の直接ボンディング面１８に悪影響を与えることなしに乾燥を促進することを発見した。
【００５８】
図３および図７Ａ〜図７Ｃを同時に参照すると、部分構成要素１１は、半導体積層構造１００への組み立てに向けて、１または複数のロボットアーム９８によって組み立てステーション８４に移送されうる。部分構成要素１１は、組み立てステーションの組み立てテーブル８６で半導体積層構造１００に組み立てられうる。いくつかの実施形態において、組み立てブロック８８は、組み立てテーブル８６の周囲に配列されてよく、部分構成要素１１は、組み立てブロック８８と側面で接触するよう配置されうる。その結果、組み立てブロック８８、および、組み立てテーブル８６の半導体接触面８７は、部分構成要素１１の移動を制約するように協働しうる。組み立てブロック８８は、組み立てテーブル８６の周囲に配列されると記載されているが、組み立てブロック８８および組み立てテーブル８６は、半導体積層構造１００に組み立てられる間に部分構成要素１１を制約するための任意の所望の固定具を形成できることに注意されたい。
【００５９】
図３および図９Ａ〜図９Ｂを同時に参照すると、部分構成要素１１は、１または複数のロボットアーム９８の顎部材６０を用いて操作できる。具体的には、強化水平力グリッパ先端６２は、直接ボンディング面１８との接触を避けつつ、部分構成要素１１と係合できる。したがって、直接接触面１８の清浄度は、直接融合ボンディングに適したレベルに維持されうる。例えば、強化水平力グリッパ先端６２は、部分構成要素１１の非ボンディング側面と３点で接触しうる。強化水平力グリッパ先端６２が部分構成要素１１の側面を把持すると、ディボット（くぼみ）が接触位置に形成されうる。比較的少ない数の強化水平力グリッパ先端６２を用いれば、部分構成要素１１の側面の変形を制限できる。したがって、強化水平力グリッパ先端６２は、組み立て中に変形の位置を追跡できるように所定の方法で互いに離間されうる。部分構成要素１１がシリコンを含む実施形態では、変形は、強化水平力グリッパ先端６２によるディボットでありうる。ディボットは、約１０ｎｍから数百ｎｍまでの範囲の深さを有しうる。代替的または追加的に、プラスチックのグリッパを用いて、部分構成要素１１の縁部を把持することもできる。
【００６０】
図７Ｂを参照すると、第１の部分構成要素１２は、組み立てテーブル８６の半導体接触面８７上に、組み立てテーブル８６の組み立てブロック８８と側面で接触するように、ロボットエンドエフェクタ５８によって配置されうる。したがって、組み立てブロック８８および半導体接触面８７は、第１の部分構成要素１２の直接ボンディング面１８を直接融合ボンディングに利用できるように、第１の部分構成要素１２を所定の位置に維持する。ロボットエンドエフェクタ５８は、第２の部分構成要素１４を把持して、第２の部分構成要素の直接ボンディング面１８を第１の部分構成要素１１の直接ボンディング面１８に向かって移動させることができる。
【００６１】
いくつかの実施形態において、１または複数のロボットアーム９８は、部分構成要素１２、１４の各々の初期接触端１３で第２の部分構成要素１４の直接ボンディング面１８が第１の部分構成要素の直接ボンディング面１８と接触するように配置して、初期接触領域１９を規定するよう構成されうる。部分構成要素１２、１４を接触させる時、接近角αがそれらの間に形成されうる。したがって、直接ボンディング面１８は、接近角αに従って初期接触端１３から非接触端１５に向かって空間が広がるように、互いに離間されうる。直接融合ボンドは、接近角αを閉じることによって形成できる。直接融合ボンドは、初期接触領域１９よりも大きくなりうる。したがって、直接ボンディング面１８が初期接触領域１９から始まって非接触端１５に至るまでさらに接触するよう配置される時に、波面が直接接触面１８に沿って形成されうる。波面は、部分構成要素１２、１４の直接ボンディング面１８の間の実質的にすべての空気を除去し、部分構成要素１２、１４の間のボイドの発生を低減しうる。
【００６２】
いくつかの実施形態において、第２のロボットアーム１９８は、直接ボンディング面１８が所望の量だけ重なるように、第２の部分構成要素１４を第１の部分構成要素１２とより完全に接触させるよう構成されてよい。具体的には、第２のロボットアーム１９８は、直接融合ボンドを作り出すために、部分構成要素１２、１４の直接ボンディング面１８の間の接近角αを閉じることができる。具体的には、第２のロボットアーム１９８は、第１の部分構成要素１２および第２の部分構成要素１４の間の接近角９２を閉じるように動作可能なプッシャ部材９０を備えてよい。プッシャ部材９０は、初期接触端１３で第２の部分構成要素１４の外面２１と接触できる。次いで、プッシャ部材９０は、直接融合ボンドのための波面を生成するために、第２の部分構成要素１４の外面２１にわたって非接触端１５に向かって摺動しうる。さらなる実施形態において、波面は、最初に波面中心で部分構成要素１２、１４を接触させて、中心接点から上述のように波面を放射状に伝搬させることによって作り出すことができる。
【００６３】
図７Ｃを再び参照すると、組み立てテーブル８６は、直接ボンディングを強化すると共に欠陥ボンディングを低減するために、回転させることができる。いくつかの実施形態において、部分構成要素１１を反転させることができる、すなわち、テーブルの傾斜角θを約９０°から約２７０°（例えば、一実施形態において約１８０°）に設定できる。反転される場合、組み立てテーブル８６は、部分構成要素１１を半導体接触面８７に固定するための係合手段（例えば、静電部材または吸着部材など）を備えてよい。部分構成要素１１を反転させると、部分構成要素１１の直接ボンディング面１８上に粒子が着地する可能性を低くすることができる。いくつかの実施形態において、組み立て処理後にクリーンルーム環境を崩すことが可能になりうる。半導体積層構造１００のボンディングおよび組み立て後、汚染物質に敏感ではない１または複数の面が露出されたままでもよい。
【００６４】
図３および図１１Ａ〜図１１Ｃを同時に参照すると、本明細書に記載の実施形態は、様々な形状の半導体積層構造１００の組み立てに利用可能である。いくつかの実施形態において、シリコン積層構造１２０は、エッジリングに組み立てられてよい。シリコン積層構造１２０は、交互段構造（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｃｏｕｒｓｅｓ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）２４に組み立てられた第１の部分構成要素２１２、第２の部分構成要素２１４、および、第３の部分構成要素２１６を含みうる。交互段構造２４において、第１の部分構成要素２１２は、第２の部分構成要素２１４に隣接する。第１の部分構成要素１２および第２の部分構成要素１４は、それぞれ、第３の部分構成要素２１６の一部に直接ボンディングされうる。図１１Ｂでは１つの交互段構造２４が図示されているが、本明細書に記載の実施形態は、複数の交互段構造２４を備えることができる。シリコン積層構造１２０は、さらに、階段構造２６を備えてもよい。階段構造２６は、完全には重ならない２つの融合ボンディングされた部分構成要素１１によって形成できる。例えば、第２の部分構成要素２１４は、第２の部分構成要素２１４の一部が第３の部分構成要素２１６によって覆われないように、第３の部分構成要素２１６と直接融合ボンディングされうる。階段構造２６は、半導体積層構造１００のジグザグ状の部分または半導体積層構造１００の傾斜した部分を形成するために、複数回繰り返されうる。
【００６５】
ここで、図１２を参照すると、半導体積層構造１２２は、傾斜面３０を備えうる。例えば、半導体積層構造１２２は、複数の部分構成要素１１から形成できる。傾斜面３０は、組み立て前に部分構成要素１１の各々を切断することで、それらの組み合わせである階段構造２６（図１１Ｃ）を滑らかにすることによって形成できる。
【００６６】
図１３Ａおよび図１３Ｂを同時に参照すると、半導体積層構造１２４は、半導体処理チャンバのための半導体シャワーヘッド電極に形成されてもよい。いくつかの実施形態において、複数のパイ形部分構成要素３２が、半導体積層構造１２４に組み立てられうる。半導体積層構造１２４の代表的な一実施形態は、約１０ｍｍ厚の厚さＴＥおよび約５００〜約６００ｍｍの直径を有する半導体シャワーヘッド電極に形成されうる。
【００６７】
図３および図１３Ｂを同時に参照すると、部分構成要素１１、３２は、組み立て前にドリル穿孔されうる。予め穿孔された穴は、ガスが半導体積層構造１２４を通して流れることを可能にするために、半導体積層構造１２４にガス流路３６を形成しうる。ガス流路３６は、直接ボンディング面１８から汚染物質を除去できる組み立て処理中の空気除去を容易にしうる。いくつかの実施形態において、電子ビームまたはシリコン貫通ビア（ＴＳＶ：ｔｈｒｏｕｇｈ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｖｉａ）技術を用いて、ガス流路３６を部分構成要素１１、３２に穿孔することができる。代替的または追加的に、半導体ウエハ１０が、製造システム２００への導入前に穿孔されてもよい。
【００６８】
図２、図３、および、図１４を同時に参照すると、半導体積層構造１００は、半導体積層構造１００内のガスの流れを可能にするためのガス通路３４をさらに備えてもよい。いくつかの実施形態において、部分構成要素１１は、部分構成要素１１のうちの隣接する構成要素の間の空隙からガス通路３４が形成されるように組み立てられうる。したがって、半導体積層構造１００は、例えば、マニホルド、シャワーヘッド電極、ウエハエンドエフェクタ、マスフローコントローラなど、複数のガス通路３４を有する物に形成されうる。
【００６９】
図３を再び参照すると、半導体積層構造１００は、組み立て後にアニーリングされてよい。例えば、半導体積層構造１００は、直接融合ボンドを強化するためにアニーリングオーブン９６でアニーリングされてよい。アニーリング後、部品は、まだクリーンルーム環境にある間に、１または複数のロボットアーム９８によってパッケージングされうる。
【００７０】
ここで、本明細書に記載の実施形態は、１または複数の半導体ウエハの複数の部分構成要素から様々な半導体積層構造を形成するために利用できることを理解されたい。半導体インゴットから大きいディスクを切断して使用可能な部品（例えば、シャワーヘッド電極）にディスクを機械加工するのと比べて、半導体ウエハを用いると、製造コストを削減できる。さらに、部分構成要素は、任意の所定の形状に形成可能であり、それにより、機械加工できない半導体積層構造を生産できる。
【００７１】
「実質的に」および「約」という用語は、任意の量的比較、値、測定値、または、その他の表現に起因しうる固有の不確性の程度を表すために本明細書で利用されうることに注意されたい。これらの用語は、対象となる主題の基本的な機能に変化を引き起こすことなしに量的表現が規定の基準から変化しうる程度を表すためにも用いられる。
【００７２】
本明細書では特定の実施形態を図示および説明したが、請求されている主題の精神および範囲から逸脱することなく、様々な他の変更例および変形例が可能であることを理解されたい。さらに、請求されている主題の様々な態様が本明細書に記載されているが、かかる態様を組み合わせて用いる必要はない。したがって、添付の特許請求の範囲は、請求されている主題の範囲に含まれるすべてのかかる変更例および変形例を網羅するよう意図されている。
【図１】
2015122490.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【外国語明細書】
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