CN109003932B - 用于处理对准的基板对的系统和相关技术 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基板处理系统，并提供了一种处理用于基板与基板(例如，晶圆与晶圆)对准和键合应用的精确对准和定心半导体基板(例如，晶圆)对的工业规模的系统和方法。一些实施方式包括具有框架构件和间隔器组件的对准的基板传送装置。可以使用对准的基板传送装置、可选地在机器人控制下将定心的半导体基板对定位在处理系统内。定心的半导体基板对可以在键合装置中在没有对准的基板传送装置的情况下被键合在一起。键合装置可以包括第二间隔器组件，该第二间隔器组件与对准的基板传送装置的间隔器组件一致地操作，以在基板之间执行间隔器切换。

Description

用于处理对准的基板对的系统和相关技术
技术领域
本公开涉及用于处理对准的基板对的系统部件及方法，并且更特别地涉及 构造为以适合于基板与基板(例如，晶圆与晶圆)键合应用的精度保持对准的 半导体基板对的对准的部件。
背景技术
晶圆与晶圆(W2W)键合被应用在用于形成半导体装置的广泛的半导体加 工应用中。其中应用晶圆与晶圆键合的半导体加工应用的示例包括集成电路的 基板设计和制造、微电子机械系统(MEMS)的包装和封装、以及纯微电子的许多处理层的层叠(3D集成)。W2W键合包括使两个或更多个晶圆的表面对准、 将对准的晶圆传送到晶圆键合室中、使晶圆表面接触、并且在它们之间形成牢 固的键合界面。如此生产的半导体装置的整体制造良率和制造成本以及最终纳 入这些装置的电子产品的成本在很大程度上取决于W2W键合的质量。W2W键合的质量取决于晶圆对准的准确性、传送和键合处理期间晶圆对准的保持以及 横跨晶圆键合界面的键合强度的均匀性和完整性。此外，为了避免晶圆的断裂、 表面损坏或翘曲，在晶圆的传送、定位、定心和对准期间需要极其小心。
图1A示出了根据现有技术的用于将对准的晶圆从对准器传送到键合器的 常规传送固定件的示意图。传统上讲，如图1A所示，晶圆对18在对准器台50 中被对准，并且对准的晶圆对18被固定到传送固定件24上。传送固定件24将 对准的晶圆对18运送到键合台60和至任何进一步的处理台。现有技术的传送 固定件24在2011年5月24日公布的、名称为“用于半导体键合的装置和方法(Apparatus and Method for Semiconductor Bonding)”的美国专利No.7,948,034 中进行了描述。
图2A示出了根据现有技术的图1A的并且相对于图3进行的讨论的常规传 送固定装置。图2B示出了根据现有技术的图2A的常规传送固定件的夹持组件 的放大视图。图3是根据现有技术的使用常规传送固定件将对准的晶圆对加载 到键合室中的示意图。首先参照图3，常规传送固定件24定尺寸为保持对准的 晶圆对(未示出)，并且传送装置16用于将传送固定件24和对准的晶圆对移入 和移出键合室12。在一个示例中，传送装置16是自动的或以另外方式手动操作 的传送臂或滑动件。
如图2A所示，传送固定件24是通常由钛构造的圆形环280，并且包括三 个鼻部280a、280b、280c，该三个鼻部围绕圆形状环280对称地间隔开并且起 到用于基底晶圆的支承点的作用。邻近三个鼻部280a、280b、280c中的每个是 三个间隔器与夹持组件282a、282b、282c，其以120°间隔对称地布置在圆形环 280的周边处。每个间隔器与夹持组件282a、282b、282c包括间隔器284和夹 持件286。间隔器284构造为以预定距离设置两个晶圆。可以选择具有不同厚度 的间隔器284来设置两个晶圆之间的不同间距。一旦间隔器284插入在晶圆之间，则夹持件286向下夹持以锁定两个晶圆的位置。夹持件286可以是单一结构或连杆，其向下移动以接触上部晶圆，从而将该上部晶圆保持在传送固定件 24上的适当位置处。每个间隔器284和每个夹持件286分别由线性致动器283和285独立地启动。
对于键合处理，将两个对准的晶圆放置在承载固定件24中，并且用间隔器 284间隔开，然后用夹持件286向下夹持。将带有被夹持的晶圆的固定件插入键 合室12中，然后每个夹持件286一次一个地松开，并且间隔器284被移除。一 旦所有间隔器284被移除，则两个晶圆就通过气动控制中心销被铆固在一起。 然后，贯穿整个高温键合处理施加力柱(forcecolumn)以助于键合装置12中的 键合处理。
在行业内，已知传送固定件24对于用于操纵的传送装置16或机器人来说 可能是重的且具有挑战性。此外，一旦它们定位在键合装置12内，则传送固定 件24在整个键合过程的持续时间内保持在键合装置12中，从而使传送固定件 24经受高达550℃的温度的键合环境以及可以在键合装置12内使用的室气体和 /或压力。具体而言，传送固定件24可以在远离键合装置12的加热卡盘的外周 边数毫米的位置定位一小时或更长时间，从而传送固定件24变得非常热。这些 条件在传送固定件24上、以及特别是在间隔器284和夹持件286的复杂结构上 施加了大量的应力。因此，随时间推移，传送固定件24变得不可靠并且需要大量的维修，包括结构的灵敏度调节，这具有高的成本并且花费大量时间。
在另一些实施方式中，对准的晶圆对暂时键合，并且暂时键合的晶圆对被 传送到键合台和任何其它处理台。晶圆的暂时键合可以用于在处理过程中使对 准移位误差最小化。暂时晶圆键合技术包括利用激光束、暂时粘性粘结剂和混 合熔合来键合晶圆的中心或边缘。然后用传送固定件或类似的常规传送装置将 键合的晶圆对传送到键合装置。激光键合技术需要至少一个激光透射晶圆，并且粘附键合技术可能造成晶圆表面的污染。
因此，鉴于前述缺陷和不足，希望提供一种用于精确地处理对准的和居中 的、用于基板与基板(例如晶圆-晶圆)键合应用的半导体基板(例如，晶圆) 对的、具有高吞吐量和处理所有类型基板而不引入任何污染物的能力的工业规 模的系统和方法。
发明内容
一个示例实施方式提供了构造为键合一对基板的基板处理系统。该系统包 括处理室。该系统还包括设置在处理室内并包括间隔器的间隔器组件，该间隔 器构造为：插入在所述对基板之间；并且与设置在处理室内的对准的基板传送 装置的引导特征接触(incident with)，其中间隔器构造为在插入所述对基板之前在与引导特征接触时在处理室内停止前进。在一些情况下，间隔器组件还包括 构造为提供径向预加载的偏置元件，其中，所述偏置元件为该对基板提供用于 向外径向热膨胀依从性的预加载起点。在一些这样的情况下，间隔器组件还包 括：驱动器；轴，其与驱动器操作性地联接；以及轴承，其与轴和间隔器操作 性地联接。此外，驱动器构造为以提供轴承和间隔器的线性移动的方式来提供轴的线性移动。在一些这样的情况下，该系统还包括安装部分，该安装部分操 作性地联接轴和轴承，使得安装部分经由轴的移动来提供轴承的移动，其中： 轴承安装至安装部分；安装部分和轴具有用于提供在安装部分与轴之间的浮动 联接一定程度的的空隙；并且在浮动联接处提供预加载起点。在一些这样的情 况下，偏置元件包括弹簧元件，该弹簧元件具有：第一端部，其与安装部分联 接；以及第二端部，其与轴的延伸超过安装部分的部分连接。在一些情况下，间隔器组件构造为向间隔器提供预加载力，以在间隔器插入到所述对基板之间 时减小间隔器偏转的可能性。
另一示例性实施方式提供了一种构造为处理一对基板的设备。该设备包括 框架构件。该设备还包括间隔器组件，其与框架构件联接并且包括：第一间隔器，其被构造为插入所述对基板之间；以及引导特征，其构造为提供用于基板 处理设备的第二间隔器的前进的参考停止点。在一些情况下，该引导特征大致 为L状，并具有：第一腿部，其固定到第一间隔器并且对准为大致垂直于第一 间隔器的长度；以及第二腿部，其对准为大致平行于第一间隔器的长度。在其 它一些情况下，引导特征和第一间隔器是单件式构造。此外，引导特征大致为L 状，并具有：第一腿部，其从第一间隔器延伸并且对准为大致垂直于第一间隔器的长度；以及第二腿部，其对准为大致平行于第一间隔器的长度。在一些情 况下，在构造为提供用于第二间隔器的参考停止点时，引导特征构造为物理地 接触第二间隔器，并且使第二间隔器沿竖直方向上的前进停止。在一些情况下， 设备还包括构造为提供径向预加载的偏置元件，其中，偏置元件为该对基板提 供用于向外径向热膨胀依从性的预加载起点。在一些这样的情况下，间隔器组 件还包括：驱动器；轴，其与驱动器操作性地联接；以及轴承，其与轴和第一间隔器操作性地联接。此外，驱动器构造为以提供轴承和第一间隔器的线性移动的方式提供轴的线性移动。在一些这样的情况下，该设备还包括臂部，其操 作性地联接轴和轴承，使得臂部经由轴的移动来提供轴承的移动，其中：臂部 和轴具有用于提供在臂部和轴之间的浮动联接的一定程度的空隙；并且在浮动 联接处提供预加载起点。在一些这样的情况下，偏置元件包括弹簧元件，该弹 簧元件具有：第一端部，其与轴承联接；以及第二端部，其与轴的延伸超过臂 部的部分连接。
另一示例性实施方式提供了一种销设备，该销设备构造为向基板处理室内 以间隔对准的一对基板施加按压力。该销设备包括销尖端。该销设备还包括足 部，该足部包括：点接触特征，其设置在足部的第一端部处，并且构造为与销 尖端接触；以及大致平面形的基底，其设置在足部的与第一端部相对的第二端 部处，并且构造为与所述对基板中的一个接触。在一些情况下，该点接触特征具有半球形形状，并从足部的第一端部朝向销尖端延伸。在一些情况下，该足 部能够相对于销尖端移动，使得：在足部的未按压状态下，足部与销尖端之间 存在间隙；并且在足部的按压状态下，点接触特征与销尖端接触。在一些情况下，销设备构造为是径向依从性的，使得其被预加载以相对于顶部中心位置定 中心。在一些情况下，该足部构造为与所述对基板中的一个的中心接触。在一 些情况下，销设备还包括O形环，其构造为：允许销尖端和足部的径向移动； 并且提供使力居中的预加载。在一些情况下，销设备还包括轴承，该轴承被构 造为：允许销尖端和足部的径向移动；并且销设备提供万向节式特性。在一些情况下，销设备构造为以下述方式中的至少一个将按压力施加到所述对基板： 通过一个或多个环绕卡盘来匹配施加到所述对基板的压力；并且相对于所述对 基板被均匀地分布。
通过查看以下附图和详细描述，本公开的其它系统、方法、特征和优点对 本领域的技术人员而言将是或变得显而易见的。旨在将所有这些附加系统、方 法、特征和优点包括在本说明书内，包括在本公开的范围内，并且由所附权利 要求书保护。
这里描述的特征和优点并非涵盖一切，并且特别地，根据附图、说明书和 权利要求书，许多附加的特征和优点对本领域的技术人员来说将是显而易见的。 另外，应该指出的是，说明书中使用的语言主要是为了可读性和指导性目的而 被选择的，而不是限制本发明主题的范围。
附图说明
参考以下附图可以更好地理解本公开的许多方面。附图中的部件并不一定 按比例绘制，相反而是将重点放在清楚地示出本公开的原理上。另外，在附图 中，相同的附图标记贯穿多个视图表示对应的部分。
图1A示出了根据现有技术的用于将对准的基板从对准器传送到键合器的 常规传送固定件的示意图。
图1B示出了根据本公开的第一示例性实施方式的对准的基板传送装置和用 于将对准的基板从对准器传送到键合装置的方法的示意图。
图2A示出了根据现有技术的图1A的和如图3所示的常规传送固定件。
图2B示出了根据现有技术的图2A的常规传送固定件的夹持组件的放大视 图。
图3是根据现有技术的使用常规传送固定件将对准的基板对加载到键合室 中的示意图。
图4A-4B分别示出了包括根据本公开的实施方式构造的多个间隔器组件的 对准的基板传送装置的俯视平面图和仰视平面图。
图5示出了根据本公开的实施方式构造的对准的基板传送装置间隔器组件 的等距侧视图。
图6示出了根据本公开的实施方式构造的对准的基板传送装置间隔器组件 的截面侧正视图。
图7示出了包括根据本公开的实施方式构造的多个键合室间隔器组件的键 合室的等距局部侧视图。
图8示出了根据本公开的实施方式构造的键合室间隔器组件的等距侧视图。
图9-10分别示出了根据本公开的实施方式构造的键合室间隔器组件的截面 正视图和等距截面局部侧视图。
图11示出了根据本公开的实施方式构造的键合室间隔器组件的截面局部侧 视图。
图12示出了根据本公开的实施方式构造的销的截面局部侧正视图。
图13示出了根据本公开的实施方式构造的销的截面局部侧正视图。
图14示出了根据本公开的实施方式构造的销的等距局部侧视图。
图15示出了根据本公开的实施方式的布置在键合室中的对准的基板传送装 置和销的等距视图。
图16A-16B示出了根据本公开的实施方式的在间隔器交换过程中的几个阶 段的局部等距视图。
图17A-17I示意性地示出了根据本公开的一个实施方式的利用图4的端部执 行器将对准的晶圆对加载到键合器中的步骤。
图18示出了根据本公开的一个实施方式的利用图4的端部执行器将对准的 晶圆对加载到键合器中。
图19A示出了根据本公开的一个实施方式的经由单个中心销来销接两个晶 圆的示意图。
图19B示出了根据本公开的一个实施方式的经由中心销和偏心防旋转销来 销接两个晶圆的示意图。
图19C示出了根据本公开的一个实施方式的经由三个周边销来销接两个晶 圆的示意图。
图20是根据本公开的一个实施方式的示例性晶圆键合器的示意图。
图21是根据本公开的一个实施方式的与晶圆键合器一起使用的示例性键合器间隔器标记机构的示意图。
图22A-22B是根据本公开的一个实施方式的销的一个示例的示意图。
具体实施方式
本公开提供了一种以高吞吐量处理用于基板与基板(例如，晶圆与晶圆) 对准和键合应用的精确对准和定中心的半导体基板(例如，晶圆)对的工业规 模的系统和方法。该系统可以包括对准的基板传送装置(例如，比如端部执行 器)，其可选地可以附接在机械臂的端部处。该传送装置可以构造为保持、移动 和放置对准的基板对进入和离开多个处理台，而无需改变基板与基板对准并且 不引入任何污染物。该系统还可以包括键合装置，该键合装置包括第二间隔器 组件，该第二间隔器组件与对准的基板传送装置的间隔器组件一起操作，以在基板之间执行间隔器切换。该系统还可以包括构造为在切换期间铆固基板的销 设备。
应该指出的是，可以贯穿本公开参考一个或多个基板，比如基板20、30。 如根据本公开将理解的，给定的基板可以是半导体晶圆或其它晶圆，但是并不 旨在仅限于此。给定的基板可以是大致平坦的，尽管平坦性不是要求的。给定 的基板可以是大体上圆形或多边形(例如，矩形、正方形或其它四边形)形状， 具有任何期望的尺寸(例如，大约2、3、4、5、6、8、12、或18英寸或更大) 的直径/宽度。给定的基板可以具有在约50-3000μm或更大范围内的厚度(例如，平均厚度)。给定的多个基板可以在一个或多个维度上具有大致相同的尺寸(例 如，大致相同的周长)或者可以具有如所期望的不同尺寸。对于给定的多个基 板，一个基板可以布置在另一基板之上，在一些情况下，用作下方的基板的盖子或覆盖件。在一些情形下，给定的基板可以具有大致笔直的(扁平的)边缘 和在其周边处的凹口。
关于材料组成，给定的基板可以由以下中的任何一种或组合形成：(1)半 导体材料，比如硅(Si)或砷化镓(GaAs)；(2)玻璃，比如石英玻璃；(3)塑 料；或(4)陶瓷。根据本公开，其它合适的基板材料将是显而易见的，并且将 取决于给定的目标应用或最终用途。另外，根据需要，给定的基板的一部分或全部可以是单晶的、多晶的或非晶态的。在一些情形下，给定的基板可以包括 一个或多个结构，其可以规则地对准或以其它所需的布置设置在其表面的至少 一个之上或之中。在一些情况下，该结构可以包括脊部、腔体等。在一些情况下，该结构可以包括电子电路，仅举几例，比如晶体管、发光二极管(LED)、 光电探测器、集成电路(IC)或光学元件等。在一些情况下，该结构可以包括或者是微机电系统(MEMS)或微光电子机械系统(MOEMS)的组成部分。给 定的基板可以在其表面的至少一个上包括一个或多个层、涂层、键合粘结剂、 粘结剂珠状物、分离层、残留物和/或杂质。结构、涂层、残留物等可以布置在第一基板的面向第二基板的表面上。
图1B示出了根据本公开的第一示例性实施方式的对准的基板传送装置和用 于将对准的基板20、30从对准器传送到键合装置的方法的示意图。如图1B所 示，对准的基板传送装置100附接至机械臂80，并且构造为移入和移出对准装 置300和具有键合装置的单独的键合台400。一对两个基板20、30通过传送装置100将运送到对准装置300中，在该对准装置中，两个基板20、30相对于彼 此对准，并且它们的对准通过传送装置100固定。接下来，机械臂80使传送装 置100与对准的基板对20、30一起移出对准装置300并移动到在其中两个对准 的基板20、30可以被键合的键合台400中。传送装置100能够将两个对准的基 板20、30放置在键合装置中，然后机械臂80将该传送装置从键合装置移除以 用于键合过程的持续。一旦键合过程完成，机械臂80将传送装置100移回到键 合装置中，以收集键合的基板对20、30，当从键合台400移除键合的基板对时， 该键合的基板对由传送装置100传送装置100支撑。在一些实施方式中，对准 装置300和键合台400被集成到相同的反应器中。
图4A-4B分别示出了包括根据本公开的实施方式构造的多个间隔器组件 130'的对准的基板传送装置100的俯视平面图和仰视平面图。根据一些实施方 式，传送装置100可以用于传送对准的基板(例如晶圆)进入和离开处理室。 传送装置100可以是例如端部执行器或其它晶圆或基板传送固定件。根据本公开，多个构造和变型将是显而易见的。
传送装置100可以包括设置在框架110的顶部的Y状固定框架110和浮动 承载件120。在一个示例中，框架110具有半圆形内周边110a，该半圆形内周边 110a具有与基板20、30的半径大致匹配的半径。在另一些示例中，框架110具 有Y状或叉状的内周边。类似地，承载件120具有半圆形内周边120a，该半圆 形内周边120a具有与基板20、30的半径大致匹配的半径。根据一些实施方式，浮动承载件120的半圆形内周边120a可以理解为具有端部的部分环结构，该端 部在形成完整环(例如，360°)之前截止。如图4A-4B所示，半圆形内周边120a的结构可以由具有包括大致180°旋转的部分环形状的浮动承载件120形 成(或者在其它设计中，部分环形状可以高达270°)。浮动承载件120的其它部分环构造也被认为在本公开的范围内。
浮动承载件120可以由平行于框架110的平面取向并与其间隔定位的大致 平坦的结构形成。传送装置100可以被理解为具有定位在其顶侧上的浮动承载 件120，而框架构件110可以定位在其底侧上。不同于常规的传送设备，该常规的传送设备其顶部表面上承载对准的基板对的两个基板(例如，如关于图2A-2B 所讨论的)，传送装置100可以在框架构件110的臂的内部并且在浮动承载件120 的延伸唇下方的位置处承载基板20、30。该设计允许基板20、30的边缘在框架 构件110和浮动承载件120的内周边周围的不同位置(例如在三个位置111a、 111b、111c)处被保持在固定框架110与浮动承载件120之间。
传送装置100还可以包括用于保持和/或间隔开基板20、30的多个组件，比 如布置在框架构件110的内周边周围的间隔器组件130'。如可看出的，传送装置 100可以包括在第一位置111a处的第一间隔器组件130'、在第二位置111b处的 第二间隔器组件130'和在第三位置111c处的第三间隔器组件130'。当然，如根 据本公开将理解的，根据另一些实施方式，可以根据给定的目标应用或最终用 途的需要提供更少数量(例如，两个或更少)或更多数量(例如，四个或更多) 的间隔器组件130'。
图5示出了根据本公开的实施方式构造的间隔器组件130'的等距侧视图。图6示出了根据本公开的实施方式构造的间隔器组件130'的截面侧正视图。如从图 5-6中可看出的，间隔器组件130'可以包括安装部分702'，该安装部分702'可以 直接或间接地与传送装置100(例如，在其给定位置111a、111b或111c处)联 接。为此目的，如根据本公开将显而易见的，安装部分702'可以经由任何合适 的紧固机构联接。根据给定的目标应用或最终用途的需要，可以定制安装部分 702'的尺寸和具体构造。鉴于本公开，用于安装部分702'的多种合适的构造将是 显而易见的。
间隔器组件130'还可以包括驱动器704'，该驱动器704'可以直接或间接地与 安装部分702'联接。驱动器704'可以构造为提供与其联接的元件的线性移动(例 如，延伸和收回)。为此，在一些实施方式中，驱动器704'可以是如通常所做的 那样构造的活塞式气动驱动器。然而，如在一些其它实施方式中，本公开并不 旨在如此限制，如根据本公开将显而易见的，驱动器704'可以是机械的、电子 的或其它合适的驱动元件。驱动器704'的行程长度可以根据给定的目标应用或 最终用途的需要而进行定制。在至少一些实施方式中，驱动器704'可以具有硬 停止行程长度。用于驱动器704'的其它合适的构造将取决于给定的应用，并且 根据本公开将是显而易见的。
间隔器组件130'还可以包括轴706'，该轴706'可以直接或间接地与驱动器 704'联接。轴706'的尺寸和具体构造可以根据给定的目标应用或最终用途的需要 而进行定制。在至少一些实施方式中，轴706'的形状可以是大体圆柱形的。根 据一些实施方式，轴706'的第一端部(例如，近端)可以与驱动器704'操作性地 联接。根据一些实施方式，轴706'的第二端部(例如，远端)可以与联接臂708' (下面讨论)操作性地联接，并且可以与偏置元件712'(下面讨论)连接。通 过这种方式，驱动器704'可以以线性方式驱动轴706'，并且轴706'可以在间隔器 组件130'的运行中将力施加到联接臂708'和偏置元件712'。用于轴706'的其它合 适的构造将取决于给定的应用，并且根据本公开将是显而易见的。
如前面已提到的，间隔器组件130'可以包括与轴706'直接或间接地联接的联 接臂708'。联接臂708'可以构造为具有叉形端部的大体细长的本体，该叉形端部 构造为与轴706'的第二端部(例如，远端)连接。在该连接处，联接臂708'可以 以给定程度的余隙(例如间隙)接收轴706'的第二端部，从而可选地提供浮动 联接710'。联接臂708'的与其叉形端部相对的端部可以经由一个或多个合适的紧 固件直接或间接地与轴承188'(下面讨论)联接。用于联接臂708'的其它合适的 构造将取决于给定的应用，并且根据本公开将是显而易见的。
如前面已提到的，间隔器组件130'还可以可选地包括偏置元件712'。根据一 些实施方式，偏置元件712'可以构造为大体细长的本体，该大体细长的本体具 有第一端部，该第一端部构造为与轴706'的突出超过联接臂708'的叉形端部的第二端部(例如，远端)对接。偏置元件712'的第二端部可以经由一个或多个合 适的紧固件直接或间接地与轴承188'(下面讨论)联接。根据一些实施方式， 偏置元件712'可以构造为提供径向预加载，在浮动联接710'处提供预加载起点， 以用于基板20、30的向外径向热膨胀依从性。通过这种方式，在基板20、30 由于键合室410中的温度变化在尺寸上径向地扩展或收缩时，偏置元件712'以 及由此间隔器组件130'更一般地可以允许间隔器136'(下面讨论)移动。为此， 偏置元件712'可以是例如构造为提供给定预加载程度的小力板簧(low-force leaf spring)或其它合适的弹簧元件。在一些情况下，偏置元件712'可以构造为提供 大约0.5-2.0N范围内的恢复力，尽管可以根据给定的目标应用或最终用途的需 要提供更大或更小的力。用于偏置元件712'的其它合适的构造将取决于给定的 应用，并且根据本公开将是显而易见的。
然而，应该指出的是，本公开并不旨在局限于仅通过涉及可选的偏置元件 712'和可选的浮动联接710'的实施方式来提供预加载和径向依从性。例如，根据 一些其它实施方式，可以省略偏置元件712'和浮动联接710'中的任一个(或两 者)，并且在一些这种情况下，由驱动器702'施加的力可以被减小到给定的期望 程度，以提供与以上关于涉及偏置元件712'和/或浮动联接710'的情况相同或大 致相似的预加载和依从性能力。根据本公开，多种构造和变型将是显而易见的。
此外，如前指出的，间隔器组件130'可以包括轴承188'，该轴承188'可以直 接或间接地与安装部分702'联接。根据一些实施方式，轴承188'可以构造为助于 与其联接的元件的线性移动(例如，延伸和收回)。为此，轴承188'可以是例如 包括如通常所做的那样构造的滑轨部件的直线运动轴承。依靠驱动器704'与轴706'、联接臂708'以及由此轴承188'的联接，在驱动器704'使轴706'前进或后退 时，轴承188'能够前进或后退。因此，如以上论述的，轴承188'可以具有与驱动 器704'的行程长度大致相同的行程长度。此外，依靠偏置元件712'与轴承188' 的联接，轴承188'可以部分地或全部地经受由偏置元件712'提供的恢复力。用于 轴承188'的其它合适的构造将取决于给定的应用，并且根据本公开将是显而易 见的。
如进一步从图5-6可看出的，间隔器组件130'可以包括间隔器136'，间隔器 136'可以直接或间接地与轴承188'联接。间隔器136'可以是间隔器标记或构造为以暂时或以另外期望的方式插入在基板20、30之间的其它合适的间隔器本体。
间隔器136'用于在晶圆20、30通过端部执行器100被接收时使晶圆20、30 彼此间隔开。在一个示例中，间隔器136'可以由具有氮化钛涂层的不锈钢本体 构成，但是也可以使用各种材料和涂层。间隔器136'可以在对应的三个位置处 插入晶圆20的边缘的下方，然后晶圆30层叠在间隔器136'下方。间隔器136' 构造为沿方向92水平移动，并且夹持件132a、132b、132c(将在后面讨论)构 造为沿着直线滑动件以枢转运动移动，或以凸轮式运动移动或者以其组合方式移动，以接触底部晶圆30。例如，在一个示例中，夹持件132a、132b、132c可 以围绕枢转轴线旋转，该枢转轴线大致平行于半圆形内周边120a的轴线。
在任何情况下，根据给定的目标应用或最终用途的需要，可以定制间隔器 136'的形状和尺寸。依靠驱动器704'与轴706'、联接臂708'以及由此轴承188'的 联接，在驱动器704'使轴706'前进或后退时，间隔器136'能够前进或后退。因此， 如以上论述的，间隔器136'可以具有与驱动器704'的行程长度大致相同的行程长 度。此外，依靠偏置元件712'与轴承188'的联接，间隔器136'可以部分地或全部 地经受由偏置元件712'提供的恢复力。如前面所论述的，这可以根据给定的目 标应用或最终用途的需要提供给定程度的径向依从性。根据一些实施方式，间隔器136'可选地可以构造为提供给定程度的z-依从性，至少在一些情况下，这 可以有助于关于基板20、30提供良好的夹持作用。
间隔器136'可以用于在基板20、30通过传送装置100接收时将基板20、30 彼此间隔开。在一个示例中，间隔器136'可以由具有氮化钛(TiN)涂层的不锈 钢本体构成，但是也可以使用各种其它材料和涂层。如通常所示，间隔器136' 可以在任何(或所有)对应的三个位置111a、111b、111c处插入基板20的边缘 下方，然后基板30可以层叠在间隔器136'下方。给定的间隔器136'可以构造为 大致水平地移动。用于间隔器136'的其它合适的构造将取决于给定的应用，并 且根据本公开将是显而易见的。
此外，如从图5-6可以看出的，间隔器组件130'可以包括引导特征137'。在 一些实施方式中，引导特征137'和间隔器136'可以是整体构造(例如，一起形成 为单个整体件)。在一些其它实施方式中，引导特征137'和间隔器136'可以是独 立的工件(例如，可以是多棱体结构)，其可以被固定或以其它方式直接或间接 地彼此操作性地联接。根据给定的目标应用或最终用途的需要，可以定制引导 特征137'的形状和尺寸。在至少一些实施方式中，引导特征137'可以大体为L 状，其中一个腿部与间隔器136'大致平行对准，并且另一腿部与间隔器136'大致 垂直对准。引导特征137'可以在给定的期望方向上、并且可选地在垂直方向上从间隔器136'延伸。根据一些实施方式，引导特征137'可以至少部分地与间隔器136'偏置，从而邻近间隔器136'的用于插入在基板20、30之间的部分横向地延 伸。引导特征137'可以是大致平坦的，但是位于下方的间隔器136'的平面的上方 的平面中。在该构造中，当间隔器138'在键合室410内沿z方向前进时，引导特 征137'可以用作间隔器138'(下面讨论)的参考停止点(例如，天花板)。通过这种方式，如以下论述的，一旦间隔器138'直接(或间接)接触引导特征结构 137'的下侧，则间隔器138'可以阻止沿z方向的前进，并且可以开始朝向基板20、30前进，以用于插入其间。用于引导特征137'的其它合适的构造将取决于给定 的应用，并且根据本公开将是显而易见的。
使用传送装置100的键合过程与使用常规传送固定件的键合过程明显不同。 常规传送固定件将对准的晶圆传送到键合装置中，并且贯穿整个键合过程的持 续时间必须保持在键合装置中。相比之下，传送装置100可以允许将对准的基板(例如晶圆)传送到键合装置中，然后可以在键合过程之前被从键合室移除。 相应地，传送装置100可能仅经历键合装置中的空载温度(例如，与500℃的温 度相比大致300℃)的短暂持续时间，而常规传送固定件经历数小时长的持续时间。因此，传送装置100可能经受较少的机械应力和热应力，并且需要较少的 维护，这可以起到提高效率和降低成本的作用。
图7示出了包括根据本公开的实施方式构造的多个键合室间隔器组件480′ 的键合室410的等距局部侧视图。如可看出的，键合室410可以包括在第一位 置处的第一间隔器组件480'、在第二位置处的第二间隔器组件480'和在第三位置 处的第三间隔器组件480'。当然，如根据本公开将理解的，根据另一些实施方 式，可以根据给定的目标应用或最终用途的需要提供更少数量(例如，两个或 更少)或更多数量(例如，四个或更多)的间隔器组件480'。
图8示出了根据本公开的实施方式构造的间隔器组件480'的等距侧视图。图 9-10分别示出了根据本公开的实施方式构造的间隔器组件480′的截面正视图 和等距截面局部侧视图。图11示出了根据本公开的实施方式构造的间隔器组件 480′的截面局部侧视图。
如从图8-11中可看出的，间隔器组件480'可以包括安装部分486'，该安装 部分486'可以直接或间接地与键合室410的另一部分联接。为此，如根据本公 开将显而易见的，安装部分486'可以经由任何合适的紧固机构联接。根据给定 的目标应用或最终用途的需要，可以定制安装部分486'的尺寸和具体构造。如 根据本公开将理解的，根据一些实施方式，安装部分486'可以构造为以与例如 图21中所示的搁板486非常相同的方式操作，并且用于与例如图21中所示的 搁板486非常相同的目的。用于安装部分802'的其它合适的构造将取决于给定 的应用，并且根据本公开将是显而易见的。
间隔器组件480'可以包括可以直接或间接地与安装部分486'联接的驱动器482'。驱动器482'可以构造为提供与其联接的元件的线性移动(例如，延伸和收 回)。如根据本公开将理解的，驱动器482'可以构造为以与例如图21中所示的 气动活塞482非常相同的方式操作，并且用于与例如图21中所示的气动活塞482 非常相同的目的。气动活塞482安装至环484，该环484围绕Z轴柱495定位且 在下部加热器490下方。气动活塞482承载支承键合器间隔器标记138a的搁板 486。当气动活塞482被启动时，它可以沿径向方向朝向和远离键合部位的中心 移动。
在至少一些实施方式中，驱动器482'可以是如通常所做的那样构造的活塞式 气动驱动器。然而，如在一些其它实施方式中，本公开并不旨在如此限制，如 根据本公开将显而易见的，驱动器482'可以是机械的、电子的或其它合适的驱动元件。驱动器482'的行程长度可以根据给定的目标应用或最终用途的需要进 行定制。在至少一些实施方式中，驱动器482'可以具有硬停止行程长度。用于 驱动器482'的其它合适构造将取决于给定的应用，并且根据本公开将是显而易 见的。
间隔器组件480'还可以包括轴806'，该轴806'可以直接或间接地与驱动器 482'联接。轴806'的尺寸和具体构造可以根据给定的目标应用或最终用途的需要 进行定制。在至少一些实施方式中，轴806'的形状可以是大体圆柱形的。根据 一些实施方式，轴806'的第一端部(例如，近端)可以与驱动器482'操作性地联 接。根据一些实施方式，轴806'的第二端部(例如，远端)可以与安装部分486' 操作性地联接，并且可以与偏置元件812'(下面讨论)连接。在该连接处，安 装部分486'可以通过给定程度的余隙(例如，间隙)接收轴806'的第二端部，从 而提供浮动联接811'。通过这种方式，驱动器482'可以以线性方式驱动轴806'， 并且轴806'可以将力施加到安装部分486'和偏置元件812'。用于轴806'的其它合适的构造将取决于给定的应用，并且根据本公开将是显而易见的。
如前面已提到的，间隔器组件480'可以包括偏置元件812'。偏置元件812' 可以构造为具有第一端部的大体细长本体，该第一端部构造为与轴806'的第二 端部(例如，远端)连接。为此，可以采用紧固件810'，该紧固件810'在其与安 装部分486'的连接处限定轴806'的捕获范围。偏置元件812'的第二端部可以经由 一个或多个合适的紧固件直接或间接地与轴承488'(下面讨论)联接。根据一 些实施方式，偏置元件812'可以构造为提供径向预加载，从而在浮动联接811' 处提供预加载起点以用于基板20、30的向外径向热膨胀依从性。通过这种方式， 在基板20、30由于键合室410中的温度变化在尺寸上径向地扩展或收缩时，偏 置元件812'以及由此的间隔器组件480'更一般地可以允许间隔器138'(下面讨论)移动。为此，偏置元件812'可以是例如构造为提供给定预加载程度的小力板簧 或其它合适的弹簧元件。在一些情况下，偏置元件812'可以构造为提供大约 0.5-2.0N的范围内的恢复力，尽管可以根据给定的目标应用或最终用途的需要提 供更大或更小的力。如根据本公开将理解的，如前面所论述的，由偏置元件812' 提供的恢复力可以以大致相等或以其它所需的方式与通过给定的间隔器组件 130'的给定偏置元件712'提供的恢复力相反。用于偏置元件812'的其它合适的构 造将取决于给定的应用，并且根据本公开将是显而易见的。
此外，如前指出的，间隔器组件480'可以包括轴承488'，该轴承488'可以直 接或间接地与安装部分486'联接。根据一些实施方式，轴承488'可以构造为助于 与其联接的元件的线性移动(例如，延伸和收回)。为此，轴承488'可以是例如 包括如通常所做的那样构造的滑轨部件的直线运动轴承。依靠驱动器482'与轴806'的联接，在驱动器482'使轴806'前进或后退时，轴承488'能够前进或后退。 因此，如以上论述的，轴承488'可以具有与驱动器482'的行程长度大致相同的行 程长度。此外，依靠偏置元件812'与轴承488'的联接，轴承488'可以部分地或全 部地经受由偏置元件812'提供的恢复力。用于轴承488'的其它合适的构造将取决 于给定的应用，并且根据本公开将是显而易见的。
如进一步从图8-11可看出的，间隔器组件480'可以包括可以直接或间接地 与安装部分486'联接的基底部分814'。基底部分814'可以具有从其延伸的基座部 分816'。基底部分814'及其随附的基座部分816'的形状和尺寸可根据给定的目标 应用或最终用途的需要进行定制。在至少一些实施方式中，基座部分816'可以 以大致垂直的方式远离基底部分814'延伸。根据本公开，用于基底部分814'和基 座部分816'的多种合适的构造将是显而易见的。
间隔器组件480'还可以包括臂部818'，其可以直接或间接地与基座部分816' 联接。根据一些实施方式，臂部818'可以构造为保持或以其它方式提供用于安 装其上的杆部分820'(下面讨论)。为此，臂部818'的形状和尺寸可以根据给定 的目标应用或最终用途的需要进行定制。在至少一些实施方式中，臂部818'可 以大体为L状，其中一个腿部大致平行于基座部分816'，并且另一腿部与基座 部分816'大致垂直对准。用于臂部818'的其它合适的构造将取决于给定的应用， 并且根据本公开将是显而易见的。
如前面已提到的，间隔器组件480'可以包括杆部分820'，其可以直接或间接 地与臂部818'联接。根据一些实施方式，杆部分820'可以构造为保持或以其它方 式提供用于安装其上的间隔器138'(下面讨论)。为此，杆部分820'的形状和尺 寸可以根据给定的目标应用或最终用途的需要进行定制。在至少一些实施方式 中，杆部分820'可以是大体细长本体，在其端部中的一个处(例如，其远端) 具有带角部分822'。如具体参考图11可以看出的，带角部分822'可以以给定角 度(θ)远离臂部818'延伸，该给定角度(θ)可以根据给定的目标应用或最终用途的需要进行定制。用于杆部分820'的其它合适的构造将取决于给定的应用， 并且根据本公开将是显而易见的。
如进一步从图8-11可看出的，间隔器组件480'可以包括可以直接或间接地 与杆部分820'联接的间隔器138'。间隔器138'可以是间隔器标记或其它合适的间 隔器本体，其构造为以暂时或其它期望的方式插入在基板20、30之间。如根据 本公开将将理解的，间隔器138'可以被构造为以与例如以上讨论的间隔器138' 非常相同的方式进行操作，并且用于与例如以上讨论的间隔器138'非常相同的 目的。为此目的，间隔器138'的形状和尺寸可以根据给定的目标应用或最终用 途的需要进行定制。根据一些实施方式，间隔器138'可以在至少一个尺寸上比 间隔器136'更小(例如，从侧视图观察点看到的在垂直剖面上更薄)，并且在至 少一些情况下，该尺寸上的差异能够有助于(这里描述的)间隔器切换过程。 依靠驱动器482'与轴806'、安装部分486'以及由此的轴承488'的联接，在驱动器 482'使轴806'前进或后退时，间隔器138'能够前进或后退。因此，如以上论述的， 间隔器138'可以具有与驱动器482'的行程长度大致相同的行程长度。此外，依靠 偏置元件812'与轴承488'的联接，间隔器138'可以部分地或全部地经受由偏置元 件812'提供的恢复力。如前面所论述的，这可以根据给定的目标应用或最终用 途的需要提供给定程度的径向依从性。另外，间隔器组件480'可以包括限位止 挡元件824'(例如肩部螺钉或其它合适的本体，其可选地可以是紧固件)，该限 位止挡元件824'构造成在杆部分820'的带角部分822'的区域中为间隔器138'提供 给定程度的预加载。在一些情况下，间隔器138'可以设有抵抗限位止挡元件824' 的轻微的预加载力，该预加载力具有足够低的量级以在间隔器切换过程期间(本 文描述)防止(或者以其它方式减小)间隔器136'的偏置或其它移动的机会。 在一些情况下，该预加载力可以在大约0.5-2.0N的范围内，尽管可以根据给定 的目标应用或最终用途的需要提供更大或更小的力。
在两个层叠的基板20、30放置在键合装置内时，键合装置可以通过使用间 隔器138'而将两个层叠的基板20、30间隔开。如可以看出的，间隔器138'可以 定位在间隔器136'的附近位置处，其可以围绕浮动承载件120的半圆形周边被大致等距地间隔开。作为概述，由于使用插入基板20、30之间的间隔器138'， 可以至少部分地实现根据一些实施方式的键合，从而允许间隔器136'被移除， 并且整个传送装置100被从键合室移除。然后可以用销455'(下面讨论)将被 对准和间隔开的基板20、30销接，然后可以在销接的基板20、30上施加键合 力。一旦键合完成，传送装置100可以用于从键合装置移除键合的基板20、30。 用于间隔器138'的其它合适的构造将取决于给定的应用，并且根据本公开将是显而易见的。
图12示出了根据本公开的实施方式构造的销455′的截面局部侧视图。图 13示出了根据本公开的实施方式构造的销455′的截面局部侧视图。图14示出 了根据本公开的实施方式构造的销455′的等距局部侧视图。如根据本公开将理 解的，从一般意义上来说，销455'可以构造为以非常相同的方式操作，并且用 于与例如以下关于图17A至图22B讨论的销455a、455b和455c中的任一个非常相同的目的。
销455'可以由钛、陶瓷(比如氮化硅(Si3N4)陶瓷)或其它材料构成，并 且可以包括中心销502，该中心销502由沿着销455'的底部部分定位的下管或套 筒504环绕。下管504可以具有任何期望的截面几何结构(例如，圆形管状或 环形；矩形管状)。更一般而言，销455'可以具有任何期望的截面几何结构(例 如，圆形、椭圆形或其它曲线形状；矩形、正方形或其它多边形形状)。中心销 502可以包括扁平或尖状的销尖端506。如将进一步理解的，根据一些实施方式， 销455'可以在其尖端附近具有径向依从性，使得其被预加载为相对于顶部中心 位置定中心在±0.5mm处，从而允许销尖端506以期望的的接触角度接合该对基板20、30。销455'的预加载可以允许它在被致动时具有自然的中心位置，并 且一旦处于力的作用下是径向依从性的。因此，根据一些实施方式，销455'可 以构造为保持在基板20、30上施加的法向力。
销455'可以定位成大致在具有中心销套管512的中心壳体510内居中布置， 该中心销套管512自身具有用于定位销455'的具有短的长径比的套管配件。中 心销套管512可以提供销455'与键合器400的周围机构的电隔离，这对于其中 可以使用显著的高电压来键合基板20、30的阳极键合过程来说可能是重要的。 朝向中心销套管512的下端是用于使径向依从性O形环520居中的小力预加载， 该O形环可以由含氟聚合物或类似材料制成。O形环520可以允许中心销502 和环绕管504在键合器400内径向移动。
如从图12-14中可看出的，销455'可以在其端部处包括足部900'。根据一些 实施方式，足部900'可以包括本体部分902'，该本体部分构造为直接或间接地接 触基板20、30，以向基板施加给定量的力。为此，可以根据给定的目标应用或 最终用途的需要定制本体部分902'的尺寸和具体构造。在至少一些实施方式中， 本体部分902'可以是具有大致平面形的实心基底的大致圆柱形本体。在足部900' 的未按压状态下，本体部分902'与管504之间可以存在间隙908'。然而，当销 455'与基板20、30接触(incident with)时，间隙908'可部分或全部闭合。
本体部分902'可以具有在其中限定的穿孔904'，保持销912'或其它紧固元件 可以通过穿孔904'插入，以将本体部分902'相对于管504保持在适当位置，同时 允许沿着一个或多个轴移动。为此，可以根据给定的目标应用或最终用途的需 要定制穿孔904'的尺寸和形状。在至少一些实施方式中，穿孔904'的形状可以是 大致圆形的。在一些情况下，对应的椭圆形穿孔914'可以设置在管504中并且 使其部分或全部与孔904'对准。当足部900'在管504的端部处在未按压状态与按 压状态之间转变时，保持销912'或其它紧固元件可以在椭圆形穿孔914'内垂直地移动。
本体部分902'还可以包括与其基底相对设置的点接触特征906'。根据一些实 施方式，点接触特征906'可以构造为以用于将中心销502的施加的向下力传递 到本体部分902'的方式(以及由此的本体部分902'可以与基板20、30接触)通 过销尖端506被直接地或间接地接触。通过这种方式，足部900'可以构造为向 基板20、30提供均匀的力分布，同时消除(或者以其它方式最小化)用于使那 些基板20、30在键合室410内移动的机会。为此，点接触特征906'的尺寸和几 何结构可以根据给定的目标应用或最终用途的需要进行定制。在至少一些实施 方式中，点接触特征906'可以是从本体部分902'的局部表面延伸的大致半球形或 其它方式的凸形形状。用于足部900'的其它合适的构造将取决于给定的应用， 并且根据本公开将是显而易见的。
如进一步从图12-14可看出的，销455'还可以包括引导特征910'，其可以设 置在中心销套管512内。根据一些实施方式，引导特征910'可以构造为引导管 504以及由此的中心销502，从而提供管504在销455'的操作中可以在其上滑动 的表面。为此，可以根据给定的目标应用或最终用途的需要定制引导特征910' 的尺寸和具体构造。在至少一些情况下，引导特征910'可以定尺寸为使得其外 表面与中心销套管512的内侧壁表面之间存在间隙，从而允许在中心销套管512 内的引导特征910'以及由此管504的给定程度的横向移动。在一些实施方式中，引导特征910'可以通过以下方式与O形环520连接，该方式允许中心销502和 环绕管504沿径向移动的同时也提供用于使力处于中心的预加载。根据本公开 将理解的是，根据一些实施方式，O形环520可以构造为以非常相同的方式操 作，并且用于与例如'689申请中的非常相同目的。在至少一些情况下，引导特 征910'可部分地或全部地由有助于管504所需的滑动移动的高性能塑料材料形 成。用于引导特征910'的其它合适的构造将取决于给定的应用，并且根据本公 开将是显而易见的。
销455'还可以包括轴承916'，该轴承916'可以布置在管504的端部处。根据 一些实施方式，轴承916'可以构造为允许管504以及由此的管504穿过的引导 特征910在中心套管510内径向移动。通过这种方式，轴承916'可以为中心销 502和足部900'提供万向节式连接特性或其它枢转特性，从而根据给定的目标应用或最终用途的需要提供给定程度的径向依从性和对基板20、30的接触角度的 控制。为此，在至少一些实施方式中，轴承916'可以是如通常所做的那样构造 的球形或其它圆形轴承。用于轴承916'的其它合适的构造将取决于给定的应用， 并且根据本公开将是显而易见的。
根据一些实施方式，足部900'可以有能力进行万向节式移动，同时还构造为 接收来自于中心销502的点负载。通过这种方式，足部900'可以提供用于控制均匀地施加到基板20、30的力以及由此的压力。在至少一些情况下，可以实现 准确的法向力，从而实现准确的均匀压力。因此，根据一些实施方式，足部900' 可以以大致匹配由环绕卡盘320、330施加的压力(如上所述)的方式向基板20、30施加压力。
图15示出了根据本公开的实施方式的布置在键合室410中的对准的基板传 送装置100和销455′的等距视图。如本文所描述的，传送装置100可以在键合 室410内承载多个基板20、30。通过传送装置100装载的一个或多个间隔器组 件130'最初可以使它们各自的间隔器136'设置在基板20、30之间。然后可以使 由键合室410装载的一个或多个间隔器组件480'被致使将它们各自的间隔器138' 插入到基板20、30之间。同时(或之前或之后)，可以致使销455'与基板20、 30接合，以对其施加压力从而保持基板20、30稳定。在间隔器138'处于适当位 置并且销455'使基板20、30稳定的情况下，间隔器136'可以从布置在基板20、30之间的位置收回，从而实现在键合室410中的间隔器切换。有关此过程的其 它详细细节接下来在下面提供。
图16A-16B示出了根据本公开的实施方式的间隔器交换过程中的几个阶段 的局部等距视图。如从图16A可看出的，间隔器切换过程可以以间隔器136'设置在基板20、30之间开始。在该位置，引导特征137'可以在间隔器136'的平面 的上方的平面中保持伸出到间隔器136'的一侧。间隔器138'然后可以沿z轴向上 移动，直到其与引导特征137'的下侧接触。因此，在一般意义上，引导特征137'可以用作限定间隔器138'可以在键合室410中沿z方向移动的边界的上限。同时 (或之前或之后)如本文所描述的，销455'可以接合基板20、30。如从图16B 中可看出的，间隔器138'然后可朝向基板20、30前进并插入在基板20、30之 间，从而保持在引导特征137'下方。间隔器136'和引导特征137'随后可以从基板 20、30收回，而使间隔器138'保持布置在基板20、30之间。
在该间隔器切换过程中，销455'可以与间隔器组件130'和480'协同工作，以 将基板20、30保持在适当位置，同时在间隔器切换过程中提供径向依从性。当 销455'的足部900'首先接触基板20、30时，本体部分902'可以平坦化，变为与 基板20、30的接触表面大致共面或大致平行于基板20、30的接触表面。当中 心销502在其点接触特征906'处向足部900'施加力时，足部900'然后将该力施加 在本体部分902'的大致平坦的实心基底的区域上，从而在局部接触区域均匀地向基板20、30施加压力。依靠其构造，足部900'可以以平整均匀的方式分配该 压力，从而以防止或要不然减小不对称热膨胀的机会的方式来提供对下方的基 板20、30的良好夹持而不会使它们翘曲并同时铆固基板20、30，否则可能由于 键合室410中的处理温度而发生不对称热膨胀。因此，更一般地，足部900'和 销455'可以对基板20、30的径向扩展、特别是围绕在其中心点提供给定程度的 控制。
以下关于图17A至图22B说明关于销455的构造和操作模式的附加细节。
图17A-17H示意性地示出了根据本公开的第一示例性实施方式的通过图4 的端部执行器将对准的晶圆对加载到键合器中的步骤的截面图。其中对准的晶 圆20、30可以被传送并且通过机械臂80和端部执行器100加载的处理台中的 一个是键合器400。图17A示出了在晶圆被放置在键合室410内之前处于空载 状态的键合器400。键合器400包括位于键合室410下方和上方的底部卡盘430 和顶部卡盘420，两者都能够保持加热状态以键合晶圆。顶部卡盘420和底部卡 盘430中的一个或两个能够沿z轴垂直移动。在许多键合器400设计中，仅卡 盘中的一个是可移动的，而另一个保持静止。键合器间隔器138a被包括在键合 器400中，并且可以附接至键合器400的下段，使得键合器间隔器标记138a与 底部卡盘430一起垂直移动，从而与底部卡盘430保持相对的恒定位置。虽然 为了公开清楚起见，每个附图仅大体示出了单个键合器间隔器标记138a，但是 应指出的是，三个或多个键合器间隔器138a、138b、138c可以用于键合器400， 使得相同或类似的功能同时或在不同但预定的时间在键合器中的三个或更个点 处出现。
使用端部执行器100的键合过程与使用常规传送固定件的键合过程明显不 同。常规传送固定件将对准的晶圆传送到键合装置中，并且贯穿整个键合过程 的持续时间必须保持在键合装置中。相比之下，本公开的端部执行器100允许 将对准的晶圆传送到键合装置中，然后在键合过程之前从键合室移除。相应地， 与常规传送固定件经历的500℃的温度和数小时长的持续时间相比，端部执行器 100可以仅经历键合装置中的空载温度(例如，约为300℃的)短暂持续时间。因此，端部执行器100经受较少的机械应力和热应力，并且需要较少的维护， 这起到提高效率和降低成本的作用。
作为概述，由于使用插入晶圆之间的键合器间隔器标记138a而部分地实现 根据本公开的键合，从而允许端部执行器间隔器标记136a、136b和136c被移除， 并且允许整个端部执行器100从键合室移除。然后用销455a、455b和455c销接 对准和间隔开的晶圆，然后在被销接的晶圆20、30上施加键合力。一旦键合完 成，端部执行器100可以用于从键合装置移除键合的晶圆。
关于图17A-17H提供了用于通过端部执行器100将对准的一对晶圆20、30 加载到键合器400中的过程的附加细节。首先参照图17B，被对准并被夹持的晶 圆20和30由端部执行器100承载并插入键合室410中。在该键合器构造中， 顶部卡盘420是固定的，并且底部卡盘430可以经由z驱动器450沿方向425 移动，但是应指出的是，键合器400可以具有任何可移动和固定的卡盘的构造。 如前面提及的，如图17B所示，端部执行器通过夹持组件130a、130b和130c 保持晶圆20、30的边缘20e、30e，并且晶圆20、30沿方向99插入到键合室410中，使得边缘20e、30e从键合器400的加载侧突出。在该开始状态下，浮动承 载件120与框架构件110接触，并且晶圆边缘20e、30e被夹持在一起。
接下来，如图17C所示，载有被夹持的晶圆20、30的浮动承载件120与框 架构件110分开，使得该框架构件沿着方向90b向下移动，并且晶圆20、30被 放置在底部卡盘430上，使得晶圆30的底部表面与底部卡盘430的顶部表面接 触。在许多替代方案中的一个中，载有被夹持的晶圆20、30的浮动承载件120 可以沿着方向90a向上移动，并且晶圆20、30被放置在顶部卡盘420的底部表 面上，使得晶圆20的顶部表面与顶部卡盘420的底部表面接触。如所示的，底 部卡盘430沿着底部卡盘430的周边的部分可以具有一个或多个切口432，这可以允许端部执行器100有足够的空隙将晶圆20、30放置在键合器400内，例如 因此晶圆20、30的外边缘可以与顶部卡盘420和底部卡盘430的周边大致对准。 接下来，如图17D所示，当端部执行器间隔器标记136a保持在晶圆20、30之间的适当位置中时，一个或多个销455a在一个或多个位置与晶圆20的顶部表 面接触。
在行业内，希望尽可能有效地键合晶圆以增加产量。增加键合晶圆对的产 量的一种技术是即使在键合器400没有主动键合晶圆时也在键合器400中保持 高温，从而减少在每个循环键合器400达到操作温度所需的时间。然而，将对 准的晶圆放置在已经加热的键合器400(例如约400℃)内可能影响晶圆20、30 的对准。例如，使晶圆20、30经受这种类型的加热环境可能导致晶圆20、30 径向扩张，因此希望快速且尽可能准确地将晶圆20、30销接在一起。尽管晶圆 20、30可以在不同的位置被销接，但是可能优选的是在其中心点而不是沿着径 向边缘将晶圆20、30销接在一起，从而防止晶圆20、30从偏置点的热膨胀而 导致错位的状况。在图17D-17F中，销455a被示出位于晶圆20、30的中心处， 但是销455a的数量和这些销的位置可以如关于图19A-19C所讨论的而变化。
然后，如图17E所示，当晶圆20、30通过一个或多个销455a被保持时， 靠近晶圆20、30的边缘部分定位的一个或多个键合器间隔器标记138a沿方向 411b插入晶圆20、30之间。键合器间隔器标记138a可以比端部执行器间隔器 标记136a更薄，并且因此它们可以被插入在围绕端部执行器间隔器标记136a 夹持的晶圆20、30之间。在一个示例中，键合器间隔器标记138a可以大约是 100微米，而端部执行器间隔器标记136a可以大约是200微米。
接下来，如图17F所示，夹持件132a、132b、132c被释放，并且它们与晶 圆30的底部表面的边缘30e脱开。应指出的是，夹持件可以根据预定的路线(比 如一致地、顺次地或者其组合地)被移除。如图17G所示，在释放夹持件132a、132b和132c之后，将端部执行器间隔器标记136a沿着方向92b从两个晶圆20、 30之间的空间移除。三个或更多个键合间隔器标记138a围绕晶圆20、30的周 边保持在晶圆20、30之间的适当位置中。通常，键合器间隔器标记138a被定 位成靠近端部执行器间隔器标记136a的沿晶圆20、30的周边的位置。如图17G-17H所示，在端部执行器间隔器标记136a被移除之后，由于保持在晶圆20、 30之间的附近的键合器间隔器标记，仍然可以在晶圆20、30之间存在间隔开的 间隙。
最后如图17H所示，端部执行器100沿着方向97a向上移动，直到真空垫 122a、122b、122c与晶圆20的边缘20e的顶部表面脱开，从而在底部卡盘430 的顶部留下被销接的晶圆20、30。在此阶段，端部执行器100如图17I所示完 全从键合器400移除，并且晶圆键合可以开始。在晶圆键合过程的初始阶段，晶圆20、30在键合器间隔器标记138a周围被键合在一起。在施加力之前，键 合器间隔器标记138a将被移除。在完成键合过程之后，利用端部执行器100将 键合的晶圆对20、30从键合器400移除。
图18示出了根据本公开的第一示例性实施方式的定位为接收图4的端部执 行器的键合器。具体而言，图18的键合器400可以具有不同设计的固定和可移 动部件。在图17A-17H中，键合器400被设计为使得上卡盘420被固定，并且 下卡盘430能够沿着z轴移动。在图18所示的键合器400的设计中，下卡盘430 被固定，并且上卡盘420沿方向426移动，直到上卡盘420的底部表面接触顶部晶圆的顶部表面。键合器400的顶部和/或底部卡盘420、430的移动的所有变 型可以与本公开的装置、系统和方法一起使用。
图19A-19C示出了在键合器中使用的销的变型。图19A示出了根据本公开 的第一示例性实施方式的经由单个中心销来销接两个晶圆的示意图。图19B示 出了根据本公开的第一示例性实施方式的经由中心销和偏心防旋转销来销接两 个晶圆的示意图。图19C示出了根据本公开的第一示例性实施方式的经由三个周边销来销接两个晶圆的示意图。一起参照图19A-19C，销455a、455b、455c 中的一个或多个可以在一个或多个不同位置与晶圆20的顶部表面接触。如图 19A所示，可以优选地使用定位在晶圆20、30的中心的单个销455a。使用中心 处的单个销455a可以允许晶圆20、30热膨胀而不会经历错位。
在一个替代方案中，如图19B所示，晶圆20、30可以通过两个销455a、455b 来销接。这里，销455a是中心销，并且销455b是防旋转销，从而销455b防止 晶圆20、30的旋转。在该设计中，中心销455a可以比防旋转销455b向晶圆20、 30施加更大的销接力。此外，偏心销455b可以是径向依从性的，并且其能够沿 晶圆20、30的半径移动以适应晶圆的热膨胀。在图19C所示的另一替代方案中， 可以使用三个销455a、455b、455c，其中它们布置在晶圆20、30的周边处，比 如靠近每个键合器间隔器标记138a。它们可以围绕晶圆20、30周边(比如彼此 间隔120度)大致等距地间隔开。还可以使用未明确示出的这些构造或其它销 构造的组合。例如，可以期望图19A的中心销与图19C的三个周边销一起使用。
图20是根据本公开的第一示例性实施方式的示例性晶圆键合器的示意图。 如图20所示，键合器400还包括具有薄膜力和马达定位的压力头460、具有压 力板和上部销455的键合头470、键合器间隔器标记机构480、具有夹层板和净 化特征的下加热器490以及静态Z-轴支承柱495。
图21是根据本公开的一个实施方式的与晶圆键合器400一起使用的示例性 键合器间隔器标记机构480的示意图。参照图20-21，键合器间隔器标记机构480 可以用于在对准的晶圆对之间使键合器间隔器标记138a、138b、138c在插入位 置与收回位置之间移动。在一个示例中，键合器间隔器标记机构480可以具有 气动活塞482，该气动活塞安装到围绕Z轴柱495定位且在下加热器490下方的 环484。气动活塞482承载支承键合器间隔器标记138a的搁板486。当气动活 塞482被启动时，它能够沿径向方向朝向和远离键合场的中心移动。键合器间隔器标记138a的移动可以由搁架486在其上可滑动的轨道488引导。这些结构可以允许键合器间隔器标记138a具有径向依从性，从而在晶圆经历热膨胀时允 许键合器间隔器标记138a与晶圆20、30一起沿径向方向移动。除了气动控制 装置之外的其它机械和电子机械装置也可以用于移动键合器间隔器标记138a。
常规键合装置使用一个或多个销来按压晶圆，但是这些装置提供对销的有 限的力控制。在一个示例中，常规销具有由只能对晶圆施加恒定压力的按压弹 簧或类似装置产生的单个力。因此，当顶部卡盘和底部卡盘按压晶圆时，晶圆 的与销对准的面积被施加的压力小于晶圆的与卡盘接触的面积被施加的压力，这导致在晶圆的与销接触的部分处的机械高成品率损失。同时，常规销的较低 热导率导致晶圆的与销对准的部分处的热高成品率损失。当这些问题与以下事 实、即常规销具有较大直径和大的环绕间隙(通常在12-14mm左右)相结合时， 机械和热高成品率损失合计为在晶圆键合中的显著低效。
为了克服这些问题，本公开设想了既减少机械成品率损失又减少热成品率 损失的销455a。为此，图22A-22B是根据本公开的第一示例性实施方式的销455a 的一个示例的示意图。如所示，销455a可以延伸穿过键合装置的顶部卡盘420， 使得其可以移动到晶圆(未示出)被定位在其中以用于键合的键合室410区域 中。在一个示例中，销455a的直径可以为5mm，并且定位在顶部卡盘420内的 6mm孔内，以使销455a与顶部卡盘420具有大约0.50mm的空隙。与具有销和 大致12-14mm的间隙直径的现有技术销相比，具有间隙的6mm直径的销455a 可以大大地改善机械高成品率损失。此外，不同于使用按压弹簧提供机械力的常规销，销455a可以使用气动致动器来控制销455a施加在晶圆上的力。因此， 由销455a施加的压力可以选择为大致匹配卡盘的压力，从而进一步减小机械成 品率损失。
销455a可以由钛、陶瓷(比如氮化硅陶瓷)或其它材料构成，并且可以包 括中心销502，该中心销502由沿着销455a的底部部分定位的下管或套筒504 环绕，并且上管或套筒505具有薄壁并沿着销455a的上部定位。比如通过焊接 或其它技术，可以在靠近中心销502的接头处将下套筒504和上套筒505连接 在一起。中心销502可以包括扁平的销尖端506。如关于图22B进一步描述的， 上套筒505可以被环绕卡盘420和/或与定位在卡盘420上方的加热器526对接 的加热器销532主动地加热，并且中心销502也可以被环绕卡盘420加热。此外，可以利用与销455a的结构连接的电阻加热元件来加热销455a的部件。在一 些设计中，通过卡盘420的被动加热和通过电阻加热元件的主动加热都可以用 于加热销455a的各种部件。
销455a可以在尖端附近是径向依从性的，使得其被预加载以相对于顶部中 心位置定中心在±0.5mm处，从而允许销尖端506以所需的接触角度接合该对晶圆20、30。预加载销455a允许销455a在被致动时具有自然的中心位置，但 也允许销455a一旦在力作用下是径向依从性的。因此，销455a可以维持将法向 力施加在晶圆上。
销455a的附加机构在图22B中被详细示出。销455a定位成大致在具有中 心销套管512(也称为窥视套管)的中心壳体510内居中布置，该中心销套管本 身具有用于定位销455a的具有短的长径比的套管配件514。中心销套管512提 供销455a与键合器400的周围机构的电隔离，这对于其中可以使用显著高电压来键合晶圆的阳极键合过程来说是重要的。室盖516和钢力反应板518也环绕 中心销套管512定位。朝向中心销套管512的下端是用于使径向依从性O形环 520居中的小力预加载件，该O形环可以由硅树脂或类似材料制成。该O形环 520允许中心销502和环绕管504在键合器400内径向移动。铝制冷却凸缘522 定位在力反应板518下方，并且隔热构件524定位在冷却凸缘522下方以使加 热器526热隔离。
冷却凸缘522的内侧是围绕中心销502的一部分的套管528。套管528和隔 热构件524可以由比如以商标名出售的一种锂铝硅酸盐玻璃陶瓷或 类似材料构成。套管528可以在任一侧上具有嵌入腔体530，其用作为重叠特征 以向真空中的低空气介电质提供电绝缘。加热器销532定位在套管528下方并围绕中心销502和管504的下边缘。加热器销532可以由氮化硅形成，并且可 以与套管528的下部嵌入腔体530接合。加热器销532还可以沿着加热器526 的厚度和上卡盘420的至少一部分与中心销502和管504连接。加热器销532 与加热器526对接的定位以及用于构造加热器销532的材料可以允许从加热器526通过加热器销532到中心销502和管504的有效热传递。这可以允许中心销 502和管504具有与顶部卡盘420的温度大致匹配的温度，因为所有结构都被定 位为将来自加热器526的热量充分地传递到晶圆的它们所接触的部分。相应地， 常规销经受的热成品率损失可以显著地改善。增加销455a的热连通性同时能够 控制销455a的施加的力可以超过先前技术所获得的键合而改善晶圆的键合。
应该强调的是，本公开的上述实施方式、尤其是任何“优选”实施方式仅 仅是实施的可能示例，仅仅是为了清楚理解本公开的原理而给出的。在大致背 离本公开的精神和原理的情况下，可以对本公开的上述实施方式做出许多变化 和修改。本文所有这些修改和变化都旨在被包括在该公开和本公开的范围内， 并且通过后附权利要求书保护。

Claims (24)

1.一种基板处理系统，其构造为键合一对基板，所述基板处理系统包括：
处理室；以及
设置在所述处理室内的间隔器组件，包括间隔器，所述间隔器构造为：
插入在所述对基板之间；并且
与构造成在所述基板处理系统内传送所述一对基板并且设置在所述处理室内的对准的基板传送装置的引导特征接触，其中，所述间隔器构造为在插入所述对基板之前当与所述引导特征接触时在所述处理室内停止前进，所述引导特征用作所述间隔器的参考停止点。
2.根据权利要求1所述的基板处理系统，其中，所述间隔器组件还包括构造为提供用于径向预加载的偏置元件，其中，所述偏置元件为所述对基板提供用于向外径向热膨胀依从性的预加载起点。
3.根据权利要求2所述的基板处理系统，其中：
所述间隔器组件还包括：
驱动器；
轴，其与所述驱动器操作性地联接；以及
轴承，其与所述轴和所述间隔器操作性地联接；并且
所述驱动器构造为以提供所述轴承和所述间隔器的线性移动的方式来提供所述轴的线性移动。
4.根据权利要求3所述的基板处理系统，还包括安装部分，其操作性地联接所述轴和所述轴承，使得所述安装部分经由所述轴的移动而提供所述轴承的移动，其中：
所述轴承安装到所述安装部分；
所述安装部分和所述轴具有用于提供在所述安装部分与所述轴之间的浮动联接的间隙；并且
在所述浮动联接处提供所述预加载起点。
5.根据权利要求4所述的基板处理系统，其中，所述偏置元件包括弹簧元件，所述弹簧元件具有：
第一端部，其与所述安装部分联接；以及
第二端部，其与所述轴的延伸超过所述安装部分的部分连接。
6.根据权利要求1所述的基板处理系统，其中，所述间隔器组件构造为向所述间隔器提供预加载力以在所述间隔器插入到所述对基板之间时减小所述间隔器的偏转的可能性。
7.根据权利要求1所述的基板处理系统，其中，包含构造为处理一对基板的设备，所述设备包括：
框架构件；以及
与所述框架构件联接的间隔器组件，其包括：
第一间隔器，其构造为插入在所述对基板之间；以及
引导特征，其构造为提供用于基板处理设备的第二间隔器的前进的参考停止点。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述引导特征大致为L状，所述引导特征具有：
第一腿部，其固定至所述第一间隔器，并且对准为大致垂直于所述第一间隔器的长度；以及
第二腿部，其对准为大致平行于所述第一间隔器的长度。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其中：
所述引导特征和所述第一间隔器为单件式构造；以及
所述引导特征大致为L状，所述引导特征具有：
第一腿部，其从所述第一间隔器延伸，并且对准为大致垂直于所述第一间隔器的长度；以及
第二腿部，其对准为大致平行于所述第一间隔器的长度。
10.根据权利要求7所述的系统，其中，在构造为提供用于所述第二间隔器的参考停止点时，所述引导特征构造为物理地接触所述第二间隔器，并且使所述第二间隔器沿竖直方向的前进停止。
11.根据权利要求7所述的系统，还包括构造为提供径向预加载的偏置元件，其中，所述偏置元件为所述对基板提供用于向外径向热膨胀依从性的预加载起点。
12.根据权利要求11所述的系统，其中：
所述间隔器组件还包括：
驱动器；
轴，其与所述驱动器操作性地联接；以及
轴承，其与所述轴和所述第一间隔器操作性地联接；并且
所述驱动器构造为以提供所述轴承和所述第一间隔器的线性移动的方式来提供所述轴的线性移动。
13.根据权利要求12所述的系统，还包括臂部，所述臂部操作性地联接所述轴和所述轴承，使得所述臂部经由所述轴的移动来提供所述轴承的移动，其中：
所述臂部和所述轴具有用于提供在所述臂部与所述轴之间的浮动联接的间隙；并且
在所述浮动联接处提供所述预加载起点。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述偏置元件包括弹簧元件，所述弹簧元件具有：
第一端部，其与所述轴承联接；以及
第二端部，其与所述轴的延伸超过所述臂部的部分连接。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，设置有销设备，其构造为向基板处理室内以间隔对准的一对基板施加按压力，所述销设备包括：
销尖端；以及
足部，所述足部包括：
点接触特征，其布置在所述足部的第一端部处，并且构造为与所述销尖端接触；以及
大致平面形基底，其布置在所述足部的与所述第一端部相对的第二端部处，并且构造为与所述对基板中的一个接触。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述点接触特征具有半球形形状，并且从所述足部的第一端部朝向所述销尖端延伸。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述足部能够相对于所述销尖端移动，使得：
在所述足部的未按压状态下，在所述足部与所述销尖端之间存在间隙；并且
在所述足部的按压状态下，所述点接触特征与所述销尖端接触。
18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述销设备构造为是径向依从性的，使得其被预加载以相对于顶部中心位置定中心。
19.根据权利要求15所述的系统，其中，所述足部构造为与所述对基板中的一个的中心接触。
20.根据权利要求15所述的系统，还包括O形环，其构造为：
允许所述销尖端和所述足部的径向移动；并且
提供用于使力居中的预加载。
21.根据权利要求15所述的系统，还包括轴承，其构造为：
允许所述销尖端和所述足部的径向移动；并且
通过所述销设备提供万向节式特性。
22.根据权利要求15所述的系统，其中，所述销设备构造为以下述方式中的至少一个将所述按压力施加到所述对基板：
通过一个或多个环绕卡盘来匹配施加到所述对基板的压力；以及
相对于所述对基板被均匀地分布。
23.根据权利要求15所述的系统，其中，设置有三个销，所述销沿周向方向布置。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述销均匀地间隔开布置。
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