(57)【要約】湿式化学ウェハ洗浄および表面不動態化のためのモジュールと、表面不動態化の除去、ウェハ反転ならびにアライメント、低温アニールおよびウェハ接合のために気圧が超高真空レジームにある真空モジュールと、を含み、すべてのモジュールが同じツールに組み込まれてそれぞれ有用である、ウェハ接合のための製造システム。酸化物非含有共有半導体ウェハ接合のための方法はＣＭＯＳ処理ウェハに互換可能な低温での湿式化学および真空処理を含む。
2021528870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物非含有共有半導体ウェハ接合のための製造システムであって、
ａ）ロボット（１４８、２５８、３５８）を備え、少なくとも１つのロードロック（１６０、２６０、３６０）と、ウェハを前記接合システムの実質的気圧部（１０２、２０２、３０２）で気圧またはその付近で湿式化学または蒸気処理するために、
ｉ）ウェハ脱脂用溶剤槽を含むモジュール（１５６１、２５６１、３５６１）と、
ｉｉ）酸槽を備えるモジュール（１５６２、２５６２、３５６２）と、
ｉｉｉ）ＳＣ１用（１５６３、２５６３、３５６３）およびＳＣ２用（１５６４、２５６４、３５６４）ＲＣＡウェハ洗浄処理のためのモジュールと、
ｉｖ）希フッ酸（ＨＦ）溶液によるウェハの酸化物および表面不動態化の除去のためのモジュール（１５６５、２５６５、３５６５）と、
ｖ）ＨＦのガスによるウェハの酸化物および表面不動態化の除去のためのモジュール（１５６６、２５６６、３５６６）と、
ｖｉ）脱イオン水リンスおよびスピン乾燥のためのモジュール（１５６７、２５６７、３５６７）と、からなるモジュール一覧から選択される少なくとも１つのモジュールを提供するウェハ搬送体チャンバ（１４４、２５４、３５４）と、
ｂ）ロボット（１０８、２０８、３０８）を備え、少なくとも１つのロードロック（１１６、２１６、３１６）と、前記接合システムのＵＨＶ部（１０１、２０１、３０１）で超高真空ウェハ処理するために、
ｉ）表面不動態化の除去に適した低エネルギープラズマ源を有するプラズマ処理チャンバ（１２０、２２０、３２０、５０４）と、
ｉｉ）表面不動態化層の光化学的または光熱的除去に適した可視または紫外レーザによる超高真空レーザチャンバ（１２０’、２２０’、３２０’）と、
ｉｉｉ）薄く清浄なエピタキシャル表面層の提供に適した超高真空薄膜形成チャンバ（１３８、２３８、３３８）と、
ｉｖ）超高真空ウェハ反転チャンバ（１３６、２３６、３３６）と、
ｖ）超高真空ウェハアニールチャンバ（１２８、２２８、３２８）と、
ｖｉ）超高真空ウェハプリアライメントツール（１３２、２３２、３３２）と、
ｖｉｉ）超高真空ウェハ接合チャンバ（１２４、２２４、３２４、４０４）と、からなるチャンバ一覧の少なくとも１つから選択される少なくとも１つのチャンバを含む、少なくとも１つのモジュールを提供するウェハ搬送体チャンバ（１０４、２０４、３０４）と、からなり、
前記湿式化学処理用モジュールが前記ロードロック（１６０、２６０、３６０）を介してアクセス可能、また前記超高真空処理用モジュールが前記ロードロック（１１６、２１６、３１６）を介してアクセス可能であり、前記モジュールが、前記湿式化学処理用モジュールから前記超高真空処理用モジュールにウェハを搬送する間のクロスコンタミネーションを回避するために設計された少なくとも１つのバッファチャンバ（１４０、２４０、３４０）を介して連通するシステム。
【請求項２】
前記プラズマ処理チャンバ（１２０、２２０、３２０、５０４）が、
ａ）ウェハ（５２８）の背面からの放射加熱に適し、周囲遮熱板および底部遮熱板（５２２、５２４）を備えるヒータ（５２０）と、
ｂ）前記ウェハ（５２８）が静止する前記クレードル（５２６）の回転機構（５３０）と、
ｃ）前記ウェハ（５２８）が静止する前記クレードル（５２６）の傾き機構（５３０）と、
ｄ）前記ウェハ（５２８）を前記周囲遮熱板（５２２）より上に持ち上げ、前記ウェハがロボット（１０８、２０８、３０８）によって選択されるようにする機構（５３０）と、からなるツール一覧から少なくとも１つのツールを含んでなるモジュール（５３０）をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記プラズマ処理チャンバ（１２０、２２０、３２０、５０４）が、ウェハ（５２８）の局所表面加熱に適したレーザモジュール（５４０）と、傾きモジュール（５３２）に取付けられ、前記ウェハの中央と端の間の任意の半径距離から前記局所表面温度を測定するのに適し、ウェハ（５２８）の回転速度に対するフィードバックとウェハ（５２８）の任意の場所での前記表面温度のリアルタイム制御用前記レーザモジュール（５４０）に統合される前記異なるビームセクタ（５４２）のための連続的な電力変調とを提供するのに適した、少なくとも１つの温度センサ（５４４）と、をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記超真空レーザチャンバ（１２０’、２２０’、３２０’）が、
ａ）回転可能なウェハステージと、
ｂ）ウェハの背面の均一加熱のための補助ヒータと、
ｃ）傾きモジュールに取付けられた赤外線温度センサと、
ｄ）前記センサと前記ウェハステージの間のフィードバックループ、および前記ウェハ表面温度のリアルタイム制御用レーザパワーと、からなるツール一覧の少なくとも１つから選択される少なくとも１つのツールをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記超高真空薄膜形成チャンバ（１３８、２３８、３３８）が、
ａ）回転可能な基板ヒータと、
ｂ）ガスラインおよびプラズマ支援ＣＶＤのための低エネルギープラズマ源と、
ｃ）ＵＨＶでの薄膜形成のための少なくとも１つの蒸発器と、
からなるツール一覧から少なくとも１つのツールからなる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記超高真空ウェハ接合チャンバ（１２４、２２４、３２４、４０４）が、
ａ）上部チャックモジュール（４３０）および底部チャックモジュール（４４０）と、
ｂ）前記接合チャンバ上剛性板（４２４）の中央アクチュエータ（４１６）と、
ｃ）前記剛性板（４２４）に対称に配置される少なくとも３つのアクチュエータ（４２０）と、
ｄ）中心回転軸（４５０）を有する前記底部チャック下の並進可能なステージ（４４２）と、
ｅ）ウェハの選択と上部および下部チャックモジュールへの載置のための載置ピン（４２６）と、
ｆ）前記底部チャックモジュールへの接近中に前記上チャックモジュールを水平に保つのに適した少なくとも３つの共焦点干渉センサ（４３８）で構成される１組と、
ｇ）前記上チャックモジュールを前記底部チャックモジュールと平行に保つのに適した少なくとも３つの共焦点干渉センサ（４３４）で構成される１組と、
ｈ）回転並進アクチュエータ（４４４）に取付けられ、前記チャックモジュール（４３０、４４０）の両端に位置し、ウェハ平面に垂直な垂直軸で下方集束ビーム（４６４）と正確に位置合わせされる上方集束ビーム（４６０）を有する、少なくとも２つの共焦点干渉センサ（４４３）で構成される１組と、からなるツール一覧から少なくとも１つのツールをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記接合チャンバが、温度センサ（４１０）で制御する加熱カートリッジ（４０８）による、０．５°〜１℃、０．０５°〜０．１℃からなる温度範囲内の温度での温度制御に適した接合チャンバ壁（４０６）を有する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
酸槽を含むモジュール、ＲＣＡ洗浄工程用モジュール、ＨＦによる酸化物除去用モジュールがすべて耐食性仕切弁（１６４、２６４、３６４）を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記超高真空接合チャンバ（１２４，２２４，３２４，４０４）が防振ベローズによって前記搬送体チャンバ（１０４、２０４、３０４）から振動切離される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
酸化物非含有共有半導体ウェハ接合のための方法であって、
ａ）ウェハをロードロック（１６０、２６０、３６０）に積載するステップと、
ｂ）ウェハ搬送体チャンバ（１４４、２５４、３５４）のロボット（１４８、２５８、３５８）でウェハを接合システムの気圧部（１０２、２０２、３０２）のモジュールに搬送するステップと、
ｃ）ウェハを、
ｉ）溶剤（ｓｏｌｖｅｎｔ）モジュール（１５６１、２５６１、３５６１）でのウェハの脱脂と、
ｉｉ）酸（ａｃｉｄ）モジュール（１５６２、２５６２、３５６２）でのウェハの洗浄と、
ｉｉｉ）ＳＣ１用モジュール（１５６３、２５６３、３５６３）およびＳＣ２用（１５６４、２５６４、３５６４）モジュールでのＲＣＡ洗浄ステップにおけるウェハの洗浄と、
ｉｖ）モジュール（１５６５、２５６５、３５６５）での希ＨＦ溶液による表面酸化物および表面不動態化の除去と、
ｖ）モジュール（１５６６、２５６６、３５６６）でのＨＦのガスによる表面酸化物および表面不動態化の除去と、
ｖｉ）モジュール（１５６７、２５６７、３５６７）での脱イオン水リンスおよびスピン乾燥と、からなる処理ステップ一覧から１つ選択される処理ステップにおいて、前記モジュールで処理するステップと、
ｄ）ＵＨＶ部（１０１、２０１、３０１）のウェハ搬送体（１０４、２０４、３０４）に付属し、接合システムのロボット（１０８、２０８、３０８）を備えるバッファチャンバにウェハを搬送するステップと、
ｅ）ウェハを、
ｉ）処理チャンバ（１２０、２２０、３２０、５０４）での低エネルギープラズマ源による表面不動態化の除去と、
ｉｉ）光化学的または光熱的処理における超高真空レーザチャンバ（１２０’、２２０’、３２０’）での可視または紫外レーザによる表面不動態の除去と、
ｉｉｉ）超高真空薄膜形成チャンバ（１３８、２３８、３３８）での薄く清浄なエピタキシャル表面層の形成と、
ｉｖ）超高真空ウェハ反転チャンバ（１３６、２３６、３３６）でのウェハの反転と、
ｖ）超高真空ウェハアニールチャンバ（１２８、２２８、３２８）でのウェハのアニールと、
ｖｉ）超高真空ウェハプリアライメントツール（１３２、２３２、３３２）でのウェハのプリアライメントと、  
ｖｉｉ）超高真空ウェハ接合チャンバ（１２４、２２４、３２４、４０４）でのウェハの共有接合と、からなる工程一覧の１つからなる工程において処理するステップと、からなるステップ一覧から少なくとも１つ選択されるステップからなる方法。
【請求項１１】
処理チャンバ（１２０、２２０、３２０、５０４）での低エネルギープラズマ源による前記表面不動態化の除去が、
ａ）ウェハを回転するステップと、
ｂ）前記ウェハの背面からヒータ（５２０）でウェハを放射加熱するステップと、
ｃ）異なるビームセクタ（５４２）からなり、傾きモジュール（５３２）に取付けられた温度センサ（５４４）と前記回転速度の間のフィードバックループおよび前記異なるビームセクタに供給される前記パワーによりウェハの局所表面温度を制御する、可視又はＵＶレーザモジュール（５４０）でウェハの表面を加熱するステップと、からなるステップ一覧の少なくとも１つから選択されるステップに支援される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
超真空レーザチャンバ（１２０’、２２０’、３２０’）での可視または紫外レーザによる前記表面不動態化の除去が、
ａ）ウェハを回転するステップと、
ｂ）前記ウェハの背面からヒータでウェハを均一加熱するステップと、
ｃ）傾きモジュールに取付けられた温度センサと前記回転速度の間のフィードバックループ、および前記レーザに供給される前記パワーによるレーザ加熱中に、ウェハの表面温度を制御するステップと、からなるステップ一覧の１つから選択されるステップに支援される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記薄く清浄なエピタキシャル表面層が、
ａ）前記薄い表面層の形成中に前記基板を回転するステップと、
ｂ）前記薄い表面層の形成中に前記基板を加熱するステップと、
ｃ）前記薄い表面層の形成のためのプラズマ支援化学気相蒸着用低エネルギープラズマ源、ガスライン、およびマスフロー制御装置を提供するステップと、
ｄ）前記薄い表面層を、
ｉ）電子ビーム蒸発器と、
ｉｉ）放出セルと、からなる蒸発器一覧の少なくとも１つから選択される蒸発器から形成するステップと、からなるステップ一覧の少なくとも１つから選択されるステップからなる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
超高真空ウェハ接合チャンバ（１２４、２２４、３２４、４０４）でのウェハの共有接合が、
ａ）第１ウェハ（４４１）を上部チャックモジュール（４３０）に搬送するステップと、
ｂ）第２ウェハ（４４５）を底部チャックモジュール（４４０）に搬送するステップと、
ｃ）共焦点干渉センサ（４３８、４３４）で底部チャックモジュールと上部チャックモジュール間の平行度を維持しながら、前記上部チャックモジュールを２０ｍｍ未満の距離まで前記下部チャックモジュールに降下させるステップと、
ｄ）回転並進アクチュエータ（４４４）を起動して、第１ウェハと第２ウェハの間の測定位置に共焦点干渉センサ（４４３）を移動するステップと、
ｅ）前記アクチュエータ（４４４）を起動してｘ‐ｙ方向で前記共焦点干渉センサ（４４３）を走査しながら、前記第１ウェハ（４４１）の両端のアライメントマーク（４７０、４７２）を前記上方集束ビーム（４６０）で求め、画像化するステップと、
ｆ）前記アクチュエータ（４４４）を起動して、センサ（４４３）の前記上方集束ビーム（４６０）を前記アライメント特徴の中心に精密に位置決めするステップと、
ｇ）センサ（４４３）を備える前記アクチュエータを固定するステップと、
ｈ）時計回りおよび反時計回り方向に回転走査し、前記共焦点干渉センサ（４４３）の前記下方集束ビーム（４６４）によって前記第２ウェハ（４４５）のアライメント特徴（４９０、４９２）を求めるために、前記底部チャックモジュール（４４０）の前記回転（４５０）を作動させ、それによって前記より深いトレンチ（４７４）の前記位置を識別する前記トレンチ形状の画像を生成するステップと、
ｉ）前記回転（４５０）を作動させ、前記第２ウェハ（４４５）のアライメント特徴（４９０、４９２）の前記トレンチ（４７４）を、前記第１ウェハ（４４１）の前記アライメント特徴４７０、４７２の前記トレンチ（４７４）と平行に位置合わせするステップと、
ｊ）前記回転アクチュエータを固定するステップと、
ｋ）前記並進可能なステージ（４４２）をｘ‐ｙ方向に移動して前記下方集束ビーム（４６４）を前記第２ウェハ（４４５）の前記アライメント特徴（４９０、４９２）の中心に精密に重ね、それにより前記第１ウェハ（４４１）の前記アライメント特徴の前記中心点（４７１、４７３）と、前記第２ウェハ（４４５）の前記アライメント特徴の前記中心点（４９１、４９３）を精密に一致させるステップと、
ｌ）前記チャックモジュール外のホーム位置に前記センサ（４４３）を回転させるステップと、
ｍ）共焦点干渉センサ（４３８、４３４）で下部チャックモジュールと上部チャックモジュール（４３０、４４０）間の平行度を維持しながら、前記上部チャックモジュール（４３０）を約１００〜２００μｍの距離まで前記下部チャックモジュール（４４０）に降下させるステップと、
ｎ）中央アクチュエータ（４１６）による押圧動作で前記ウェハ（４４１、４４５）間の第１接触を確立するステップと、
ｏ）対称に配置されたアクチュエータ（４２０）をトルク制御下で起動して圧力を加えるステップと、からなるステップ一覧の少なくとも１つから選択されたステップからなる、請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本発明は、２０１９年６月２２日に出願された米国仮出願第６２／６８８，４２０号を優先権としてその便益を主張し、その内容は参照して組み込まれ、依拠される。
【著作権および法的告知】
【０００２】
本特許文書に開示されるものの一部には著作権保護の対象となる資料が含まれている。出願人は、特許商標庁の記録として特許開示されている特許文書に関しては第三者によるファクシミリ複製に異論はないが、そうでない場合はいかなる場合もすべての著作権を留保する。また、本願に記載される第三者の特許又は記事は、先行技術を理由として本発明がその資料を先行する権利がないことを承認するものとして考慮すべきでない。
【技術分野】
【０００３】
本発明は、共有接合半導体インターフェースを形成するための工業規模のシステム、共有接合半導体インターフェースの構造、および該インターフェースをＣＭＯＳ互換温度で形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
２つの半導体ウェハ間に形成される導電性共有結合の形成は過去数十年でますます関心を集めている。結合性パートナーが高温処理できない材料を含むことがしばしばあるため、特に低温（通常は室温から約３００℃）で行われる共有半導体接合は、他の方法では実現不可能なモノリシック構造につながることがある。これは、例えば、誘電体層および金属層の感温スタックを含むＣＭＯＳ処理ウェハ、または異なる熱膨張係数および／または格子パラメータを有する材料からなるウェハの場合である。低い接合温度だけでは、接合インターフェースを横断する電気伝導が損なわれないことは保証されない。加えて、どちらの結合性パートナーの表面も、通常、原子的に清浄で酸化物を含まず、平滑かつ平坦でなければならない。清浄なシリコンウェハは、室温で、バルク接合強度に近い結合で１００ｍｍウェハの処理に適したＵＨＶ（以下、超高真空とする）接合ツールで、自発的に接合可能であることが示されている（Ｕ．Ｇｏｓｅｌｅ  ｅｔ  ａｌ．ｉｎ  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６７，３６１４（１９９５）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。問題は、低温接合前に清浄な半導体表面を得る方法と、共有接合が形成される前にそれらを清浄に保つ方法である。これは、特にシリコンと同程度に簡単に酸化する材料の場合に深刻な問題である。酸化物非含有シリコン表面を得る一つの方法は、ＨＦ浸漬という形の湿式化学洗浄である。結果として生じる水素終端は表面を不活性化し、環境雰囲気でも最長数時間、再酸化から表面を保護する。水素ブリッジによる疎水性接合は弱く、したがって高い接合強度を達成するために７００℃を超える温度への望ましくない接合後アニールが必要になるため、接合前に水素終端を除去する必要がある（Ｑ．−Ｙ．Ｔｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．ｉｎ  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６４，６２５（１９９４）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。水素は、超高真空（ＵＨＶ―約１×１０−９〜１×１０−１０ｍｂａｒ、さらには１０−１０〜１０−１１ｍｂａｒの範囲の基圧を達成する）での熱アニールによって不活性化された表面から除去できる。これは、Ｇｏｓｅｌ他によってＳｉ‐Ｓｉ接合のために用いられた方法だが、約５５０℃という一水素化物放出温度を超える温度を要するという欠点がある（Ｐ．Ｇｕｐｔａ  ｅｔ  ａｌ．，ｉｎ  Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ  ３７，８２３４（１９８８）およびＵ．Ｇｏｓｅｌｅ  ｅｔ  ａｌ．ｉｎ  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６７，３６１４（１９９５）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。残念ながらこれは、接合中の低温だけでなく任意の接合前の清浄ステップも要するＣＭＯＳ処理ウェハとは、完全には互換できない。
【０００５】
低温で表面酸化物を除去する方法の一つに、いわゆる表面活性化方法が考えられる。もともとはＡｌ‐Ａｌ接合のためにＴ．Ｓｕｇａ他がＡｃｔａ  ｍｅｔａｌｌ．ｍａｔｅｒ．４０，Ｓ１３３（１９９２）で紹介したもので、開示された内容全体は本件に組み込まれる。性質上１ｋｅＶ程度のイオンエネルギーを有するイオンビームスパッタリングによる酸化物のドライエッチングからなるこの方法は、表面活性化接合（ＳＡＢ）という表現を創出したＨ．Ｔａｋａｇｉ他によってＳｉ‐Ｓｉ接合にも適用できることが後に示された（Ｈ．Ｔａｋａｇｉ  ｅｔ  ａｌ．ｉｎ  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６８，２２２２（１９９６）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。ＳＡＢ法によって室温での接着でも極めて高い接合強度が達成された。しかしながら、酸化物のドライエッチングには欠点が１つあり、それは用いられるパラメータの詳細に関係なく回避するのが難しいという点である。エネルギーイオンによる表面衝撃によって必然的に酸化物除去中の表面損傷が引き起こされ、通常数ナノメートル程度の厚みを有する接合インターフェースにアモルファス中間層が生じる（Ｔａｋａｇｉ  ｅｔ  ａｌ．，ｉｎ  ＥＣＳ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ７５,３（２０１６）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。壊れたＳｉ‐Ｓｉ接合に関連する高いダングリングボンド密度はエネルギーギャップのフェルミ準位を固定する。ダングリングボンド密度はアモルファス層を再結晶化することで減少できるが、通常、５００℃を超える温度での再アニールを要する。結合性パートナーのドーピングタイプと密度によっては、接合インターフェースで固定するフェルミ準位により多結晶粒界で見られるのと同様のバンド曲げ（ｂａｎｄ  ｂｅｎｄｉｎｇ）とバリア形成が生じ、電気特性に同様の影響を与える可能性がある。特にトンネリングが不可能な広い空間電荷領域を特徴とする低いドーピング濃度の場合、該接合インターフェースを横断する電気抵抗はバルク抵抗を何桁も超えることがある（Ａ．Ｊｕｎｇ  ｅｔ  ａｌ．ｉｎ  Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１２３，０８５７０１（２０１８）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。明らかに、ＵＨＶでの清浄な結晶表面の接合は、界面欠陥状態の密度を可能な限り低くするが、極めて正確なウェハアライメント（ねじれと傾きの両方）の場合を除き、この場合においてもバリア形成を防ぐことはできない（Ａ．Ｒｅｚｎｉｃｅｋ  ｅｔ  ａｌ．ｉｎ  ＭＲＳ  Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．６８１Ｅ，Ｉ４．４．１（２００１）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。
【０００６】
ＳＡＢに基づき極めて正確なウェハアライメント特徴を含む２００ｍｍウェハのためのＵＨＶ接合システムは、すでに２００１年にＳｕｇａ他によって２００１年のＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅにて紹介されており、開示された内容全体は本件に組み込まれる。最高±０．５μｍの精度でのウェハアライメントは、ウェハ間の平行度の維持を含め、ピエゾアクチュエータと赤外線カメラという手段を用いて確立されるため、その手法は赤外線透過ウェハの接合に限定される。微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）のパッケージングには極めて適しているものの、このシステムにより生成されるアモルファス半導体インターフェースは上記の理由から電荷輸送にとり大きな懸念事項である。
【０００７】
インターフェース上の電荷輸送に関する同様の欠点がほんの数年前にＥＶ  Ｇｒｏｕｐが紹介した高真空製造ツールにも存在するようだ（Ｗｉｍｐｌｉｎｇｅｒ  ｅｔ  ａｌ．による米国特許第９，８９９，２２３号を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。その理由は、ここでもエネルギーイオン衝撃によるＳｉＯ２のドライエッチングが過ぎると、幅数ナノメートルのアモルファス中間層が生じるためである（Ｃ．Ｆｌｏｔｇｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，ｉｎ  ＥＣＳ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ６４，１０３（２０１４）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。
【０００８】
最大３００ｍｍの大きさの半導体ウェハを超高真空で共有接合するための製造システムが求められる。
【０００９】
１００ｎｍ規模での相互ウェハアライメントを含む、半導体ウェハを超高真空で共有接合するための製造システムが求められる。
【００１０】
製造条件下で接合工程を実行するのに十分な時間、平滑な結晶ウェハ表面を作成し、酸化物のない状態に維持することを可能にする、共有半導体ウェハ接合のための製造システムおよび工程が求められる。
【００１１】
表面アモルファス化を誘発することなく酸化物除去と表面不動態化を可能にする、共有半導体ウェハ接合のための製造システムおよび工程が求められる。
【００１２】
表面アモルファス化を誘発することなくウェハの不動態化層の除去を可能にする、共有半導体ウェハ接合のための製造システムおよび工程が求められる。
【００１３】
製造条件下での酸化物非含有導電性接合インターフェースの作成を可能にする、共有半導体ウェハ接合のための製造システムおよび工程が求められる。
【００１４】
ＣＭＯＳ処理ウェハスタックと互換性のある温度での共有半導体ウェハ接合を可能にする製造システムおよび工程が求められる。
【００１５】
異なる熱膨張係数を有する半導体ウェハを共有接合するための製造システムおよび工程が求められる。
【００１６】
最小限のインターフェース上のバリア形成を保証するのに十分低い欠陥密度を有するインターフェースを提供できる、共有ウェハ接合のための製造システムおよび工程が求められる。
【発明の開示】
【００１７】
酸化物非含有共有半導体ウェハ接合のための製造システムを提供する。システムは、少なくとも１つの湿式化学処理または蒸気処理用モジュールと、少なくとも１つの超高真空（ＵＨＶ）ウェハ処理用モジュールとを含む。湿式化学処理または蒸気処理用モジュールには、酸化物除去用チャンバと、気圧またはその付近で表面不動態化層を提供するためのチャンバとがある。超高真空ウェハ処理用モジュールは、少なくとも１つのチャンバを含む。このチャンバは次のうちいずれか１つである：（１）表面不動態化の除去に適した低エネルギープラズマ源と補助レーザ照射とを備えたプラズマチャンバ、（２）表面不動態化層の光化学的または光熱的除去に適した可視あるいは紫外線レーザを有する超高真空レーザチャンバ、（３）薄くて清浄なエピタキシャル半導体表面層の提供に適した超高真空薄膜形成チャンバ、（４）超高真空ウェハ反転チャンバ、（５）超高真空ウェハアニールチャンバ、（６）超高真空ウェハプリアライメントツール、（７）超高回転並進精度での相互ウェハアライメントのための手段を含む超高真空ウェハ接合チャンバであって、任意でウェハ搬送チャンバから振動切離される接合チャンバ。湿式化学処理用モジュールと超高真空処理用モジュールは分離したロードロックを介してアクセス可能で、ウェハ搬送体内のロボットによるウェハ搬送中のクロスコンタミネーションを回避するよう設計された少なくとも１つのバッファチャンバで接続される。
【００１８】
本発明の目的は、最大３００ｍｍの大きさの半導体ウェハを酸化物および粒子を含まずに共有接合する製造システムおよび工程を提供することにある。
【００１９】
本発明の目的は、１００ｎｍ範囲の精度で相互にアライメントされた最大３００ｍｍの大きさの半導体ウェハを、酸化物および粒子を含まずに共有接合する製造システムを提供することにある。
【００２０】
本発明の目的は、異なる熱膨張係数を有する半導体を共有ウェハ接合する製造システムおよび工程を提供することにある。
【００２１】
本発明の目的は、単一の機械内で湿式化学ウェハ処理用モジュールと真空ベースのウェハ処理用モジュールとを組み合わせる、酸化物非含有半導体ウェハの共有接合のための製造システムおよび工程を提供することにある。
【００２２】
本発明の目的は、すべての清浄なウェハ表面を酸化物のない状態に保つ超高真空（ＵＨＶ）互換環境を含む、共有半導体ウェハ接合のための製造システムおよび工程を提供することにある。
【００２３】
本発明の目的は、ＣＭＯＳ互換温度でのウェハ接合に適した清浄で粗度の低いウェハ表面を提供できる共有半導体ウェハ接合のための製造システムおよび工程を提供することにある。
【００２４】
本発明の目的は、ＣＭＯＳ互換温度での結晶接合インターフェースの提供が可能な共有半導体ウェハ接合のための製造システムおよび工程を提供することにある。
【００２５】
本発明の目的は、インターフェース上の欠陥状態による望ましくない電気バリア形成を最小限に抑えて、インターフェースをＣＭＯＳ互換温度で提供できる共有半導体ウェハ接合のための製造システムおよび工程の提供にある。
【００２６】
本発明の目的は、接合インターフェースの望ましくない電荷のトラッピングと再結合を最小限に抑えて、インターフェースをＣＭＯＳ互換温度で提供できる共有半導体ウェハ接合のための製造システムおよび工程の提供にある。
【００２７】
本発明の目的は、粒子のない状態の保守およびメンテナンスを容易化するモジュール式設計の共有半導体ウェハ接合のための製造システムの提供にある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】湿式化学およびＵＨＶ互換ウェハ処理のためのセクションを含む共有半導体ウェハ接合のための製造システムの概略図である。
【図２】湿式化学およびＵＨＶ互換ウェハ処理のためのセクションを含み、そのどちらも中央ウェハ搬送体を備える、共有半導体ウェハ接合のための製造システムの概略図である。
【図３】ＵＨＶウェハスーツケース（ＵＨＶ  ｗａｆｅｒ  ｓｕｉｔｃａｓｅ）またはドッキングステーションで連通する湿式化学およびＵＨＶ互換ウェハ処理のための分離したセクションを含む共有半導体ウェハ接合のための製造システムの概略図である。
【図４Ａ】超精密相互ウェハアライメントのためのアクチュエータおよびセンサを含む接合チャンバの斜視図である。
【図４Ｂ】ウェハの平行アライメントのためのアクチュエータおよびセンサを備える接合チャンバの平面図である。
【図４Ｃ】正確な回転並進ウェハアライメントのためのアクチュエータおよび共焦点干渉センサを備える接合チャンバの底面図である。
【図４Ｄ】超精密回転並進ウェハアライメントのための共焦点干渉センサを備える接合チャンバの下部の斜視図である。
【図４Ｅ】共焦点干渉センサによる正確なアライメントの前と後のアライメント特徴を備える上部および底部ウェハの図である。
【図５】加熱可能なウェハステージおよび遠隔レーザ表面加熱を備えるプラズマチャンバの斜視図である。
【図６】湿式化学酸化物エッチングおよびプラズマ処理のステップを含む、酸化物非含有共有半導体ウェハ接合のための工程シーケンスの概略図である。
【図７】湿式化学酸化物エッチングおよびエピタキシャル成長のステップを含む、酸化物非含有共有半導体ウェハ接合のための工程シーケンスの概略図である。
【図８】接合チャンバ内でのウェハの超高精度アライメントのための工程シーケンスの概略図である。
【好適な実施形態の詳細な説明】
【００２９】
次に図１に示される最大３００ｍｍの大きさの半導体ウェハを低温共有接合するための製造システムの第１実施形態１００は、２つの接続部１０１、１０２からなる。第１部分１０１は、すべてが超高真空処理に互換可能なモジュールを備える真空システムである。第２部分１０２は、湿式化学処理または蒸気処理用に設計されたモジュールを備え、実質的気圧で作動するシステムである。どちらの部も分離したロードロック１１６、１６０によってアクセス可能で、クロスコンタミネーション回避を目的とするバッファチャンバ１４０を介して接続される。
【００３０】
ＵＨＶ互換可能処理条件下での低温共有ウェハ接合のための製造システム１００の第１部分１０１は、ＵＨＶ互換仕切弁１１２を介して取付けられた多数の処理チャンバを保守できるロボット１０８を備える中央ウェハ搬送体１０４を含む。平均サイズの処理チャンバの場合、２４時間１５０℃で焼成した後に、例えばＰｆｅｉｆｆｅｒ／Ｅｄｗａｒｄｓで入手可能なターボ分子真空ポンプとエドワーズスクロールドライバッキングポンプ（Ｅｄｗａｒｄｓ  ｓｃｒｏｌｌ  ｄｒｙ  ｂａｃｋｉｎｇ  ｐｕｍｐ）とを組み合わせると、約（２〜５）×１０−１０ｍｂａｒが達成できる。例えば、Ｔｉ昇華ポンプ、クライオポンプ、またはイオンゲッターポンプを用いると、１０−１０〜１０−１１ｍｂａｒ範囲というさらに低い圧力までも達成できる。例えばターボ分子とクライオポンプを組み合わせて、水分を除去し、約１０−８ｍｂａｒ、または１０−８〜５×１０−９ｍｂａｒ、さらには５×１０−９〜１０−１０という基圧までのポンピングを可能とするために、中央ウェハ搬送体１０４は、好ましくは約１５０°〜２００℃の温度まで「焼成可能」である。製造システムはウェハカセットを挿入するために少なくとも１つのロードロック１１６を含み、約１０−６〜１０−７ｍｂａｒ、さらには１０−７ｍｂａｒ未満まで減圧するための真空ポンプを備える。少なくとも１つのロードロック１１６は、例えば１００°〜２００℃範囲の温度でのウェハの脱ガス提供を任意で備えてもよい。製造システム１００は基圧がＵＨＶ範囲にある１つまたは複数の処理チャンバ１２０、１２０’をさらに含んでもよく、これらはウェハの表面不動態化を除去し、共有半導体接合に適した反応性ダングリングボンドを備える清浄な半導体表面を露出させるようにするための専用チャンバである。１つの処理チャンバ１２０’は、例えば、表面を可視あるいは紫外線レーザに露光するために具備されたＵＨＶレーザ処理チャンバでもよく、レーザは約２〜１０ｅＶ範囲の光子エネルギーを提供し、例えばＳｉまたは他の水素不動態化半導体表面から光化学的水素放出または光熱的水素放出のどちらか一方を可能にする（Ａ．Ｐｕｓｅｌ  ｅｔ  ａｌ．，ｉｎ  Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８１，６４５（１９９８）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。レーザ処理チャンバ１２０’は、回転可能なウェハステージと、ウェハの背面を均一加熱するための補助ヒータとを備えてもよい。ウェハ表面温度の制御は赤外線温度センサで提供されてもよい。センサは傾きモジュールに取付けられてもよく、ウェハの中央と端の間の任意の点から放射される赤外線の被測が可能になる。センサとウェハステージの回転速度の間のフィードバックループ、およびレーザに供給される電力により、ウェハの任意の場所の表面温度のリアルタイム制御が提供されてもよい。
【００３１】
代替的に、処理チャンバは低エネルギープラズマ源を備えてもよい。典型例として、５×１０−９〜５×１０−１０ｍｂａｒ、さらには５×１０−１０〜５×１０−１１ｍｂａｒ範囲のＵＨＶ基圧を提供できるプラズマチャンバ１２０を検討する（図５に示されるより詳細な実施形態５００も参照のこと）。プラズマチャンバ１２０は、ほとんどの固体材料のスパッタ閾値未満、例えば約１０〜１５ｅＶのイオンエネルギーを提供する低エネルギープラズマ源をホストする。プラズマ源は、例えばＨ、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、またはそれらの混合物などの異なる放出ガスで作動可能な、例えばＣＣＲ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のＣｏｐｒａ  ＤＮ２５０  ＣＦプラズマ源（ｃｃｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｄｅ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ．ｐｈｐ）などの誘導結合プラズマ源でもよい。プラズマチャンバ１２０は、約１０〜２０ｅＶ、さらには５〜１０ｅＶ範囲の低エネルギーイオンを提供できる任意のプラズマ源をホストしてもよい。低エネルギープラズマ源を供給するガスラインはすべて、水滴跡および酸素を除去する収着フィルタと、当技術分野で公知の粒子フィルタとを備えているのが好ましい。プラズマチャンバ１２０はさらに、任意で約１００°〜３００℃の温度まで加熱される回転可能なウェハステージを備える。低エネルギープラズマ源と加熱可能なウェハステージを組み合わせることで、プラズマ処理工程間において実質的な表面のアモルファス化またはガス粒子の注入を誘発することなく、例えばＨ不動態化半導体表面の水素被覆を除去できる。加熱可能なウェハステージの代わりに、またはそれに加えて、プラズマチャンバ１２０はウェハ表面のレーザ加熱のために具備されてもよい。レーザ加熱は、例えば、可視からＵＶまでの発光波長を有するレーザダイオードの配列によって実現されてもよく、小さな溶込み深さのために適切に選択された波長の結果として局所表面加熱のみを提供する。それにより、ウェハ表面全体のレーザ露光は、回転するウェハステージで保証される。加えて、強力なＵＶレーザは、チャンバ１２０に導入された希ガスの原子をイオン化または高い励起状態に促進し、表面に伝達されるとそのエネルギーは吸蔵水素の放出をさらに高める。一実施形態は、プラズマ処理用チャンバ１２０とレーザ処理用チャンバ１２０’はどちらも中央ウェハ搬送体１０４に付属する分離したチャンバとして存在してもよく、例えば異なる半導体表面の水素不動態化を除去するために、より柔軟性がもたらされる。
【００３２】
低温共有ウェハ接合のための製造システム１００の第１部分１０１はさらに、５×１０−９〜５×１０−１０ｍｂａｒ範囲の基圧を有する少なくとも１つのＵＨＶ接合チャンバ１２４を含む。接合チャンバ全体は、約０．５°〜１℃以内、または好ましくは０．１°〜０．５℃以内、より好ましくは０．０５°〜０．１℃以内で温度制御されるのが好ましい。接合チャンバ１２４はウェハアライメントシステムを任意で備えてもよく、それによって接合前にウェハ対を例えば５０〜２００ｎｍの精度で相互に位置合わせできる。接合チャンバ１２４は正確なウェハアライメントを容易化するために、ベローズによってウェハ搬送体１０４から振動切離されてもよい。ウェハアライメントシステムは、例えば、共焦点干渉センサに基づく光学視覚制御システムと、並進回転的微小位置決めのために例えばステッパモータまたはピエゾモータで駆動する精密並進回転機械ステージとを含んでもよい。
【００３３】
さらに、３００ｍｍウェハの接合に容易に拡張可能な超精密ウェハアライメントシステムを備える接合チャンバの実施形態４００を以下に紹介する。任意で、ウェハを保持する接合チャックは約１００°〜３００℃の温度まで加熱可能でもよい。しかしながら、ウェハ接合は、約０から２００ｋＮの範囲の接合圧で、室温で行われるのが好ましい。接合ウェハは代わりに、任意でＵＨＶアニールチャンバ１２８でアニールされてもよく、１００°〜４００℃範囲の温度でのバッチ焼鈍をもたらす。代替的に、アニールチャンバ１２８は、最大温度約９００℃の単一ウェハアニールのために具備されてもよい。単一ウェハアニールは、例えば半導体ウェハからの水素放出のために用いられてもよく、完全な熱Ｈ放出にそれぞれ最大６００℃と４００℃という温度を要する不動態化されたＳｉまたはＧｅウェハなどのサーマルバジェット問題も引き起こさない。
【００３４】
低温共有ウェハ接合のための製造システム１００の第１部分１０１は、５×１０−９〜５×１０−１０ｍｂａｒ、さらには５×１０−１０〜５×１０−１１ｍｂａｒ範囲の基圧を有する、ウェハのプリアライメントのためのウェハアライメントＵＨＶチャンバ１３２をさらに含んでもよい。その場合、ウェハは約０．１〜０．５°以内の精度で回転的に、約５０〜２００μｍ以内で並進的に、予め位置合わせされてもよい。接合パートナーの小さいフィーチャが位置合わせを必要としない限り、このプリアライメントは共有接合のほとんどの応用例の場合に十分正確である。任意で、ウェハのプリアライメントは、分離したＵＨＶチャンバ１３２の代わりに搬送体１０４で行われてもよい。
【００３５】
さらに、低温共有ウェハ接合のための製造システム１００の第１部分１０１は、５×１０−９〜５×１０−１０ｍｂａｒ、さらには５×１０−１０〜５×１０−１１ｍｂａｒ範囲の基圧までポンピングされたＵＨＶ反転チャンバ１３６を備える。ウェハ表面を接合チャンバ１２４で対面接合するためにチャンバ１３６でのウェハ反転が求められることがある。
【００３６】
最後に、低温共有ウェハ接合のための製造システム１００の第１部分１０１は、５×１０−９〜５×１０−１０ｍｂａｒ、さらには５×１０−１０〜５×１０−１１ｍｂａｒ範囲の基圧を有し、室温から約８００℃の基板温度で水素不動態化された表面を薄膜形成するための手段を備えているＵＨＶチャンバ１３８を任意で備えてもよい。処理されたＣＭＯＳウェハなどの感温基板の場合、膜材と水素との化学結合がＳｉ‐Ｈ結合よりも弱いことを条件として、厚みが数単層の極薄のエピタキシャル半導体膜を室温から約３００℃の基板温度で緩やかに形成することは、共有ウェハ接合に適した平滑で水素非含有の結晶表面を準備する代替的手段となりうる。例えば、チャンバ１３８は、約１０〜２０ｅＶ、さらには５〜１０ｅＶ範囲のイオンエネルギーを提供し、例えば１５０°から３００℃という極めて低い温度で、例えば毎秒５〜２０単層（ＭＬ）、さらには毎秒０．１〜５ＭＬという極めて低い率で、Ｇｅを水素終端化されたＳｉ表面に例えば１〜４単層（ＭＬ）エピタキシャル成長させるためのプラズマ支援化学気相蒸着に適した低エネルギープラズマ源とともに、基板ヒータ、ガスライン、およびマスフロー制御装置に加えて、回転可能な基板ホルダを任意で備えてもよい。代替的に、チャンバ１３８は、Ｇｅや他の半導体の薄膜を同様の低率でエピタキシャル形成させるために、電子ビーム蒸発器や放出セルなどの蒸発器を備えてもよい。ＵＨＶで室温と約１５０°〜３００℃の間で緩やかにエピタキシャル成長させることは気相ベースの手法に比べてＵＨＶにポンプダウンする必要がなく、より高速なウェハ搬送を可能にするため事実有利である。さらに、成形速度は、基板温度に依存しないため高い精度での制御が容易に可能であり、単層領域での層厚みの正確な調整が可能となる。不動態化されたＳｉ基板表面から成長中のＧｅ膜の表面に水素を分離させるために、低い成形速度が望ましい（必要でさえある）（Ｔ．Ｆｕｊｉｎｏ  ｅｔ  ａｌ．，ｉｎ  Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４０，Ｌ１１７３（２００１）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。Ｇｅ膜の厚みが４ＭＬ未満に保たれる場合、２次元コヒーレント歪み（つまりインターフェースに平行な格子パラメータがＳｉ格子パラメータと等しい層）湿潤層のみが形成され、Ｓｔｒａｎｓｋｉ‐Ｋｒａｓｔａｎｏｖメカニズムの手段による島の形成は抑制される（Ｍ．Ｔｏｍｉｔｏｒｉ  ｅｔ  ａｌ．，ｉｎ  Ａｐｐｌ．Ｓｕｒｆ．Ｓｃｉ．７６／７７，３２２（１９９４）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。水素は約３００℃でＧｅ表面から放出するため、水素非含有Ｇｅ表面はＣＭＯＳ互換温度でＵＨＶにおいて獲得できる（Ｄ．Ｄｉｃｋ  ｅｔ  ａｌ．，ｉｎ  Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｃ  １１８，４８２（２０１４）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。代替的に、プラズマチャンバ１２０において室温付近で低エネルギープラズマまたはレーザ照射に短時間露光することは、水素非含有結晶Ｇｅ表面の提供に十分である。したがって、本発明により、例えばＵＨＶでシリコンウェハにエピタキシャル成長した２つの極薄のＧｅ膜の間のＧｅ‐Ｇｅ接合を形成���ることによるエネルギー粒子の表面衝撃を必要とせずに、例えば２つのＳｉウェハを共有接合することが可能となる。結果として得られるＧｅインターフェース層の厚みは最大約１ナノメートルであり、Ｇｅの約８ＭＬに対応するか、それより大幅に少ないため、電子は容易にトンネリングできる。したがって、超薄コヒーレント歪みエピタキシャルＧｅ中間層は接合インターフェースを横断する電荷キャリア輸送に対して有意な抵抗を与えない。Ｇｅ原子の移動度が高くなると、Ｓｉインターフェースよりも低い温度で、接合インターフェースでの原子の再配列が予想されるため、直接Ｓｉ‐Ｓｉ接合の代わりに２つのＧｅ終端化Ｓｉウェハを接合することによりインターフェースの欠陥密度が低くなるというさらなる利点がある。したがって、ウェハのねじれおよび傾きに起因し、約８００℃を超えるアニール温度限定Ｓｉインターフェース用通常転位ネットワーク（Ｔ．Ａｋａｔｓｕ  ｅｔ  ａｌ．ｉｎ  Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．３９，３０３１（２００４）およびＡ．Ｒｅｚｎｉｃｅｋ  ｅｔ  ａｌ．ｉｎ  ＭＲＳ  Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．６８１Ｅ，Ｉ４．４．１（２００１）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）は、すでに結合状態にある、または約３００℃程度の低温でのアニール後にＧｅインターフェースに存在する、と予想される（Ｓ．Ｋｅ  ｅｔ  ａｌ．ｉｎ  Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５１，２６５３０６（２０１８）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。これはもちろん接合インターフェース上の転位ネットワークが電気輸送に影響しないことを意味するわけではないが、ウェハのねじれおよび傾きを小さく保つことで転位密度は最小限に抑えられる。
【００３７】
エピタキシャルＧｅ中間層の利用はＳｉ‐Ｓｉ接合のみに限定されず、同様の有益な効果を有する他の材料の接合にも容易に応用可能である。一例がＧａＡｓとＳｉの接合で、これにはＧｅとＧａＡｓ間の格子整合というさらなる利点があり、その結果得られるＧａＡｓ上のＧｅエピタキシャル層には厚みに関係なく欠陥がない。超薄Ｇｅ層を緩やかにエピタキシャル成長させる代替法として、他の、好ましくは格子整合する半導体層がチャンバ１３８でエピタキシャル成長してもよく、例えば水素‐半導体接合を半導体‐半導体接合に交換するという同じタスクを遂行する。一実施形態は、ウェハ接合のための製造システムのＵＨＶ部１０２が、ウェハ接合前インシチュ（ｉｎ‐ｓｉｔｕ）ウェハ検出のための表面分析ツールを含む１つまたは複数のチャンバを任意で備えてもよい。これらのツールは、例えば、表面粗さ測定のための原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）と、化学表面分析のためのＸ線光分子分光法（ＸＰＳ）またはオージェ電子分光法（ＡＥＳ）ツール用分光器とを含んでもよい。
【００３８】
低温共有ウェハ接合のための製造システム１００の第２部分１０２はウェハ搬送体チャンバ１４４を含み、これは、例えば直線ウェハ搬送のためにロボット１４８を備えるウェハ搬送体１０４よりシンプルな設計でもよい。中央搬送体１０４に付属のバッファチャンバ１４０、または搬送チャンバ１４４を除き、第２部分１０２のモジュールは、実質的気圧で乾燥不活性ガス雰囲気で処理するよう設計されている。不活性ガスは、例えば高純度酸素非含有無水の窒素またはアルゴンを含んでもよい。第２部分１０２は、ウェハを湿式化学的にあるいは蒸気で洗浄するために運搬するウェハカセットを導入するためのロードロック１６０を備える。カセット積載後、ロードロック１６０は、気圧またはその付近で高純度Ｎ２またはＡｒを充填される前に、約１０−５〜１０−６ｍｂａｒの圧まで減圧されてもよい。内部で用いられる化学物質に応じて、好ましくはステンレス鋼またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる一連の湿式化学処理モジュールまたはチャンバ１５６１〜１５６ｎの少なくとも１つで湿式化学を実行してもよい。１５６１〜１５６ｎの各モジュールは下記ツール一覧から少なくとも１つのツールを含み、例えば、モジュール１５６１は脱脂用溶剤槽、モジュール１５６２は例えばＣＡＲＯＳ洗浄のためのウェハ浸漬用酸槽、モジュール１５６３および１５６４はＳＣ１およびＳＣ２ＲＣＡウェハ洗浄処理のための槽、モジュール１５６５はＨＦ浸漬による湿式化学酸化物除去用、例えばチャンバ１５６６はＨＦ蒸気による代替的酸化物除去ステップ用、チャンバ１５６７は脱イオン水リンスおよびスピン乾燥用である。チャンバ１５６１〜１５６ｎでの湿式化学処理は、高純度Ｎ２またはＡｒ雰囲気で再実行される。酸槽、脱イオン水リンス、および不活性ガスラインは、すべて粒子を備えるのが好ましく、すべてのウェハ表面の粒子非含有処理を保証する。Ｓｉ表面の自然酸化物は、例えば２〜５％ＨＦ希薄水性溶液で約１５〜６０秒間モジュール１５６５でエッチングされ、その後モジュール１５６７で１８ＭΩ脱イオン水でスピンリンスされてもよく、Ｈ不動態化されたＳｉ表面が形成される。他の半導体表面には、例えば、ＧａＡｓ用の１：１またはそれ以上のＨＣｌ：Ｈ２Ｏ希釈液などの異なるエッチング液が適切であろう。代替的に、処理チャンバの少なくとも１つ、例えば１５６６が、ＨＦ／水溶液あるいは無水ＨＦガスから例えばＨＦ気化されたエッチングガスまたは蒸気でウェハを洗浄するために具備されてもよい（Ｐ．Ａ．Ｍ．ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｈｅｉｄｅ  ｅｔ  ａｌ．ｉｎ  Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ  ７，１７１９（１９８９）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。気圧モジュール１５６１〜１５６ｎは、任意で真空仕切弁１５２に加えて、特殊耐食性仕切弁１６４によって搬送体チャンバ１４４から分離している。処理チャンバ１５６１〜１５６ｎを耐食弁１６４で囲むことで、気圧またはその付近で作動するすべての部を保守するため、容易かつ安全に取り外せる。ロードロック１６０から処理モジュール１５６１〜１５６ｎ、さらにはバッファチャンバ１４０までのウェハ搬送は、ロボット１４８が行う。搬送体チャンバ１���４は、任意で１００°〜２００℃まで加熱可能で、約１０−４〜１０−６ｍｂａｒの圧まで減圧するための高速ポンプを備えてもよい。バッファチャンバ１４０も、例えば加熱ランプによってウェハを約１００°〜２００℃まで加熱可能な加熱ステージを備えてもよい。これは、例えばオイルフリープリバキューム（ｏｉｌ‐ｆｒｅｅ  ｐｒｅ‐ｖａｃｕｕｍ）ポンプとターボ分子ポンプを組み合わせることで、チャンバを約１０−７〜１０−８ｍｂａｒの圧という高真空まで減圧するのに有利である。したがって、気圧チャンバ１５６ｎからＵＨＶウェハ搬送体１０４へのウェハ搬送は、真空品質の向上を特徴とする一連のステップにより実現する。
【００３９】
本発明の半導体ウェハ接合のための製造システムにはメンテナンス運用を容易化するモジュール式設計があり、例えば湿式化学チャンバ１５６１〜１５６ｎとロードロック１６０は保守のため真空システム１０１から安全に取り外せる。同様のメンテナンスの容易さが真空チャンバ１１６、１２０、１２０’、１２４、１２８、１３２、１３６、１４０、１４４にも当てはまり、そのすべてが、搬送体１０４の真空を破る必要なく、特別設計された組立て／分解工具（ｔｏｏｌｉｎｇ）による取付けおよび再取付けが可能である。
【００４０】
本発明の半導体ウェハ接合のための製造システムは、コンピュータ制御下で完全に自動で操作されてもよい。任意で、制御コンピュータは、例えばインターネットやリモートデスクトップを介するリモートアクセスを提供する。
【００４１】
次に図２に示される最大３００ｍｍの大きさの半導体ウェハを低温共有接合するための製造システムの第２実施形態２００は、２つの接続部２０１、２０２からなり、そのどちらもロボット２０８、２５８を備える中央ウェハ搬送体２０４、２５４を含む。第１部分２０１はモジュールを備える真空システムで、すべてのモジュールは超高真空処理に互換可能であり、ＵＨＶ互換仕切弁２１２を介して中央搬送体２０４に接続される。第２部分２０２は、湿式化学処理または蒸気処理用に設計されたモジュールを備え、実質的気圧で作動するシステムである。２つの部分は、クロスコンタミネーション回避を目的とするバッファチャンバ２４０を介して接続される。さらに、どちらの部分も分離したロードロック２１６、２６０によってアクセス可能である。実施形態２００には、第２部分１０２での直線ウェハ搬送を含む実施形態１００より容易かつ高速にウェハ搬送できるという利点がある。しかしながら、チャンバおよびその目的は、実施形態１００および２００で本質的に類似しているため、それらは等しく詳細な形態で説明されない。したがって、真空システム２０１はプラズマ処理チャンバ２２０を含み、これはウェハ表面に存在する水素不動態化をより容易に除去するために、約１００°〜３００℃の温度まで任意で加熱される回転可能なウェハステージを備えるのが好ましい。代替的に、処理チャンバ２２０’は表面をＵＶレーザに露光するために具備されたＵＨＶレーザ処理チャンバでもよく、レーザは約２〜１０ｅＶ範囲の光子エネルギーを提供し、不動態化された半導体表面からの光化学的水素放出または光熱的水素放出のどちらか一方を可能にする。レーザ処理チャンバ２２０’は、回転可能なウェハステージと、ウェハの背面を均一加熱するための補助ヒータとを備えてもよい。ウェハ表面温度の制御は赤外線温度センサで提供されてもよい。センサは傾きモジュールに取付けられてもよく、ウェハの中心と端の間の任意の点から放射される赤外線の被測が可能になる。センサとウェハステージの回転速度の間のフィードバックループ、およびレーザに供給される電力により、ウェハの任意の場所の表面温度のリアルタイム制御が提供されてもよい。
【００４２】
一実施形態は、チャンバ２２０、２２０’が中央搬送体２０４に付属する２つの分離したチャンバとして存在してもよく、１つはプラズマ処理用、もう１つはレーザ処理用であり、例えば異なる半導体表面から水素不動態化を除去するために、より柔軟性がもたらされる。低温共有ウェハ接合のための製造システム２００はさらに、ウェハアライメントシステムを備える少なくとも１つのＵＨＶ接合チャンバ２２４を含み、それによって接合前にウェハ対を例えば５０〜２００ｎｍの精度で相互に位置合わせできる。接合チャンバ２２４全体は、約０．５°〜１℃以内、または好ましくは０．１°〜０．５℃以内、より好ましくは０．０５°〜０．１℃以内で温度制御されるのが好ましい。接合チャンバ２２４はさらに、正確なウェハアライメントを容易化するために、ベローズによってウェハ搬送体２０４から振動切離されてもよい。さらに、３００ｍｍウェハの接合に容易に拡張可能なウェハアライメントシステムの実施形態４００を以下に紹介する。低温共有ウェハ接合のための製造システム２００の部分２０１はさらに、ウェハのプリアライメントのためのウェハアライメントＵＨＶチャンバ２３２を含んでもよい。その場合、ウェハは約０．１〜０．５°以内の精度で回転的に、約５０〜２００μｍ以内で並進的に、予め位置合わせされてもよい。接合パートナーの小さいフィーチャが位置合わせを必要としない限り、このプリアライメントは共有接合のほとんどの応用例の場合に十分正確である。任意で、ウェハのプリアライメントは、分離したＵＨＶチャンバ２３２の代わりに搬送体２０４で行われてもよい。チャンバ１３８に類似し基板ヒータとプラズマ支援ＣＶＤ用ツールまたはＵＨＶでの薄膜形成用ツールとを備えたＵＨＶウェハ反転チャンバ２３６と薄膜形成チャンバ２３８とは別に、ＵＨＶ真空システム２０１は任意で追加チャンバを含んでもよく、例えば、接合後アニール用、または最大温度約９００℃の接合前単一ウェハアニール用の、アニールチャンバ２２８である。単一ウェハアニールは、例えば半導体ウェハからの水素放出のために用いられてもよく、完全な熱Ｈ放出にそれぞれ最大６００℃と４００℃という温度を要する不動態化されたＳｉまたはＧｅウェハなどのサーマルバジェット問題も引き起こさない。
【００４３】
任意で、低温共有半導体ウェハ接合のための製造システムのＵＨＶ部２０１は、好ましくは１×１０−１１〜５×１０−１１ｍｂａｒ範囲の基圧を有するウェハ収容チャンバをさらに備えてもよく、実質的気圧部２０２から搬送される水素不動態化ウェハを長期間（例えば１日）保管できる。このようなチャンバは、全体としてウェハ接合システム２００のスループット向上のために異なる処理時間を要する工程の同期を容易化するバッファとして作用する。
【００４４】
ウェハ接合のための製造システムの部分２０２は、ロボット２５８に具備する中央搬送体２５４の周りに配置される一連の処理モジュールを含む。ウェハは、仕切弁２６２を介して接続されるロードロック２６０を介して中央搬送体２５４に導入され、湿式化学洗浄および／または気相洗浄用に設計されてすべてが耐食仕切弁２６４を介して中央搬送体２５４に接続される一連のモジュール２５６１〜２５６ｎに搬送される。チャンバ２５６１はウェハの脱脂用溶剤槽を備えるチャンバでもよく、チャンバ２５６２は例えばＣＡＲＯＳ洗浄用、チャンバ２５６３および２５６４はＲＣＡ洗浄として知られるＳＣ１およびＳＣ２ステップ用、チャンバ２５６５はＨＦ浸漬による湿式化学酸化物除去用、例えばチャンバ２５６６はＨＦ蒸気による代替的酸化物除去ステップ用、チャンバ２５６７は脱イオン水リンスおよびスピン乾燥用である。任意のチャンバ２７０は、例えばロードロック２６０を介して導入されるカセットからウェハを収容するチャンバとして機能してもよい。チャンバ２７０は仕切弁２６２を介して中央搬送体２５４に接続され、任意で減圧および／または不活性ガス雰囲気充填をしてもよい。気圧部とＵＨＶ部の間のクロスコンタミネーションを回避するために、気圧部２０２がバッファチャンバ２５０によってＵＨＶ部２０１から分離しているか、または好ましくは２つのバッファチャンバ２４０、２５０が気圧からＵＨＶまで連続的にポンピングされる。
【００４５】
次に図３に示される最大３００ｍｍの大きさの半導体ウェハを低温共有接合するための製造システムの第３実施形態３００は、２つの分離した部分３０１、３０２からなり、そのどちらもロボット３０８、３５８を備える中央ウェハ搬送体３０４、３５４を含む。第１部分３０１はモジュールを備える真空システムで、すべてのモジュールは超高真空処理に互換可能である。第２部分３０２は、湿式化学処理または蒸気処理用に設計されたモジュールを備え、実質的気圧で作動するシステムである。２つの部分は通常、接続されておらず、第２部分３０２のロードロック３６０または部分３０１のバッファチャンバ３４０のどちらか一方に付属し当システムで第２ロードロックとして機能するＵＨＶスーツケース３７２を用いて連通する。さらに、部分３０１はロードロック３１６によってアクセス可能である。実施形態３００は、気圧部とＵＨＶ部が通常、分離しているため、実施形態１００、２００より容易に保守できるという利点がある。しかしながら、チャンバおよびその目的は、実施形態２００および３００で本質的に類似しているため、それらは等しく詳細な形態で説明されない。したがって、真空システム３０１はプラズマ処理チャンバ３２０を含み、これはウェハ表面に存在する水素不動態化をより容易に除去するために、約１００°〜８００℃の温度まで任意で加熱される回転可能なウェハステージを備えるのが好ましい。代替的に、処理チャンバ３２０’は表面をＵＶレーザに露光するために具備されたＵＨＶレーザ処理チャンバでもよく、レーザは約２〜１０ｅＶ範囲の光子エネルギーを提供し、不動態化された半導体表面からの光化学的水素放出または光熱的水素放出のどちらか一方を可能にする。レーザ処理チャンバ３２０’は、回転可能なウェハステージと、ウェハの背面を均一加熱するための補助ヒータとを備えてもよい。ウェハ表面温度の制御は赤外線温度センサで提供されてもよい。センサは傾きモジュールに取付けられてもよく、ウェハの中心と端の間の任意の点から放射される赤外線の被測が可能になる。センサとウェハステージの回転速度の間のフィードバックループ、およびレーザの電力により、ウェハの任意の場所の表面温度のリアルタイム制御が提供されてもよい。
【００４６】
一実施形態は、チャンバ３２０、３２０’が中央搬送体３０４に付属する２つの分離したチャンバとして存在してもよく、１つはプラズマ処理用、もう１つはレーザ処理用であり、例えば異なる半導体表面から水素不動態化を除去するために、より柔軟性がもたらされる。低温共有ウェハ接合のための製造システム３００はさらに、ウェハアライメントシステムを備える少なくとも１つのＵＨＶ接合チャンバ３２４を含み、それによって接合前にウェハ対を例えば５０〜２００ｎｍの精度で相互に位置合わせできる。接合チャンバ３２４全体は、約０．５°〜１℃以内、または好ましくは０．１°〜０．５℃以内、より好ましくは０．０５°〜０．１℃以内で温度制御されるのが好ましい。接合チャンバ３２４はさらに、正確なウェハアライメントを容易化するために、ベローズによってウェハ搬送体３０４から振動切離されてもよい。３００ｍｍウェハの接合に容易に拡張可能なウェハアライメントシステムの実施形態４００を以下に紹介する。低温共有ウェハ接合のための製造システム３００の部分３０１はさらに、ウェハのプリアライメントのためのウェハアライメントＵＨＶチャンバ３３２を含んでもよい。その場合、ウェハは約０．１〜１°以内の精度で回転的に、約５０〜２００μｍ以内で並進的に、予め位置合わせされてもよい。接合パートナーの小さいフィーチャが位置合わせを必要としない限り、このプリアライメントは共有接合のほとんどの応用例の場合に十分正確である。任意で、ウェハのプリアライメントは、分離したＵＨＶチャンバ３３２の代わりに搬送体３０４で行われてもよい。チャンバ１３８に類似し基板ヒータとプラズマ支援ＣＶＤ用ツールまたはＵＨＶでの薄膜形成用のツールとを備えたＵＨＶウェハ反転チャンバ３３６と薄膜形成チャンバ３３８とは別に、ＵＨＶ真空システム３０１は任意で追加チャンバを含んでもよく、例えば、接合後アニール用、または最大温度約９００℃の接合前単一ウェハアニール用の、アニールチャンバ３２８である。単一ウェハアニールは、例えば半導体ウェハからの水素放出のために用いられてもよく、完全な熱Ｈ放出にそれぞれ最大６００℃と４００℃という温度を要する不動態化されたＳｉまたはＧｅウェハなどのサーマルバジェット問題も引き起こさない。
【００４７】
任意で、低温共有半導体ウェハ接合のための製造システムのＵＨＶ部３０１は、好ましくは１×１０−１１〜５×１０−１１ｍｂａｒ範囲の基圧を有するウェハ収容チャンバをさらに備えてもよく、実質的気圧部３０２からＵＨＶスーツケース３７２を用いて搬送される水素不動態化ウェハを長期間（例えば１日）保管できる。このようなチャンバは、全体としてウェハ接合システム３００のスループット向上のために異なる処理時間を要する工程の同期を容易化するバッファとして作用する。
【００４８】
ウェハ接合のための製造システムの部分３０２は、ロボット３５８に具備する中央搬送体３５４の周りに配置される一連の処理モジュールを含む。ウェハは、ロードロック３６０を介して導入され、湿式化学洗浄および／または気相洗浄用に設計されて耐食仕切弁３６４を介して中央搬送体２５４に接続される一連のモジュール３５６１〜３５６ｎに搬送される。チャンバ３５６１はウェハの脱脂用溶剤槽を備えるチャンバでもよく、チャンバ３５６２は例えばＣＡＲＯＳ洗浄用、チャンバ３５６３および３５６４はＲＣＡウェハ洗浄として知られるＳＣ１およびＳＣ２ステップ用、チャンバ３５６５はＨＦ浸漬による湿式化学酸化物除去用、例えばチャンバ３５６６はＨＦ蒸気による代替的酸化物除去ステップ用、チャンバ３５６７は脱イオン水リンスおよびスピン乾燥用である。任意のチャンバ３７０は、例えばロードロック３６０を介して導入されるカセットからウェハを収容するチャンバとして機能してもよい。任意で、保守後に、部分３０２は、ＵＨＶ仕切弁３１２、３６２を介して接続されるバッファチャンバ３４０、３５０を介して部分３０１に結合でき、その後、実施形態３００の接合システムは実施形態２００の接合システムと同じになる。
【００４９】
次に図４Ａに示される実施形態４００の接合チャンバ４０４の壁４０６は、実質的に溶接金属を材料とするかモノリシックブロックから機械加工され、約０．５°〜１℃以内、または好ましくは０．１°〜０．５℃以内、より好ましくは０．０５°〜０．１℃以内で温度安定化される。チャンバ壁４０６の加熱は、均一な温度制御を保証するため、その本体全体にほぼ均一に分散する複数の加熱カートリッジ４０８によって達成される。温度は温度センサ４１０で制御・測定され、その数は、少なくとも加熱カートリッジ４０８の数に等しい。任意で、チャンバ４０４は、例えば長方形のベローズによって搬送体１０４、２０４、３０４から振動切離されてもよい。ＵＨＶ仕切弁４１２は金属ブロックの本体上に配置されているため、接合チャンバを中央搬送体１０４、２０４、３０４から取り外す必要なく保守できる。
【００５０】
ウェハを、プリアライメントツール１３２、２３２、３３２を用いて予め位置合わせし、接合チャンバ４０４に導入した後、ウェハは選択され、ピン４２６によって、一体型能動加熱および／または冷却を任意で含む静電チャックまたはチャックモジュール４３０、４４０に配置される。静電チャックの起動後、ウェハを強固に保持して、ピン４２６をアライメント手順の開始前に退避させる。
【００５１】
接合チャンバ４０４は、ウェハアライメントシステムの中心軸で位置合わせされる小さな電気ピストン４１６という態様のアクチュエータを備える。ピストン４２０という態様の少なくとも３つのアクチュエータで構成される１組が、中央ピストン４１６から等距離で対称に配置される（図４Ｂに示されるチャンバ４０４の平面図４０３も参照のこと）。すべてのピストンのケーシングは、剛性板４２４に強固に取付けられる。ピストンは超精密シャフト内で移動し、ステッパモータ、ＤＣモータ、リニアモータ、ブラシレスＤＣモータなど複数のモータから選択されたモータで電気駆動できる。それらは移動ベローズ４３２を介して上部静電チャックモジュール４３０で作動し、それを底部静電チャックモジュール４４０と正確に平行に保つ。ウェハが接触すると、電動モータによって平行調整と望ましい接合圧の印加とが可能になる。ピストンの直線移動の場合、Ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒ社（ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒ．ｃｏｍ）およびＲｏｌｌｖｉｓ  Ｓｗｉｓｓ社（ｒｏｌｌｖｉｓ．ｃｏｍ）が製造する高精度仮撚遊星ローラねじスピンドルを用いるのが好ましい。一例として、２０ｍｍシャフトの場合、ねじのピッチは１．３５ｍｍである。したがって、回転角度ごとに、シャフトは３．７５μｍ移動する。追加のギヤボックスを使用すると、例えばギヤ比１００に対して３７．５ｎｍの分解能が達成される。Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｄｒｉｖｅ  ＬＬＣ（ｈａｒｍｏｎｉｃｄｒｉｖｅ．ｎｅｔ）のポートフォリオには、例えば分解能１６０ｎｍのリニアアクチュエータがある。平行調整の場合、２組の共焦点干渉センサがチャンバ４０６の上蓋４０７に取付けられる。共焦点干渉センサは数十ｎｍ範囲の分解能を提供し、例えばＭｉｃｒｏ‐Ｅｐｓｉｌｏｎ社（ｍｉｃｒｏ‐ｅｐｓｉｌｏｎ．ｃｏｍ）の製品範囲の広告によると分解能は１６ｎｍである。少なくとも３つの内部センサ４３８で構成される第１組は、底部チャックモジュール４４０へ降下する間、上部チャックモジュールをチャンバ４０６の蓋４０７に水平かつ平行に保つために用いられる。少なくとも３つの外部センサ４３４で構成される第２組は、上部チャックモジュール４３０と底部チャックモジュール４４０とが接近する際の超精密平行アライメントに係る。底部静電チャックモジュールは並進可能なステージ４４２に取付けられ、これは高精度機械式アクチュエータ４４６および４４８によって、それぞれｘ方向およびｙ方向に±２ｍｍ並進できる。並進可能なステージ４４２は図４Ｃのチャンバ４０４の底面図４０５で詳細に図示されている。加えて、ステージ４４２全体が中心回転軸４５０を中心に回転する。したがって、本発明によれば、上部ウェハと底部ウェハを平行に保ち、回転並進アライメントを保証するために必要なすべての高精密機構が、ＵＨＶ環境外に位置し、保守を極めて容易なものとしている。
【００５２】
垂直ウェハアライメント同様、回転並進ウェハアライメントは共焦点干渉センサ４４３で再制御される。これらは、少なくとも２つの回転並進アクチュエータ４４４で構成される１組に取付けられ、それによりウェハ接合のための最終アプローチ前に図４Ａに示されるウェハ間の測定位置またはホーム位置に移動することができる（図４Ｄ）。少なくとも２つのアクチュエータで構成される組のアクチュエータ４４４はチャックモジュール４３０、４４０の反対側に位置するのが好ましく、センサ４４３がアライメント特徴４７０および４７２、４９０および４９２を求めることができるようになり、それぞれ上部ウェハ４４１と下部ウェハ４４５の両端で一致する（図４Ｅ）。アクチュエータ４４４はそれぞれ、ピエゾアクチュエータなどの走査ユニットを含み、センサ４４３が測定位置に回転すると、座標系４８２、４８６におけるｘ‐ｙ方向での走査が可能になる。センサは、例えばグレーティング、レンズ、９０°垂直ビーム偏向に係るプリズムを有する光ファイバを含んでもよい。センサ４４３には組が２つ含まれ、１つは上方集束ビーム４６０用、もう１つは下方集束ビーム４６４用であり、それらは垂直軸（ウェハ平面に垂直）に沿って、互いに対して正確に位置合わせされている。垂直からのずれは約１０−４〜１０−３角度範囲に保たれるのが好ましい。平行アライメント後、ウェハは約８〜２０ｍｍ範囲の距離に分離されてもよく、これはセンサ４４３を、底部ウェハ４４５上、上部ウェハ４４１下、それぞれ約２．７ｍｍの測定位置まで移動させるのに十分である。
【００５３】
サブ１００ｎｍ範囲での精密ウェハアライメントは、反射集束ビーム（図４Ｄ、Ｅ）のコントラストを提供する両ウェハの周辺にあるいくつかのアライメント特徴４７０、４７２、４９０、４９２だけで可能である。これは、例えば異なる深さのトレンチ４７４、４７６、または好ましくは材料コントラスト（例えば酸化物／半導体）が引き起こす表面形状によるコントラストでもよく、後者は接合される平坦化されたウェハと互換性がある。アライメントは、上部ウェハ４４１の両端にあるｘ‐ｙ方向の第１走査センサ４４３が求め、アライメント特徴４７０、４７２を上部ウェハ４４１に画像化することで達成される。アライメント特徴４７０、４７２が認識され画像化されると、上方集束ビーム４６０は、アライメント特徴４７０、４７２の中心点４８４、４８８、４７１、４７３に精密に移動された初期ランダム位置４８３、４８７から移動する（図４Ｅ）。ビーム４６０のセンタリングの後、センサ４４３は静止しながら、ウェハ４４５の底部にある対応特徴４９０、４９２を一致させる。後者はステージ４４２の回転を、軸４５０を中心に起動して達成される。底部ウェハ４４５にあるアライメント特徴４９０、４９２を回転走査することで、より深いトレンチ４７４を下方集束ビーム４６４で認識することができ、それによりトレンチ形状の画像を生成し、アライメント特徴４９０、４９２を、上部ウェハ４４１の対応特徴４７０、４７２と回転的に位置合わせすることができる。したがって、上部および底部ウェハのトレンチは、例えば座標系４９８のｘ方向に沿って位置合わせされる（図４Ｅ）。座標系４９８のｘ‐ｙ方向に機械式アクチュエータ４４６、４４８を備える走査ステージ４４２で、ビーム４６４を底部ウェハ４４５のアライメント特徴４９０、４９２の中心点４９１、４９３に精密に位置決めする。それにより生成された画像は特徴４９０、４９２の座標を求める助けとなり、アクチュエータ４４６、４４８が下方集束ビーム６４６を精密に特徴中心点４９１、１９３に移動できるようになる（図４Ｃ、Ｅ）。
【００５４】
すべての回転並進移動の間、ウェハはピストン４２０を作動させることで永久的に平行に保たれる。アライメントの完了後、センサ４４３はホーム位置に回転される。最終ウェハアプローチは、ウェハの初期接触後に中央ピストン４１６が作動して接合波（ｂｏｎｄｉｎｇ  ｗａｖｅ）を開始できるまで、ウェハ平行のずれの永久補正の間に起こる。その後、ウェハ全体に均質に分散された定圧を印加するために、アクチュエータ４２０はトルク制御下で作動する。任意で、追加の光学カメラがコースウェハアライメントを容易化することがある。さらに、チャンバ４０６内のウィンドウを介してチャックモジュール４３０、４４０にアクセスする１つまたは複数のレーザ干渉計は、例えば熱不均一性の結果としての望ましくない内部移動を補正する絶対アライメント基準点を提供してもよい。アクチュエータ４２０による接合力を印加する間のチャンバ変形は、チャンバ４０６全体に分散された圧力計により監視されてもよい。
【００５５】
本発明の利点は、ウェハアライメントが赤外線透過性を必要としないことである。対照的に、任意の接合可能なウェハは、その性質に関係なく、説明されたアプローチで用いられてもよい。
【００５６】
次に図５に示されるプラズマ処理チャンバ５０４の実施形態５００は、実質的に溶接金属を材料とするか、モノリシックブロック５０６から機械加工される。ＵＨＶ仕切弁５１２は金属ブロックの本体上に配置されているため、接合チャンバを中央搬送体１０４、２０４、３０４から取り外す必要なく保守できる。プラズマ処理チャンバ５０４はターボ分子ポンプ５１４によってポンピングされるのが好ましい。プラズマ処理チャンバ５０４の蓋５０８に取付けられる低エネルギープラズマ源５１６は、例えばＨ、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、またはそれらの混合物などの異なる放出ガスで作動可能な誘導結合プラズマ源でもよい。より一般的には、プラズマ源５１６は、約１０〜２０ｅＶ、さらには５〜１０ｅＶ範囲の低エネルギーイオンの提供が可能で、被処理ウェハの水素除去に適しながらも表面アモルファス化を回避するのに十分穏やかな任意のプラズマ源でもよい。低エネルギープラズマ源を供給するガスラインはすべて、水滴跡および酸素を除去する収着フィルタと、当技術分野で公知の粒子フィルタとを備えているのが好ましい。プラズマチャンバ５０４はさらに一体型モジュール５３０を備え、これはクレードル５２６に静止しているウェハ５２８を背面からヒータ５２０で約１００°〜３００℃の温度まで放射加熱するために具備される。さらに、ウェハ５２８を加熱することで、プラズマ処理工程間の表面のアモルファス化および／またはガス粒子の注入の可能性が低減する。周囲遮熱板５２２と底部遮熱板５２４は温度均一性とウェハ５２８への熱伝達を高める。ヒータ５２０および板５２２、５２４のホストとは別に、一体型モジュール５３０はウェハ５２８を周囲遮熱板５２２より上に持ち上げる機構を含み、容易にロボット１０８、２０８、３０８に選択され、ウェハ搬送体１０４、２０４、３０４に搬送することができるようにする。一体型モジュール５３０はさらに、クレードル５２６を最速約１００ｒｐｍで回転させるための機構によるウェハ５２８の均一プラズマ露光を提供する。任意で、一体型モジュール５３０はウェハ傾き用の機構も含む。プラズマチャンバ５０４はさらに、異なるビームセクタ５４２を具備し独立して給電できるリモートレーザ加熱モジュール５４０を備え、ウェハ５２８の表面温度を上昇、または直接光化学反応による水素放出を促進する強力なレーザ照射を提供する。モジュール５４０によるレーザ照射は、小さな溶込み深さのために適切に選択された波長の結果として局所表面加熱のみを提供するのに適した、例えば可視あるいはＵＶレーザダイオードの配列により実現されてもよい。例えば、緑から遠紫外（λ［μｍ］＝１．２４／Ｅｐｈ［ｅＶ］）の波長λに対応する約２．５から１０ｅＶのシリコン光子エネルギーＥｐｈは、回転するウェハ５２８の局所表面加熱に適している。それにより、ウェハ表面全体のレーザ露光は、回転するウェハステージによって保証される。任意で、メンテナンスをより容易化するために、レーザ加熱モジュール５４０をプラズマチャンバ５０４外に位置してもよく、ウィンドウを介してウェハにアクセスする。ウェハ５２８の局所表面温度の制御は温度センサ５４４で提供される。センサ５４４は傾きモジュール５３２に���付けられ、それによりウェハ５２８の中心と端の間の任意の半径距離から放射される赤外線５４６の被測が可能になる。センサ５４４とクレードル５２６の回転速度の間のフィードバックループ、およびレーザモジュール５４０の異なるビームセクタ５４２に印加される電力により、ウェハ５２８の任意の場所の表面温度のリアルタイム制御が提供されてもよい。任意で、メンテナンスをより容易化するために、センサ５４４もプラズマチャンバ５０４外に位置してもよい。
【００５７】
次に図６に示される共有酸化物非含有半導体接合のための処理シーケンスの第１実施形態６００は以下のステップを含み、そのうちいくつかの順序は任意で入替えおよび／または同時実行されてもよい。ステップ６０１では、少なくとも１つのウェハカセットがロードロック１６０、２６０、３６０に積載される。その後、ロードロック１６０、２６０、３６０は任意で、気圧またはその付近で不活性ガス雰囲気を充填する前に減圧されてもよい。ステップ６０２１では、第１ウェハ＃１がロボット１４８、２５８、３５８によってウェハカセットから選択され、処理モジュール１５６１、２５６１、３５６１に搬送され、例えば脱脂されてもよい。その後、ウェハ＃１は、ウェハ接合のための製造システム１００、２００、３００の部分１０２、２０２、３０２に存在する洗浄モジュールの数ｎに応じて、いくつかの追加洗浄ステップ６０２２、６０２３、…、６０２ｎ−２を経る。これらステップには、ウェハ表面から金属および他の汚染物質を除去するためのＲＣＡウェハ洗浄工程として知られる、例えばＳＣ１およびＳＣ２ステップが含まれてもよい。ステップ６０２ｎ−１では、ウェハ＃１の半導体材料によって、後者はモジュール１５６ｎ−１、２５６ｎ−１、３５６ｎ−１内で専用化学エッチング液による液体またはガスのエッチングと不動態化とを受けてもよい。湿式化学表面洗浄は、ＨＣｌまたは希釈ＨＦのエッチングに次いで、脱イオン（ＤＩ）水リンスで構成されてもよい。Ｓｉウェハの自然酸化物は、例えば１５〜６０秒間希釈ＨＦ溶液（例えば、水に５％）でエッチングして除去し、次いでスピンリンス乾燥してもよい。代替的に、Ｓｉウェハの自然酸化物は、例えば２５℃という温度で安定化しているＨＦ／Ｈ２ＯバッチからＨＦガスエッチングで除去してもよい。この方法は、ＳｉＯ２／Ｓｉインターフェースに存在する任意のサブオキサイド（ｓｕｂ‐ｏｘｉｄｅ）をも極めて効率よく除去すると示されている（Ｐ．Ａ．Ｍ．ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｈｅｉｄｅ  ｅｔ  ａｌ．ｉｎ  Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ  ７，１７１９（１９８９）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。本発明の利点は、ＨＦの液体およびガスエッチングのどちらも不活性の窒素またはアルゴン雰囲気下で行われること、また清浄な半導体表面が接合ツールのＵＨＶ部で処理される前に空気にさらされる必要がないことである。これにより望ましくない表面の再酸化が排除される。処理モジュール１５６ｎ、２５６ｎ、３５６ｎにおける最終任意ステップ６０２ｎは、粒子除去およびスピン乾燥のためのメガソニック撹拌を備える脱イオン水リンスで構成されてもよい。ステップ６０３では、ウェハ＃１がロボット１４８、２５８またはＵＨＶスーツケース３７２によって接合ツールのＵＨＶ部に搬送される。実施形態１００および２００では、第１ウェハ＃１はそれぞれウェハ搬送チャンバ１４４または追加バッファチャンバ２５０に搬送され、仕切弁１５２、２５２を閉じた後に１０−４〜１０−６ｍｂａｒまで急速にポンピングされる。その後、ウェハ＃１はバッファチャンバ１４０、２４０に搬送され、任意で約１００°〜２００℃まで加熱されてもよく、それによってこのチャンバ���約１０−８ｍｂａｒという圧の高真空までポンピングするのが容易となり、最終的には中央ウェハ搬送体１０４、２０４まで搬送される。代替的に、実施形態３００では、ウェハ＃１はロードロック３６０に積載され、仕切弁３６２を閉じた後に１０−４〜１０−６ｍｂａｒまで急速にポンピングされる。その後、ウェハ＃１はＵＨＶスーツケース３７２に搬送され、少なくとも１０−８ｍｂａｒまでポンピングした後、搬送体３０４に搬送される前にバッファチャンバ３４０にドッキングできる。同時に、ステップ６０４１では、ウェハ＃２がロボット１４８、２５８、３５８によってロードロック１６０、２６０、３６０のウェハカセットから選択され、処理モジュール１５６１、２５６１、３５６１に搬送され、例えば脱脂されてもよい。その後、ウェハ＃２は同じ洗浄ステップ６０４２、６０４３、…、６０４ｎを経るが、これはウェハ＃１同様、どちらのウェハも同じ半導体材料からなる場合に酸化物除去および脱イオン水リンス／スピン乾燥を含む。代替的に、２つのウェハの組成が異なる場合は、異なるエッチング液が用いられてもよい。ステップ６０５では、ウェハ＃１はロボット１０８、２０８、３０８によって、ＵＨＶレーザ処理チャンバ１２０’、２２０’、３２０’またはプラズマ処理チャンバ１２０、２２０、３２０に搬送される。ステップ６０６での表面不動態化の除去は、チャンバ１２０、２２０、３２０、１２０’、２２０’、３２０’の備え付け方、またウェハ＃１の材料によって、多くの方法でなされる。低いサーマルバジェットが求められる場合、例えばＣＭＯＳ処理ウェハの場合に、表面不動態化の除去は、例えば１００℃〜２００℃、または２００℃〜３００℃の範囲の高温に任意でウェハを保つ低エネルギープラズマ暴露を含んでもよい。割れにくいウェハは３００℃〜４００℃、またはさらに高い高温でのプラズマ暴露を経てもよい。プラズマ内の低エネルギーイオンによる表面衝撃に加えて、またはその代わりに、ウェハ＃１は低い溶込み深さを有する光を照射してもよく、半導体の表面のみにエネルギーを提供する。例えばシリコンの場合、緑色、青色、またはＵＶ光は、表面を高出力ＬＥＤ、半導体レーザ、または他のレーザで照射することで使用できる。好適な一実施形態は、プラズマ暴露および／または光照射の間、ウェハが回転する。例えばＣＣＲ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社の誘導結合Ｃｏｐｒａ  ＤＮ２５０  ＣＦプラズマ源による低エネルギーイオン衝撃を例にとると、チャンバ圧が２．４×１０−３ｍｂａｒ程度の場合、基板とプラズマ源オリフィスの間の距離約２５ｃｍで、１２〜１５ｅＶ範囲で、ほぼ単一エネルギーのアルゴンまたはネオンイオンが得られる。例えば、これによりＳｉ表面の不動態化表面水素を、アモルファス化のリスクなく除去できる。ステップ６０７では、ウェハ＃１はプリアライメントツール１３２、２３２、３３２に搬送され、約０．１〜１°以内の精度で回転的に、約５０〜２００μｍ以内で並進的に、予め位置合わせされてもよい。後のステップ６０８で、ウェハ＃１は、例えば接合ツールの下部チャックにある接合チャンバ１２４、２２４、３２４、４０４に搬送される。同時に、ステップ６０９では、ウェハ＃２がロボット１���８、２５８またはＵＨＶスーツケース３７２によって接合ツールのＵＨＶ部に搬送される。実施形態１００および２００では、第２ウェハ＃２はそれぞれウェハ搬送チャンバ１４４または追加バッファチャンバ２５０に入り、仕切弁１５２、２５２を閉じた後に１０−４〜１０−６ｍｂａｒまで急速にポンピングされる。その後、ウェハ＃２はバッファチャンバ１４０、２４０に搬送され、任意で約１００°〜２００℃まで加熱されてもよく、それによってこのチャンバを約１０−８ｍｂａｒという圧の高真空までポンピングするのが容易となり、最終的には中央ウェハ搬送体１０４、２０４まで搬送される。代替的に、実施形態３００では、ウェハ＃２はロードロック３６０に積載され、仕切弁３６２を閉じた後に１０−４〜１０−６ｍｂａｒまで急速にポンピングされる。その後、ウェハ＃２はＵＨＶスーツケース３７２に搬送され、少なくとも１０−８ｍｂａｒまでポンピングした後、搬送体３０４に搬送される前にバッファチャンバ３４０にドッキングできる。ステップ６１０では、ウェハ＃２はロボット１０８、２０８、３０８によって、ＵＨＶレーザ処理チャンバ１２０’、２２０’、３２０’またはプラズマ処理チャンバ１２０、２２０、３２０に搬送される。ステップ６１１での表面不動態化の除去は、チャンバ１２０、２２０、３２０、１２０’、２２０’、３２０’の備え付け方、またウェハ＃２の材料によって、多くの方法でなされる。低いサーマルバジェットが求められる場合、例えばＣＭＯＳ処理ウェハの場合に、表面不動態化の除去は、例えば１００℃〜２００℃、または２００℃〜３００℃の範囲の高温に任意でウェハを保つ低エネルギープラズマ暴露を含んでもよい。割れにくいウェハは３００℃〜４００℃、またはさらに高い高温でのプラズマ暴露を経てもよい。プラズマ内の低エネルギーイオンによる表面衝撃に加えて、またはその代わりに、ウェハ＃１は低い溶込み深さを有する光を照射してもよく、半導体の表面のみにエネルギーを提供する。例えばシリコンの場合、緑色、青色、またはＵＶ光は、表面を高出力ＬＥＤ、半導体レーザ、または他のレーザで照射することで使用できる。好適な一実施形態は、プラズマ暴露および／または光照射の間、ウェハが回転する。例えばＣＣＲ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社の誘導結合Ｃｏｐｒａ  ＤＮ２５０  ＣＦプラズマ源による低エネルギーイオン衝撃を例にとると、チャンバ圧が２．４×１０−３ｍｂａｒ程度の場合、基板とプラズマ源オリフィスの間の距離約２５ｃｍで、１２〜１５ｅＶ範囲で、ほぼ単一エネルギーのアルゴンまたはネオンイオンが得られる。例えば、これによりＳｉ表面の不動態化表面水素を、アモルファス化のリスクなく除去できる。ステップ６１２では、ウェハ＃２は反転チャンバ１３６、２３６、３３６に搬送され、後の接合工程でその清浄な表面がウェハ＃１の清浄な表面に対面するよう上下反転される。ステップ６１３では、ウェハ＃２はプリアライメントツール１３２、２３２、３３２に搬送され、約０．１〜１°以内の精度で回転的に、約５０〜２００μｍ以内で並進的に、予め位置合わせされてもよい。後のステップ６１４で、ウェハ＃２は、例えば接合ツールの上部チャックにある接合チャンバ１２４、２��４、３２４、４０４に搬送される。ステップ６１５でウェハ＃１はウェハ＃２と正確に位置合わせされ、後のステップ６１６でウェハ＃２と接合チャンバ１２４、２２４、３２４、４０４で共有接合される。高精度ウェハアライメントが必要でない場合、接合工程は簡単であり、室温、または代替的に１００°〜３００℃範囲の温度で、ツール１３２、２３２、３３２で予め位置合わせされたウェハで行われるのが好ましい。高精度アライメントの場合、両ウェハの光学マーカは、接合チャンバ４０４のアクチュエータによる高精度並進回転移動を用いて一致させなければならない。接合圧は、例えば約０から１００ｋＮの範囲であってもよい。任意のステップ６１７で、接合されたウェハ対はアニールチャンバ１２８、２２８、３２８に搬送されてもよく、所定の時間、１００°〜８００℃以内までアニールされてもよい。最終ステップ６１８では、接合されたウェハ対は製造システム１００、２００、３００のロードロック１１６、２１６、３１６内のウェハカセットに搬送される。
【００５８】
次に図７に示される共有酸化物非含有半導体接合のための処理シーケンスの第２実施形態７００は以下のステップを含み、そのうちいくつかの順序は任意で入替えおよび／または同時実行されてもよい。ステップ７０１では、少なくとも１つのウェハカセットがロードロック１６０、２６０、３６０に積載される。その後、ロードロック１６０、２６０、３６０は任意で、気圧またはその付近で不活性ガス雰囲気を充填する前に減圧されてもよい。ステップ７０２１では、第１ウェハ＃１がロボット１４８、２５８、３５８によってウェハカセットから選択され、洗浄モジュール１５６１、２５６１、３５６１に搬送され、例えば脱脂されてもよい。その後、ウェハ＃１は、ウェハ接合のための製造システム１００、２００、３００の部分１０２、２０２、３０２に存在する洗浄モジュールの数ｎに応じて、いくつかの追加洗浄ステップ７０２２、７０２３、…、７０２ｎ−２を経る。これらステップには、ウェハ表面から金属および他の汚染物質を除去するためのＲＣＡウェハ洗浄工程として知られる、例えばＳＣ１およびＳＣ２ステップが含まれてもよい。ステップ７０２ｎ−１では、ウェハ＃１の半導体材料によって、後者はモジュール１５６ｎ−１、２５６ｎ−１、３５６ｎ−１内で専用化学エッチング液による液体またはガスエッチングと不動態化とを受けてもよい。湿式化学表面洗浄は、ＨＣｌまたは希釈ＨＦのエッチングに次いで、脱イオン（ＤＩ）水リンスで構成されてもよい。Ｓｉウェハの自然酸化物は、例えば１５〜６０秒間希釈ＨＦ溶液（例えば、水に５％）でエッチングして除去し、次いでスピンリンス乾燥してもよい。代替的に、Ｓｉウェハの自然酸化物は、例えば２５℃という温度で安定化しているＨＦ／Ｈ２ＯバッチからＨＦガスエッチングで除去してもよい。この方法は、ＳｉＯ２／Ｓｉインターフェースに存在する任意のサブオキサイド（ｓｕｂ‐ｏｘｉｄｅ）をも極めて効率よく除去すると示されている（Ｐ．Ａ．Ｍ．ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｈｅｉｄｅ  ｅｔ  ａｌ．ｉｎ  Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ  ７，１７１９（１９８９）を例として参照し、開示された内容全体は本件に組み込まれる）。本発明の利点は、ＨＦの液体およびガスエッチングのどちらも不活性の窒素またはアルゴン雰囲気下で行われること、また清浄な半導体表面が接合ツールのＵＨＶ部で処理される前に空気にさらされる必要がないことである。これにより望ましくない表面の再酸化が排除される。処理モジュール１５６ｎ、２５６ｎ、３５６ｎにおける最終任意ステップ７０２ｎは、粒子除去およびスピン乾燥のためのメガソニック撹拌を備える脱イオン水リンスで構成されてもよい。ステップ７０３では、ウェハ＃１がロボット１４８、２５８またはＵＨＶスーツケース３７２によって接合ツールのＵＨＶ部に搬送される。実施形態１００および２００では、ウェハ＃１はそれぞれウェハ搬送チャンバ１４４または追加バッファチャンバ２５０に入り、仕切弁１５２、２５２を閉じた後に１０−４〜１０−６ｍｂａｒまで急速にポンピングされる。その後、ウェハ＃１はバッファチャンバ１４０、２４０に搬送され、任意で約１００°〜２００℃まで加熱されてもよく、それによってこのチャンバを約１０−���ｍｂａｒという圧の高真空までポンピングするのが容易となり、最終的には中央ウェハ搬送体１０４、２０４まで搬送される。代替的に、実施形態３００では、ウェハ＃２はロードロック３６０に積載され、仕切弁３６２を閉じた後に１０−４〜１０−６ｍｂａｒまで急速にポンピングされる。その後、ウェハ＃２はＵＨＶスーツケース３７２に搬送され、少なくとも１０−８ｍｂａｒまでポンピングした後、搬送体３０４に搬送される前にバッファチャンバ３４０にドッキングできる。同時に、ステップ７０４１では、ウェハ＃２がロボット１４８、２５８、３５８によってロードロック１６０、２６０、３６０のウェハカセットから選択され、処理モジュール１５６１、２５６１、３５６１に搬送され、例えば脱脂されてもよい。その後、ウェハ＃２は同じ洗浄ステップ７０４２、７０４３、…、７０４ｎを経るが、これはウェハ＃１同様、どちらのウェハも同じ半導体材料からなる場合に酸化物除去および脱イオン水リンス／スピン乾燥を含む。代替的に、２つのウェハの組成が異なる場合は、異なるエッチング液が用いられてもよい。ステップ７０５では、ウェハ＃１はロボット１０８、２０８、３０８によって、薄膜形成チャンバ１３８、２３８、３３８に搬送される。チャンバ１３８、２３８、３３８では、ウェハ＃１の表面は改質されて共有半導体接合が可能となるが、そのためには表面が清浄でなければならず、つまり水素および酸素を含んではならない。チャンバ１３８、２３８、３３８がガスラインよりも薄膜成長のための蒸発器を備える場合、ウェハ＃１は任意でウェハ反転チャンバ１３６、２３６、３３６に搬送されてもよく、そこで形成チャンバ１３８、２３８、３３８に搬送される前に上下反転される。チャンバ１３８、２３８、３３８の基圧は、１０−９〜１０−１０以下の範囲であり、１５０℃から２００℃の温度で脱ガスするチャンバによって保証されるごく微量な水の分圧を有する。ステップ７０６では、Ｈ不動態化されたＳｉ表面は、５〜２０ＭＬ／秒、さらには０．１〜５ＭＬ／秒という低率で、例えば１５０°から３００℃のＣＭＯＳ互換温度でＧｅを２〜４ＭＬエピタキシャル形成することで、例えば水素非含有Ｇｅ表面に変換できる。十分に低い形成率では交換反応が期待され、Ｓｉ表面に吸収される水素はＧｅ表面へ移行する。Ｈ非含有に変化させるために５５０℃を超えて加熱する必要がある不動態化されたＳｉ表面とは対照的に、より弱いＧｅ‐Ｈ結合により、すでに３００℃付近、例えば３００°〜３５０℃、さらには２９０°〜３２０℃の温度でＧｅ表面からの完全なＨ放出が可能となる。ステップ７０７では、清浄な水素非含有ウェハ＃１はプリアライメントツール１３２、２３２、３３２に搬送され、約０．１〜１°以内の精度で回転的に、約５０〜２００μｍ以内で並進的に、予め位置合わせされる。ステップ７０８で、ウェハ＃１は例えば接合ツールの下部チャックに、またはウェハ＃１が薄膜形成前に反転される場合は接合ツールの上部チャックにある接合チャンバ１２４、２２４、３２４、４０４に、搬送される。ステップ７０９では、ウェハ＃２がロボット１４８、２５８またはＵＨＶスーツケース３７２によって接合ツールのＵＨＶ部に搬送される。実施形態１００および２００では、ウェハ＃２はそれぞれウェハ搬送チャンバ１４４または追加バッファチャンバ２５０に入り、仕切弁１５２、２５２を閉じた後に１０−４〜１０−６ｍｂａｒまで急速にポンピングされる。その後、ウェハ＃２はバッファチャンバ１４０、２４０に搬送され、任意で約１００°〜２００℃まで加熱されてもよく、それによってこのチャンバを約１０−８ｍｂａｒという圧の高真空までポンピングするのが容易となり、最終的には中央ウェハ搬送体１０４、２０４まで搬送される。代替的に、実施形態３００では、ウェハ＃２はロードロック３６０に積載され、仕切弁３６２を閉じた後に１０−４〜１０−６ｍｂａｒまで急速にポンピングされる。その後、ウェハ＃２はＵＨＶスーツケース３７２に搬送され、少なくとも１０−８ｍｂａｒまでポンピングした後、搬送体３０４に搬送される前にバッファチャンバ３４０にドッキングできる。ステップ７１０では、ウェハ＃２はロボット１０８、２０８、３０８によって、ウェハ搬送体１０４、２５４、３５４から形成チャンバ１３８、２３８、３３８に搬送される。チャンバ１３８、２３８、３３８では、ウェハ＃２の表面は改質されて共有半導体接合が可能となるが、そのためには表面が水素および酸素を含んではならない。チャンバ１３８、２３８、３３８がガスラインよりも薄膜成長のための蒸発器を備える場合、ウェハ＃２は任意でウェハ反転チャンバ１３６、２３６、３３６に搬送されてもよく、そこで形成チャンバ１３８、２３８、３３８に搬送される前に上下反転される。チャンバ１３８、２３８、３３８の基圧は、１０−９〜１０−１０以下の範囲であり、１５０℃から２００℃の温度で脱ガスするチャンバによって保証されるごく微量な水の分圧を有する。ステップ７１１では、Ｈ不動態化されたＳｉ表面は、５〜２０ＭＬ／秒、さらには０．１〜５ＭＬ／秒という低率で、例えば１５０°から３００℃のＣＭＯＳ互換温度でＧｅを２〜４ＭＬエピタキシャル形成することで、例えば水素非含有Ｇｅ表面に変換できる。十分に低い形成率では交換反応が期待され、Ｓｉ表面に吸収される水素はＧｅ表面へ移行する。Ｈ非含有に変化させるために５５０℃を超えて加熱する必要がある不動態化されたＳｉ表面とは対照的に、より弱いＧｅ‐Ｈ結合により、すでに３００℃付近、例えば３００°〜３５０℃、さらには２９０°〜３２０℃の温度でＧｅ表面からの完全なＨ放出が可能となる。ステップ７１２では、清浄な水素非含有ウェハ＃２は任意で反転チャンバ１３６、２３６、３３６に搬送され、後の接合工程でその清浄な表面がウェハ＃１の清浄な表面に対面するよう上下反転される。ステップ７１３では、ウェハ＃２はプリアライメントツール１３２、２３２、３３２に搬送され、約０．１〜１°以内の精度で回転的に、約５０〜２００μｍ以内で並進的に、予め位置合わせされる。ステップ７１４で、ウェハ＃１が薄膜形成前に反転され接合ツールの上部チャックで静止する場合、ウェハ＃２は例えば接合ツールの下部チャックにある接合チャンバ１２４、２２４、３２４、４０４に搬送される。代替的に、ウェハ＃１が薄膜形成前に反転されず下部チャックで静止する場合、ウェハ＃２は接合ツールの上部チャックに搬送される。ウェハ＃１はステップ７１５でウェハ＃２と正確に位置合わせされ、後のステップ７１６で接合チャンバ１２４、２２４、３２４、４０４においてウェハ＃２と共有接合される。高精度ウェハアライメントが必要でない場合、接合工程は簡単であり、室温、または代替的に１００°〜３００℃範囲の温度で、ツール１３２、２３２、３３２で予め位置合わせされたウェハで行われるのが好ましい。高精度アライメントの場合、両ウェハの光学マーカは、接合チャンバ４０４のアクチュエータによる高精度並進回転移動を用いて一致させなければならない。接合圧は、例えば約０から１００ｋＮの範囲であってもよい。任意のステップ７１７で、接合されたウェハ対はアニールチャンバ１２８、２２８、３２８に搬送されてもよく、所定の時間、１００°〜８００℃以内までアニールされてもよい。最終ステップ７１８では、接合されたウェハ対は製造システム１００、２００、３００のロードロック１１６、２１６、３１６内のウェハカセットに搬送される。
【００５９】
次に図８に示されるアライメントのための処理シーケンスの実施形態８００は以下のステップを含み、そのうちいくつかの順序は任意で入替えおよび／または同時実行されてもよい。ステップ８０１では、ウェハ＃１が、次いでウェハ＃２が、図６、７に示すステップで処理した後、ロボット１０８、２０８、３０８によって仕切弁４１２を介して接合チャンバ４０４に挿入される。ピン４２６は、上部ウェハ４４１を上部チャックモジュール４３０に、底部ウェハ４４５を底部チャックモジュール４４０に、それぞれ位置決めするために用いられる。ウェハの位置決め直後、各チャックが起動する。ステップ８０２で、上部チャックモジュール４３０は、上チャックを上蓋４０７に水平かつ平行に保つために、短い作動距離用に設計された内部共焦点干渉センサ４３８による閉ループ位置制御のもと、アクチュエータ４２０を用いて底部チャック４４０へ降下する。最終位置に接近すると、底部チャックモジュール４４０に焦点を合わせられるようにより長い作動距離用に設計された外部センサ４３４を備える第２閉ループ制御を介して、１００ｎｍ程度の超高精度平行が確立される。上部チャックモジュール４３０と下部チャックモジュール４４０間の最終位置距離は５〜２０ｍｍの範囲内でなければならず、約１０ｍｍが最も好ましい。
【００６０】
ステップ８０３では、微小分解能回転並進アクチュエータ４４４に強固に接続された共焦点センサ４４３は、２つのウェハ間で、位置制御装置で制御するプリセットセンシング領域に移動する。
【００６１】
ステップ８０４で、アクチュエータ４４４は、上部ウェハ４４１に存在する幾何学的アライメント特徴４７０、４７２を求めるために、センサ座標系４８２、４８６のｘ‐ｙ方向での走査を開始する。上部ウェハ４４１のアライメント特徴４７０、４７２の形状は、座標系４８２、４８６でのセンサ４４３の空間的な動きを、上方集束ビーム４６０から検知された信号と関係付けることで決定される。それにより、センサが、材料の異なる光学特性、例えば酸化物層またはトレンチの深さを識別できるため、アライメント特徴の表面形状、または材料コントラストもが復元できるようになる。上部ウェハ４４１の両端に位置する少なくとも２つのセンサ４４３により走査を実行すると、ステージ４４４はセンサ４４３の上方集束ビーム４６０をセンサ座標系４８２、４８６の初期座標４８３、４８７に対応するウェハのランダム位置からスキャナ座標４８４、４８８に対応する幾何学的アライメント特徴の中心点４７１、４７３に正確に移動させ、その後すぐに以前の走査の信頼性を再チェックする。上方集束ビーム４６０を上部ウェハ４４１のアライメント特徴４７０、４７２の中心点４７１、４７３に精密に位置決めした後、アクチュエータ４４４は、後のすべてのアライメントシーケンスの間、静止している。ステップ８０５では、底部ウェハ４４５が強固に取付けられている底部チャック４４０の高精度アライメントが行われる。センサ４４３の下方集束ビーム４６４で制御する第１アライメントは、底部ウェハ４４５のアライメント特徴４９０、４９２を上部ウェハ４４１のアライメント特徴４７０、４７２と平行に合わせるよう、底部チャックモジュール４４０の作動回転４５０によって実行される。それにより、上部および底部ウェハのアライメント特徴の回転アライメントが時計回りおよび反時計回りに回転走査することで監視され、アライメント特徴４９０、４９２のより深いトレンチ４７４を下方集束ビーム４６４で認識できるようになる。底部ウェハ４４５のトレンチ形状の画像を生成し、回転４５０を再起動することで、例えば座標系４９８のｘ軸に沿った上部および底部ウェハのアライメント特徴の平行アライメントが可能になる。
【００６２】
底部ウェハの２つの両端にある特徴を上部ウェハの対応特徴に平行アライメントした後、軸４５０を中心とするステージ４４２の回転は停止される。ステップ８０６では、ステージ４４２のアクチュエータ４４６、４４８をステージ座標系４９８のｘ‐ｙ方向で走査することで下方集束ビーム４６４のセンタリングが開始し、次に底部ウェハ４４５に存在する幾何学的アライメント特徴の中心点４９１、４９３を正確に求めるようにする。底部ウェハ４４５の両端にある少なくとも２つのセンサ４４３の下方集束ビーム４６４をセンタリングすると、上部および底部ウェハは、１００ｎｍ程度か、それよりはるかに少ないという極めて高い精度で、位置合わせされる。その後、ｘ‐ｙモータ式ステージ４４６、４４８は最終位置に固定され、他の修正を実行する必要はない。
【００６３】
ステップ８０７では、アーム４４３は図４Ｄに示されるホーム位置に退避される。これにより後の動作で衝突が存在しないことが可能となり、２つのウェハ間の接合を実行するために上チャック４３０は底部チャック４４０に接近する。ステップ８０８では、共焦点距離センサ組４３８、４３４による閉ループ位置制御によって駆動するアクチュエータ４２０は、平行度を完全に維持しながら、上部チャックモジュール４３０を底部チャック４４０へ降下させる。ステップ８０９では、ウェハを保持する２つのチャックモジュール４３０、４４０間の距離が数百ミクロン程度の場合、中央ピストン４１６が起動し、２つのウェハ間の第１接触が保証され、それにより接合波（ｂｏｎｄｉｎｇ  ｗａｖｅ）がウェハの中心から開始される。ステップ８１０では、２つのウェハが接触し上部チャックモジュール４３０が底部チャック４４０に向かって押し付ける場合、制御装置はモータトルク制御に基づくまた別の閉ループ制御を可能にする。これにより、プリセットパラメータでデジタル的に制御するアクチュエータ４２０による均一な圧力が可能となる。ステップ８１１では、接合後、上部ウェハはホーム位置に移動される静電チャックモジュール４３０から解放され、下部ウェハを静電チャックモジュール４４０から解放した後は、接合ウェハは次の工程ステップでピン４２６に選択される準備が整う。
【００６４】
本発明及びその最良の態様の、特定の具体的な実施形態が開示及び説明されたが、本発明の範囲を限定するものではないことを考慮されたい。
【００６５】
本発明の多くの応用例が明記されている。当業者には理解されるように、本発明はシステム、装置又は方法として具現化することが可能である。
【００６６】
本発明は添付の請求項が定義する特徴セットに要約でき、参照することで本件に組み込まれる。
【００６７】
本発明の様々な態様によれば、本発明はブロック図、装置、部品、およびモジュールを参照して本件に記載される。さらに、システムは本件記載と同様の機能を持つ商品、サービスまたは情報の使用、販売、および／または流通を意図したものである。
【００６８】
本明細書および図面は制限的よりむしろ例証的に考慮されるべきであり、本件に記載のすべての修正が本発明の請求範囲内に包含されるよう意図される。したがって本発明の範囲は上記で詳述された単なる事例ではなく、（現存するか、後に補正または追加され、かつ法的に同等な）追加請求項によって決定されねばならない。すべての方法または処理に関する請求項で言及されるステップについて、特段の記載がない限り、あらゆる順序において実行され、請求項に記載の特定の順序に制限されるものではない。さらに、装置に関する請求項に記載の要素および／または部品について、本発明と実質的に同じ結果を生むために様々な順序で組み立てられるか機能的に構成される。したがって本発明は請求項に記載の明細書構成に限定されると解釈すべきではない。
【００６９】
本願で記載される便益、利点や解決法は、請求項の必須、重要あるいは不可欠な特徴または要素であると考慮されるべきではない。
【００７０】
本願で用いられる「を含む」、「を含んでなる」やその他の同様の言い回しは、要素の非限定的な一覧を表すために用いられ、その要素一覧から構成される本発明の工程、方法、物品、構成または装置は記載される要素のみを含むわけではなく、本明細書に記載されるその他の要素を含むことも可能である。また、「からなる」、「から構成される」または「から本質的に構成される」といった言い回しは、別段に指定のない限り、列挙される要素のみに発明の範囲を限定する意図で用いられるものではない。本発明の実施に用いられる上記された要素、材料または構造の組み合わせまたは改良は、本発明の一般原則から逸脱することなく、当業者によってその他の設計に変更または適応することも可能である。
【００７１】
上記特許および記事は、特に記載がなく本件の開示に反しない限り、参照することで本件に組み込まれる。
【００７２】
本発明のその他の特徴および実施形態は添付の請求項に記載される。
【００７３】
さらに、本発明は、新規性、進歩性および産業上の利用性を具備すると考慮される本明細書、添付の請求項および／または図面において説明されたすべての特徴の可能なすべての組み合わせから構成されることを考慮されたい。
【００７４】
著作権は出願人またはその譲受人が有するが、１つまたは複数の本請求項で定義される明示の第三者権利被許諾者が、残りの請求項で定義される本発明を当然に使用する実施権を有するわけではない。さらに、公または第三者に対し、明示あるいは言外の実施権は、本件の追加書類またはすべての包含コンピュータプログラムを含む本願に基づく二次的著作物を当然に準備するものではない。
【００７５】
本発明の追加的特徴および機能は本件に添付の請求項に記載される。当該請求項はそのすべてを参照によって本明細書に組み込まれ、提出された出願の一部として考慮されねばならない。
【００７６】
上述された発明の実施形態において、様々な変更及び改良を加えることが可能である。本発明の、特定の具体的な実施形態が開示及び説明されたが、幅広い改良、変更及び置換が上述の実施形態では考慮される。上記の説明には多くの特定事項が含まれるが、発明の範囲を限定するものとしてではなく、むしろ１つまたはその他の好適な実施形態の例示であると考慮されたい。場合によっては、本発明のいくつかの特徴は、対応する他の特徴を使用することなく用いられる。したがって上述の説明は広義に解釈され、単なる実例又は例示として理解され、本発明の精神及び範囲は本出願で最終的に発行される請求項によってのみ限定されるべきである。
【００７７】
以下の米国特許文献、外国特許文献およびその他の公開文書は、参照により、本件に記載されたかのように本件に組み込まれ、依拠される。
米国特許文献
９，８９９，２２３  Ｂ２  ２／２０１８  Ｗｉｍｐｌｉｎｇｅｒ他
付加的な公開文書
www.ccrtechnojogy.de/products.php
www.schaeff1er.com
www.rollvis.com
www.harmonicdrive.net
www.micro-epsilion.com
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【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４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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