CN103474378B - 基于tsv制程的真空预湿装置和抽真空预湿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于TSV制程的真空预湿装置，包括一预湿腔，在预湿腔上设有腔盖，预湿腔内设有晶圆放置区；预湿腔通过气体管道连接一真空泵。在腔体侧壁上连接有一段进排气共用管道，在进排气共用管道上设有压力检测传感器；进排气共用管道分别连接进气管道和排气管道，在进气管道上设有进气阀，在排气管道上设有抽气阀；抽气阀的出口通过管道连接真空泵。腔体侧壁上具有连接腔体的液位显示部，在液位显示部的顶部设有液位检测传感器；腔体底部一侧连接有进液管道，在进液管道上设有进液阀；在所述预湿腔的腔体底部底端设有排液管道，在排液管道上设有排液阀。本发明结构简单稳定，易于使用，能够有效节省TSV电镀铜填充预湿工艺步骤的时间。
Description
技术领域
本发明涉及微电子封装技术领域，具体为硅通孔电镀铜填充前预湿工艺中的真空预湿设备，此设备也可应用在其它微电子封装电镀前预湿工艺。
背景技术
目前，三维集成电路是当前研究和竞争的热点，由于三维硅通孔（TSV,ThroughSiliconVia）技术能提供更短的电连接通路、能拥有更多的信号通道、能代替效率低下的引线等优点，是提高器件性能的可行途径，故其成为三维集成电路核心技术之一。
铜由于其导电、导热性能优越，被广泛应用于TSV互连中，电镀铜是TSV填充的主要工艺，是TSV技术的重要一环。在TSV电镀铜填充工艺中，TSV在电镀前的预湿工艺十分重要，如果预湿不充分，会导致TSV电镀后在内部存在空洞缺陷，严重影响TSV的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于TSV制程的真空预湿装置，和使用该装置进行抽真空预湿的方法，该装置具有简易、有效、稳定及易于使用的优点，能够有效节省TSV电镀铜填充预湿工艺步骤的时间。本发明采用的技术方案是：
一种基于TSV制程的真空预湿装置，包括一预湿腔，在预湿腔上设有腔盖，预湿腔内设有晶圆放置区；所述预湿腔通过气体管道连接一用于抽真空的真空泵。
在所述预湿腔的腔体侧壁上连接有一段进排气共用管道，在进排气共用管道上设有用于检测腔体压强的压力检测传感器；进排气共用管道分别连接进气管道和排气管道，在进气管道上设有进气阀，在排气管道上设有抽气阀；抽气阀的出口通过管道连接真空泵；所述进排气共用管道与腔体连接处位于腔盖与预湿腔内填充液体后的液面高度之间。
在所述预湿腔的腔体侧壁上具有连接腔体的液位显示部，在液位显示部的顶部设有用于检测腔内液位的液位检测传感器；所述液位检测传感器位于预湿腔内晶圆放置区放置的晶圆高度之上，进排气共用管道与腔体连接处高度之下。
在所述预湿腔的腔体底部一侧连接有进液管道，在进液管道上设有进液阀；在所述预湿腔的腔体底部底端设有排液管道，在排液管道上设有排液阀。
所述液位检测传感器、压力检测传感器、进气阀、抽气阀、进液阀和排液阀均连接至控制器。
所述腔盖上连有机械手。
一种基于TSV制程的抽真空预湿方法，包括下述步骤：
S1.将带有TSV孔的晶圆放置于预湿腔内的内晶圆放置区处；
S2.对预湿腔进行抽真空；并利用压力检测传感器实时检测腔内压力；
S3.当预湿腔内的腔压达到第一指定腔压时，向预湿腔内充入填充液；
S4.当预湿腔内的腔压达到第一指定腔压1/5～1/10值的第二指定腔压时，再经过一设定时间继续抽真空后停止抽真空；
S5.利用液位检测传感器采集腔内液位信号，当液位高于晶圆放置区处放置的晶圆上表面时，停止充入填充液；
S6.向预湿腔内充气；
S7.当压力检测传感器检测到腔内压强等于大气压强后，取出晶圆。
所述步骤S1中，晶圆放置于腔体内设定的晶圆放置区8上，可允许晶圆平面与水平面有±15°范围内的倾斜。
本发明的优点：本发明所提出的真空预湿装置，具有结构合理简单，效果好，稳定和易于使用的优点，能够有效节省TSV电镀铜填充预湿工艺步骤的时间，提高生产效率，降低成本。
附图说明
图1为本发明的结构组成示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：
按照本发明提供的技术方案，一种基于TSV制程的真空预湿装置，其示意图如图1所示，包括：预湿腔9，在腔上设有腔盖10，腔盖10上连有机械手11，腔内设有晶圆放置区8；在腔体侧壁上，具有连接腔体的液位显示部5，在液位显示部5的顶部设有液位检测传感器6用于检测腔内液位。此外，在腔体侧壁上连接有一段进排气共用管道13，在进排气共用管道13上设有用于检测腔体压强的压力检测传感器7；进排气共用管道13分别连接进气管道和排气管道，在进气管道上设有进气阀4，进气阀4用于给抽完真空后未充填液体的腔内部分放入空气；在排气管道上设有抽气阀3，抽气阀3的出口通过管道连接给腔体抽真空的真空泵12。在所述预湿腔9的腔体底部一侧连接有进液管道作为填充液的进口，填充液用于润湿晶圆的TSV孔，在进液管道上设有进液阀1。在腔体底部底端设有排液管道作为填充液的出口，在排液管道上设有排液阀2。所述液位检测传感器6、压力检测传感器7、进气阀4、抽气阀3、进液阀1和排液阀2均连接至控制器（图1中未画出）。图1中A、B、C和D分别对应为进液口、排液口、进气口和抽气口。
具体的，晶圆放置于腔体内设定的晶圆放置区8上，可允许晶圆平面与水平面有±15°范围内的倾斜；抽真空过程中，腔体的腔盖10位于腔体的上端。进排气共用管道13与腔体连接处位于腔盖10与预湿腔9内填充液体后的液面高度之间，这样可以防止抽真空时液体进入气体管道。液位检测传感器6位于预湿腔9内晶圆放置区8放置的晶圆高度之上，进排气共用管道13与腔体连接处高度之下，以便在填充液没过晶圆上表面后，控制器根据液位检测信号及时控制进液阀1关闭，停止充液。
一种基于TSV制程的抽真空预湿方法，包括下述步骤：
S1.通过机械手11移去腔盖10，将带有TSV孔的晶圆放置于预湿腔9内的内晶圆放置区8处，盖好腔盖10，关闭进气阀4、抽气阀3、进液阀1和排液阀2。
S2.进行抽真空时，控制器控制抽气阀3打开，与此同时真空泵12开始进行抽真空，压力检测传感器7将当前腔压信号传给控制器；
S3.当腔压达到第一指定腔压（50mtorr，约为6.666Pa）时，控制器控制进液阀1打开，此时腔体开始充入填充液（去离子水）；
S4.真空泵12继续作业，当腔压达到第二指定腔压（5mtorr，约为0.667pa）时，真空泵12仍继续作业一设定时间（60s）后，控制器控制抽气阀3关闭，同时关断真空泵12；
S5.腔体充液后，当液位显示部5进液后，液位检测传感器6开始采集腔内液位信号，当液位高于晶圆放置区8处放置的晶圆上表面时，控制器控制进液阀1关闭；
S6.随后控制器控制进气阀4打开，腔内开始充气；
S7.当压力检测传感器7检测到腔内压强等于大气压强后，机械手11即可移除腔盖10，取出晶圆。
晶圆取出后，控制器控制排液阀2打开，将腔内填充液排空，至此，一次晶圆抽真空预湿的实施方法结束。
本装置结构简单，操作起来方便，便于使用。由于操作方法严谨，且晶圆放置处设有一定角度倾斜，便于气泡的排除，使得晶圆的抽真空效果非常好。不仅能够有效节省TSV电镀铜填充预湿工艺步骤的时间，且能提高生产效率，降低成本。
Claims (5)
1.一种基于TSV制程的真空预湿装置，包括一预湿腔(9)，在预湿腔(9)上设有腔盖(10)，预湿腔(9)内设有晶圆放置区(8)；所述预湿腔(9)通过气体管道连接一用于抽真空的真空泵(12)；抽气阀(3)的出口通过管道连接真空泵(12)；
其特征在于：在所述预湿腔(9)的腔体侧壁上连接有一段进排气共用管道(13)，在进排气共用管道(13)上设有用于检测腔体压强的压力检测传感器(7)；进排气共用管道(13)分别连接进气管道和排气管道，在进气管道上设有进气阀(4)，在排气管道上设有抽气阀(3)；
所述进排气共用管道(13)与腔体连接处位于腔盖(10)与预湿腔(9)内填充液体后的液面高度之间；
在所述预湿腔(9)的腔体侧壁上具有连接腔体的液位显示部(5)，在液位显示部(5)的顶部设有用于检测腔内液位的液位检测传感器(6)；
所述液位检测传感器(6)位于预湿腔(9)内晶圆放置区(8)放置的晶圆高度之上，进排气共用管道(13)与腔体连接处高度之下；
所述液位检测传感器(6)、压力检测传感器(7)、进气阀(4)、抽气阀(3)、进液阀(1)和排液阀(2)均连接至控制器。
2.如权利要求1所述的基于TSV制程的真空预湿装置，其特征在于：在所述预湿腔(9)的腔体底部一侧连接有进液管道，在进液管道上设有进液阀(1)；在所述预湿腔(9)的腔体底部底端设有排液管道，在排液管道上设有排液阀(2)。
3.如权利要求1所述的基于TSV制程的真空预湿装置，其特征在于：所述腔盖(10)上连有机械手(11)。
4.一种基于TSV制程的抽真空预湿方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1.将带有TSV孔的晶圆放置于预湿腔(9)内的内晶圆放置区(8)处；
S2.对预湿腔(9)进行抽真空；并利用压力检测传感器(7)实时检测腔内压力；
S3.当预湿腔(9)内的腔压达到第一指定腔压时，向预湿腔(9)内充入填充液；
S4.当预湿腔9内的腔压达到第一指定腔压1/5～1/10值的第二指定腔压时，再经过一设定时间继续抽真空后停止抽真空；
S5.利用液位检测传感器(6)采集腔内液位信号，当液位高于晶圆放置区(8)处放置的晶圆上表面时，停止充入填充液；
S6.向预湿腔(9)内充气；
S7.当压力检测传感器(7)检测到腔内压强等于大气压强后，取出晶圆；
所述步骤S1中，晶圆放置于腔体内设定的晶圆放置区(8)上；晶圆平面与水平面夹角允许有±15°范围内的倾斜；
所述第一指定腔压为50mtorr，所述第二指定腔压为5mtorr。
5.如权利要求4所述的基于TSV制程的抽真空预湿方法，其特征在于：所述填充液为去离子水。
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