专利名称：具有障碍物检测的衬底分裂设备的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及材料处理，更具体而言涉及电子学、光学或光电子学的衬底的处理。更确切地说，本发明涉及根据分裂平面将初始相互邻接的两个晶片材料分裂开来的设备。
背景技术：
规定，邻接晶片意指晶片布置成物理接触。因此，邻接晶片可以 -通过结构部件进一步连接(该情形尤其针对以下晶片，即相互之间限定有诸如下文所述的脆化平面，并且经过处理(例如热处理)，以使两个晶片在脆化平面每一侧上仅仅局部分裂);-或者相反，没有通过任何结构部件连接在一起，而仅仅依靠诸如与两个晶片的相邻接但相分离的表面之间的吸引作用对应的力之类的力和/或范德华力来加固(该情形尤其针对以下晶片，即最初源自同一衬底，相互之间限定有脆化平面，并且经过热处理或其它处理以便在脆化平面的任一侧上在两个晶片之间实现完全分裂)。两个邻接晶片形成的组件被称为衬底。从而,该设备用于分裂SOI型(对应于英文术语Silicon On Insulator(绝缘体上娃)的首字母缩写词)结构的晶片，但也可以是SOA型(对应于Silicon On Anything (任何材料上娃)的首字母缩写词)结构的晶片，甚至AOA型(对应于Anything On Anything (任何材料上任何材料)的首字母缩写词)结构的晶片。然而，规定，根据本发明的设备(在下文中通过非限制性实例描述)的尤其有利的应用涉及SOI型结构的晶片的分裂。通用名称为SMART⑶T 工艺的SOI型衬底的制作工艺包括以下主要步骤〇注入步骤，在半导体材料(诸如单晶硅)衬底的给定深度注入粒种(species)(离子或原子)，以便在衬底中限定脆化平面；〇固定步骤，将该衬底固定在加强材(诸如表面被可选地氧化的硅)上；然后〇分裂步骤，意在至少部分确保根据限定在被注入粒种层的水平处的脆化平面来断裂；〇晶片位于裂口的每一侧上(第一晶片与单晶硅衬底中已分离且可选地固定在加强材上以形成SOI的部分对应，并且第二晶片与剩余的硅对应)。在该类工艺中，不管分裂步骤期间出现的断裂是完全断裂还是部分断裂，两个晶片实际上仍彼此粘附(在完全断裂且晶片的面极其光滑的情形下通过简单的吸引作用来彼此粘附)。因此，在各种情形下还需要彻底完成晶片的分裂，以便同时获得最终的SOI衬底和单晶硅残余物，该单晶硅残余物可以在工艺中重复利用。
存在衬底分裂设备，诸如公开号为EP I 423 244的欧洲专利中所描述的设备。该设备包括-基体；-衬底晶片的分裂装置；以及-用于执行一些衬底晶片的受控移动的装置，其包括能够相对于设备的基体而移动的至少一个推动器；所述推动器能够移动布置在支承件中的衬底，所述衬底的存储方向限定设备的纵向。然而，欧洲专利EP I 423 244中描述的分裂设备因设备的可靠性不足而不能令人完全满意，可靠性不足可能引起衬底损耗并且延长所述设备的停工时间。 本发明旨在弥补这些不足。尤其，本发明旨在增加衬底分裂设备的可靠性。本发明的另一个目的是全面改善衬底晶片的分裂工艺。
发明内容
为了实现上述目的，根据第一方面，本发明涉及衬底分裂设备，所述衬底包括其间限定有分裂平面的两个邻接晶片，所述设备包括-基体；-衬底晶片的分裂装置；以及-用于执行一些衬底晶片的受控移动的装置，其包括能够相对于设备的基体移动的至少一个推动器，所述至少一个推动器包括衬底的操纵装置，所述操纵装置适合于将衬底容纳在推动器上衬底的接收空间中；所述推动器能够移动布置在支承件中的衬底，所述衬底的存储方向限定纵向，所述设备包括适合于当所述推动器处于检测位置时确定在所述推动器的接收空间的至少一个区域内是否存在障碍物的检测装置，所述区域位于所述衬底的操纵装置的附近。根据其它有利和非限制性特点-所述检测装置固接在基体上；-检测装置包括用于发送电磁波束的至少一个发射机和与所述发射机相关的且用于接收所述电磁波束的接收机，所述发射机和所述接收机之间的电磁波束的轨迹限定了接收空间的区域，当所述推动器处于检测位置时确定在所述区域内是否存在障碍物；-发射机和与所述发射机相关的接收机按照纵向放置；-当所述推动器处于检测位置时，所述衬底的接收空间位于所述发射机与所述接收机之间；-衬底操纵装置在与推动器的纵向垂直的截面中具有轮廓截面，所述轮廓截面包括由在与推动器的纵轴线垂直的截面中的不同轮廓段表征的若干个段，所述检测装置布置成对衬底的接收空间中与每一个段相关的区域进行限定，以确定在衬底的接收空间与每一个段相关的每一个区域上是否存在障碍物；-所述推动器的检测位置位于推动器在基体中的缩回位置与推动器支撑衬底的位置之间。
根据第二方面，本发明涉及根据上述方面所述的设备的控制方法，其中将所述推动器固定在其检测位置中，直到所述检测装置确定出在接收空间的所述区域内不存在障碍物。每当所述推动器到达其检测位置时，优选地将所述推动器固定，直到所述检测装置确定出在接收空间的所述区域内不存在障碍物。此外，当所述检测装置确定出在接收空间的所述区域内存在障碍物时，使所述设备中的部件停止移动。
本发明的其它特征和优点由以下优选实施例的描述给出。该描述将参考附图给出，其中-图I是根据本发明的衬底分裂设备的组件的示意性正视图； -图2是衬底分裂设备的四分之三视图；-图3是与推动器的纵轴垂直的截面图；-图4示出了放置在结构上的检测装置的布置；-图5示出了放置在结构上的检测装置的布置，其中示出了电磁束；-图6示出了在推动器处于检测位置的情形下检测装置的布置。
具体实施例方式如上所述，衬底分裂设备用于分裂衬底，所述衬底包括两个邻接晶片，所述两个邻接晶片之间限定有分裂平面。图I示出了这种设备I。这些衬底2布置在支承件8上。所述衬底2在所述支承件8上的存储方向限定设备I的纵向Y。该支承件8适用于硅衬底的操纵。该支承件8例如可以为石英舱(quartznacelle)。支承件8用于操纵衬底2，尤其用于将衬底引导至在所述衬底的分裂工艺范围内的处理设备(未示出)(例如热处理装置)，以对限定在构成所述衬底的晶片之间的脆化平面执行完全或部分地分裂。尤其还可以设置对衬底或由分裂所述衬底而产生的晶片进行操纵的其它补充操纵装置(未示出)，特别是为了将衬底馈给分裂设备，并且排出晶片。这些操纵装置可以为例如FOUP型(前开口标准箱(Front Opening Unified Pod))或 FOSB 型(前开口装运盒(Front Opening Shipping Box))。在该示例中，衬底分裂设备I的第一工作台STl设计成容装支承件8，所述支承件8可以容纳多个衬底2。支承件8的典型容量例如为25至50个衬底(为了清楚可见图I示出了更少的衬底)。衬底的直径为几百毫米，典型地300mm。衬底2按照衬底存储方向Y在支承件8中对齐，以使所述衬底2的面与存储方向Y垂直。此外，衬底的背面是与进行特定处理(光学、电子结构的构造)的活性面相反的面。为此，在支承件8中设置有按照衬底的存储方向均匀地分布的容纳部，以使衬底2按照给定的基准间距均匀地分布。
支承件8可以通过沿纵向Y移动的可移动台车13而移动，以使第一工作台STl的支承件8进入(bring in)或缩回。鉴于导致或者准备使每一个衬底分裂成两个晶片(典型地为SOI或SOA晶片，以及硅残余物晶片)，支承件8可以直接从对衬底2进行热处理的炉获得。如上所述，这些衬底2必须彻底分裂成两个晶片(即，此处两个晶片必须彼此分裂开)。分裂装置的组件12示出在第二工作台ST2的水平上，除分裂装置(诸如分离器)以外包括衬底的操纵装置，例如梳形件121、122。在图I中在第二工作台ST2的开口 15的水平上缩回基体11中的推动器5适于与分裂装置组件12同时地从一个台横向地(按照方向X)移动至另一个台，更确切地说从一个 台的开口 15移动至另一个台的开口 15。在第一工作台STl的水平上，推动器5可以向上展开(按照方向Z)以接合到在对支承件8下部的容纳部进行承载的结构部件之间留出的开口中，并且可以举起支承件8上的衬底。对于第二工作台ST2，推动器5也可以向上(按照方向Z)展开，以接合到在载件(未示出)的结构部件之间留出的开口中。例如，衬底分裂装置的组件12安装在平行于方向X延伸的轨道上，其中设置有该组件12的移动控制装置。同时，分裂装置组件12包括具有梳形件121、122形式的衬底操纵装置或晶片。从而，分裂装置的组件12可以用于操纵衬底或晶片，尤其用于通过载件和铰接臂将衬底或晶片从支承件8移动至另外的FOUP型或FOSB型的操纵装置(未示出)。从而，在使用FOUP的情形下，使包含有水平位置上的多个衬底的所述FOUP靠近SCARA (selective compliance assembly robot arm (平面双关节型机器人)的首字母缩写词)型的铰接机械臂。所述铰接机械臂将衬底从FOUP移动至可倾斜载件(未示出)。载件倾斜，其中衬底处于竖直位置，即依靠在衬底的各自边缘上。组件12的梳形件121、122用于操纵衬底。推动器5举起衬底，以将衬底带到梳形件121、122的水平上。然后，梳形件121、122保持衬底，并且组件12按照方向X发生横向移动，以处于第一工作台STl上的支承件8的水平。伴随分裂装置的组件12的移动，推动器5当前也处于第一工作台STl的水平。将推动器5沿方向Z上举穿过支承件8，并且与衬底2接触以支撑衬底2，同时组件12的梳形件121、122释放所述衬底2。接着，支撑衬底2的推动器5再次下降，并且在其移动中将衬底2存放在支承件8上。在使晶片之间产生至少部分分裂的处理之后，在衬底2的分裂期间沿相反方向执行类似的操纵过程。图2示出了当推动器5处于较高位置时的分裂设备1，其中在所述较高位置推动器5支撑衬底2以使衬底与组件12的梳形件121、122接触。推动器5可以向上穿过支承件8，以收集容纳在支承件8中的衬底2。在这点上，推动器5安装有包含容纳部的衬底操纵装置，所述容纳部按照衬底2的存储方向Y均匀间隔地延伸，以将衬底容纳在这些容纳部中。衬底2的存储方向Y为推动器5的纵向。
推动器5的操纵装置由例如聚合材料(诸如聚醚醚酮)制成。容纳部优选地为单或双两种类型。双型容纳部设计成接收并保持由两个邻接的晶片构成的衬底，而单型容纳部设计成接收并保持由衬底分裂产生的晶片。如图3所示，衬底操纵装置在与推动器5的纵轴线Y垂直的截面上具有截面轮廓6。该截面轮廓6包括由在与推动器的纵轴线Y垂直的截面中的不同轮廓段表征的若干个段7。外部段71、75以相对于推动器的基部51突出且向内倾斜的轮廓为特征，衬底操纵装置放置在推动器上。过渡段72、74以与推动器的基部51平行的轮廓为特征。中心段73以高度小于外部段71、75的轮廓且平行于推动器的基部51的突出轮廓为特征。推动器的这种截面轮廓6允许推动器将衬底保持在推动器5上的衬底接收空间2·中。该接收空间在推动器的基部51的相反侧上，在衬底操纵面上方的空间中延伸，所述衬底操纵面包括段7的上面。每一个衬底2或晶片相对于推动器5的位置通过形式上的配合来自动地调整，也可充分地调整推动器5的容纳部以保持衬底或晶片处于竖直位置。在第一工作台STl的水平上，推动器5也可以随衬底或晶片再次下降并且将这些衬底或晶片放在支承件8中，当推动器5向下经过支承件8的结构部件的开口时支承件8通过将衬底或晶片放置在容纳部中来截获衬底或晶片，而推动器5继续向下行进直到其缩回到基体11中。在第二工作台ST2的水平上，利用载件或任何其它衬底操纵装置来执行同样的操作。从以下状态开始-支承件8容纳已进行过分裂(所述分裂必须以机械的方式进行，或者不以机械的方式进行，不管怎样，根据本发明使每一个衬底分裂成两个晶片)的衬底2并且处于台STl中；-分裂装置的组件12和推动器5对置并且垂直于台STl(按照图I的方向X适应地移动之后)，以及-分裂装置12包括伸展且打开的对称梳形件，首先对推动器5的上升进行控制。推动器5收集衬底2，每一个衬底2由推动器5的容纳部(为此，位于衬底下方的容纳部也具有形成为漏斗状且聚集衬底的V形斜坡)接收。在台STl水平上的位置处的推动器将衬底上举至较高位置，其中衬底中心在组件12的梳形件121、122的高度处，在图2所示的位置中。然后，将梳形件121、122接合在衬底2中。衬底分裂装置对衬底进行分裂。这些分裂装置包括至少一个分离器，该分离器具有例如接合在邻接晶片之间的分裂平面中的刀片的形式。该分离器紧固在每一个衬底上，以便将每一个衬底的两个晶片分裂并分离，如专利EP I 423244中所详述的那样。在分裂晶片期间，推动器5保持衬底2的下部。一旦分裂完成，推动器5即向下撤走，并且缩回到基体11中，以便仅由组件12的梳形件121、122保持由衬底2分裂而产生的晶片。然后，分裂装置的组件12通过其控制装置按照图I的方向X移动，直到组件12与台ST2垂直。推动器5与分裂装置的组件12固接，并且按照方向X横向地移动，直到推动器与分裂装置的组件12同时到达第二工作台ST2。处于缩回位置的推动器5发生移动，从而推动器5从形成基体11的上部的平板14下方经过。在台ST2的水平上放置有用于操纵晶片的装置。这些操纵装置适于容纳并保持晶片或者衬底，并且推动器5能够经过所述操纵装置的结构部件。参考上述实例，这可以是可倾斜载件(未示出)。然后，控制推动器5的上升，以使推动器5经过操纵装置而与晶片的下缘接触。在该位置处，推动器5支撑晶片。然后，组件12的梳形件121、122释放晶片，以使晶片仅由推动器5保持。接着，使推动器5及其所支撑的晶片下降。推动器5向下经过结构部件的开口、支 承件8，所述支承件8通过将晶片放置在容纳部中来截获晶片，同时推动器5继续向下行进直到其缩回到基体11中。
梳形件121、122可适于在若干步骤内释放晶片，例如在第一步中仅释放包含衬底的活性面的晶片，然后释放其它晶片，反之亦然。在该情形下，对每一个步骤执行使用适合的操纵装置和推动器5来相同操纵。在目的是对衬底晶片的分裂过程成品率进行优化的研究期间，申请人发现，衬底晶片断裂将引起明显的可靠性问题。实际上，因为衬底晶片受到不同的机械和热应力，而机械和热应力可能破坏并损坏设备。在衬底晶片断裂的情形下，在分裂之前、期间或之后，则在机器运行周围会出现不同尺寸的碎片。这些碎片可能出现在推动器上，更精确地说在推动器对衬底进行操纵的操纵面上。然后，可能发生，这些碎片妨碍推动器在衬底接收空间中恰当地接收衬底，该情形转化为无法被分裂或者进而断裂的错放衬底。此外，这些碎片出现在推动器上时可能会损坏基体11。实际上，推动器可能必须从一个工作台横向地移动至另一个工作台。在这些移动期间，推动器移入基体11的缩回位置，并且在构成支承件8的支撑的板14下方横向移动，从而定位在另一个工作台的开口以支撑衬底或晶片。在推动器从一个工作台横向移动至另一个工作台的期间，出现在接收空间中的任何可能的碎片都可能在推动器的接收空间内突出并且与基体11或结构部件(诸如支承件8)的局部发生碰撞。该碰撞可能导致推动器5的操纵面改变，损坏基体11或结构部件，甚至因所述碎片对推动器5的移动产生的阻力而使推动器5的移动或控制系统劣化。根据本发明的设备I具有检测装置9，当推动器5处于检测位置时该检测装置9适于确定在推动器5的接收空间的至少一个区域内是否存在障碍物，所述区域位于衬底的操纵装置附近。这些检测装置与基体11固接，并且位于至少一个工作台ST1、ST2的水平上，优选地在第一工作台STl上，尽管检测装置可以放在每一个工作台ST1、ST2的水平上。图4和图5示出了可以在本发明范围内使用的检测装置的非限制性实例。检测装置9包括至少一个发射机91，其用于发送电磁波束10 ;以及接收机92，其与所述发射机91相关，并且用于接收所述电磁波束10，发射机91和接收机92之间的电磁波束10的轨迹限定了接收空间的区域，当推动器5处于检测位置时确定在所述区域内是否存在障碍物。
例如，发射机91可以发送由与其相关的接收机92接收的激光束类型的电磁波束10，从而确定在由激光束的轨迹限定的接收区域中不存在障碍物。在该检测区域存在障碍物，诸如衬底碎片时，将妨碍接收机92接收激光束。根据接收机92未接收到激光束来确定在接收空间的所述区域中存在障碍物。发射机91和与所述发射机91有关的接收机92可以按照推动器的纵向Y而放置在推动器所经过的开口 96的任一侧上。这些检测装置9可以放置在固定于设备I的基体11上的结构95上，从而使检测装置与所述基体紧固在一起。检测装置9还可以由用于保护
的罩97覆盖。推动器5的检测位置位于推动器5在基体11中的缩回位置与推动器5支撑衬底2的较高位置之间。将推动器5处于检测装置9之间时的位置定义所述推动器5的检测位置。可以在单个工作台上安装检测装置9，优选在发生分裂并且衬底或晶片最可能断裂的第一工作台STl上。优选地，安装有检测装置9的每一个工作台ST1、ST2上均具有检测位置。 更确切地说，当电磁波束10经过推动器5的接收空间的区域时推动器5处于检测位置，所述区域位于衬底操纵装置52附近。优选地，检测区必须充分接近衬底操纵装置52，以便尺寸足以改变衬底的操纵或推动器5的移动并且将停留在推动器5的操纵装置52上的碎片至少部分在检测区中。优选地，仅仅当推动器5处于检测位置时才启动检测装置9。如上文所述和图3所示，衬底操纵装置52在与推动器的纵向Y垂直的截面中具有轮廓截面6，所述轮廓截面6包括由在与推动器5的纵轴线Y垂直的截面中的不同的轮廓段表征的若干个段7，检测装置9布置成对衬底2的接收空间53中与每一个段7相关的区域进行限定，以确定在衬底2的接收空间53中与每一个段7相关的每一个区域上是否存在障碍物。图6示出了检测装置9的布置。图中示出了处于检测位置的推动器5。检测装置9布置在由各自的轮廓确定的每一个段71、72、73、74、75附近，即在外部段71、75、过渡段72、74和中心段73附近。图6示出了例如发射机91以及与每一个发射机91相关的接收机92 (在罩97下方，看不见)，所述接收机92沿推动器的纵向Y与发射机91对置，且在第一平面中罩97的下方。因此，操纵装置52的每一个段71、72、73、74、75具有对衬底的接收空间53的检测区进行限定的成对的发射机91/接收机92。根据第二方面本发明涉及设备I的控制方法，其中，除上文提到的步骤以外，还包括以下步骤，即将推动器5固定在其检测位置，直到检测装置9确定出接收空间53的区域内不存在障碍物。每当推动器5到达其检测位置时，优选地固定推动器5，直到检测装置9确定出接收空间53的区域内不存在障碍物。此外，当检测装置9确定出在接收空间53的区域内存在障碍物时，使设备I中部件停止移动。因此，任何碎片，例如硅片，其可能切断一个或多个束10，停止分裂设备I的所有运动，从而防止任何损坏，并提醒分裂设备I的用户需要清除碎片。
权利要求
1.一种用于分裂衬底(2)的设备(1)，所述衬底包括其间限定有分裂平面的两个邻接晶片，所述设备包括 -基体(11)； -衬底晶片的分裂装置(12);以及 -用于执行一些衬底晶片(2)的受控移动的装置，其包括能够相对于所述设备(I)的基体(11)移动的至少一个推动器(5)，所述至少一个推动器(5)包括衬底的操纵装置(52)，所述操纵装置(52)适于将衬底容纳在所述推动器(5)上衬底(2)的接收空间(53)中； 所述推动器(5)能够移动布置在支承件(8)中的衬底(2)，所述衬底的存储方向限定纵向(Y)，所述设备的特征在于，其包括适于当所述推动器(5)处于检测位置时确定在所述推动器(5)的接收空间(53)的至少一个区域内是否存在障碍物的检测装置(9)，所述区域位于所述衬底的操纵装置(52)的附近。
2.根据权利要求I所述的用于分裂衬底(2)的设备(1)，其中所述检测装置(9)固接在基体(11)上。
3.根据权利要求I至2中任一项所述的用于分裂衬底(2)的设备(1)，其中所述检测装置(9)包括用于发送电磁波束(10)的至少一个发射机(91)和用于接收所述电磁波束(10)且与所述发射机(91)相关的接收机(92)，所述发射机(91)与所述接收机(92)之间的电磁波束(10)的轨迹限定了接收空间(53)的区域，当所述推动器(5)处于检测位置时确定在所述接收空间(53)的区域内是否存在障碍物。
4.根据前述权利要求所述的用于分裂衬底(2)的设备(1)，其中发射机(91)和与所述发射机(91)相关的接收机(92)按照纵向(Y)放置。
5.根据权利要求3至4中任一项所述的用于分裂衬底(2)的设备(1)，其中当所述推动器(5)处于检测位置时，所述衬底的接收空间(53)位于所述发射机(91)与所述接收机(92)之间。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的用于分裂衬底(2)的设备(1)，其中所述衬底的操纵装置(52)在与所述推动器(5)的纵向(Y)垂直的截面中具有截面轮廓(6)，所述截面轮廓(6)包括在与纵轴线(Y)垂直的截面中由不同的轮廓段表征的若干个段(7)，所述检测装置(9)布置成对衬底(2)的接收空间(53)中与每一个段(7)相关的区域进行限定，以确定在衬底(2)的接收空间(53)中与每一个段(7)相关的每一个区域上是否存在障碍物。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的用于分裂衬底(2)的设备(1)，其中所述推动器(5 )的检测位置位于所述推动器(5 )在所述基体(11)中的缩回位置与所述推动器(5 )支撑所述衬底(2)的位置之间。
8.一种根据权利要求7所述的用于分裂衬底(2)的设备(I)的控制方法，其中将所述推动器(5)固定在其检测位置中，直到所述检测装置(9)确定出在接收空间(53)的所述区域内不存在障碍物。
9.根据权利要求8所述的用于分裂衬底(2)的设备(I)的控制方法，其中每当所述推动器(5)到达其检测位置时，将所述推动器(5)固定，直到所述检测装置(9)确定出在接收空间(53)的所述区域内不存在障碍物。
10.根据权利要求8和9中任一项所述的用于分裂衬底(2)的设备(I)的控制方法，其中所述检测装置(9)确定出在接收空间(53)的所述区域内存在障碍物时，使所述设备(I)的部件的移动停止 。
全文摘要
本发明涉及具有障碍物检测的衬底分裂设备。本发明涉及用于分裂衬底(2)的设备(1)，所述衬底包括其间限定有分裂平面的两个邻接的晶片，所述设备包括基体(11)；用于分裂衬底晶片的装置(12)；以及用于执行一些衬底晶片(2)的受控移动的装置，其包括能够相对于设备(1)的基体(11)移动的至少一个推动器(5)，所述至少一个推动器(5)包括衬底的操纵装置，所述操纵装置适于将衬底容纳在推动器(5)上衬底(2)的接收空间中。所述推动器(5)能够移动布置在支承件(8)中的衬底(2)，所述设备包括适于当推动器(5)处于检测位置时确定在推动器(5)的接收空间的至少一个区域内是否存障碍物的检测装置(9)，所述区域位于所述衬底的操纵装置附近。
文档编号B28D1/32GK102800610SQ201210162389
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月23日 优先权日2011年5月24日
发明者T·贝纳尔 申请人:Soitec公司