<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft einen Reinstraum, insbesondere für SOI-Bondungen, mit wenigstens einer Kammer für zumindest bei der Behandlung, Bearbeitung, Beschichtung oder Verbindung gegen Verunreinigung empfindliche Elemente oder Teile, insbesondere für die Durchführung von Produktionsschntten der Halbleitertechnik, die eine oder mehrere verschliessbare Öffnungen für die ein-und auszubringenden Elemente oder Teile und Anschlüsse Pur eine Gas- bzw.
Flüssigkeitszu- und -abfuhr aufweist Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung von Produktionsschritten in der Halbleitertechnik unter Anwendung dieses Reinstraumes, bei der in einer den Reinstraum enthaltenden Kammer Reinigungs-, Handhabung-un Bearbeitungseinrichtungen angebracht und Beschickungs- und Entnahmeeinrichungen für die zu behandelnden Elemente oder Teile vorgesehen sind.
Zahlreiche Prozesse in der Halbleitertechnik erfordern hohe und höchste Reinheitsgrade in der Umgebung. Verunreinigungen durch auch kleinste Partikel können sich in einzelnen Prozessabschnitten äusserst nachteilig auf die erzielbare Ausbeute oder Qualität auswirken. Aus diesem Grund werden Fertigungsschritte der Halbleitertechnik vornehmlich unter Reinraumbedingungen, also in Reinsträumen oder auch in Flowboxen, deren Anwendung allerdings begrenzt ist, durchgeführt.
Manche Prozesse sind nur unter höchsten Reinraumanforderungen durchführbar, wobei nach der üblichen Klassifizierung die sogenannte Reinraumklasse 1 oder eine noch höhere Reinheit der Umgebung gefordert wird. Dies gilt z. B. für das sogenannte SOI-Bonden (Silicon-On-Insulator), bei dem die Teile in hochreinem Zustand unmittelbar aneinandergefügt werden, wobei durch intermolekulare Aktionen eine bleibende Verbindung erzielt wird. Bei SOI-Bondungen muss unmittelbar vor der Einleitung der Bondung eine extreme Reinheit der Teile gewährleistet und der Reinigungsprozess durchgeführt werden, wobei überdies darauf geachtet werden muss, dass nicht nur Partikelfreiheit der zu bondenden Oberflächen gegeben ist, sondern auch Kontaminierungen durch Kohlenwasserstoffverbindungen grundsätzlich vermieden werden müssen.
Aus der US 4 883 215-A ist es bekannt, einen Bondungsprozess direkt In einer Reinigungskammer vorzunehmen, um solche Verunreinigungen zu vermeiden. In Weiterbildung dieses Verfahrens wird nach der US 4 962 829-A vorgesehen, die zu verbindenden Elemente in Transportkapseln mit Parallelabstand voneinander anzuordnen, in einem Reinstraum mit einer Reinigungsflüssigkeit zu säubern, dann den Spalt mit deionisiertem Wasser zu spülen und schliesslich die Kapseln mit den zu verbindenden Elementen einem Schleudervorgang zu unterziehen, durch den das Wasser abgeschleudert wird, so dass nun der Bondungsprozess durchgeführt werden kann. Es ist dabei auch möglich, die Kapseln für den Versand der verbundenen Elemente zu verwenden.
Es ergibt sich ein grosser Anlagenaufwand und es ist trotzdem nicht möglich, die Elemente (Wafer) exakt orientiert zusammenzuführen.
Auch bei einem Verfahren nach der EP-0 603 849-A2 werden die zu verbindenden Elemente innerhalb einer Reinigungskammer zunächst mit einer Reinigungsflüssigkeit gespült und dann wird anstelle der Reinigungsflüssigkeit hochreines Wasser eingesetzt. Hier werden die zu verbindenden Teile mit Spaltabstand voneinander festgehalten und das zwischen ihnen enthaltene Wasser wird durch Ausquetschen beim Zusammenführen der Teile für den Bondungsprozess in der Weise entfernt, dass die Elemente zunächst mit einem Rand unter Bildung eines Keilspaltes zusammengeführt und dann in die Endanlage gekippt werden, wobei das Wasser ausgedrückt wird. Nach einer Variante, die es ermöglicht, die Elemente parallel zueinander zusammenzuführen, kann das Wasser auch durch Abdampfen entfernt werden.
Dabei wir angestrebt, durch die Dampfentwicklung den Luftzutritt aus dem Reinstraum zu verändern, da bei dem verwendeten Verfahren für die Filterung der Luft ein Filter aus borhältigem Silikatglas verwendet wird, Borpartikel aus diesem Glas abgelöst werden und die Dotierung der zu verbindenden Schichten stören könnten. Es ist zwar eine Teilausrichtung der Elemente beim Zusammenfügen möglich, doch ergibt sich auch hier ein sehr hoher Anlagenaufwand.
Es ist In anderen Fällen bekannt, zu verbindende Wafer justiert bzw. orientiert zusammenzufügen, wobei diese Justierung nach vorhandenen Passmarken oder Strukturen erfolgen kann. Für die Justierung werden in der Halbleitertechnik Ausnchteeinrichtungen, z. B. sogenannte modifizierte Maskaligner, verwen- det, wobei im Normalfall in einer Station die Reinigung und erst in einer anderen Station eine Zusammenfügung der Wafer vorgenommen wird. Für Prozesse, die unter Rein- bzw. Reinstraumbedingungen stattfinden sollen, ist daher diese Art der Ausrichtung ungeeignet, da sich eine Kontamination der Wafer durch den Transport in ein Ausrichtegerät, ihre Fixierung und Manipulation ergibt, auch wenn die Wafer vorher einem ausreichenden Reinigungsprozess unterworfen worden sind.
Aufgabe der Erfindung ist demnach die Schaffung eines Reinstraumes der eingangs genannten Art, In dem auch während aufeinanderfolgender Behandlungs- oder Bearbeitungsprozesse Reinstraumbedingungen eingehalten werden können und Kontaminationen der zu behandelnden Elemente oder Teile sicher verhindert werden. Eine Teilaufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer diesen Reinstraum verwendenden Vorrichtung.
<Desc/Clms Page number 2>
Die gestellte Hauptaufgabe wird erfindungsgemäss bei einem Reinstraum der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Öffnung bzw. Öffnungen als mit einer von schädlichen Verunreinigungen freien Flüssigkeit, insbesondere deionisiertem, von Kohlenwasserstoffen freiem Wasser gefüllte Syphonverschlüsse ausgebildet sind oder die Kammer nach unten offen ist und nach Art einer Taucherglocke wenigstens mit dem unteren Randbereich ihrer Seitenwandungen in ein Bad aus einer entsprechend reinen Flüssigkeit eintaucht, wobei die Kammer über gesonderte Leitungen mit einem die Reinheitsbedingungen erfüllenden Schutzgas füllbar ist, so dass die zu behandelnden Elemente oder Teile nur 10 völlig untergetauchtem Zustand in die Kammer eingeführt bzw. aus der Kammer entnommen werden können.
Durch die Erfindung wird mit relativ einfachen Mitteln gewährleistet, dass von aussen keine schädlichen Verunreinigungen In die Kammer verschleppt werden können. Der Reinheitsgrad der Atmosphäre In der Kammer kann durch Verwendung eines geeigneten Schutzgases gewährleistet werden. Es ist an sich denkbar, die Kammer so lange mit dem inerten Schutzgas zu spülen, bis ein ausreichender Reinheitsgrad erhalten ist. Einfacher und in den meisten Fällen auch technisch durchführbar ist aber eine andere Vorgangsweise, nach der die Kammer vor der Inbetriebnahme mit der auch das Bad bildenden Flüssigkeit geflutet. also vollgefüllt wird. wonach nach dem Prinzip der Taucherglocke die Flüssigkeit durch Zufuhr des Schutzgases im erforderlichen Mass aus der Kammer herausgedrückt wird.
Die zu behandelnden Teile werden durch das Eintauchen in das Bad weitgehend von Verunreinigungen befreit, wobei es selbstver- ständlich üblich ist, die Teile vor dem Einbringen in das Bad ausreichend vorzureinigen.
Falls besonders hohe Reinh6ltsbedingungen einzuhalten sind, kann man nach einer Weiterbildung vorsehen, dass einem Einlass der Kammer ein oder mehrere Schleusen vorgeordnet sind. die je einen Reinstraum enthalten, der vom Reinstraum der Hauptkammer und jenem einer allenfalls vorgesehenen Nachbarschleuse getrennt und mit diesem nur durch unterhalb des Flüssigkeitsspiegels vorgesehene Öffnungen verbunden ist, wobei für die Hauptkammer und die Schleusenkammern syphonartige, voneinander durch Wandungen getrennte Flüssigkeitsbäder vorgesehen sind, der Reinstraum einer Schleuse über zwei benachbarte Bäder reicht und die zu behandelnden Elemente und Teile von einem Reinstraum zum nächsten nur unter völligem Eintauchen in das jeweilige Bad verbringbar sind.
Hier ergibt sich von Kammer zu Kammer ein höherer Reinheitsgrad und eine geringere Verunreinigungsgefahr für das Bad. Man kann auch verschiedene Flüssigkeiten in aufeinanderfolgenden Bädern verwenden und in den Schleusenkammern Im Bedarfsfall zusätzliche Vorreinigungsvorrichtungen oder Zwischentrocknungsanlagen einbauen.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer nach Art einer Taucherglocke in ein Bad aus einer inerten Flüssigkeit eintaucht. über Leitungen mit einem von Verunreinigungen freien Schutzgas beschickbar ist, so dass im oberen Bereich der Reinstraum entsteht, nach unten aber zum Bad offen ist oder im Bereich seitlicher Einführungs- und Entnahmeöffnungen für die behandelnden oder zu bearbeitenden Teile Syphonübergänge in das Bad aufweist, so dass die Elemente bzw. Teile mittels der Beschickungs- und Entnahmeeinrichtungen nur unter völligem Eintauchen 10 das Bad ein-und ausgebracht werden können und dass wenigstens einer Bearbeitungs- oder Behandlungseinrichtung in der Kammer eine Trocknungs- und Reinigungseinrichtung vorgeordnet ist.
Für die Handhabung der Teile bzw. Elemente können Transporteinrichtungen und Manipulatoren Verwendung finden. Man kann beispielsweise bei Verwendung von Syphonübergängen mit einer Einrichtung die zu behandelnden Teile unter der Syphontrennwand durchschieben und dann mit einer Entnahme- einnchtung der Kammer selbst in die Kammer befördern. Bei nach Art einer Taucherglocke ausgebildenden Kammern kann man auch gekröpfte Handhabungselemente verwenden, die einen ausserhalb der Kammer aus dem Bad herausragenden Schenkel, eine unter der Unterkante der Kammerwand durchragenden Schenkel und einen in die Kammer einführbaren hochragenden Schenkel aufweisen, also nach Art eines Schwanenhalses ausgebildet sind.
Die Reinigungs- und Trocknungseinrichtung kann in an sich bekannter Weise einen drehbaren Haltechuck für die Elemente besitzen, der z. B. zunächst innerhalb des Bades rotierend angetneben und dann angehoben wird. so dass er die Flüssigkeit von den zu verbindenden Elementen und von sich selbst abschleudert. Eine bevorzugte Ausführung beim Erfindungsgegenstand besteht aber darin, dass die Reinigungs-und Trocknungseinrichtung eine Umwälzturbine aufweist, die im Bad gegen den oder die auf einem Halter (Chuck) angebrachten, in die Flüssigkeit eintauchenden Teile gerichtete reinigende Flüssigkeitsströmungen erzeugt. Es ergibt sich dabei eine einfachere Haltemöglichkeit für die Teile und eine einfache Ausbildung der Haltevorrichtung.
In Weiterbildung dieses Grundgedankens ist mit der Turbine ein Turboge- bläse angetrieben, das einen trocknenden Gasstrom gegen die nach der Wäsche aus dem Bad in den Reinstraum der Kammer anhebbaren Teile richtet, wobei vorzugsweise das Turbinenrad des Gebläses und bzw. oder ein Schutzgehäuse für dieses Turbinenrad aus gesteuert elektrostatisch aufladbarem Material besteht, so dass sich an ihm ionisierte Partikel ablagern können. Es besteht auch die Möglichkeit, das Turbinenrad des Gebläses zunächst bei noch untergetauchten Teilen in das Bad abzusenken und anzutrei-
<Desc/Clms Page number 3>
ben, so dass es zunächst die reinigenden Flüssigkeitsströme erzeugt und dann Turbinenrad und Haltevorrichtung mit dem jeweiligen zu reinigenden Teil aus dem Bad zu heben und die Turbine als Gebläse arbeiten zu lassen.
Bei besonders hohen Remheitsanforderungen oder dann, wenn möglichst lange Betriebszeiten der Vorrichtung ohne Zwischenreinigung angestrebt werden, können auch zwei oder mehrere Wasch- und Trocknungseinrichtungen in je einen eigenen Reinstraum bildenden Abteilen der Kammer vorgesehen und nacheinander mit den Teilen beschickt werden, wobei vorzugsweise diesen Abteilen gesonderte, mit Flüssigkeit gefüllte Bäder zugeordnet sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht schliesslich vor, daS bei Verwendung der Vorrichtung für eine passgenaue Verbindung von Teilen, insbesondere das SOI-Bonden von Wafern, in dem vom der Kammer gebildeten Reinstraum die Bondstation untergebracht und mit einem Ausnchtechuck versehen ist. dem ein Richtmikroskop und bzw. oder eine Kamera zugeordnet sind, die auf die Richtmarke eines Wafers einstellbar sind, wobei die Einstelldaten von Mikroskop oder Kamera über Sensoren erfasst und in einem Rechner gespeichert werden, wobei der anzubondende Wafer od. dgl. an eine vorzugsweise von einem Sichtfenster der Kammer gbildete, dem Ausrichtechuck gegenüber befindliche Abstützung aufgelegt und Richtmikroskop bzw. Kamera auf seine Passmarken eingestellt werden, so dass die Wafer durch Aufeinanderdrücken passgenau zusammenfügbar sind.
Es wird hier mit relativ einfachen Mitteln und ohne Verwendung einer eigenen Ausrichtestation eine passgenaue Verbindung erzielt, so dass SOI-Bondungen für höher organisierte Halbleiterbauteile eingesetzt werden können, als dies nach dem bisherigen Verfahren möglich ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielswiese veranschaulicht Es zeigen
Fig. 1 schematisch in Blockdarstellung eine Vorrichtung für das SOI-Bonden von Wafern bei geöffne- ter Seitenwand eines Badbehälters und
Fig. 2 eine zugehörige Draufsicht.
Beim Ausführungsbeispiel sind in zwei Kassetten 1, 2 zu bondende Wafer untergebracht. Jede Kassette 1,2 wird auf eine aus der Halbleitertechnik bekannte Hubeinrichtung 28 abgesetzt, mit deren Hilfe es möglich ist, die Kassette in ein den gesamten Unterteil der Vorrichtung ausfüllendes Bad 3 aus deionisiertem Wasser-oder aus einer anderen Flüssigkeit abzusenken, wie dies in Fig. 1 strichliert veranschaulicht wurde. Es ist auch möglich, nur eine Hubeinrichtung und eine Kassette 1 zu verwenden, In der dann z. B. die zu bondenden Wafer alternierend angeordnet werden.
Nach dem Absenken in das Bad 3 werden aus den Kassetten 1,2 einzeln Wafer entnommen und mit Hilfe von Transporteinrichtungen 4, die beim Ausführungsbeispiel angetriebene Transportarme aufweisen, in der Praxis aber auch Wasserstrahl-Förderer sein können, zu Haltern, sogenannten Chucks 5, 6, befördert.
Diese Haltern befinden sich unterhalb eines Reinstraumes 9, der aus einer nach unten offenen Kammer gebildet wird, bei der die Seitenwände unten allseits genügend tief in das Bad 3 eintauchen. Der Reinstraum kann über Leitungen 10 mit einem inerten Gas gefüllt werden, wobei durch Über- oder Unterdruck der Spiegel des Bades innerhalb der Kammer 9 höher oder niedriger als ausserhalb der Kammer eingestellt werden kann. Auf den Chucks 5. 6 werden die Wafer z. B. durch Ansaugen unter Verwendung gerillte Chucks gehalten. Es können auch Stifte oder andere mechanische Halterungen Verwendung finden. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Chucks 5, 6 von einem im Wasserbad befindlichen Motor 7 angetrieben.
Man könnte auch von aussen über Schwanenhälse betätigbare Hubeinnchtungen oder äussere Motoren, die über Zwischengetriebe mit den Chucks verbunden sind, verwenden. Vorzugsweise wird ein Wafer auf dem einen Chuck 5 oder 6 an der Unterseite und der andere Wafer am Chuck 6 oder 5 an der Oberseite fixiert, damit die beiden zu bodenden Flächen nicht mit dem Chuck In Berührung kommen. Nun werden die Chucks 5,6 innerhalb des Wasserbades angetrieben oder durch Düsen Flüssigkeitsstrahlen gegen die Wafer gerichtet, um die zu bodenden Oberflächen zu säubern. Es können auch innerhalb des Wasserbades Ultraschall-Reinigungsgeräte für diesen Zweck eingesetzt werden.
Anschliessend werden die Chucks 5,6 in die Position 8 Innerhalb des Reinstraumes 9 verstellt, der, wie schon erwähnt wurde, vom Innenraum eine nach dem Prinzip der Taucherglocke hermetisch gegen die Aussenluft abgeschlossene Kammer bildet, so dass im Raum 9 höchste Partikelfreiheit gewährleistet ist. In Weiterbildung der beschriebenen Konstruktion werden die Chucks 5, 6 nun über den Motor 7 rotierend angetrieben, so dass die Wafer durch Schleudern getrocknet und durch Infrarotlampen 11 oder andere geeignete Wärmequellen einer Endtrocknung unterzogen werden können. Solche Reinigungs- und Trocknungsprozesse sind in der Halbleitertechnik üblich.
Nach einer erfindungsgemässen Variante kann man oberhalb der Chucks 5, 6 Turbinen vorsehen, die zunächst bei in der unteren Stellung befindlichen Chucks 5,6 mit ihren Turbinenrädern in das Bad 3 abgesenkt und angetrieben werden, so dass sie die Badflüssigkeit in
<Desc/Clms Page number 4>
Spülstrahlen über die Chucks leiten.
Anschliessend werden diese Turbinenräder angehoben und erzeugen nun bei in der Position 8 befindlichen Chucks 5, 6 einen trocknenden Luftstrom. Stellt man die Turbinenräder'oder ihr Schutzgehäuse aus elektrostatisch aufladbarem Material her, dann können sich an ihnen ionisierte Partikel ablagern, die beim nächsten Tauchvorgang im Bad 3 abgewaschen werden. Optische Sensoren 12 ermöglichen eine Vorjustierung der Wafer z. B. nach an ihnen vorgesehenen Einstellmarken bzw. Nase und Kerbe.
Die nun getrocknenten und teilweise vorjustierten Wafer werden durch Greifer zu einem Ausrichtechuck 14 transportiert, wobei der Greifer 13 wieder von einem gekapselten Motor 27 oder über einen Schwanenhals von einem ausserhalb des Bades 9 und des Reinstraumes 9 befindlichen Motor gesteuert angetrieben wird. Oberhalb des Justierchucks 14 befindet sich ein Sichtfenster 15. Durch dieses hermetisch abschliessende Fenster 15 kann der Wafer mittels eines Mikroskopes 16 oder auch über eine oder mehrere Kameras 26 beobachtet werden. Nachdem der Greifer 13 den ersten Wafer auf den Justierchuck 14 aufgelegt hat, wird das Mikroskop 16 bzw. die Kamera auf die Justiermarken des Wafers eingestellt. Der Justierchuck 14 bleibt. in seiner Grundstellung und das Mikroskop 16 bzw. die Kamera wird über Stelltriebe 17 verstellt, die mechanisch mit dem Chuck verbunden sind.
Die Verstellung des Mikroskopes wird In einem Rechner (PC) erfasst und abgespeichert oder durch digitalisierte Passmarken fixiert, so dass die eingestellte Position der Passmarken erhalten bleibt. Nun wird der zweite Wafer durch den Greifer 13 vom zweiten Reinigungschuck 6 oder 5 entnommen und oberhalb des Justierchucks 14 an das Sichtfenster 15 angelegt und an diesem z. B. durch Ansaugen oder mechanische Vorrichtungen fixiert. Das Mikroskop mit dem Justierchuck werden nun mittels der Stelltriebe 18 gemeinsam mit den Passmarken des am Sichtenster befindlichen Wafers eingestellt, so dass die Passmarken der beiden Wafer aufeinander ausgerichtet sind.
Nun wird der am Justierchuck 14 befindliche Wafer mit diesem Chuck zu dem am Sichtglas 15 anliegenden Wafer verstellt und der Bondprozess wird ausgelöst. Wie angedeutet wurde, sind Justiereinrichtungen vorgesehen, um die Einstellung einer absoluten Parallellage der beiden Wafer zu ermöglichen. Man kann Abstandsfähnchen oder Kugeln zwischen die Wafer einschwenken oder die Istlage der Wafer über ausserhalb der Reinstkammer 9 befindliche Messeinrichtungen erfassen und über Justiereinheiten eine Einstellung auf Parallellage vornehmen.
Nach Vollendung des Bondprozesses, der durch mechanisches Anpressen des Justierchucks 14 gegen das Sichtfenster unterstützt oder durch Anlegen von Vakuum verstärkt werden kann, werden die nun gebondeten Wafer mittels eines Greifers 21 beim Ausführungsbeispiel auf zwei Entladechucks 19, 20, gegebenenfalls aber auch nur auf einen gemeinsamen Entladechuck, entladen und mit diesem bzw. diesen Chucks wieder in das Bad 3 abgesenkt. Nun werden die gebondeten Wafer mit Entladeeinrichtungen, z. B.
Greifern 24, 25, oder anderen geeigneten Transportsystemen in ausserhalb des vom Reinstraum 9 überdeckten Bereiches im Bad angebrachte Kassetten 22,23 verbracht, die jeweils mit einer der Einrichtung 28 entsprechenden Hubeinrichtung aus dem Bad herausgehoben werden können, so dass die gefüllten Kassetten nach Trocknung oberhalb der Badoberfläche den weiteren Bearbeitungs- oder Behandlungsstationen für die Wafer zuführbar sind.
Für das Bad 3 können Umwälzeinrichtungen und lonenabscheider vorgesehen werden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein in sich geschlossener Reinstraum 9 vorhanden, In dem nur die für die Handhabung und Behandlung der Wafer wesentlichen Teile über der durchgehenden Wasseroberfläche liegen. Es wäre auch möglich, eine Kammer mit Boden zu verwenden und nur an den Längsenden Syphondurchlässe für die Greifer 4,24, 25 vorzusehen. Im Bedarfsfall können auch mehrere voneinander durch Syphons getrennte Reinsträume so vorgesehen werden, dass sie nacheinander von den zu bearbeitenden Teilen durchlaufen werden.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.