等离子体处理设备

本申请要求于2022年7月28日在韩国知识产权局(KIPO)提交的第10-2022-0093735号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的公开通过引用全部包含于此。

技术领域

示例实施例涉及等离子体处理设备、晶片至晶片接合系统和晶片至晶片接合方法。更具体地，示例实施例涉及在将晶片彼此接合的晶片接合处理之前对晶片表面执行等离子体处理的等离子体处理设备、包括等离子体处理设备的晶片接合系统以及使用晶片接合系统的晶片接合方法。

背景技术

在制造电子产品(诸如，以CMOS图像传感器(CIS)、高带宽存储器(HBM)等为例)时，两个晶片可被彼此接合，这可有助于半导体线宽的小型化，通过应用3D互连结构来提高性能，并增加每个晶片的良率。晶片至晶片接合处理可包括例如等离子体激活步骤、水合步骤、晶片对准步骤、晶片接合步骤、退火步骤等。在其中执行等离子体激活步骤的等离子体处理设备可通过使用装载锁定腔室而始终将等离子体处理腔室保持在真空状态下来提高生产率。

发明内容

示例实施例提供了一种能够增加晶片接合强度并抑制随时间的变化的等离子体处理设备。

示例实施例提供了一种包括等离子体处理设备的晶片接合系统。

示例实施例提供了一种使用晶片接合系统的晶片接合方法。

根据示例实施例，一种等离子体处理设备包括：装载锁定腔室，能够在大气压力状态与真空压力状态之间切换；以及基底处理设备，被配置为：将基底传送到装载锁定腔室和从装载锁定腔室传送基底，并且在真空环境下在等离子体腔室中对基底的表面执行等离子体处理。基底处理设备包括：基底载台，设置在等离子体腔室内并且被配置为支撑基底；等离子气体供应器，被配置为将等离子气体供应到等离子体腔室中；蒸汽供应器，被配置为将水蒸气供应到等离子体腔室中；以及等离子体生成器，被配置为在等离子体腔室中生成等离子体。

根据示例实施例，一种等离子体处理设备包括：基底传送装置，被配置为在大气压力下传送基底；基底处理设备，被配置为在真空环境下在等离子体腔室中对基底的表面执行等离子体处理；装载锁定腔室，被配置为在基底传送装置与基底处理设备之间传送基底，装载锁定腔室能够在大气压力状态与真空压力状态之间切换；真空传送模块，被配置为在真空环境下在装载锁定腔室与基底处理设备之间传送基底；以及蒸汽供应器，被配置为将水蒸气供应到等离子体腔室中。

根据示例实施例，一种等离子体处理设备包括：基底传送装置，被配置为在大气压力下从分度模块传送晶片；基底处理设备，被配置为在真空环境下在等离子体腔室中对每个晶片的表面执行等离子体处理；装载锁定腔室，被配置为在基底传送装置与基底处理设备之间传送每个晶片，装载锁定腔室能够在大气压力状态与真空压力状态之间切换；真空传送模块，被配置为在真空环境下在装载锁定腔室与基底处理设备之间传送每个晶片；清洁设备，被配置为在由基底处理设备进行等离子体处理之后清洁每个晶片的表面；以及晶片接合设备，被配置为将清洁后的晶片彼此接合。基底处理设备包括：蒸汽供应器，被配置为将水蒸气供应到等离子体腔室中。

根据示例实施例，在一种晶片接合方法中，在大气压力下将晶片装载到装载锁定腔室中。将装载锁定腔室转换到真空压力状态。将水蒸气供应到连接到装载锁定腔室的等离子体腔室中。将晶片装载到等离子体腔室中。在等离子体腔室中生成等离子体以对晶片执行等离子体处理。将晶片从等离子体腔室卸载到装载锁定腔室。

根据示例实施例，一种晶片接合系统的等离子体处理设备可包括：载锁定腔室，能够在大气压力状态与真空压力状态之间切换；以及基底处理设备，被配置为：将基底传送到装载锁定腔室和从装载锁定腔室传送基底，并且在真空环境下在等离子体腔室中对基底的表面执行等离子体处理。基底处理设备包括：蒸汽供应器，被配置为将水蒸气供应到等离子体腔室中。

蒸汽供应器可在等离子体被生成在等离子体腔室中之前或在等离子体被生成在等离子体腔室中时将水蒸气供应到等离子体腔室中。因此，即使等离子体腔室总是保持在真空状态，也可增加和保持通过将等离子体腔室中的水分保持在特定水平以上而生成的OH自由基的量。因此，可增加等离子体处理后的晶片之间的接合强度，并且可抑制根据处理时间的流逝的等离子体腔室内部的老化变化，这可防止或减少晶片之间的接合强度随时间的降低。

附图说明

通过参照附图详细描述本公开的示例实施例，本公开的以上和其他特征将变得更加清楚。

图1是示出根据示例实施例的晶片接合系统的框图。

图2是沿着图1的线A-A'截取的示出根据示例实施例的图1中的等离子体处理设备的剖视图。

图3是示出根据示例实施例的图1中的晶片接合设备的剖视图。

图4是示出根据示例实施例的基底处理设备的框图。

图5是示出根据示例实施例的图4中的气体供应器的框图。

图6是示出根据示例实施例的由图5的气体供应器向其供应水蒸气的等离子体腔室的内部的视图。

图7是示出根据示例实施例的由图5的气体供应器供应的水蒸气在等离子体腔室中解离的状态的视图。

图8是示出根据示例实施例的由图5的气体供应器供应的等离子气体和水蒸气在等离子体腔室中解离的状态的视图。

图9是示出根据示例实施例的晶片接合方法的流程图。

图10是示出根据示例实施例的图9的晶片接合方法的视图。

图11是示出根据示例实施例的图9的等离子体处理操作的详细操作的流程图。

图12和图13是示出根据示例实施例的等离子体处理操作的时序图。

具体实施方式

在下文中将参照附图更全面地描述本公开的示例实施例。贯穿附图，相同的参考标号可指代相同的元件。

将理解，术语“第一”、“第二”、“第三”等在此用于将一个元件与另外的元件区分开，并且元件不受这些术语限制。因此，一个实施例中的“第一”元件可在另外的实施例中被描述为“第二”元件。

应当理解，除非上下文另外清楚地指示，否则每个实施例内的特征或方面的描述通常应被认为可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。

如在此使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也旨在包括复数形式。

图1是示出根据示例实施例的晶片接合系统的框图。图2是沿着图1的线A-A'截取的示出根据示例实施例的图1中的等离子体处理设备的剖视图。图3是示出根据示例实施例的图1中的晶片接合设备的剖视图。

参照图1至图3，晶片接合系统10可包括分度模块(index module)20和处理模块22，分度模块20被配置为装载和卸载晶片，处理模块22设置在分度模块20的侧部处并被配置为将晶片彼此接合。处理模块22可包括等离子体处理设备70、清洁设备80和晶片接合设备90。此外，处理模块22还可包括对准设备50。处理模块22可以是具有长方体形状的封闭空间，并且可提供具有低水平的污染物(诸如，以灰尘、空气微生物、气溶胶颗粒物和化学蒸气为例)的受控环境。

在示例实施例中，分度模块20可包括矩形的盒式载台30和能够沿着导轨42移动的分度器机器人40。盒式载台30可提供存放晶片的空间。多个支撑板32可沿着盒式载台30的长边方向(Y方向)设置。多个晶片可被接纳在其中的晶片载体C(FOUP)可分别支撑在支撑板32上。晶片载体C也可被称为载体C。接纳在载体C中的晶片可由分度器机器人40传送到处理模块22中。

例如，三个载体C可设置在盒式载台30上。将被彼此接合的第一晶片和第二晶片可分别被接纳于第一载体C和第二载体C中，并且接合后的晶片可被接纳于第三载体C中。这里，第一晶片可以是上晶片，第二晶片可以是下晶片。

第一晶片可以是用于图像传感器芯片的电路被形成在其中的晶片，第二晶片可以是用于图像传感器芯片的光电传感器被形成在其中的晶片。可选地，第一晶片可以是用于半导体封装件(诸如，高带宽存储器(HBM))的电路被形成在其中的晶片，第二晶片可以是用于半导体封装件的存储器被形成在其中的晶片。

在示例实施例中，对准设备50可检测晶片W的平坦部P(或槽口部)以对准晶片W。对准设备50可包括被配置为支撑晶片W的基座、被配置为使基座旋转的旋转部、以及具有被配置为使基座倒置的基座倒置部的定位机械装置52。由对准设备50对准的晶片可通过作为基底输送装置的传送机器人60、62传送到等离子体处理设备70、清洁设备80或晶片接合设备90。

根据示例实施例，对准设备50还可包括装载板，装载板被配置为临时装载由分度器机器人40或传送机器人60输送的晶片。另外，装载板可通过倒置机构旋转，以使吸附在承载板上的晶片倒置。

第一传送机器人60可在处理模块22中的传送区域中移动，以在与传送区域邻近的对准设备50、等离子体处理设备70、清洁设备80和晶片接合设备90之间传送晶片。晶片可在大气压力下由第一传送机器人60传送。例如，大气压力可包括大气压力或接近大气压力的压力范围(±10kPa)。传送区域中的第一传送机器人60可用作大气传送模块。第一传送机器人60在此也可被称为基底传送装置。

在示例实施例中，等离子体处理设备70可包括基底处理设备100、真空传送模块200和装载锁定腔室300。如下面将描述的，等离子体处理设备70可使用装载锁定腔室300，以在始终将基底处理设备100的等离子体腔室110保持在真空状态的同时对晶片表面执行等离子体处理。

装载锁定腔室300可用作大气传送模块与真空传送模块200之间的连接腔室。装载锁定腔室300可被控制以选择性地允许晶片从大气传送模块传送到真空传送模块200。装载锁定腔室300可能够在大气压力状态与真空压力状态之间切换。

用于支撑晶片的至少一个基底板320可设置在装载锁定腔室300中。基底板320可支撑晶片。例如，基底板320可支撑将要从第一传送机器人60装载到等离子体腔室110中的第一晶片或第二晶片，并且可支撑将要从等离子体腔室110卸载到第一传送机器人60的第一晶片或第二晶片。

如图2中所示，第一真空泵318可通过第一排气管314连接到装载锁定腔室300。例如，第一真空泵318可包括干式真空泵。当第一闸阀312和第二闸阀212被关闭并且安装在第一排气管314中的阀316被开启时，装载锁定腔室300的压力可降低至减压环境。此时，第一真空泵318可一直操作，并且装载锁定腔室300的内部可通过阀316的开/关控制而维持在减压环境下。为了将装载锁定腔室300的内部转换为大气压力，氮气或干燥空气(例如，清洁干燥空气(CDA))可被供应到装载锁定腔室300中以将内部压力提高到大气压力，并且第一闸阀312可被开启。因此，装载锁定腔室300的内部可在大气环境下与传送区域连通，使得装载锁定腔室300的内部变成大气环境。因此，装载锁定腔室300的压力可能够在大气压力与减压环境之间变化。

传送晶片的传送装置220可设置在真空传送模块200中。例如，传送装置220可包括传送臂，传送臂可能够在垂直和水平方向上移动并且可能够围绕垂直轴旋转。

第二真空泵218可通过第二排气管214连接到真空传送模块200。例如，第二真空泵218可包括干式真空泵。当第二真空泵218操作并且安装在第二排气管214中的阀216开启时，真空传送模块200的压力可降低到真空环境。在一个示例中，当装载锁定腔室300处于真空压力状态时，真空传送模块200可被减压至真空状态并与装载锁定腔室300连通。当装载锁定腔室300处于减压环境下时，第二闸阀212可被开启。当等离子体腔室110处于真空环境下时，第三闸阀112可被开启。因此，真空传送模块200中的传送装置220可在真空环境下在装载锁定腔室300与等离子体腔室110之间传送晶片。真空传送模块200可维持真空压力状态并与装载锁定腔室300连通。

如下面将进一步描述的，基底处理设备100可对设置在等离子体腔室110中的基底(诸如，半导体晶片W)的表面执行等离子体处理，以在基底表面上形成悬空接合(danglingbond，又称为悬键或悬空键)。晶片W在此也可被称为基底。第三真空泵118可通过第三排气管115连接到等离子体腔室110。例如，第三真空泵118可包括干式真空泵。当第三真空泵118操作时，等离子体腔室110的压力可降低到真空环境。类似于真空传送模块200，等离子体腔室110可始终保持在真空环境下。

在基底处理设备100中，等离子气体可在真空环境下被激发并转换为等离子体以形成离子和活性物质。此外，当这些离子和活性物质被照射到晶片的接合表面上时，接合表面可被等离子体处理和改性。

装载锁定腔室300的内部容积可被设置为小于真空传送模块200或等离子体腔室110的内部容积。然而，示例实施例不限于此。

再次参照图1，已经由等离子体处理设备70对其执行了等离子体处理的第一晶片或第二晶片可通过第一传送机器人60被装载到清洁设备80中。

清洁设备80可清洁已经由等离子体处理设备70进行了等离子体处理的晶片表面。清洁设备80可包括被配置为喷射去离子(DI)水的喷嘴和被配置为支撑和旋转晶片的支撑件，并且可使用DI水清洁晶片的表面。DI水可清洁晶片的表面，并且可通过允许-OH基团和水分子良好地接合到晶片的表面来促进晶片的接合。

清洁设备80可邻近等离子体处理设备70设置。可选地，清洁设备80可堆叠在等离子体处理设备70的顶部上。将理解，等离子体处理设备和清洁设备的布置是说明性的，示例实施例不限于此。

由清洁设备80冲洗的第一晶片或第二晶片可通过第一传送机器人60和第二传送机器人62装载到晶片接合设备90中。如图3中所示，晶片接合设备90可包括下卡盘结构和上卡盘结构。上卡盘结构可包括用于固持第一晶片W1的上载台410，下卡盘结构可包括用于固持第二晶片W2的下载台400。

第一晶片W1可通过上载台410的抽吸孔412被抽吸真空。上载台410可被分成若干区域，并且抽吸孔412可设置在这些区域中并且可彼此独立地被控制。例如，抽吸孔可分别形成在从中心沿径向方向顺序布置的第一区域至第三区域中。第一区域可对应于上载台410的中心区域，第三区域可对应于上载台410的外围区域，并且第二区域可对应于中心区域与外围区域之间的中间区域。第二晶片W2可通过下载台400的抽吸孔402被抽吸真空。类似于上载台的抽吸孔，下载台400的抽吸孔可设置在若干区域中，并且可彼此独立地被控制。

上载台410可固定地安装在上框架422中。下载台400可设置为面对上载台410。下载台400可安装为能够通过设置在底座420上的升降杆421向上和向下移动。因此，设置在下载台400上的第二晶片W2可朝向设置在上载台410上的第一晶片W1移动。另外，下载台400可安装为能够平移地和旋转地移动，以调节其相对于上载台410的位置。

晶片接合设备90可包括对第一晶片W1的中心区域加压的推杆430。推杆430可安装为能够移动穿过上载台410。可选地，晶片接合设备90可包括另外的推杆，该另外的推杆用于与推杆430一起对第二晶片W2的中心区域进行按压或代替推杆430用于对第二晶片W2的中心区域进行按压。

当第一晶片W1和第二晶片W2分别由上载台410和下载台400固持时，晶片接合处理可被执行。

首先，可在第一晶片W1的整个表面上用一致的压力在上载台410上抽吸第一晶片W1，并且可在第二晶片W2的整个表面上用一致的压力在下载台400上抽吸第二晶片W2。

然后，推杆430可下降以对第一晶片W1的中心部分加压。因此，第一晶片W1的中心部分可比外围部分向下突出，使得第一晶片W1向下凸出地弯曲。此时，可去除形成在第一区域中的抽吸孔的真空压力，并且可保持形成在第二区域和第三区域中的抽吸孔的真空压力，使得可由上载台410的抽吸孔412抽吸真空仅第一晶片W1的外围区域。

当第一晶片W1向下弯曲以向下凹入时，第一晶片W1的中心部分可首先接触第二晶片W2，然后从中心部分到外围区域逐渐结合。

然后，可从上载台410的抽吸孔412去除真空压力，以将第一晶片W1和第二晶片W2彼此接合。

晶片接合系统10可用于将晶片接合至晶片，但不限于此。例如，根据示例实施例，晶片接合系统可执行裸片至晶片接合或裸片至裸片接合。

在下文中，将更详细地描述图1的等离子体处理设备。

图4是示出根据示例实施例的基底处理设备的框图。图5是示出根据示例实施例的图4中的气体供应器的框图。图4是示出根据示例实施例的图1的基底处理设备的框图。

参照图4和图5，基底处理设备100可包括等离子体腔室110、具有下电极的基底载台120、上电极140、喷头160和气体供应器170。

在示例实施例中，基底处理设备100可以是被配置为将等离子体辐射到设置在电感耦合等离子体(ICP)腔室110中的基底(诸如，半导体晶片W)的表面以在基底表面上形成悬空接合的设备。然而，由等离子体处理设备生成的等离子体不限于电感耦合等离子体，并且根据示例实施例，可以是例如电容耦合等离子体或微波等离子体。

等离子体腔室110可提供对晶片W执行等离子体处理工艺的封闭空间。等离子体腔室110可以是圆柱形真空腔室。等离子体腔室110可包括金属(诸如，以铝、不锈钢等为例)。等离子体腔室110可包括覆盖等离子体腔室110的上端部分的盖111。盖111可气密性地密封等离子体腔室110的上端部分。

第三闸阀112(参见图1)可安装在等离子体腔室110的侧壁中，以允许晶片W进入和离开等离子体腔室110。晶片W可通过第三闸阀112装载到基底载台上/从基底载台卸载。

排气口114可安装在等离子体腔室110的底部部分中。排气口114可通过第三排气管115(参见图2)连接到第三真空泵118(参见图2)。排气部116可连接到排气口114。排气部116可包括自动压力控制器(APC)117和涡轮分子泵(TMP)，自动压力控制器(APC)117和涡轮分子泵(TMP)可用于将等离子体腔室110内部的处理空间减压至期望的真空水平。根据示例实施例，可省略涡轮分子泵，并且在这种情况下，可仅使用第三真空泵118。另外，在等离子体腔室110中生成的工艺副产物和残余工艺气体可通过排气口114排出。

基底载台120可在等离子体腔室110内支撑晶片W。基底载台120可包括在其上放置晶片的下电极。

上电极140可设置在等离子体腔室110外部以面对下电极。上电极140可设置在盖111上。可选地，上电极140可设置在喷头160上方或等离子体腔室的上部中。

上电极140可包括射频(RF)天线。天线可具有平面线圈形状。盖111可包括盘形介电窗。介电窗包含介电材料。例如，介电窗可包括氧化铝(Al

例如，上电极140可包括螺旋或同心线圈。线圈可在等离子体腔室110的空间中生成电感耦合等离子体P。应当理解，线圈的数量、布置等可根据示例实施例而变化。

在示例实施例中，气体供应器170可包括等离子气体供应器172和蒸汽供应器174，等离子气体供应器172作为被配置为将等离子气体供应到等离子体腔室110中的第一气体供应器，蒸汽供应器174作为被配置为将水蒸气供应到等离子体腔室110中的第二气体供应器。第一气体供应器172和第二气体供应器174可分别连接到喷头160，并且等离子气体和水蒸气可通过喷头160供应到等离子体腔室110中。

等离子气体供应器172可包括用于供应第一等离子气体的第一等离子气体供应器和用于供应第二等离子气体的第二等离子气体供应器。例如，第一等离子气体可包括氧(O

如图5中所示，第一等离子气体供应器可包括第一等离子气体供应源180a、连接到第一等离子气体供应源180a以将第一等离子气体供应到等离子体腔室110中的第一等离子气体供应线181a和183a、以及用于调节第一等离子气体的供应流速的第一流速控制器182a。这些元件可被称为第一等离子气体供应元件。

第一等离子气体供应源180a可供应第一等离子气体。例如，第一等离子气体可包括氧(O

类似地，第二等离子气体供应器可包括第二等离子气体供应源180b、连接到第二等离子气体供应源180b以将第二等离子气体供应到等离子体腔室110中的第二等离子气体供应线181b和183b、以及用于调节第二等离子气体的供应流速的第二流速控制器182b。这些元件可被称为第二等离子气体供应元件。

第二等离子气体供应源180b可供应第二等离子气体。例如，第二等离子气体可包括氮(N

根据示例实施例，气体供应器170还可包括压力调整气体供应器，压力调整气体供应器被配置为供应压力调整气体。压力调整气体供应器可包括压力调整气体供应源、连接到压力调整气体供应源以将压力调整气体供应到等离子体腔室110中的压力调整气体供应线、以及用于调节压力调整气体的供应流速的流速控制器。这些元件可被称为压力调整气体供应元件。

压力调整气体供应源可将压力调整气体供应到等离子体腔室110中，以从真空压力状态改变到大气压力状态，以维持腔室。例如，压力调整气体可包括诸如氮(N

蒸汽供应器174可包括蒸汽供应源190、连接到蒸汽供应源190以将水蒸气供应到等离子体腔室110中的蒸汽供应线191和193、以及用于调节水蒸气的供应流速的第三流速控制器192。这些元件可被称为蒸汽供应元件。

蒸汽供应源190可供应水蒸气。例如，蒸汽供应源可被配置为(诸如，经由利用旁路方法、起泡器方法和自然蒸发方法)以各种方式操作。蒸汽供应线191和193可连接到等离子体腔室110中的喷头160的气体引入通道164。来自蒸汽供应源190的水蒸气可通过蒸汽供应线191和193以及喷头160供应到等离子体腔室110中。第三流速控制器192可控制通过蒸汽供应线191和193引入等离子体腔室110的水蒸气的供应流速。第三流速控制器192可包括质量流量控制器(MFC)。

第一流速控制器至第三流速控制器182a、182b和192可设置在气箱GB中。虽然示出仅流速控制器被安装在气箱GB中，但是分别安装在流速控制器的上游或下游的阀、调整器等可设置在气箱GB中。

阀184a、184b和194可以是用于供应和阻挡等离子气体和水蒸气的供应元件。如上所述，可使用喷头类型将等离子气体和水蒸气供应到等离子体腔室110中。然而，示例实施例不限于此。例如，根据示例实施例，可使用例如气体注入喷嘴类型、流动类型等将等离子气体和水蒸气供应到等离子体腔室110中。

在示例实施例中，蒸汽供应器174还可包括围绕蒸汽供应线191的至少一部分的加热器护套195。结果，可防止或减少蒸汽供应线191中的水蒸气的冷凝。例如，加热器护套195可包括围绕蒸汽供应线191的加热垫。

此外，蒸汽供应器174还可包括用于检测蒸汽供应源190中的水蒸气的温度的温度传感器TS和用于检测蒸汽供应源190中的水蒸气的压力的压力传感器PS。

例如，等离子体腔室110中的压力可相对低(几毫托(mTorr))(例如，在一个示例实施例中，温度可为约60℃)，蒸汽供应线191的压力可相对低(例如，在一个示例实施例中，温度可为约25℃)，并且蒸汽供应源190中的压力可相对高(约10托(Torr))(例如，在一个示例实施例中，温度可为约25℃)。在这种情况下，当蒸汽供应源190中的压力下降到约24托以下时，可发生蒸发并且可从水DIW生成水蒸气。为了将生成的水蒸气移动到等离子体腔室110中而不冷凝，蒸汽供应源和蒸汽供应线的适当的压力和温度控制可被考虑。

为了防止或减少水蒸气的冷凝，蒸汽供应线191的温度可保持在蒸汽供应源190中的温度以上。加热器护套195可设置为围绕蒸汽供应线191的至少一部分，以将蒸汽供应线191的温度保持为高于蒸汽供应源190内的温度。根据实施例，加热器护套可设置为不仅围绕蒸汽供应线191，而且还围绕包括第三流速控制器192和阀的整条供应线，这可提高防止或减少蒸汽的冷凝的效率。

作为等离子体生成器的第一电源150可将等离子体源电力施加到上电极140。例如，第一电源150可包括作为等离子体源元件的源RF电源152和源RF匹配器154。源RF电源152可生成射频(RF)信号。源RF匹配器154可匹配从源RF电源152生成的RF信号的阻抗，以使用线圈控制等离子体被生成。

作为等离子体生成器的第二电源130可将偏置源电力施加到下电极。例如，第二电源130可包括作为偏置元件的偏置RF电源132和偏置RF匹配器134。下电极可吸引在等离子体腔室110中生成的等离子体原子或离子。偏置RF电源132可生成射频(RF)信号。偏置RF匹配器134可匹配偏置RF的阻抗。偏置RF电源132和源RF电源152可通过控制单元的调谐器彼此同步或去同步。

控制器可连接到第一电源150和第二电源130以控制第一电源150和第二电源130的操作。具有微型计算机和各种接口电路的控制器可基于存储在外部或内部存储器中的程序和方案信息(recipe information)来控制等离子体处理设备的操作。

当具有预定频率的射频功率被施加到上电极140时，由上电极140感应的电磁场可被施加到注入到等离子体腔室110中的等离子气体以生成等离子体P。偏置电力可被施加到下电极，以朝向下电极吸引在等离子体腔室110中生成的等离子体原子或离子。

图6是示出根据示例实施例的由图5的气体供应器向其供应水蒸气的等离子体腔室的内部的视图。图7是示出根据示例实施例的由图5的气体供应器供应的水蒸气在等离子体腔室中解离的状态的视图。图8是示出根据示例实施例的由图5的气体供应器供应的等离子气体和水蒸气在等离子体腔室中解离的状态的视图。

参照图6，蒸汽供应器174可将水蒸气供应到等离子体腔室110中。当晶片被放置在装载锁定腔室300或真空传送模块200中时，蒸汽供应器174可将水蒸气供应到等离子体腔室110中。根据示例实施例，蒸汽供应器174可在晶片W被装载到等离子体腔室110中之前将水蒸气供应到等离子体腔室110中。根据示例实施例，蒸汽供应器174可在等离子体被生成在等离子体腔室110中之前将水蒸气供应到等离子体腔室110中。根据示例实施例，蒸汽供应器174可供应水蒸气，并且等离子气体供应器172可同时供应等离子气体。

参照图7，在水蒸气被供应到等离子体腔室110中之后，等离子体P可在等离子体腔室110中被生成。由于等离子体的解离反应，供应到等离子体腔室110中的水蒸气可解离成各种离子和自由基(诸如，以H+、H*、H

参照图8，蒸汽供应器174可在等离子气体供应器172供应等离子气体的同时供应水蒸气。蒸汽供应器174可在等离子体被生成在等离子体腔室110中之前或同时将水蒸气供应到等离子体腔室110中。

由于等离子体的解离反应，供应到等离子体腔室110中的等离子气体和水蒸气可解离成各种离子和自由基。

如上所述，等离子体腔室110可使用装载锁定腔室300始终在真空状态下对晶片执行等离子体处理，这可提高生产率。然而，由于等离子体腔室110总是保持真空状态，所以等离子体腔室110中的水分减少，导致生成的OH自由基的量减少，因此，晶片之间的接合强度可降低。

在示例实施例中，蒸汽供应器174可将水蒸气供应到等离子体腔室110中。水蒸气可在等离子体被生成在等离子体腔室110中之前或同时被供应到等离子体腔室110中。因此，由于等离子体的解离作用，水蒸气可被解离，使得OH自由基的生成量可极大增加。因此，即使等离子体腔室110的真空状态一直被保持，等离子体腔室110中的水分也可保持在特定水平，以增加和保持生成的OH自由基的量，这可增加和保持晶片之间的接合强度。

在下文中，将描述使用图1的晶片接合系统对晶片进行接合的方法。

图9是示出根据示例实施例的晶片接合方法的流程图。图10是示出根据示例实施例的图9的晶片接合方法的视图。图11是示出根据示例实施例的图9的等离子体处理操作的详细操作的流程图。图12和图13是示出根据示例实施例的等离子体处理操作的时序图。

参照图1至图13，首先，可对将被彼此接合的晶片的接合表面中的至少一个执行等离子体处理(S10)。

在示例实施例中，可在大气压力下将晶片装载到装载锁定腔室300中(S100)。

如图1和图2中所示，当通过作为基底传送装置的第一传送机器人60在大气压力下将晶片传送到装载锁定腔室300的前部时，可开启第一闸阀312。然后，可通过第一传送机器人60在大气压力下将晶片装载在装载锁定腔室300中的基底板320上。此时，当已经执行了等离子体处理的另外的晶片被装载在另外的基底板上时，第一传送机器人60可将晶片夹持在另一基底板上并且可从装载锁定腔室300传送晶片。

然后，可将装载锁定腔室300转换到真空压力状态(S110)。可关闭第一闸阀312并且可操作第一真空泵318，使得将装载锁定腔室300减压并转换到真空压力状态。

然后，可将晶片移动到连接到装载锁定腔室300的真空传送模块200(S120)，并且可将水蒸气供应到等离子体腔室110中(S130)。

可开启第二闸阀212，并且真空传送模块200中的传送装置220可将装载在基底板320上的晶片移动到真空传送模块200中。

如图12中所示，在一个批次(批次A、批次B)的晶片(#1、#2、……、#(n-1)、#n)在等离子体腔室110中被顺序地等离子体处理之前，蒸汽供应器174可将水蒸气供应到等离子体腔室110中。蒸汽供应器174可在晶片被装载到等离子体腔室110中之前将水蒸气供应到等离子体腔室110中。在将水蒸气供应到等离子体腔室110中之后，批次A的第一晶片(#1(A))、批次B的第一晶片(#1(B))、批次A的第二晶片(#2(A))、批次B的第二晶片(#2(B))、……、批次A的第n晶片(#n(A))和批次B的第n晶片(#n(B))可被顺序地等离子体处理。在批次A和批次B的晶片的等离子体处理之后，蒸汽供应器174可将水蒸气供应到等离子体腔室110中。批次A和批次B的等离子体处理后的晶片可在后续接合工艺中彼此接合。

例如，一个批次可包括25个晶片。然而，示例实施例不限于此。例如，将理解，根据示例实施例，可在根据批次单元和批处理单元对各种数量的晶片进行等离子体处理之前供应水蒸气。尽管图12示出批次A、批次B、批次C和批次D，但是示例实施例不限于此。

然后，可将晶片从真空传送模块200装载到等离子体腔室110中(S140)。

可开启第三闸阀112，并且真空传送模块200中的传送装置220可将装载在基底板320上的晶片传送到基底处理设备100的等离子体腔室110中。

然后，可关闭第三闸阀112，并且可在等离子体腔室110中对晶片执行等离子体处理(S150)。

如图4和图5中所示，等离子气体供应器172可通过喷头160的喷射孔162将等离子气体引入到等离子体腔室110中，并且等离子体腔室110中的压力可通过排气部116调节到高真空压力。然后，可将等离子体电力施加到上电极140以在等离子体腔室110中生成等离子体P，并且可将偏置电力施加到下电极以执行等离子体处理。

如图13中所示，在一个批次(批次A、批次B)的晶片(#1、#2、……、#(n-1)、#n)在等离子体腔室110中被顺序地等离子体处理之前，并且当晶片被等离子体处理时，蒸汽供应器174可将水蒸气供应到等离子体腔室110中。例如，每当所有晶片被等离子体处理时，蒸汽供应器174可将水蒸气供应到等离子体腔室110中。在等离子气体供应器172供应等离子气体的同时，蒸汽供应器174可供应水蒸气。可选地，每当多个晶片(例如，2个晶片、4个晶片、6个晶片等)的等离子体处理被执行时，蒸汽供应器174可将水蒸气供应到等离子体腔室110中。

当晶片在装载锁定腔室300中时，蒸汽供应器174可将水蒸气供应到等离子体腔室110中。可选地，当特定晶片(例如，晶片#2)的等离子体处理被执行时，蒸汽供应器174可将水蒸气供应到等离子体腔室110中。在等离子气体供应器172供应等离子气体的同时，蒸汽供应器174可供应水蒸气。

然后，可将晶片从等离子体腔室110卸载到真空传送模块200(S160)，可在真空压力下将晶片从真空传送模块200移动到装载锁定腔室300(S170)，可将装载锁定腔室300转换到大气压力(S180)，并且可在大气压力下将晶片从装载锁定腔室300卸载(S190)。

当晶片的表面处理完成时，第二闸阀212和第三闸阀112可开启，并且传送装置220可将晶片从等离子体腔室110取出并将晶片传送到装载锁定腔室300的基底板320上。然后，在关闭第二闸阀212和第三闸阀112之后，可将氮气或干燥空气供应到装载锁定腔室300中，以使内部压力等于大气压力。因此，装载锁定腔室300的内部环境可从减压状态切换到大气压力状态。然后，第一闸阀312可开启，并且传送机器人60可将等离子体处理后的晶片从装载锁定腔室300的基底板320取出，并且可将等离子体处理后的晶片传送到清洁设备80，在清洁设备80中执行随后的处理。

然后，可冲洗/清洁等离子体处理后的晶片的表面(S20)，并且可将清洁后的晶片彼此接合(S30)。然后，可对接合的晶片进行退火(S40)。

在示例实施例中，清洁设备80可包括喷射DI水(DIW)的喷嘴和能够支撑和旋转晶片以使用DI水(DIW)清洁晶片表面的支撑部。DI水(DIW)不仅可清洁晶片W的表面，而且还可通过允许-OH基团和水分子良好地接合到晶片W的表面来促进晶片W的接合。

然后，在将清洁后的晶片W1和W2装载到晶片接合设备90中之后，晶片W1和W2可被抽吸以分别固持在上载台410和下载台400上。可通过形成在上载台410中的抽吸孔412对第一晶片W1抽吸真空。可通过形成在下载台400中的抽吸孔402对第二晶片W2抽吸真空。

然后，推杆430可使第一晶片W1的中心部分下降并加压，以使第一晶片W1向下凸形弯曲。此时，只有第一晶片W1的外围区域可被形成在上载台410中的抽吸孔412抽吸真空。

在第一晶片W1向下凸形变形的状态下，上载台410可降低以使第一晶片W1与第二晶片W2接触。此时，第一晶片W1的中心部分可最初接触第二晶片W2，然后从中心部分到外围区域逐渐结合。

然后，可通过从上载台410的抽吸孔412去除真空压力来将第一晶片W1与第二晶片W2彼此接合。

然后，接合的晶片W1和W2可通过退火设备进行热处理。

上述晶片至晶片接合系统和晶片至晶片接合方法可用于制造例如包括逻辑装置和存储器装置的半导体封装件或图像传感器。例如，半导体封装件可包括易失性存储器装置(诸如，动态随机存取存储器(DRAM)装置和静态随机存取存储器(SRAM)装置)或非易失性存储器装置(诸如，闪存装置、相变随机存取存储器(PRAM)装置、磁性随机存取存储器(MRAM)装置、铁电随机存取存储器(ReRAM)装置等)。图像传感器可包括互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

虽然已经参照本公开的实施例具体示出和描述了本公开，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可在其中进行形式和细节上的各种改变。