[发明专利]用于处理对准的基板对的系统和相关技术

说明书

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。

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。