CN103168350B - 用于处理晶片的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于处理衬底、尤其晶片（15）的一种装置，该装置具有至少一个预处理模块（9）、至少一个后处理模块（11）以及至少一个主处理模块（10），其中该预处理模块（9）和该后处理模块（11）作为该主处理模块（10）的闸是可开关的，以及本发明涉及用于处理衬底、尤其晶片的一种相应的方法。

Description

用于处理晶片的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于处理衬底或衬底对、尤其是作为晶片对的晶片的装置以及涉及一种相应的方法。
背景技术
半导体技术的处理设备或装置大多是模块化构造的。所述处理设备或装置通常由不同的小室组成，在这些小室中执行不同的处理步骤。因此例如为了对晶片进行预处理考虑晶片处理步骤——如湿式清洗、等离子处理、蚀刻或加热，而对于晶片的主处理则考虑接合、涂漆、打印、压印和曝光。在已知的处理设备中，晶片或晶片堆叠随着箱盒在处理设备或处理设备的模块之间被运输。
在运输期间可能导致污染、损坏、变脏或氧化，并从而可能导致对其他处理步骤的影响。
在对相继晶片的处理之间、也即在加载和卸载晶片时主处理小室的污染也是成问题的。
另外，在主处理时必须克服从大气压力直至非常低的10-6巴或更小压力的大的压力差，这在时间方面也是关键的。
发明内容
本发明的任务因此是，衬底的处理不仅从流程上被优化，而且也尽可能地避免污染、损坏、弄脏或氧化。
该任务利用用于处理衬底对的根据本发明的装置和根据本发明的方法的特征得到解决。在说明书、权利要求书和/或附图中所说明的至少两个特征的所有组合同样也落在本发明的范围中。在所说明的值范围中，位于所述界限内的值也应该作为界限值来公开，并以任意的组合来要求权利。
本发明所基于的想法是，把主处理模块与至少一个预处理模块和至少一个后处理模块如此耦合，使得至少一个预处理模块和至少一个后处理模块和/或该主处理模块分别作为真空密封的闸（Schleuse）而用于相邻的预处理、主处理或后处理模块。根据本发明，在本发明的一个实施方式中同时规定，至少一个预处理模块和/或该主处理模块和/或至少一个后处理模块可以独立地或与相邻模块无关地被施加压力、尤其是真空，和/或被加温、尤其是加热。
通过这种方式，尽管根据本发明的处理设备具有灵活的构造，在本发明的装置内也设置了对多个衬底的时间优化的、甚至并行的处理，其中由于各个处理模块的闸式耦合，通过衬底与外部影响的去耦合解决了尤其是在对各个模块进行加载和卸载时的污染、损坏、弄脏或氧化。
特别有利的是，该主处理模块仅能通过闸被加载和卸载。这根据本发明通过如下方式来解决，即不仅设置与主处理模块闸式耦合的预处理模块，而且设置与主处理模块闸式耦合的后处理模块。通过这种措施，在处理的时间点以及在对主处理模块的加载和卸载期间，衬底或晶片的大多特别关键的并通常在极端条件下进行的主处理都不与环境进行接触。该主处理模块由此完全与环境去耦合，使得实际上排除了在衬底的主处理期间的污染、损坏、弄脏或氧化。另外还存在的优点是，可以在预处理模块和后处理模块中扩展预备和巩固主处理的步骤，尤其至少部分的压力施加和/或温度施加。因此在主处理模块中仅应克服比环境/大气压力pATM更小的压力差和/或温度差。
根据本发明的一个有利的实施方式规定，主处理小室在对衬底加载和卸载时可以作为闸来开关。从而在对该主处理小室加载时，同时能够对之前在主处理小室中处理的衬底进行后处理。相反，在对该主处理小室卸载时，同时能够在预处理小室中对在主处理小室中要处理的下一衬底进行预处理。
在另一有利的实施方式中规定，预处理小室和/或主处理小室和/或后处理小室尤其可以单独地借助加热装置来加热。在此特别有利的是，预处理小室和/或主处理小室和/或后处理小室是完全绝热的。这样在最小可能的热损失的情况下可以进行精确的温度控制。
只要在预处理模块之前可以作为闸而连接其他的相应构造的预处理模块和/或只要在后处理模块之后可以作为闸而连接其他的相应构造的后处理模块，那么该方法流程就可以进一步被细分，使得得出对处理流程中的通过时间的优化。在此根据本发明可以考虑多个预处理模块通过闸门同时与一个预处理模块直接耦合。这样就可以把时间密集的预处理步骤并行地并相应时间偏移地在前接的预处理模块中运行。这类似地适用于相应的后处理模块。
通过把闸构造为压力和/或温度闸，根据本发明可以通过预处理模块和/或后处理模块的相应电路来控制压力和/或温度。
为了加载和卸载，根据本发明设置加载和卸载装置，尤其是至少一个机械臂。所述机械臂被用于把衬底加载到主处理小室和/或预处理小室和/或后处理小室中，或把衬底从主处理小室和/或预处理小室和/或后处理小室中卸载，其中为了并行处理多个位于处理流程中的衬底/晶片，根据本发明可以设置多个机械臂。从而比如可以在每个预处理小室和/或每个后处理小室中准确地设置一个机械臂，所述机械臂可以在相应的闸门打开时介入到分别相邻的预处理小室或主处理小室中以对分别相邻的小室进行加载和卸载。
根据本发明的一个特别有利的实施方式规定，主处理小室可以同时从预处理小室加载以及卸载到后处理小室中，和/或预处理小室和后处理小室可以同时通过第一闸门被加载以及通过第二闸门被卸载。
附图说明
本发明的其他优点、特征和细节从对优选实施例的以下描述中以及根据附图得出；所述附图在：
图1a中示出本发明装置的示意俯视图，该装置具有预处理模块、主处理模块和后处理模块，
图1b中示出本发明装置根据图1a中的剖线A-A的示意剖视图，
图2a示出本发明装置的第二实施方式的示意俯视图，所述装置具有预处理模块、主处理模块和后处理模块，
图2b示出本发明装置的根据图2a中的剖线A-A的示意剖视图，
图2c示出本发明装置的根据图2a中的剖线B-B的示意剖视图，
图3示出用于处理衬底的本发明方法的压力/温度图，以及
图4示出本发明装置的剖视图，所述装置具有预处理模块、主处理模块和后处理模块。
在图中针对相对应的构件设置相同的附图标记。
具体实施方式
在图1所示的本发明装置1的实施方式中，线性地成一行地设置预处理模块9、主处理模块10和后处理模块11。
该预处理模块9由可施加真空的预处理小室2组成，该预处理小室包围预处理空间12。在该预处理小室2上连接有未示出的压力施加装置，该压力施加装置可以由未示出的中央控制装置来控制，以能够在关闭的预处理小室2的情况下控制该预处理空间12中的压力。通过未示出的温度施加装置可以对该预处理空间12加热和/或冷却，其中该温度施加装置可以由中央控制装置来控制。
为了给该预处理模块9加载一个（或多个）晶片15，按照图4设置第一机械臂16。如果第一闸门5打开，那么该机械臂——由中央控制装置控制地——可以穿过第一闸门5。该第一闸门5的打开和关闭同样通过中央控制装置来控制。
该第一闸门5在按照图1a和1b的实施方式中设置在装置1的第一端侧18上。该第一闸门5可以压力密封地关闭，并具有绝热装置，从而在第一闸门5的关闭状态下该预处理空间12可以被设置在压力下。
另外该预处理小室2与第一闸门5相对地与主处理模块10的主处理小室3共同具有第一主闸门6。该第一主闸门6与第一闸门5功能类似地来构造。该主处理模块10可以在第一主闸门6处与预处理模块9压力密封地相耦合，由此可以实现一种模块化构造以及该装置1的各个模块9、10、11的更换。
通过借助中央控制装置控制第一闸门5和第一主闸门6，预处理模块9可以用作闸门，也即其方式是，在第一闸门6打开时关闭第一闸门5，并且反之亦然。
主处理模块10由主处理小室3组成，该主处理小室包围或构成主处理空间13。
与该主处理小室3的第一主闸门6相对地设置至少部分地属于该主处理小室3的第二主闸门7，该第二主闸门用于把晶片15从主处理小室3卸载到后处理小室4中。该第二主闸门7至少部分地由该后处理小室4来构成。主处理空间13可以通过第二主闸门7与该后处理小室4的后处理空间14压力密封。在功能上该第二主闸门7对应于第一主闸门6，其中第一主闸门6和第二主闸门7由中央控制装置控制地构成闸。
用于在主处理模块10中主处理之后对晶片15进行后处理的后处理模块11由后处理小室4组成，该后处理小室构成了后处理空间14。另外，该后处理小室4还具有第二闸门8，该第二闸门与第二主闸门7相对地设置。
通过该第二闸门8并借助第二机械臂17，一旦该第二闸门8打开，那么晶片15就可以在后处理之后从该后处理空间14中卸载。
该后处理模块11同样可以用作闸，其方式是，如果第二闸门8打开，那么第二主闸门7就关闭，并且反之亦然。
该第二闸门8设置在装置1的第二端侧19上，使得晶片15在穿过预处理模块9、主处理模块10和后处理模块11的整个处理流程期间进行线形移动。
根据图2a的实施方式的不同之处在于模块9、10、11的成角度的设置，使得得出了变化的装置1’。变化的仅仅是主处理小室3’的构造，因为第二主闸门7没有设置为与第一主闸门6相对，而是设置在该主处理小室3’的侧壁上。
在本发明的另一实施方式中，在根据图1a和1b的实施方式中可以与图2a中的后处理模块11类似地在主处理模块10的侧面设置附加的侧模块（未示出），以从处理流程中去除在处理流程期间被识别的被损坏的晶片。
根据本发明的方法流程按照如下来进行，其中该方法流程的压力和温度曲线在图3中示出：
第一主闸门6和第二主闸门7被关闭。之后在主处理空间13中的压力通过未示出的压力施加装置、比如真空泵而被降低，尤其降低到小于10-6巴的压力pmin，优选降低到小于10-9巴的压力。这理想地在处理多个、尤其多于100个、优选多于1000个、更优选地多于10000个晶片或晶片对期间仅进行唯一一次。
通过打开的第一闸门5，晶片15或晶片对借助第一机械臂16被加载到预处理小室中并在那里被处理。该预处理可以是干燥和/或加湿处理步骤，比如湿式清洗、等离子处理、蚀刻、加热或类似的。该预处理特别优选地包括尤其是光学和/或机械的定向装置。
在该预处理步骤之前或之后或期间，预处理空间12可以通过单独可控的压力施加装置被抽真空。
在第一主闸门6打开之前，第一闸门5无论如何都被关闭，并且预处理空间12被抽真空，尤其在主处理小室3加载时或在加载之前短时内被抽真空到小于10-6巴、优选小于10-7巴的压力pv，使得该预处理模块9用作主处理模块10的闸。
通过内部运输系统，比如机械臂，晶片15穿过第一主闸门6被加载到主处理小室3、3’中。
接着第一主闸门6被关闭。在主处理小室3、3’加载期间第二主闸门7是持续关闭的。该压力优选地被进一步降低到小于10-6巴、更优选10-9巴的pmin。
在第一主闸门6闭合之后，另一晶片15已经可以被加载到预处理小室2中。同时在主处理模块10中进行第一晶片15的主处理。在此所述主处理比如可以是接合、涂漆、打印、压印或曝光。
在主处理模块10中对晶片15进行主处理之后，晶片15穿过第二主闸门7的开口被加载到后处理模块11中，其中第二闸门8关闭。在第二主闸门7打开之前，后处理空间14通过后处理模块11的压力施加装置被施加真空，尤其是小于10-6、优选小于10-7的压力，而且至少直至该晶片15从主处理模块10加载到后处理模块11中并且第二主闸门7再次关闭。
接着在后处理模块11中进行晶片15的后处理，比如冷却和通过后处理模块11的压力施加装置同时提高压力。
在后处理模块11中对晶片15的后处理结束之后，该晶片15通过第二闸门8和第二机械臂17被取出。
在每次打开主闸门6之前给预处理小室2以及在每次打开主闸门7之前给后处理小室4施加小于小室2，3，4之外的大气压力或环境压力pATM的压力pV或pN，和/或对预处理小室2以及后处理小室4进行净化，尤其是利用惰性气体来冲洗。
根据前述发明的一个特别有利的实施方式，晶片15是晶片对，或晶片对借助支架或用于处理晶片对的处理装置以上述方式被加载到装置1中，其中在图3所示的预处理的左边部分包括加热、抽真空、用还原气体的气体冲洗、湿化学处理、等离子处理和/或氩喷射的步骤。
在与预处理相比更高的真空中，也即更低的压力pmin下，来进行主处理，如在图3的中间部分所示的那样。在此通过主处理模块10的压力施加装置来调节受控的气体氛围、也即精确调节的气压以及精确控制的气体混合比。然后晶片对被接触并接合。在此之前调节连接所需的温度，尤其是大于250℃的Tmax，优选大于400℃的Tmax。在接合时在晶片对上施加尽可能相同的力，和/或施加电压。
在图3的右边部分所示的后处理在非氧化环境中来进行，其中进行冷却并把压力提升为大气压力。缓慢的冷却防止或避免了在之前接合的晶片对中的热应力。
根据一个实施方式，可以如此来进行晶片对的预处理，使得第一预处理模块被设置用于第一晶片或晶片对的预处理，以及第二预处理模块被设置用于第二晶片或晶片对的预处理。该第一和第二晶片可以通过单独的闸门被加载到主处理小室中。
小室2、3、4优选由不锈钢或铝来制造。
在图4所示的实施方式中，第一闸门5不是设置在预处理小室2’的端侧18上，而是设置在侧壁上。第二闸门8不是设置在端侧19上，而是设置在后处理小室4’的侧壁上。
该处理流程在图4中通过箭头来示出。
主闸门6、7必须具有相应高的、直至pmin的密封性，并优选作为传输阀门来构造，该传输阀门在分别相邻的小室2、3、4之间的共同的通道中密封地采用或可采用。闸门5、6、7、8的开孔直径为大于200mm、尤其大于300mm，优选大于450mm。
附图标记列表
1,1’ 装置
2,2’ 预处理小室
3,3’ 主处理小室
4,4’ 后处理小室
5 第一闸门
6 第一主闸门
7 第二主闸门
8 第二闸门
9 预处理模块
10 主处理模块
11 后处理模块
12 预处理空间
13 主处理空间
14 后处理空间
15 晶片
16 第一机械臂
17 第二机械臂
18 第一端侧
19 第二端侧。

Claims (13)

1.用于处理衬底对的装置，其中每个衬底对由第一和第二衬底组成，所述装置包括：
-用于衬底对的第一衬底在至少一个主处理模块中的主处理之前的预处理的第一预处理模块，所述第一预处理模块包括形成第一预处理空间的第一预处理小室、和在打开状态和关闭状态之间可切换的第一闸门，
-用于衬底对的第二衬底在所述至少一个主处理模块中的主处理之前的预处理的第二预处理模块，所述第二预处理模块包括形成第二预处理空间的第二预处理小室、和在打开状态和关闭状态之间可切换的第二闸门，
-用于所述衬底对的主处理的所述至少一个主处理模块，所述至少一个主处理模块具有形成主处理空间的主处理小室，其中所述衬底对的主处理包括使所述衬底对的第一和第二衬底彼此接触并且将第一和第二衬底接合在一起，同时给所述第一和第二预处理模块加载另外的衬底，所述至少一个主处理模块包括用于在所述第一和第二衬底的接合期间将所述主处理小室加热到高于250℃的温度的加热装置，
-位于第一预处理小室与主处理小室之间的第一主闸门，所述第一主闸门在打开状态和关闭状态之间可切换并且所述第一主闸门在关闭状态下形成主处理小室和第一预处理小室之间的真空密封的连接，
-位于第二预处理小室与主处理小室之间的第二主闸门，所述第二主闸门在打开状态和关闭状态之间可切换并且所述第二主闸门在关闭状态下形成主处理小室和第二预处理小室之间的真空密封的连接，
-至少一个用于所述衬底对的后处理的后处理模块，所述至少一个后处理模块具有：
形成后处理空间的后处理小室，和
在打开状态和关闭状态之间可切换的第三闸门，
-位于主处理空间与后处理空间之间的第三主闸门，所述第三主闸门在打开状态和关闭状态之间可切换并且第三主闸门在关闭状态下形成主处理小室和后处理小室之间的真空密封的连接，以及
-中央控制装置，用于控制一个或多个加压装置的运行以独立地控制第一和第二预处理空间、主处理空间、和后处理空间中的压力，以及用于控制第一闸门、第一主闸门、第二闸门、第二主闸门、第三闸门、和第三主闸门在打开状态和关闭状态之间的切换。
2.根据权利要求1所述的装置，其中第一、第二和第二主闸门是传输阀门。
3.根据权利要求2所述的装置，其中第一、第二和第三主闸门被插入位于分别相邻的预处理和后处理小室之间的共同通道中以在预处理和后处理小室之间形成密封。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括给第一和第二预处理模块中的至少一个前接的一个或多个其他的预处理模块作为闸，和/或给至少一个后处理模块后接的一个或多个其他的后处理模块作为闸。
5.根据权利要求1所述的装置，其中第一和第二衬底通过分开的闸门分别被加载到主处理小室中。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置此外包括加载和卸载装置，用于把第一和第二衬底加载到主处理小室和/或第一预处理小室和/或第二预处理小室和/或后处理小室中以及把第一和第二衬底从主处理小室和/或第一预处理小室和/或第二预处理小室和/或后处理小室卸载。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述加载和卸载装置包括至少一个机械臂。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述中央控制装置控制用于把第一和第二衬底加载到预处理小室、主处理小室和后处理小室中以及把第一和第二衬底从预处理小室、主处理小室和后处理小室卸载的加载和卸载装置的运行，其中
另一衬底对通过第一主闸门从第一和第二预处理小室被加载到主处理小室中以及所述第一和第二衬底同时通过第三主闸门从主处理小室被卸载到后处理小室中，或
另一衬底对通过第一和第二闸门被加载到第一和第二预处理小室中以及所述第一和第二衬底同时通过第三闸门从后处理小室被卸载。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述预处理模块被设计用于湿式清洗、等离子处理、蚀刻或加热。
10.用于处理衬底对的方法，包括：
-通过第一闸门给第一预处理模块的第一预处理小室加载由第一和第二衬底组成的衬底对的第一衬底，并且通过第二闸门给第二预处理模块的第二预处理小室加载所述衬底对的第二衬底，
-通过暴露于预定压力和/或预定温度在第一和第二预处理小室中对所述衬底对进行预处理，
-把所述衬底对从第一预处理小室中通过位于第一预处理小室和主处理小室之间的第一主闸门并且从第二预处理小室中通过位于第二预处理小室和主处理小室之间的第二主闸门加载到至少一个主处理模块的主处理小室中，其中所述衬底对暴露于所述主处理小室中的真空，
-在主处理小室中对所述衬底对进行主处理，所述主处理包括将所述主处理小室加热到高于250℃的温度并且将第一和第二衬底接合在一起，其中在主处理小室中对所述衬底对进行主处理的同时通过第一闸门和第二闸门将另一衬底对加载到第一和第二预处理小室中，
-从主处理小室中通过位于主处理小室和至少一个后处理模块的后处理小室之间的第三主闸门把所述衬底对卸载到所述后处理小室中，
-在后处理小室中对所述衬底对进行后处理，以及
-从后处理小室中通过第三闸门卸载所述衬底对。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在每次打开第一主闸门和第二主闸门之前以及在每次打开第三主闸门之前，预处理小室和后处理小室分别被暴露于小于预处理小室和后处理小室之外的大气压力或环境压力pATM的压力pV或pN，和/或对第一和第二预处理小室以及后处理小室进行净化。
12.根据权利要求10所述的方法，其中该方法此外包括利用惰性气体来冲洗第一和第二预处理小室以及后处理小室。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一和第二预处理模块被设计用于湿式清洗、等离子处理、蚀刻或加热。
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