(57)【要約】  常圧プラズマと洗浄液とを用いてウェーハを洗浄して、洗浄工程収率を増加させ、洗浄されたウェーハのボンディング時に、ボンディング特性を向上させるウェーハ洗浄方法とそれを利用したウェーハボンディング方法に関する。ウェーハ洗浄方法は、工程チャンバにウェーハの接合面が上部に向かうように、ウェーハを装入し、ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給して、ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理し、ウェーハを工程チャンバから引き出してなされる。また、ウェーハボンディング方法は、第１工程チャンバに第１ウェーハの接合面が上部に向かうように、第１ウェーハを装入し、第１ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給して、第１ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理し、第１ウェーハを第１工程チャンバから引き出して、第２工程チャンバに装入し、第３工程チャンバに第２ウェーハの接合面が上部に向かうように、第２ウェーハを装入し、第２ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給して、第２ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理し、第２ウェーハを第３工程チャンバから引き出して、第２工程チャンバに第２ウェーハの接合面が第１ウェーハの接合面と互いに対向するように装入し、第１ウェーハの接合面と第２ウェーハの接合面とをボンディングする。
2010528484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工程チャンバにウェーハの接合面が上部に向かうように、前記ウェーハを装入するウェーハ装入段階と、
前記ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給して、前記ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理するウェーハ洗浄及び表面処理段階と、
前記ウェーハを前記工程チャンバから引き出すウェーハ引き出し段階と、
を含むウェーハ洗浄方法。
【請求項２】
前記工程チャンバは、
前記常圧プラズマと洗浄液とをともに供給できるように形成される請求項１に記載のウェーハ洗浄方法。
【請求項３】
前記常圧プラズマを形成するための活性ガスは、窒素、酸素、アルゴン及びヘリウムからなる群から選択される一つのガスまたはこれらの混合ガスである請求項１に記載のウェーハ洗浄方法。
【請求項４】
前記洗浄液は、脱イオン水またはＨ2Ｏ2−ＮＨ4ＯＨ−Ｈ2Ｏ（ＳＣ−１）溶液である請求項１に記載のウェーハ洗浄方法。
【請求項５】
前記常圧プラズマと洗浄液は、同時にまたは順次に供給される請求項１に記載のウェーハ洗浄方法。
【請求項６】
前記洗浄液は、加熱、超音波によって蒸気形態の粒子状に供給される請求項１に記載のウェーハ洗浄方法。
【請求項７】
前記洗浄液は、ノズル噴射によって粒子状に供給される請求項１に記載のウェーハ洗浄方法。
【請求項８】
前記ウェーハ洗浄及び表面処理段階は、前記ウェーハを回転させながら、前記常圧プラズマと洗浄液とを前記ウェーハに供給する請求項１に記載のウェーハ洗浄方法。
【請求項９】
前記ウェーハ洗浄及び表面処理段階は、前記常圧プラズマと洗浄液とを前記ウェーハの一側から他側に順次に供給する請求項１に記載のウェーハ洗浄方法。
【請求項１０】
前記ウェーハ洗浄及び表面処理段階の後には、前記ウェーハを乾燥する乾燥段階をさらに含む請求項１に記載のウェーハ洗浄方法。
【請求項１１】
前記乾燥段階は、前記ウェーハを回転させて乾燥するスピン乾燥方法または前記ウェーハの接合面に不活性ガスをブローイングして乾燥するブローイング乾燥方法でなされる請求項１０に記載のウェーハ洗浄方法。
【請求項１２】
第１工程チャンバに第１ウェーハの接合面が上部に向かうように、前記第１ウェーハを装入する第１ウェーハ装入段階と、
前記第１ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給して、前記第１ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理する第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階と、
前記第１ウェーハを前記第１工程チャンバから引き出して、第２工程チャンバに装入する第１ウェーハ引き出し装入段階と、
第３工程チャンバに第２ウェーハの接合面が上部に向かうように、前記第２ウェーハを装入する第２ウェーハ装入段階と、
前記第２ウェーハの接合面に前記常圧プラズマと洗浄液とを供給して、前記第２ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理する第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階と、
前記第２ウェーハを前記第３工程チャンバから引き出して、前記第２工程チャンバに前記第２ウェーハの接合面が、前記第１ウェーハの接合面と互いに対向するように装入する第２ウェーハ引き出し装入段階と、
前記第１ウェーハの接合面と前記第２ウェーハの接合面とをボンディングするウェーハボンディング段階と、
を含むウェーハボンディング方法。
【請求項１３】
前記第１工程チャンバと前記第３工程チャンバは、前記常圧プラズマと洗浄液とをともに供給できるように形成され、前記第２工程チャンバは、真空チャンバである請求項１２に記載のウェーハボンディング方法。
【請求項１４】
前記第１工程チャンバと前記第３工程チャンバは、同一の工程チャンバである請求項１２に記載のウェーハボンディング方法。
【請求項１５】
前記常圧プラズマを形成するための活性ガスは、窒素、酸素、アルゴン及びヘリウムからなる群から選択される一つのガスまたはこれらの混合ガスである請求項１２に記載のウェーハボンディング方法。
【請求項１６】
前記洗浄液は、脱イオン水またはＨ2Ｏ2−ＮＨ4ＯＨ−Ｈ2Ｏ（ＳＣ−１）溶液である請求項１２に記載のウェーハボンディング方法。
【請求項１７】
前記常圧プラズマと洗浄液は、同時にまたは順次に供給される請求項１２に記載のウェーハボンディング方法。
【請求項１８】
前記洗浄液は、加熱、超音波によって蒸気形態の粒子状に供給される請求項１２に記載のウェーハボンディング方法。
【請求項１９】
前記洗浄液は、ノズル噴射によって粒子状に供給される請求項１２に記載のウェーハボンディング方法。
【請求項２０】
前記第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階または前記第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階は、前記第１ウェーハまたは第２ウェーハを回転させながら、前記常圧プラズマと洗浄液とを前記第１ウェーハまたは第２ウェーハに供給する請求項１２に記載のウェーハボンディング方法。
【請求項２１】
前記第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階または前記第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階は、前記常圧プラズマと洗浄液とを前記第１ウェーハまたは第２ウェーハの一側から他側に順次に供給する請求項１２に記載のウェーハボンディング方法。
【請求項２２】
前記第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階または前記第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階の後には、前記第１ウェーハまたは第２ウェーハを乾燥する乾燥段階をさらに含む請求項１２に記載のウェーハボンディング方法。
【請求項２３】
前記乾燥段階は、前記第１ウェーハまたは第２ウェーハを回転させて乾燥するスピン乾燥方法または前記第１ウェーハまたは第２ウェーハの接合面に不活性ガスをブローイングして乾燥するブローイング乾燥方法でなされる請求項２２に記載のウェーハボンディング方法。
【請求項２４】
第１ウェーハの接合面にＳＯＧ溶液を供給して、ＳＯＧ層をコーティングするＳＯＧ層コーティング段階と、
前記ＳＯＧ層を平板パネルで圧着して、前記ＳＯＧ層を平坦化し、前記ＳＯＧ層を硬化させ、前記第１ウェーハの接合面にＳＯＧ膜を形成するＳＯＧ膜形成段階と、
第１工程チャンバに前記ＳＯＧ膜が形成された前記第１ウェーハの接合面が上部に向かうように、前記第１ウェーハを装入する第１ウェーハ装入段階と、
前記第１ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給して、前記第１ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理する第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階と、
前記第１ウェーハを前記第１工程チャンバから引き出して、第２工程チャンバに装入する第１ウェーハ引き出し装入段階と、
第３工程チャンバに第２ウェーハの接合面が上部に向かうように、前記第２ウェーハを装入する第２ウェーハ装入段階と、
前記第２ウェーハの接合面に前記常圧プラズマと洗浄液とを供給して、第２ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理する第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階と、
前記第２ウェーハを前記第３工程チャンバから引き出して、前記第２工程チャンバに前記第２ウェーハの接合面が、前記第１ウェーハの接合面と互いに対向するように装入する第２ウェーハ引き出し装入段階と、
前記第１ウェーハの接合面と前記第２ウェーハの接合面とをボンディングするウェーハボンディング段階と、
を含むことを特徴とするウェーハボンディング方法。
【請求項２５】
前記ＳＯＧ溶液は、シリケート系またはシロキサン系である請求項２４に記載のウェーハボンディング方法。
【請求項２６】
前記平板パネルは、
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）及びモノキャストナイロンからなる群から選択される一つの材質で形成される請求項２４に記載のウェーハボンディング方法。
【請求項２７】
前記平板パネルは、透明パネルからなり、
前記ＳＯＧ膜形成段階は、前記透明パネルが、前記ＳＯＧ層を圧着した状態で紫外線が照射されてＳＯＧ層が硬化されてＳＯＧ膜が形成されるようになされる請求項２４に記載のウェーハボンディング方法。
【請求項２８】
前記ＳＯＧ層コーティング段階から前記ウェーハボンディング段階は、インサイチュで行う請求項２４に記載のウェーハボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、常圧プラズマと洗浄液とを用いてウェーハを洗浄して、洗浄工程収率を増加させ、洗浄されたウェーハのボンディング時に、ボンディング特性を向上させるウェーハ洗浄方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、常圧プラズマと洗浄液とを用いてウェーハを洗浄しながら表面処理して、工程収率及びボンディング特性を向上させうるウェーハボンディング方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体の高集積化のために、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）を製造する方法、Ｐ型ウェーハとＮ型ウェーハとを結合させてＰ−Ｎジャンクション（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成する方法などにおいて、有／無機接着剤を使って接着する方法、又は接着剤を使わずにウェーハ間に直接的なボンドを形成させる方法（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｗａｆｅｒｓ）が知られている。
【０００４】
有／無機接着剤を利用する方法は、ウェーハボンディングを低温で形成させることができるが、界面応力の問題があり、接着層が熱的または化学的に不安定になる恐れがあるために広く使われていない。
【０００５】
ウェーハボンディング方法は、ウェーハをボンディングさせる前にボンディング欠陷を減らすために、洗浄及び表面処理をするが、洗浄と表面処理とを別途に進行させるので、工程効率が低下する問題がある。
【０００６】
特許文献１には、ウェーハとウェーハとを接触させた後、約１，０００ないし１５，０００ｐｓｉの圧力下で１，１００℃以上の温度で熱処理をして、ウェーハとウェーハとの間に直接的なボンディングを行う方法が開示されているが、熱処理の温度があまりにも高いために、接合される物質が当該温度を耐えることができない場合には、使うことができず、接着される材料が相異なる場合には、熱的不整合を起こしうるなどの問題がある。
【０００７】
一方、ウェーハボンディング方法は、ウェーハをボンディングさせる前にボンディング欠陷を減らすために、ウェーハ表面の平坦化工程を行うことが一般的であるが、このような平坦化方法として、通常使われるものが化学的機械的研磨工程（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）である。このようなＣＭＰ工程を行うとすれば、別個のＣＭＰ工程設備で研磨を行った後にウェーハボンディング工程を行わなければならないために、工程が別個に進行しなければならず、これにより、工程効率が落ち、ＣＭＰ工程時に使われるスラリーによる汚染問題が発生するだけではなく、研磨完了後にも相変らず表面段差が存在するために、最終ウェーハボンディング時に、ボンディング欠陷が発生するという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４，９３９，１０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、常圧プラズマと洗浄液とを用いて単一工程でウェーハを洗浄しながら表面処理して、洗浄工程収率を増加させ、洗浄されたウェーハのボンディング時に、ボンディング特性を向上させるウェーハ洗浄方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、常圧プラズマと洗浄液とを用いて単一工程でウェーハを洗浄しながら表面処理して、ウェーハボンディング過程で工程収率及びボンディング特性を向上させうるウェーハボンディング方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、平坦化工程とウェーハボンディング工程とをインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で行うことができるウェーハボンディング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述のような課題を解決するために案出された本発明のウェーハ洗浄方法は、工程チャンバにウェーハの接合面が上部に向かうように、ウェーハを装入するウェーハ装入段階と、ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給して、ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理するウェーハ洗浄及び表面処理段階と、ウェーハを工程チャンバから引き出すウェーハ引き出し段階と、を含むことを特徴とする。この際、工程チャンバは、常圧プラズマと洗浄液とをともに供給できるように形成される。また、常圧プラズマを形成するための活性ガスは、窒素、酸素、アルゴン及びヘリウムからなる群から選択される一つのガスまたはこれらの混合ガスからなりうる。また、洗浄液は、脱イオン水またはＨ2Ｏ2−ＮＨ4ＯＨ−Ｈ2Ｏ（ＳＣ−１）溶液からなりうる。
【００１３】
また、本発明で、常圧プラズマと洗浄液は、同時にまたは順次に供給されうる。洗浄液は、加熱、超音波によって蒸気形態の粒子状に供給されうる。また、洗浄液は、ノズル噴射によって粒子状に供給されうる。
【００１４】
また、本発明で、ウェーハ洗浄及び表面処理段階は、ウェーハを回転させながら、常圧プラズマと洗浄液が、ウェーハに供給されるようにしうる。また、ウェーハ洗浄及び表面処理段階は、常圧プラズマと洗浄液が、ウェーハの一側から他側に順次に供給されるようにしうる。
【００１５】
また、本発明で、ウェーハ洗浄及び表面処理段階の後には、ウェーハを乾燥する乾燥段階をさらに含んでなりうる。また、乾燥段階は、ウェーハを回転させて乾燥するスピン乾燥方法またはウェーハの接合面に不活性ガスをブローイングして乾燥するブローイング乾燥方法でなされうる。
【００１６】
また、上述のような課題を解決するために案出された本発明のウェーハボンディング方法は、第１工程チャンバに第１ウェーハの接合面が上部に向かうように、第１ウェーハを装入する第１ウェーハ装入段階と、第１ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給して、第１ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理する第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階と、第１ウェーハを第１工程チャンバから引き出して、第２工程チャンバに装入する第１ウェーハ引き出し装入段階と、第３工程チャンバに第２ウェーハの接合面が上部に向かうように、第２ウェーハを装入する第２ウェーハ装入段階と、第２ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給して、第２ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理する第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階と、第２ウェーハを第３工程チャンバから引き出して、第２工程チャンバに第２ウェーハの接合面が、第１ウェーハの接合面と互いに対向するように装入する第２ウェーハ引き出し装入段階と、第１ウェーハの接合面と第２ウェーハの接合面とをボンディングするウェーハボンディング段階と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明で、第１工程チャンバと第３工程チャンバは、常圧プラズマと洗浄液とをともに供給できるように形成され、第２工程チャンバは、真空チャンバからなりうる。また、第１工程チャンバと第３工程チャンバは、同一の工程チャンバからなりうる。
【００１８】
また、本発明で、常圧プラズマを形成するための活性ガスは、窒素、酸素、アルゴン及びヘリウムからなる群から選択される一つのガスまたはこれらの混合ガスからなりうる。また、洗浄液は、脱イオン水またはＨ2Ｏ2−ＮＨ4ＯＨ−Ｈ2Ｏ（ＳＣ−１）溶液からなりうる。また、常圧プラズマと洗浄液は、同時にまたは順次に供給されうる。
【００１９】
また、本発明で、洗浄液は、加熱、超音波によって蒸気形態の粒子状に供給されうる。また、洗浄液は、ノズル噴射によって粒子状に供給されうる。
【００２０】
また、本発明で、第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階または第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階は、第１ウェーハまたは第２ウェーハを回転させながら、常圧プラズマと洗浄液が、第１ウェーハまたは第２ウェーハに供給されるようにしうる。
【００２１】
また、本発明で、第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階または第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階は、常圧プラズマと洗浄液が、第１ウェーハまたは第２ウェーハの一側から他側に順次に供給されるようにしうる。
【００２２】
また、本発明で、第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階または第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階の後には、第１ウェーハまたは第２ウェーハを乾燥する乾燥段階をさらに含んでなりうる。この際、乾燥段階は、第１ウェーハまたは第２ウェーハを回転させて乾燥するスピン乾燥方法または第１ウェーハまたは第２ウェーハの接合面に不活性ガスをブローイングして乾燥するブローイング乾燥方法でなされうる。
【００２３】
また、本発明によるウェーハボンディング方法は、第１ウェーハの接合面にＳＯＧ溶液を供給して、ＳＯＧ層をコーティングするＳＯＧ層コーティング段階と、ＳＯＧ層を平板パネルで圧着して、ＳＯＧ層を平坦化し、ＳＯＧ層を硬化させて、第１ウェーハの接合面にＳＯＧ膜を形成するＳＯＧ膜形成段階と、第１工程チャンバにＳＯＧ膜が形成された第１ウェーハの接合面が上部に向かうように、第１ウェーハを装入する第１ウェーハ装入段階と、第１ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給して、第１ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理する第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階と、第１ウェーハを第１工程チャンバから引き出して、第２工程チャンバに装入する第１ウェーハ引き出し装入段階と、第３工程チャンバに第２ウェーハの接合面が上部に向かうように、第２ウェーハを装入する第２ウェーハ装入段階と、第２ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給して、第２ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理する第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階と、第２ウェーハを第３工程チャンバから引き出して、第２工程チャンバに第２ウェーハの接合面が、第１ウェーハの接合面と互いに対向するように装入する第２ウェーハ引き出し装入段階と、第１ウェーハの接合面と第２ウェーハの接合面とをボンディングするウェーハボンディング段階と、を含んでなりうる。
【００２４】
また、本発明で、ＳＯＧ溶液は、シリケート系またはシロキサン系の物質からなりうる。また、平板パネルは、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタＰＢＴ）及びモノキャストナイロンからなる群から選択される一つの材質で形成される。
【００２５】
また、本発明で、平板パネルは、透明パネルからなり、ＳＯＧ膜形成段階は、透明パネルが、ＳＯＧ層を圧着した状態で紫外線が照射されてＳＯＧ層が硬化されてＳＯＧ膜が形成されるようにしうる。
【００２６】
また、ＳＯＧ層コーティング段階からウェーハボンディング段階は、インサイチュで行える。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のウェーハ洗浄方法によれば、以下の効果が得られる。
【００２８】
第１に、単一工程で常圧プラズマと洗浄液とを供給しながらウェーハの表面処理と洗浄とを行って、洗浄工程収率を向上させる効果がある。
【００２９】
第２に、本発明のウェーハ洗浄方法によれば、ウェーハの表面処理と洗浄とを単一工程で行うので、ウェーハボンディングの生産性及びボンディング特性を向上させうる効果がある。
さらに、第３に、本発明によれば、装入部では、半導体素子とサスセプターとの接触面積が内側部分で相対的に小さくなるので、半導体素子の内側部分に伝導される熱の量が外側部分に伝導される熱の量より小さくなって、半導体素子が全体的に均一に予熱され、半導体素子の局部的温度差による変形を防止することができる効果がある。
【００３０】
また、本発明のウェーハボンディング方法によれば、以下の効果が得られる。
【００３１】
第１に、単一工程で常圧プラズマと洗浄液とを供給しながらウェーハの表面処理と洗浄とを行って、ボンディング特性を向上させる効果がある。
【００３２】
第２に、本発明のウェーハボンディング方法によれば、ウェーハの表面処理と洗浄とを単一工程で行うので、工程収率、生産性及びボンディング特性を向上させうる効果がある。
【００３３】
さらに、第３に、本発明のウェーハボンディング方法によれば、平坦化工程とウェーハボンディング工程とをインサイチュで行って、ウェーハ表面の汚染を防止して、ボンディング特性を向上させうる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例によるウェーハ洗浄方法のためのシステムの概路図である。
【図２】本発明の実施例によるウェーハ洗浄方法のフローチャートを示す。
【図３】本発明の実施例によるウェーハボンディング方法のためのシステムの概路図である。
【図４】本発明の実施例によるウェーハボンディング方法のフローチャートを示す。
【図５】本発明の他の実施例によるウェーハボンディング方法のフローチャートを示す。
【図６】本発明の実施例１による洗浄及び表面処理の前後のウェーハ接合面の状態を示す。
【図７】本発明の実施例１による洗浄及び表面処理の前後のウェーハ接合面の状態を示す。
【図８】本発明の実施例２による洗浄及び表面処理の前後のウェーハ接合面の表面状態を示す。
【図９】本発明の実施例２による洗浄及び表面処理の前後のウェーハ接合面の表面状態を示す。
【図１０】本発明の比較例１による洗浄及び表面処理の前後のウェーハ接合面の表面状態を示す。
【図１１】本発明の比較例１による洗浄及び表面処理の前後のウェーハ接合面の表面状態を示す。
【図１２】本発明の比較例２による洗浄後のウェーハ接合面の表面状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
ここでは、本発明の望ましい実施例が添付の図面を参照して詳細に説明される。本発明の特徴及び当該特徴を得るための方法は、添付の図面を参照して詳細に説明される実施例により明らかになる。しかし、本発明は、ここで開示される実施例に限定されず、多様な形状に提供されうる。以下の説明により定義される事項、たとえば、具体的な構造及び構成要素は、当業者が本発明を包括的に理解するに提供される特定な記述に過ぎず、本発明は、特許請求の範囲の技術的な範囲により定義される。本発明の全体の説明において、同一の符号は多様な形態を通じて同一な構成要素として使われる。
【００３６】
まず、本発明の実施例によるウェーハ洗浄方法のためのシステムを概略的に説明する。
【００３７】
図１は、本発明の実施例によるウェーハ洗浄方法のためのシステムの概路図である。
【００３８】
ウェーハ洗浄方法のためのシステムは、図１を参照すれば、工程チャンバ１０を含んでなる。また、ウェーハ洗浄方法のためのシステムは、真空チャンバ２０をさらに含んで形成される。
【００３９】
工程チャンバ１０は、装入されるウェーハ１の表面を洗浄及び表面処理するチャンバである。工程チャンバ１０は、ウェーハ１の表面に洗浄液と常圧プラズマとをともに供給できるように形成される。すなわち、工程チャンバ１０は、常圧プラズマ形成装置１１と洗浄液供給装置１２とをともに備える。また、工程チャンバ１０は、ウェーハ１を固定するための真空チャック１４が備えられる。また、工程チャンバ１０は、洗浄されたウェーハを乾燥するための乾燥手段１６をさらに備えることができる。
【００４０】
真空チャンバ２０は、洗浄及び表面処理されて装入されるウェーハ２をボンディングするチャンバである。真空チャンバ２０は、真空の形成が可能なチャンバであり、加熱手段がさらに備えられうる。また、真空チャンバ２０は、装入されたウェーハ２を固定する真空チャック２４ａ、２４ｂが備えられる。一方、ウェーハ洗浄方法のみを実施する装備は、真空チャンバ２０を備えないこともある。
【００４１】
図２は、本発明の一実施例によるウェーハ洗浄方法に対する工程フローチャートを示す。
【００４２】
本発明の一実施例によるウェーハ洗浄方法は、図２を参照すれば、ウェーハ装入段階（Ｓ１０）とウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ２０）と、ウェーハ引き出し段階（Ｓ３０）とを含んでなる。また、ウェーハ洗浄方法は、ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ２０）の後にウェーハ乾燥段階（Ｓ２５）をさらに含んでなりうる。
【００４３】
ウェーハ洗浄方法は、ウェーハをボンディングするボンディング工程に使われることができ、ウェーハのボンディング工程前に実施されるウェーハ洗浄及び表面処理工程に適用可能である。
【００４４】
ウェーハ洗浄方法は、単一工程でウェーハ表面を洗浄しながら表面処理して、ウェーハの洗浄及び表面処理工程収率を向上させる。すなわち、ウェーハ洗浄方法は、一つの工程チャンバでウェーハの表面に常圧プラズマと洗浄液とを同時にまたは順次に供給して、ウェーハ表面を洗浄しながら表面処理する。したがって、ウェーハ洗浄方法は、ウェーハの洗浄工程に対する洗浄工程効率と生産性とを向上させる。
【００４５】
また、ウェーハ洗浄方法は、一つの装備に備えられる一つの工程チャンバ内でなされうる。すなわち、ウェーハ洗浄及び表面処理段階は、一つの工程チャンバ内でなされるので、洗浄工程がより効率的に進行して生産性が向上する。また、ウェーハ洗浄方法は、ウェーハの洗浄と表面処理が、一つの工程チャンバでなされるので、追加的に汚染されることを防止させるので、ウェーハの洗浄及び表面処理状態を良好にする。
【００４６】
ウェーハ装入段階（Ｓ１０）は、工程チャンバにウェーハの接合面が上部に向かうように、ウェーハを装入する段階である。ここで、ウェーハの接合面は、ウェーハの両面のうち他のウェーハとボンディングされる一方の面を意味する。工程チャンバは、ボンディングされるウェーハが装入されて載置され、常圧プラズマと洗浄液とがともに供給される工程チャンバである。ウェーハは、工程チャンバの内部に接合面が上部に向かうように装入され、静電チャックまたは真空チャックなどの固定手段によって固定される。ウェーハの接合面は、単結晶シリコンにシリコン酸化膜が一定厚さに形成された状態であり得る。また、ウェーハの接合面は、単結晶シリコンにＳｉＯ2の自然酸化膜が形成された状態であり得る。
【００４７】
ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ２０）は、ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給して、ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理する段階である。工程チャンバは、前述したように、常圧プラズマと洗浄液とをともに供給することができる工程チャンバである。ウェーハが工程チャンバの内部に装入されて載置されれば、工程チャンバは、ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給する。したがって、洗浄液は、ウェーハの表面に存在する有機物、指紋のような汚染物を除去する。また、常圧プラズマは、ウェーハの接合面を洗浄しながら表面処理をする。
【００４８】
常圧プラズマは、ウェーハの接合面に存在するシリコン酸化膜でＳｉ−Ｏ結合を切って、接合面の表面にＳｉ基を露出させる。また、常圧プラズマは、洗浄液に存在する水分（Ｈ2Ｏ）の結合を切って、Ｏ−Ｈ基に分離する。したがって、ウェーハの表面に存在するＳｉ基は、Ｏ−Ｈ基と結合された状態を維持する。
【００４９】
常圧プラズマと洗浄液は、同時にまたは順次に供給されうる。より具体的には、常圧プラズマと洗浄液が、同時にウェーハの接合面に供給されうる。また、常圧プラズマと洗浄液は、交互に供給されうる。すなわち、まず洗浄液がウェーハの接合面に供給され、再び常圧プラズマがウェーハに供給される。また、洗浄液と常圧プラズマは、それぞれ２回以上交互に供給されうる。
【００５０】
ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ２０）は、常圧プラズマと洗浄液が、工程チャンバで進行する単一工程で供給されるので、洗浄と表面処理工程とがより効率的に進行しうる。また、ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ２０）は、ウェーハが洗浄液によって洗浄されながら表面処理が同時に進行するので、より効率的に洗浄及び表面処理を進行しうる。また、ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ２０）は、ウェーハの汚染程度によって工程時間を調節することができるので、生産性が向上する。
【００５１】
常圧プラズマを形成するためのガスは、窒素、酸素、アルゴン及びヘリウムからなる群から選択される一つのガスまたはこれらの混合ガスが使われる。但し、ここで、常圧プラズマを形成するためのガスは、これらのガスに限定されず、常圧プラズマの形成が可能な多様なガスが使われるということは勿論である。
【００５２】
洗浄液は、脱イオン水またはＨ2Ｏ2−ＮＨ4ＯＨ−Ｈ2Ｏ（ＳＣ−１）溶液が使われる。洗浄液は、ウェーハの接合面に存在する有機物、ホコリ、その他の汚染源を除去する。洗浄液は、常圧プラズマとともにウェーハの接合面に対する洗浄作用をするので、より効率的にウェーハ表面を洗浄する。一方、洗浄液は、ウェーハの表面でウェーハの接合面に存在するＳｉイオンと結合されるＯ−Ｈイオンを供給する。洗浄液は、半導体工程で使われる多様な洗浄液が使われる。
【００５３】
洗浄液は、加熱、超音波によって蒸気形態の粒子状に供給されうる。また、洗浄液は、ノズル噴射によって粒子状に供給されうる。洗浄液は、蒸気またはミストのような粒子状にウェーハの接合面に供給されるので、ウェーハの接合面により均一に供給されうる。また、洗浄液は、粒子状に全体的に均一に供給されるので、常圧プラズマの形成に影響を与えなくなる。
【００５４】
ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ２０）は、ウェーハを回転させながら洗浄液を供給するようになされうる。したがって、ウェーハは、洗浄液と常圧プラズマとが均一に供給されて、洗浄と表面処理とが全体的に均一になされうる。
【００５５】
ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ２０）は、洗浄液と常圧プラズマとをウェーハの一側から他側に順次に供給されるようにしうる。すなわち、洗浄液と常圧プラズマとを供給する部分が、ウェーハの一側から他側にスキャンしながら供給させうる。したがって、ウェーハは、洗浄液と常圧プラズマとが均一に供給されて、洗浄と表面処理とが全体的に均一になされうる。
【００５６】
ウェーハ乾燥段階（Ｓ２５）は、ウェーハの接合面に存在する洗浄液を除去して乾燥する段階である。ウェーハの接合面は、洗浄のために供給された洗浄液が存在する。したがって、ウェーハは、他のウェーハとの接合のために接合面に存在する洗浄液が除去されなければならない。一方、ウェーハは、他のウェーハと接合された後にアニーリング過程を経りながら洗浄液が除去されるので、ウェーハの接合面に存在する洗浄液が完璧に除去される必要はない。但し、ウェーハの接合面に洗浄液が多く存在すれば、接合に妨害になるので、除去することが望ましい。
【００５７】
ウェーハ乾燥段階（Ｓ２５）は、ウェーハを回転させて乾燥するスピン乾燥方法またはウェーハの接合面に窒素のような不活性ガスをブローイングして乾燥するブローイング乾燥方法で行われる。ウェーハの表面に残存する洗浄液は、前述したように、完璧に除去する必要がなくなるので、スピン乾燥方法またはブローイング乾燥方法による乾燥が可能となる。
【００５８】
ウェーハ引き出し段階（Ｓ３０）は、ウェーハを工程チャンバから引き出す段階である。工程チャンバは、前述したように、常圧プラズマと洗浄液との供給が可能な工程チャンバである。工程チャンバから引き出されたウェーハは、他のウェーハとのボンディングのために別途の真空チャンバに装入される。真空チャンバは、ウェーハのボンディングのためのチャンバとして真空が維持されるチャンバである。また、真空チャンバは、別途の加熱手段が備えられてボンディングされたウェーハをアニーリング処理できるように形成される。真空チャンバは、工程チャンバと同一の装備内で備えられうる。
【００５９】
一方、ウェーハとボンディングされる他のウェーハが、工程チャンバに装入されて洗浄及び表面処理される。したがって、ウェーハと他のウェーハが、真空チャンバに順次に装入されてボンディングされる。また、ウェーハは、洗浄及び表面処理されていない他のウェーハと順次に真空チャンバに装入されてボンディングされる。
【００６０】
次いで、本発明の実施例によるウェーハボンディング方法についてより詳しく説明する。本発明の実施例によるウェーハボンディング方法は、前述したウェーハ洗浄方法を利用する。
【００６１】
まず、本発明の実施例によるウェーハボンディング方法のためのシステムを概略的に説明する。
【００６２】
図３は、本発明の実施例によるウェーハボンディング方法のためのシステムの概路図である。
【００６３】
ウェーハボンディング方法のためのシステムは、図３を参照すれば、第１工程チャンバ１１０と第２工程チャンバ１２０及び第３工程チャンバ１３０とを含んでなる。第１工程チャンバ１１０と第３工程チャンバ１３０は、装入されるウェーハ１１、１２の表面を洗浄及び表面処理するチャンバである。
【００６４】
第１工程チャンバ１１０と第３工程チャンバ１３０は、ウェーハ１１、１２の表面に洗浄液と常圧プラズマとをともに供給できるように形成される。すなわち、第１工程チャンバ１１０と第３工程チャンバ１３０は、常圧プラズマ形成装置と洗浄液供給装置１１２、１３２とをともに備える。また、第１工程チャンバ１１０と第３工程チャンバ１３０は、ウェーハ１１、１２を固定するための真空チャック１１４、１３４が備えられる。一方、第１工程チャンバと第３工程チャンバは、一つのチャンバで構成することができる。
【００６５】
第２工程チャンバ１２０は、洗浄及び表面処理されて装入されるウェーハ１３、１４をボンディングするチャンバである。第２工程チャンバ１２０は、真空の形成が可能なチャンバであり、加熱手段がさらに備えられうる。また、第２工程チャンバ１２０は、装入されたウェーハ１３、１４を固定する真空チャック１２４ａ、１２４ｂが備えられる。
【００６６】
図４は、本発明の一実施例によるウェーハボンディング方法に対する工程フローチャートを示す。
【００６７】
本発明の一実施例によるウェーハボンディング方法は、図４を参照すれば、第１ウェーハ装入段階（Ｓ１１０）と第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１２０）と、第１ウェーハ引き出し装入段階（Ｓ１３０）と第２ウェーハ装入段階（Ｓ１４０）と、第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１５０）と第２ウェーハ引き出し装入段階（Ｓ１６０）及びウェーハボンディング段階（Ｓ１７０）とを含んでなる。また、ウェーハボンディング方法は、第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１５０）の後に第２ウェーハ乾燥段階（Ｓ１５５）をさらに含んでなりうる。
【００６８】
ウェーハボンディング方法は、単一工程でウェーハ表面を洗浄しながら表面処理して、ウェーハボンディング過程でボンディング結合を減少させる。すなわち、ウェーハボンディング方法は、一つの工程チャンバでウェーハの表面に常圧プラズマと洗浄液とを同時にまたは順次に供給して、ウェーハ表面を洗浄しながら表面処理する。したがって、ウェーハボンディング方法は、ウェーハのボンディング工程に対する工程効率と生産性とを向上させる。
【００６９】
また、ウェーハボンディング方法は、一つの装備でインサイチュ工程で行える。すなわち、第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１２０）及び第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１５０）、ウェーハボンディング段階（Ｓ１７０）は、それぞれ一つの装備に備えられる別途の工程チャンバ内でなされうる。インサイチュ工程は、ウェーハボンディングのあらゆる工程が一つの装備でなされるので、工程がより効率的に進行して生産性が向上する。また、インサイチュ工程は、ウェーハボンディング過程でウェーハの表面の追加的な汚染を防止するので、ウェーハのボンディング不良を最小化させる。
【００７０】
第１ウェーハ装入段階（Ｓ１１０）は、第１工程チャンバに第１ウェーハの接合面が上部に向かうように、第１ウェーハを装入する段階である。ここで、第１ウェーハの接合面は、ウェーハの両面のうち他のウェーハとボンディングされる一方の面を意味する。第１工程チャンバは、ボンディングされるウェーハが装入されて載置され、常圧プラズマと洗浄液とがともに供給される工程チャンバである。第１ウェーハは、第１工程チャンバの内部に接合面が上部に向かうように装入され、静電チャックまたは真空チャックなどの固定手段によって固定される。第１ウェーハの接合面は、単結晶シリコンにシリコン酸化膜が一定厚さに形成された状態であり得る。また、第１ウェーハの接合面は、単結晶シリコンにＳｉＯ2の自然酸化膜が形成された状態であり得る。
【００７１】
第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１２０）は、第１ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給して、第１ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理する段階である。第１工程チャンバは、前述したように、常圧プラズマと洗浄液とをともに供給することができる工程チャンバである。第１ウェーハが第１工程チャンバの内部に装入されて載置されれば、第１工程チャンバは、第１ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給する。したがって、洗浄液は、第１ウェーハの表面に存在する有機物、指紋のような汚染物を除去する。
【００７２】
また、常圧プラズマは、第１ウェーハの接合面を洗浄しながら表面処理をする。常圧プラズマは、第１ウェーハの接合面に存在するシリコン酸化膜でＳｉ−Ｏ結合を切って、第１接合面の表面にＳｉ基を露出させる。また。常圧プラズマは、洗浄液に存在する水分（Ｈ2Ｏ）の結合を切って、Ｏ−Ｈ基に分離する。したがって、第１ウェーハの表面に存在するＳｉ基は、Ｏ−Ｈ基と結合された状態を維持する。
【００７３】
常圧プラズマと洗浄液は、同時にまたは順次に供給されうる。より具体的には、常圧プラズマと洗浄液が、同時に第１ウェーハの接合面に供給されうる。また、常圧プラズマと洗浄液は、交互に供給されうる。すなわち、まず洗浄液が第１ウェーハの接合面に供給され、再び常圧プラズマが第１ウェーハに供給される。また、洗浄液と常圧プラズマは、それぞれ２回以上交互に供給されうる。
【００７４】
第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１２０）は、常圧プラズマと洗浄液が、第１工程チャンバで進行する単一工程で供給されるので、洗浄と表面処理工程とがより効率的に進行しうる。また、第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１２０）は、第１ウェーハが洗浄液によって洗浄されながら表面処理が同時に進行するので、より効率的に洗浄及び表面処理を進行しうる。また、第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１２０）は、第１ウェーハの汚染程度によって工程時間を調節することができるので、生産性が向上する。
【００７５】
常圧プラズマを形成するためのガスは、窒素、酸素、アルゴン及びヘリウムからなる群から選択される一つのガスまたはこれらの混合ガスが使われる。但し、ここで、常圧プラズマを形成するためのガスは、これらのガスに限定されず、常圧プラズマの形成が可能な多様なガスが使われるということは勿論である。
【００７６】
洗浄液は、脱イオン水またはＨ2Ｏ2−ＮＨ4ＯＨ−Ｈ2Ｏ（ＳＣ−１）溶液が使われる。洗浄液は、第１ウェーハの接合面に存在する有機物、ホコリ、その他の汚染源を除去する。洗浄液は、常圧プラズマとともに第１ウェーハの接合面に対する洗浄作用をするので、より効率的に第１ウェーハ表面を洗浄する。一方、洗浄液は、第１ウェーハの表面でウェーハの接合面に存在するＳｉイオンと結合されるＯ−Ｈイオンを供給する。洗浄液は、半導体工程で使われる多様な洗浄液が使われる。
【００７７】
洗浄液は、加熱、超音波によって蒸気形態の粒子状に供給されうる。また、洗浄液は、ノズル噴射によって粒子状に供給されうる。洗浄液は、蒸気またはミストのような粒子状に第１ウェーハの接合面に供給されるので、第１ウェーハの接合面により均一に供給されうる。また、洗浄液は、粒子状に全体的に均一に供給されるので、常圧プラズマの形成に影響を与えなくなる。
【００７８】
第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１２０）は、第１ウェーハを回転させながら洗浄液を供給するようになされうる。したがって、第１ウェーハは、洗浄液と常圧プラズマとが均一に供給されて、洗浄と表面処理とが全体的に均一になされうる。
【００７９】
第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１２０）は、洗浄液と常圧プラズマとを第１ウェーハの一側から他側に順次に供給されるようにしうる。すなわち、洗浄液と常圧プラズマとを供給する部分が、第１ウェーハの一側から他側にスキャンしながら供給させうる。したがって、第１ウェーハは、洗浄液と常圧プラズマとが均一に供給されて、洗浄と表面処理とが全体的に均一になされうる。
【００８０】
第１ウェーハ乾燥段階（Ｓ１２５）は、第１ウェーハの接合面に存在する洗浄液を除去して乾燥する段階である。第１ウェーハの接合面は、洗浄のために供給された洗浄液が存在する。したがって、第１ウェーハは、他のウェーハとの接合のために接合面に存在する洗浄液が除去されなければならない。一方、第１ウェーハは、第２ウェーハと接合された後にアニーリング過程を経りながら洗浄液が除去されるので、第１ウェーハの接合面に存在する洗浄液が完璧に除去される必要はない。但し、第１ウェーハの接合面に洗浄液が多く存在すれば、接合に妨害になるので、除去することが望ましい。
【００８１】
第１ウェーハ乾燥段階（Ｓ１２５）は、第１ウェーハを回転させて乾燥するスピン乾燥方法または第１ウェーハの接合面に窒素のような不活性ガスをブローイングして乾燥するブローイング乾燥方法で行われる。第１ウェーハの表面に残存する洗浄液は、前述したように、完璧に除去する必要がなくなるので、スピン乾燥方法またはブローイング乾燥方法による乾燥が可能となる。
【００８２】
第１ウェーハ引き出し装入段階（Ｓ１３０）は、第１ウェーハを第１工程チャンバから引き出して、第２工程チャンバに装入する段階である。第１工程チャンバは、前述したように、常圧プラズマと洗浄液との供給が可能な工程チャンバである。第２工程チャンバは、真空の形成が可能な工程チャンバである。また、第２工程チャンバは、必要な場合に内部を加熱することができる加熱手段を含んで形成される。第１ウェーハは、洗浄と表面処理とが完了した後に第１工程チャンバから引き出されて、他のウェーハとボンディングのために第２工程チャンバに装入される。この際、第１ウェーハは、接合面が上部に向かうように装入される。
【００８３】
第２ウェーハ装入段階（Ｓ１４０）は、第３工程チャンバに第２ウェーハの接合面が上部に向かうように、第２ウェーハを装入する段階である。第２ウェーハ装入段階（Ｓ１４０）は、第３工程チャンバに第２ウェーハを装入する点を除いては、第１ウェーハ装入段階（Ｓ１１０）と同一であるので、ここで、詳細な説明は省略する。
【００８４】
第３工程チャンバは、第１工程チャンバと同様に洗浄液と常圧プラズマとをともに供給することができる工程チャンバである。第２ウェーハが、第１工程チャンバと別途の工程チャンバである第３工程チャンバで洗浄及び表面処理される場合に、ウェーハのボンディングにかかる工程時間を減らしうる。
【００８５】
一方、第２ウェーハ装入段階（Ｓ１４０）は、第１ウェーハの洗浄及び表面処理が進行する第１工程チャンバで進行しうる。すなわち、第３工程チャンバは、第１工程チャンバと同一の工程チャンバであり得る。第１ウェーハと第２ウェーハが、同一の工程チャンバで洗浄及び表面処理される場合に、工程時間が相対的に長くなることができる。しかし、ウェーハをボンディングする装備の構造がより簡単になりうる。
【００８６】
第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１５０）は、第２ウェーハの接合面に常圧プラズマと洗浄液とを供給して、第２ウェーハの接合面を洗浄及び表面処理する段階である。第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１５０）は、第３工程チャンバで第２ウェーハが洗浄及び表面処理される点を除いては、第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１２０）と同一または類似しているので、ここで、詳細な説明は省略する。
【００８７】
第２ウェーハ乾燥段階（Ｓ１５５）は、第２ウェーハの接合面に存在する洗浄液を除去して乾燥する段階である。
【００８８】
第２ウェーハ乾燥段階（Ｓ１５５）は、第３工程チャンバで第２ウェーハが乾燥する点を除いては、第１ウェーハ乾燥段階（Ｓ１２５）と同一または類似しているので、ここで、詳細な説明は省略する。
【００８９】
第２ウェーハ引き出し装入段階（Ｓ１６０）は、第２ウェーハを第３工程チャンバから引き出して、第２工程チャンバに第２ウェーハの接合面が、第１ウェーハの接合面と互いに対向するように装入する段階である。第２ウェーハ引き出し装入段階（Ｓ１６０）は、第１ウェーハ引き出し装入段階（Ｓ１３０）と同一または類似しているので、ここで、詳細な説明は省略する。但し、第２ウェーハの接合面は、第２工程チャンバで第１ウェーハの接合面と互いに対向するように装入される。また、第２ウェーハの接合面は、第１ウェーハの接合面と離隔して装入される。第２ウェーハと第１ウェーハは、外側に設けられる離隔プレートによって離隔しうる。
【００９０】
ウェーハボンディング段階（Ｓ１７０）は、第２工程チャンバで第１ウェーハの接合面と第２ウェーハの接合面とをボンディングする段階である。第１ウェーハの接合面と第２ウェーハの接合面とが互いに接触された後、上部で加圧手段によって一定の圧力が加えられながら加圧される。したがって、第１ウェーハと第２ウェーハは、互いに接触された状態で接合される。また、第１ウェーハと第２ウェーハは、加圧されて接触された後にアニーリングを通じて洗浄液が完全に除去されながら完全に接合される。
【００９１】
より詳細に説明すれば、第１ウェーハの接合面と第２ウェーハの接合面とが加圧されて接合されれば、第１ウェーハと接合面に存在するＳｉ−Ｏ−Ｈ基と第２ウェーハと接合面に存在するＳｉ−Ｏ−Ｈ基とが結合される。この際、第１ウェーハの接合面に存在するＯ−Ｈ基は、第２ウェーハの接合面に存在するＯ−Ｈ基とファンデルワールス結合をする。一方、第１ウェーハと第２ウェーハとの接合面の間に水分（Ｈ2Ｏ）が存在する。接合された第１ウェーハと第２ウェーハは、アニーリング過程を通じて第１ウェーハのＳ−Ｏ−Ｈ基と第２ウェーハのＳ−Ｏ−Ｈ基との結合でＨ2Ｏが分離されながらＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合によって完全に接合される。また、第１ウェーハの接合面と第２ウェーハの接合面との間に存在する水分は、アニーリング過程を通じて完全に除去される。
【００９２】
次は、本発明の他の実施例によるウェーハボンディング方法について説明する。
【００９３】
本発明の他の実施例によるウェーハボンディング方法は、図５を参照すれば、ＳＯＧ（ｓｐｉｎ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ）層コーティング段階（Ｓ１１）と、ＳＯＧ膜形成段階（Ｓ１５）と、第１ウェーハ装入段階（Ｓ１１０）と、第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１２０）と、第１ウェーハ引き出し装入段階（Ｓ１３０）と、第２ウェーハ装入段階（Ｓ１４０）と、第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１５０）と、第２ウェーハ引き出し装入段階（Ｓ１６０）及びウェーハボンディング段階（Ｓ１７０）とを含んでなる。また、ウェーハボンディング方法は、第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１２０）後に第１ウェーハ乾燥段階（Ｓ１２５）をさらに含んでなりうる。また、ウェーハボンディング方法は、第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１５０）の後に第２ウェーハ乾燥段階（Ｓ１５５）をさらに含んでなりうる。
【００９４】
本発明の他の実施例によるウェーハボンディング方法は、図４によるウェーハボンディング方法に比べて、ＳＯＧ層コーティング段階（Ｓ１１）及びＳＯＧ膜形成段階（Ｓ１５）をさらに含んでなされる。すなわち、ウェーハボンディング方法は、第１ウェーハと第２ウェーハとの洗浄及び表面処理（Ｓ１２０、Ｓ１５０）の前に少なくとも一つのウェーハの接合面を平坦化処理して、接合面の接触状態を改善して堅固に接合させる。
【００９５】
また、ＳＯＧ層コーティング段階（Ｓ１１）とＳＯＧ膜形成段階（Ｓ１５）は、互いにボンディングされる第１ウェーハと第２ウェーハとの接合面の平坦程度によって第１ウェーハと第２ウェーハのうち一つのウェーハに対してなされうる。また、ＳＯＧ層コーティング段階（Ｓ１１）とＳＯＧ膜形成段階（Ｓ１５）は、第１ウェーハと第２ウェーハのすべてに対してなされうる。以下では、第１ウェーハにＳＯＧ膜が形成される場合を中心に説明する。
【００９６】
一方、本発明の他の実施例によるウェーハボンディング方法についての説明では、図４によるウェーハボンディング方法の段階と同一または類似の工程は、同一の段階名と識別番号とを使い、詳細な説明を省略する。
【００９７】
ＳＯＧ層コーティング段階（Ｓ１１）は、第１ウェーハの接合面にＳＯＧ溶液を供給して、ＳＯＧ層をコーティングする段階である。ＳＯＧ溶液は、有機溶剤にガラスが溶けて液状で存在する物質である。例えば、ＳＯＧ溶液は、トルエンのような溶剤にシリケート系またはシロキサン系の誘電物質を反応させて製造した共重合体からなりうる。ＳＯＧ層は、光硬化性特性を有し、照射される紫外線によって堅い膜で硬化される。ＳＯＧ溶液は、半導体工程で一般的に使われている多様な溶液が使われ、ここで、その溶液の種類を限定するものではない。
【００９８】
ＳＯＧ層コーティング段階（Ｓ１１）は、第１ウェーハの接合面が上部に向かうようにして、回転させながらＳＯＧ溶液を接合面に噴射してコーティングするスピンコーティング方式で行われる。この際、第１ウェーハは、２００ｒｐｍないし５００ｒｐｍで回転し、ＳＯＧ溶液の粘度によって変更されうる。ＳＯＧ層は、望ましくは、数千Åないし数万Åで形成される。
【００９９】
ＳＯＧ膜形成段階（Ｓ１５）は、ＳＯＧ層を平板パネルで圧着して平坦化し、ＳＯＧ層を硬化させて第１ウェーハの接合面にＳＯＧ膜を形成する段階である。第１ウェーハの接合面にコーティングされたＳＯＧ層は、その表面に屈曲があり得る。したがって、ＳＯＧ層は、硬化の前に平板パネルで圧着して平坦にする。平板パネルは、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＯＬＹＥＴＨＥＲ  ＥＴＨＥＲ  ＫＥＴＯＮＥ；ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＯＬＹＥＴＨＥＲ  ＩＭＩＤＥ：ＰＥＩ）、ポリカーボネート（ＰＯＬＹ  ＣＡＲＢＯＮＡＴＥ；ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＯＬＹＢＵＴＩＬＥＮＥ  ＴＥＲＥＰＨＴＨＡＬＡＴＥ；ＰＢＴ）またはモノキャストナイロン（ＭｏｎｏＣａｓｔ  Ｎｙｌｏｎ）のように機械的強度が高いエンジニアリングプラスチック材質で形成される。また、平板パネルは、望ましくは、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂のように紫外線が通過することができる透明材質で形成される。
【０１００】
ＳＯＧ層は、平板パネルで圧着されて平坦化された後に、紫外線の照射によって硬化されてＳＯＧ膜で形成される。ＳＯＧ層は、平板パネルが除去された後に照射される紫外線によって硬化されうる。また、平板パネルが透明パネルである場合に、ＳＯＧ層は、平板パネルによって圧着された状態で、平板パネルを通過して照射される紫外線によって硬化されうる。平板パネルが透明パネルである場合は、ＳＯＧ膜がより平坦に形成される。第１ウェーハは、ＳＯＧ膜が形成された面が接合面となる。
【０１０１】
第１ウェーハ装入段階（Ｓ１１０）と、第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１２０）と、第１ウェーハ引き出し装入段階（Ｓ１３０）と、第２ウェーハ装入段階（Ｓ１４０）と、第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１５０）と、第２ウェーハ引き出し装入段階（Ｓ１６０）及びウェーハボンディング段階（Ｓ１７０）は、図４による実施例についての説明で詳しく説明したことがあるので、ここで、詳細な説明は省略する。
【０１０２】
一方、ＳＯＧ層コーティング段階（Ｓ１１）ないしウェーハボンディング段階（Ｓ１７０）は、一つの装備でインサイチュ工程で行える。すなわち、ＳＯＧ層コーティング段階（Ｓ１１）、第１ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１２０）及び第２ウェーハ洗浄及び表面処理段階（Ｓ１５０）、ウェーハボンディング段階（Ｓ１７０）は、それぞれ一つの装備に備えられる別途の工程チャンバ内でなされうる。インサイチュ工程は、ウェーハボンディングの諸般の工程が一つの装備でなされるので、工程がより効率的に進行して生産性が向上する。また、インサイチュ工程は、ウェーハボンディング過程でウェーハの表面の追加的な汚染を防止するので、ウェーハのボンディング不良を最小化させる。
【０１０３】
次は、より具体的な実施例と比較例とを通じて、本発明のウェーハ洗浄方法とそれを利用したボンディング方法とについて説明する。但し、本発明は、以下の実施例に限定されるのではない。
実施例１
【０１０４】
図６と図７は、実施例１による洗浄と表面処理の前後のウェーハ表面の写真を示す。
【０１０５】
８インチの第１ウェーハ（ＲＭＡ約１ｎｍ）と第２ウェーハとをＡ−ｔｙｐｅであり、パワーが１０００Ｗである常圧プラズマ装置の工程チャンバのチャックに載置させた。第１ウェーハと第２ウェーハは、必要によってＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程によって平坦化されうる。洗浄及び表面処理段階で、ウェーハの洗浄程度を評価するために、第１ウェーハの接合面に任意に指紋跡を形成した。第１ウェーハと第２ウェーハは、常圧下で窒素を３００ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎで供給される常圧プラズマと脱イオン水の加熱による水蒸気とをともにウェーハの接合面に供給して、表面処理と洗浄工程とを行った。この際、常圧プラズマと水蒸気は、同時に供給され、スキャン方式によって常圧プラズマと水蒸気とをウェーハの接合面に供給した。水蒸気は、脱イオン水を加熱して蒸気形態の粒子状に供給した。この際、水蒸気は、窒素とともに供給され、窒素の供給量は５ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎにした。第１ウェーハと第２ウェーハは、洗浄と表面処理とが完了した後にスピン乾燥過程によって接合面が乾燥された。第１ウェーハと第２ウェーハとを順次に真空チャンバに移送してアラインした後に、加圧してボンディングしてアニーリングした。
【０１０６】
図６に示すように、洗浄及び表面処理の前に第１ウェーハの接合面に指紋跡が形成されていることが分かった。しかし、図７に示すように、洗浄及び表面処理が完了した後に、第１ウェーハの接合面で指紋跡が除去されたことが分かる。したがって、洗浄及び表面処理段階で、第１ウェーハの接合面に対する洗浄及び表面処理が完全に行われたことが分かった。
【０１０７】
また、実施例１によってボンディングされたウェーハは、良好なボンディング状態を有することが分かった。まず、第２真空チャンバで接合した第１ウェーハと第２ウェーハは、接合強度が２２０ｍＪ／ｍ2より大きな値で測定された。接合されたウェーハを３００°でアニーリングした後、接合強度は２３００ｍＪ／ｍ2より大きな値で測定された。したがって、本発明の実施例１によってボンディングされた第１ウェーハと第２ウェーハは、良好な接合強度を表わしていた。
実施例２
【０１０８】
図８と図９は、実施例２による洗浄と表面処理の前後のウェーハ表面の写真を示す。
【０１０９】
実施例２は、水蒸気をノズル噴射による方法で供給したことを除き、他の事項は、実施例１と同様に実施した。
【０１１０】
第１ウェーハの洗浄前には、図８に示すように、第１ウェーハの表面に指紋跡があることが分かる。しかし、第１ウェーハの洗浄後には、図９に示すように、ウェーハの表面で指紋跡が除去されたことが分かる。したがって、洗浄及び表面処理段階で、第１ウェーハの接合面に対する洗浄及び表面処理が完全に行われたことが分かった。
【０１１１】
実施例２によってボンディングされたウェーハは、やはり良好なボンディング状態を維持することが分かった。アニーリング前の接合されたウェーハの接合強度は、２２０ｍＪ／ｍ2より大きな値で測定された。ボンディングされたウェーハを３００°でアニーリングした後、接合強度は２３００ｍＪ／ｍ2より大きな値で測定された。したがって、本発明の実施例２によってボンディングされた第１ウェーハと第２ウェーハは、良好な接合強度を表わしていた。
実施例３
【０１１２】
３インチの第１ウェーハの接合面にＳＯＧ溶液でスピンコーティングしてＳＯＧ層をコーティングした後、透明パネルを用いてＳＯＧ層の上部を圧着してＳＯＧ層を平坦化し、透明パネル上部にＵＶを照射してＳＯＧ層を光硬化してＳＯＧ膜を形成させた。次いで、第１ウェーハと第２ウェーハとを実施例１と同一の過程で洗浄及び表面処理、ウェーハボンディングを実施した。
【０１１３】
実施例３でも、実施例１でのように、洗浄及び表面処理段階で第１ウェーハの接合面に対する洗浄及び表面処理が完全に行われたことが分かった。また、第１ウェーハと第２ウェーハとを使ってウェーハボンディングを実施した結果、良好な接合強度を有するボンディングを得ることができた。
比較例１
【０１１４】
図１０と図１１は、比較例１による洗浄と表面処理の前後のウェーハ表面の写真を示す。
【０１１５】
８インチの第１ウェーハ（ＲＭＡ約１ｎｍ）と第２ウェーハとをＡ−ｔｙｐｅであり、パワーが１０００Ｗである常圧プラズマ装置の工程チャンバのチャックに載置させた。第１ウェーハと第２ウェーハは、必要によってＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程によって平坦化されうる。比較例１による洗浄及び表面処理過程でウェーハの洗浄程度を評価するために、第１ウェーハの接合面に任意に指紋跡を形成した。第１ウェーハと第２ウェーハは、常圧下で窒素を３００ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎで供給される常圧プラズマをウェーハの接合面に供給して、表面処理と洗浄工程とを行った。この際、比較例１では、実施例１と異なって、水蒸気は供給されなかった。第１ウェーハと第２ウェーハとを順次に真空チャンバに移送してアラインした後に、加圧してボンディングしてアニーリングした。
【０１１６】
図１０に示すように、洗浄及び表面処理の前に第１ウェーハの接合面に指紋跡が形成されていることが分かった。また、図１１に示すように、洗浄及び表面処理が完了した後にも、第１ウェーハの接合面で指紋跡が存在している。したがって、比較例１による洗浄及び表面処理過程で、第１ウェーハの接合面に対する洗浄及び表面処理が完全に行われなかった。
【０１１７】
また、比較例１によって処理された第１ウェーハと第２ウェーハとを別途の真空チャンバでウェーハボンディングした結果、ボンディングが不完全になり、相対的に接合強度が非常に低く測定された。
比較例２
【０１１８】
図１２は、比較例２による洗浄後のウェーハ表面の写真を示す。
【０１１９】
８インチの第１ウェーハ（ＲＭＡ約１ｎｍ）と第２ウェーハとを工程チャンバの真空チャックに順次に載置させた。第１ウェーハと第２ウェーハは、必要によってＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程によって平坦化されうる。比較例２による洗浄過程でウェーハの洗浄程度を評価するために、第１ウェーハの接合面に任意に指紋跡を形成した。第１ウェーハと第２ウェーハは、脱イオン水の加熱による水蒸気をともにウェーハの接合面に供給して洗浄を行った。この際、比較例２では、実施例１と異なって、常圧プラズマは供給されなかった。水蒸気は窒素とともに供給され、窒素の供給量は５ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎにした。
【０１２０】
第１ウェーハと第２ウェーハは、洗浄が完了した後にスピン乾燥過程によって接合面が乾燥された。第１ウェーハと第２ウェーハとを別途の工程チャンバに移送して順次に常圧プラズマによって表面処理を実施した。また、第１ウェーハと第２ウェーハとを別途の真空チャンバに移送してアラインした後に、加圧してボンディングしてアニーリングした。
【０１２１】
図１２に示すように、洗浄が完了した後にも、第１ウェーハの接合面で指紋跡が存在していることが分かった。したがって、比較に２による洗浄段階で、第１ウェーハの接合面に対する洗浄が完全に行われなかった。
【０１２２】
また、比較例２によって処理された第１ウェーハと第２ウェーハとを別途に常圧プラズマによって表面処理した後にウェーハボンディングを実施した結果、ボンディングが不完全になり、相対的に接合強度が非常に低く測定された。
【０１２３】
以上、本発明は、前述した特定の望ましい実施例に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を外れずに、当業者ならば、誰でも多様な変形の実施が可能であることは勿論であり、そのような変更は、特許請求の範囲に記載の範囲内でのみ可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明は、ウェーハ洗浄方法及びそれを利用したウェーハボンディング方法関連の分野に適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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