专利名称：样品加工系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合于制造半导体衬底的样品加工系统。
大家知道具有SOI(半导体在绝缘体上)结构的衬底为在绝缘体上具有单晶硅的衬底。使用SOI结构的器件有许多用通常Si衬底不能达到的优点。优点例举如下。
(1)由于介质绝缘容易制作，所以能够提高集成度。
(2)能够增强耐辐射。
(3)由于寄生电容小所以能够增加器件的运作速度。
(4)不需要势阱台阶(5)能够防止闩锁效应。
(6)通过薄膜形成能够构成完全耗尽型的场效应晶体管。
由于SOI结构具有上述的各种优点，所以对其制作方法已进行了几十年的研究。
作为一种SOI技术，大家早已知道用CVD(化学汽相沉积)在单晶体蓝宝石上异质外延生长Si的SOS(硅在蓝宝石上)技术。这种SOS技术曾经赢得最成熟的SOI技术的声誉。然而，因为例如由Si层和在下面的蓝宝石衬底之间的界面中晶格匹配产生大量晶体缺陷、形成蓝宝石衬底中的铝掺和在Si层中、衬底昂贵以及难以获得大面积，所以没有按照技术资料把SOS技术付诸实际应用。
紧跟在SOS之后各种各样SOI技术问世。就这些SOI技术来说，为了减少晶体缺陷或者降低制造成本研究了各种各样的方法。这些方法包括为形成埋置氧化物层把氧离子注入到衬底的方法、为使薄的单晶Si层保留在氧化物层上经由氧化物薄膜键合二片薄片并且抛光或者蚀刻一片薄片的方法以及把氢离子注入到离具有氧化物薄膜的Si衬底的表面的预定深度、使衬底与另一片衬底键合、通过加热或诸如此类的方法使薄的单晶Si层保留在氧化物薄膜和剥离键合的衬底中的一片衬底(另一片衬底)的方法。
本申请人在Japanese Patent Laid-Open No.5-21338中公开了新SOI技术。在上述的技术中，把通过在具有多孔晶层的单晶半导体衬底上形成非多孔单晶层(包括单晶Si层)制备的第一衬底经由绝缘层与第二衬底键合。此后，使衬底在多孔层处分离，由此使非多孔单晶层转换成第二衬底。因为SOI层的厚度均匀性是优良的、可以减小SOI层中晶体缺陷密度、表面平面性是优良的、不需要具有特殊技术要求的昂贵的制造设备以及用简单的制造设备能够制备约几百埃到10微米厚的SOI薄膜，所以这种技术是有优势的。
本申请人在Japanese Patent Laid-Open No.7-302889中也公开了第一衬底和第二衬底键合、在没有损坏的情况下使第一衬底与第二衬底分离，使分离的第一衬底的表面平面化、重新形成多孔层以及再使用多孔层的技术。由于充分利用第一衬底所以在大幅度降低制造成本和简化制造工艺过程上是有优势的。
根据本申请人申请的制作SOI衬底的方法，可以制作高质量SOI衬底。然而，为了大量生产SOI衬底，举例来说，必须高速度地进行连串的工艺过程操作。
考虑到上面的情况构成了本发明，并以提供适合于制作例如SOI衬底的处理或加工系统为本发明的目的。
根据本发明，提供的样品加工系统其特征在于在于包括其上按大体上等角度间隔安装有用于保持样品的保持机械装置的转盘、用于使转盘在枢轴上旋转预定的角度以把保持机械装置保持的样品移动到操作位置上的驱动机械装置和至少一台用于处理由在预定的操作位置上的保持机械装置保持的样品的处理装置。
在加工系统中，操作位置最好包括例如接收将开始处理的样品的入口位置和运送处理的样品的出口位置。
加工系统最好进一步包括例如用于把被处理的样品运送到位于作为入口位置的操作位置上的保持机械装置和从位于作为出口位置操作位置上的保持机械装置接收处理的样品的运送器机械装置。
在加工系统中，例如运送器机械装置最好把处于平放状态的片状样品运送到位于入口位置上的保持机械装置和从位于出口位置上的保持机械装置接收处于平放状态的处理的片状样品。
在加工系统中，运送器机械装置最好包括例如标量机器人(scalarrobot无向自动装置)。
在加工系统中，保持机械装置最好具有例如用于从下侧保持片状样品的下侧保持机械装置。
在加工系统中，保持机械装置最好具有例如用于从下侧保持片状样品的下侧保持机械装置和用于从上侧保持片状样品的上面保持机械装置。
在加工系统中，最好例如被处理的样品具有分离层和至少一台处理装置包括用于在分离层上使样品分离的分离装置。
在加工系统中，例如分离装置最好朝着由位于分离样品的操作位置上的保持机械装置保持的样品中的分离层喷射流体束。
在加工系统中，最好例如保持机械装置具有用于围绕垂直于分离层的轴转动样品的驱动源和分离装置分离由驱动源转动的样品。
在加工系统中，至少一台处理装置最好包括例如用于使样品定中心的定中心装置。
在加工系统中，例如定中心装置最好使由置于定中心处理的操作位置上的保持机械装置保持的样品定中心。
在加工系统中，至少一台处理装置最好包括例如用于清洗由分离装置分离的样品的清洗装置。
在加工系统中，清洗装置最好清洗由位于清洗处理的操作位置上的保持机械装置保持的样品。
在加工系统中，至少一台处理装置最好包括用于清洗和干燥由分离装置分离的样品的清洗/干燥装置。
在加工系统中，例如清洗/干燥装置最好清洗和干燥由置于清洗/干燥处理的操作位置上的保持机械装置保持的样品。
在加工系统中，最好在操作位置上并行地执行处理操作。
加工系统最好进一步包括例如用于使样品定中心的定中心装置和用于接收用定中心装置定中心的样品并把样品运送到位于入口位置上的保持机械装置的运送机械装置。
加工系统最好进一步包括例如用于清洗样品的清洗装置和用于接收由位于出口位置上的保持机械装置保持的样品并把样品运送到清洗装置的运送器机械装置。
加工系统最好进一步包括例如用于清洗和干燥样品的清洗/干燥装置和用于接收由置于出口位置上的保持机械装置保持的样品并把样品运送到清洗/干燥装置的运送器机械装置。
加工系统最好进一步包括例如用于使样品定中心的定中心装置、用于接收用定中心装置定中心的样品并把样品运送到位于入口位置上的保持机械装置的第一运送器机械装置，用于清洗样品的清洗装置以及用于接收由置于出口位置上的保持机械装置保持的样品并把样品运送到清洗装置的第二运送器机械装置。
加工系统最好进一步包括例如用于使样品定中心的定中心装置、用于接收用定中心装置定中心的样品并把样品运送到置于入口位置上的保持机械装置的第一运送器机械装置。用于清洗和干燥样品的清洗/干燥装置以及用于接收由置于出口位置的保持机械装置保持的样品并把样品运送到清洗/干燥装置的第二运送器机械装置。
加工系统最好进一步包括例如用于把样品运送到定中心装置并从清洗装置接收样品的第三运送器机械装置。
加工系统最好进一步包括例如用于把样品运送到定中心装置并从清洗/干燥装置接收样品的第三运送器机械装置。
加工系统最好进一步包括例如用于在样品被运送到置于入口位置上的保持机械装置之前处理样品的装置。
加工系统最好进一步包括例如用于在从置于出口位置上的保持机械装置接收样品之后处理样品的装置。
在加工系统中，分离层最好是例如具有脆弱结构的层。
在加工系统中，具有脆弱结构的层最好是例如多孔层。
在加工系统中，具有脆弱结构的层最好是例如微孔腔层。
在加工系统中，被处理的样品最好是例如半导体衬底。
在加工系统中，最好是通过例如使第一衬底和第二衬底键合形成被处理的样品并且样品具有作分离层的有脆弱结构的层。
在加工系统中，最好是通过例如在第一半导体衬底表面形成多孔层、在多孔层上形成非多孔层以及使第二衬底与非多孔层键合形成被处理的样品。
根据下面本发明实施例的详细描述参阅附图，本发明的进一步的目的、其特征在于和优点将是显而易见的。
附图的简要描述
图1A到1E是用于说明根据本发明最佳实施例制作SOI衬底中的步骤的剖视图；图2是表示根据本发明第一实施例的加工系统的示意构造的平面图；图3是示意地表示(bonded)键合衬底叠片被运送到置于入口位置上的保持机械装置的状态的视图；图4是示意地表示使由置于定中心处理位置上的保持机构装置保持的键合衬底叠片矫正中心的状态的透视图；图5是示意地表示使置于分离处理位置上保持机械装置保持的键合衬底叠片分离的状态的透视图；图6是示意地表示清洗和弄干置于清洗/干燥处理位置上的二片衬底的工艺方法的透视图；图7是表示根据本发明第二实施例的加工系统的示意构造的平面图；图8是表示在转盘上安装的保持机械装置的示意构造的视图；图9是表示在图8中所示的保持机械装置部分的视图；图10是表示用于一片键合衬底叠片在根据第一实施例的加工系统中处理的流程的程序方框图；图11是表示用于一片键合衬底叠片在根据第二实施例的加工系统中处理的流程的程序方框图；和图12A和12B是表示标量机器人的另一种结构的视图。
最佳实施例的详细描述在下面将参照附图描述本发明的最佳实施例。
图1A到1E是用于说明根据本发明最佳实施例制作SOI衬底中的步骤的剖视图。
在图1A所示的步骤中，制备单晶Si衬底，然后就在单晶Si衬底11的表面上通过例如阳极氧化处理形成多孔Si层12。在图1B所示的步骤中，用外延生长在多孔Si层12上形成非多孔单晶Si层13。在非多孔单晶Si层13上形成绝缘层(例如SiO2层)15。在上述的工艺过程的情况中，形成第一衬底10。
在图1C所示的步骤中，准备第二衬底20，然后就在使绝缘层15与第二衬底20相对时使第二衬底20在室温下与第一衬底10紧密接触。此后，通过阳极氧化键合、加压、加热，或者说使其组合，使第一衬底10和第二衬底键合。使绝缘层15和第二衬底20牢固地键合以形成键合衬底叠片50。如上所述，可以在非多孔单晶Si层13上形成绝缘层15。换言之，不是在第二衬底20上就是在非多孔单晶Si层13和第二衬底20二者上可以形成绝缘层15直到在使第一和第二衬底互相紧密接触时候获得图1c所示的状态。
在图1D所示的步骤中，二片键合的衬底在多孔Si层12上分离。第二衬底侧(10”+20)具有多孔Si层12”/单晶Si层13/绝缘层15/单晶Si衬底20的多层结构。第一衬底侧(10’)具有在单晶Si衬底11上形成多孔Si层12’的结构。
在去除留下的多孔Si层12’并且按需要使多孔Si层12’的表面平面化以后，分离的衬底(10’)用作重新形成第一衬底(10)的单晶Si衬底11。
在分离键合衬底叠片以后，在图1E所示的步骤中，有选择地去除在第二衬底侧(10”+20)表面上的多孔层12”。在上述的工艺过程的情况下，获得具有单晶Si层13/绝缘层15/单晶Si衬底20的多层结构，即SOI结构的衬底。
作为第二衬底，例如不仅可以用单晶Si衬底而且也可以用绝缘衬底(例如石英衬底)或者透明衬底(例如石英衬底)。
在上述的制造工艺过程中，为了简化使二片衬底键合和使二片衬底分离的工艺过程(图1D)，在分离区域中形成具有脆弱结构的多孔Si层12。例如可以形成微孔腔层来代替多孔层。通过例如把离子注入到半导体衬底能够形成微孔腔层。
在下面将描述在制作例如SOI衬底的上述的工艺过程中适合于键合衬底叠片分离处理的加工系统。下面的分离装置不仅能够用于分离键合衬底叠片而且也能用于分离其他样品。
〔第一实施例〕图2是表示根据本发明第一实施例的加工系统的示意构造的平面图。加工系统7000从盒中取出键合衬底叠片、分离键合衬底叠片、清洗和弄干分离的衬底、分选处理的衬底以及把处理的衬底贮藏在盒中。
加工系统7000具有其上按大体上等角度间隔安装许多用于保持键合衬底叠片或者分离的衬底的保持机械装置7100的转盘7060。转盘7060具有用于分隔保持机械装置7100的隔板7160。
如图3所示，转盘7060与固定在底座台7001中的电机7600的转动传动轴7170连接。电机7600使转盘7060在枢轴上转动预定角度以使由保持机械装置7100保持的键合衬底叠片50或者分离的衬底分别移动到操作位置7110至7150。
操作位置7110是保持机械装置7100从标量机器人7050接收被处理的键合衬底叠片50的入口位置。在操作位置7120上，定中心装置7400使键合衬底叠片50矫正中心。在操作位置7130上，分离装置7200使键合衬底叠片50在多孔层处分离。在操作位置7140上，清洗/干燥装置7500清洗和弄干分离的衬底。操作位置7150是把每片处理的衬底运送到标量机器人7050的出口位置。
转盘7060除了入口位置7110和出口位置7150的部分外被容纳在工作室7300中。
加工系统具有装样品器7040、第一卸样品器7030、第二卸样品器7020和第三卸样品器7010。在处理以前，把贮藏一片或多片键合衬底叠片的第一盒7041放在装样品器7040上。在处理前，把空的第二盒7031放在第一卸样品器7030上，把空的第三盒7021放在第二卸样品器7020上和把空的第四盒7011放在第三卸样品器7010上。
标量机器人围绕预定的转动传动轴转动机器人手臂以使机器人手臂靠近或远离转动的传动轴来运送键合衬底叠片或分离的衬底。
分离装置7200从喷头7220朝着由保持机械装置7100保持的键合衬底叠片50中的多孔层喷射射流，因此在多孔层处把键合衬底叠片50分离成二片衬底。也就是说，上述的分离装置7200采用水力喷射法。
一般说来，水力喷射法向目标喷射高速、高压水流来例如切割或加工陶瓷、金属、混凝土、树脂、橡胶或木材，去除表面的覆盖薄膜或洗洗表面(“Water Jet”，Vol.1，No.1，page 4(1984))。
由于键合衬底叠片的脆弱结构所以上述的分离装置向多孔层(分离区域)喷射流体喷流以便有选择地破碎多孔层，由此在多孔层处分离衬底叠片。在下文中喷流将被称之为“射流”。使用水、像乙醇之类的有机溶剂、像氢氟酸或硝酸之类的酸、像氢氧化钾之类的碱、像氮气、碳酸气、惰性气体或腐蚀性气体之类气体、或者等离子气体作为形成射流的流体是可能的。
在上述的分离装置用于制造半导体器件或者分离例如键合衬底叠片时，最好用含有最少量杂质金属或微粒的纯水作形成射流的流体。
根据例如分离区域(例如多孔层)的类型或者键合衬底叠片的侧表面形状能够确定射流喷射条件。作为射流喷射条件，例如对射流介质施加的压力、射流扫描速度、喷口宽度或直径(直径大体与射流直径一样)、喷口形状、喷口和分离区域之间的距离以及射流的流动速率被用作重要的参数。
根据使用水力喷射法的分离方法，能够在没有损坏键合衬底叠片的情况下把键合衬底叠片分离成二片衬底。
这样的分离装置在样品表面大体上水平放置时保持像键合衬底叠片之类的样品，然后就在这样的状态下在脆弱结构处(例如多孔晶层)分离样品。在其表面水平放置的情况下保持样品时，例如(1)能够避免样品跌落，(2)能够容易地保持样品，(3)能够容易运送样品，(4)能够容易在分离装置和另一装置之间高效率地输送样品，以及(5)因为能够在垂直方向上安排组成元件所以能够减少分离装置的投影面积(占有面积)。
图8是表示在转盘7060上安装的保持机械装置7100的示意构造的平面图。图9是表示图8所示的保持机械装置7100部分的视图。
保持机械装置7100具有一对保持衬底部分1909和1901。保持衬底部分1909和1901通过从上面和下面把键合衬底叠片50夹在中间水平地保持键合衬底叠片50。
下面保持衬底部分1901具有在键合衬底叠片50和保持衬底部分1901之间形成间隙的凸形底座部分1903，以便标量机器人7050的机器人手臂伸入到间隙。底座部分1903具有用于真空夹紧键合衬底叠片50的抽真空孔1902。保持衬底部分1901具有围绕底座部分1903的防止移位，元件1911。用例如橡胶或树脂制造的防止移位元件1911防止键合衬底叠片50在平面方向上移动。在上述的防止移位元件1911的情况中，可以用小的压力或抽真空力吸持键合衬底叠片50。
保持衬底部分1901与转动传动轴1904的一端连接。用底座台1920通过轴承支撑转动传动轴1904。轴承1906在其上部具有密封元件1905用于密封在底座台1920中形成的通过转动传动轴1904的开口部分。抽真空管道1907延伸通过转动传动轴1904。抽真空管道1907与保持衬底部分1901中的抽真空孔1902连接。抽真空管道1907还经由图环1908与外部抽真空管道连接。转动传动轴1904与转动源(未表示出)连接，以便用从转动源施加的转动力来转动。
保持衬底部分1909配置在保持衬底部分1901之间。保持衬底部分1909与驱动机械装置1930中的驱动传动轴1910连接以便用驱动机械装置1930来垂直移动。由驱动机械装置1930可转动地轴向支撑驱动传动轴1910。
上面保持衬底部分1909具有在键合衬底叠片50和保持衬底部分1909的表面之间形成间隙的凸形底座部分1912以便标量机器人7050的手臂能够插入间隙。底座部分1912具有用于真空夹紧键合衬底叠片50的抽真空孔1914。保持衬底部分1909具有围绕底座部分1912的防止移位元件1913。用例如橡胶或树脂制造的防止移位元件1913防止键合衬底叠片50在平面方向上移动。在上述的防止移位元件1913的情况中，可以用小压力或抽真空力吸持键合衬底叠片50。
举例来说，在保持机械装置7100置于分离处理位置7130上时，分离装置7200的喷头7220与保持机械装置相对，如图8所示。用正交机器人7210控制喷头7220。在喷头720和保持衬底部分1901之间可以插入用于按需要分割从喷头7220喷射的射流的闸门板。
下面将描述用分离装置7200的分离处理的工序。当转盘在枢轴上转动时，保持在定中心处理位置7120上矫正中心的键合衬底叠片50的保持机械装置7100移动到分离处理位置7130。
在分离处理位置7130上，驱动机械装置1930向下移动保持衬底部分1909，并且保持衬底部分1909压紧键合衬底叠片50。键合衬底叠片50被保持衬底部分1909和1901从二侧压紧而被保持。
使转动源(未表示出)转动以致把转动力传送到传动传动轴1904。转动传动轴1904、保持衬底部分1901、键合衬底叠片50和保持衬底部分1909整体转动。
把高压射流介质(例如水)从泵(未表示出)输送到喷头7220。使高压射流从喷头7220朝着键合衬底叠片50中的多孔晶层喷射以便使键合衬底叠片50开始分离。
在键合衬底叠片50完全被分离时，停止与喷头7220连接的泵的运行以中断向键合衬底叠片50喷射射流。也停止转动传动轴1904的驱动以使键合衬底叠片50停止转动。
开动保持衬底部分1901和1909中的真空吸盘机械装置。保持衬底部分1909吸持上面的分离的衬底而保持衬底部分1901吸持下面的分离的衬底。驱动机械装置1930使保持衬底部分1909向上移动。二片衬底彼此离开留有间隔。
在键合衬底叠片50被分离成二片衬底以后，流体存在于二片衬底之间。当流体是液体(例如水)时表面张力相当大。因此，为了用较小的力分离二片衬底，最好把射流从喷头7220输送到二片衬底之间的间隙。在这样的情况中，在二片衬底被分离以后中断从喷头7220射出的射流。而喷射用于分离二片衬底的射流的机械装置可以单独地配备。
图2所示的加工系统7000具有整体装配的转盘7060、定中心装置7400、分离装置7200、清洗/干燥装置7500、标量机器人7050、装样品器7040、第一卸样品器7030、第二卸样品器7020和第三卸样品器7010。然而，在另一实施例中可以把这些组成元件装配成单元，然后在用来构成加工系统中可以使这些单元连接。举例来说，转盘7060、定中心装置7400、分离装置7200和清洗/干燥装置7500可以合成为第一单元。用标量机器人7050作第二单元。装样品器7040、第一卸样品器7030、第二卸样品器7020和第三卸样品器7010合成为第三单元。在用来构成一台加工系统中使第一到第三单元整体化。
图10是表示在加工系统7000中用于一片键合衬底叠片的工艺流程的程序方框图。首先，手动地或自动地把贮藏被处理的键合衬底叠片的第一盒7041放在装样品器7040上的预定位置处。把空的第二盒7031、第二盒7021和第四盒7011分别放在第一卸样品7030、第二卸样品器7020和第三卸样品器7010上。
在本实施例中，第二盒7031用于贮藏上面的分离的衬底、第三盒7021用于贮藏下面的分离的衬底和四盒7011用于贮藏分离失误的键合衬底叠片(或分离的衬底)。
把第一盒7041放在装样品器7040上以便使贮藏的键合衬底叠片成平放。把第二盒7031、第三盒7021和第四盒7011分别放在第一卸样品器7030、第二卸样品器7020和第三卸样品器7010上，以便能够平放贮藏衬底。
在步骤S101中，标量机器人7050从在装样品器7040上的第一盒7041取出键合衬底叠片并把键合衬底叠片运送到置于入口位置7110上的保持机械装置7100。图3是示意地表示键合衬底叠片被运送到置于入口位置7110上的保持机械装置7100的状态的视图。更准确地说，在步骤S101中，标量机械器人7050从下面托住键合衬底叠片50并把它放在保持机械装置7100中的下面的保持衬底部分1901上。
在步骤S102中，从上面看时把转盘7060按顺时针方向在枢轴上转动预定的角度(在本例子中为72°)以便把在步骤S101中运送到保持机械装置7100的键合衬底叠片移动到定中心处理位置7120。
在步骤S103中，定中心装置7400控制安放在定中心处理位置7120上的键合衬底叠片50的位置。图4是示意地表示使置于定中心处理位置7120上的保持机械装置7100保持的键合衬底叠片50矫正中心的状态的透视图。
更准确地说，在步骤S103中，如图4所示，通过使由支撑机械装置7450枢轴轴向支撑的转动传动轴7440在枢轴上转动使驱动机械装置7430在枢轴上转动以使键合衬底叠片50在导向板7410和导向板7420之间定位。当驱动机械装置7430减少导向板7410和导向板7420之间的间距时，导向板7410和7420的侧表面紧靠键合衬底叠片50的边缘部分以使键合衬底叠片50矫正中心。
在步骤S104中，从上面看时把转盘7060按顺时针方向在枢轴上转动预定的角度(在本例子中为72°)以便把在步骤S103中用定中心装置7400矫正中心的键合衬底叠片移动到分离处理位置7130。
在步骤S105中，分离装置7200使置于分离处理位置上的键合衬底叠片50在多孔晶层处分离。图5是示意地表示使由置于分离处理位置7130上的保持机械装置7100保持的键合衬底叠片50分离的状态的透视图。
更准确地说，在步骤S105中，从分离装置7200的喷头7220向由保持机械装置7100转动的键合衬底叠片50中的多孔层喷射射流，因而把键合衬底叠片分离成上下二片衬底。开动上下保持衬底部分1909和1901中的真空吸盘机械装置以使保持衬底部分1909向上移动，因而使二片衬底彼此分离。以上描述了分离工艺过程的详细情况。
在步骤S106中，从上面看时把转盘7060按顺时针方向在枢轴上转动预定的角度(在本例子中为72°)以便把步骤S105中用分离机械装置7200分离的二片衬底移动到清洗/干燥处理位置7140。
在步骤S107中，清洗/干燥装置7140清洗并弄干分离的衬底。图6是示意地表示清洗和弄干置于清洗/干燥处理位置上的二片衬底的工艺过程的透视图。
更准确地说，在步骤S107中，在保持机械装置7100转动衬底的同时，通过输送管道7520输送的清洗溶液(例如水)从清洗/干燥喷头7510向分离的衬底50a和50b喷射以便清洗衬底50a和50b。然后，从清洗/干燥喷头7510向衬底50a和50b喷射气体以便吹干衬底50a和50b。在保持机械装置7100高速转动衬底50a和50b时，能够有效地使衬底50a和50b甩干。
在步骤S108中，从上面看时把转盘7060按顺时针方向在枢轴上转动预定的角度(在本例子中为72°)以便把在步骤S107中清洗/弄干的衬底50a和50b移动到出口位置7150。
在步骤S109中，标量机器人7050从置于出口位置7150的保持机械装置7100中的上面保持衬底部分1909中接收衬底50a并把衬底50a贮藏在第一卸样品器7030上的第二盒7031中。标量机械人7050可以具有使衬底旋转180°把衬底翻过来的机械装置。用这个机械装置可以使从上面保持衬底部分1909接收的衬底旋转180°然后就贮藏在第二盒7031中。
在步骤S110中，标量机器人7050从置于出口位置7150的保持机械装置7100中的下面保持衬底部分1901中接收衬底50b并把衬底50b贮藏在第二卸样品器7020上的第三盒7021中。
以上描述了加工系统7000相对于一片键合衬底叠片的运作。在这样的加工系统7000中，能够在操作位置7110到7150上并行地执行键合衬底叠片或者分离的衬底的操作和处理。更准确地说，在操作位置7110到7150上，能够并行地由定中心装置7400执行矫正中心处理、由分离装置7200执行分离处理、由清洗/干燥装置7500执行清洗/干燥处理和用标量机器人7050执行键合衬底叠片或分离的衬底的运送。根据这样的加工系统，由于通过在枢轴上转动转盘7060能够改变操作位置，所以能够很快地使工艺过程转换到下一个工艺过程。因而，按照这样的加工系统，能够高速地进行连串的工艺过程操作。
在加工系统7000中，举例来说，标量机器人7050根据从操作员经由操纵盘(未表示出)发出的指令输入把分离失误的衬底贮藏在第三卸样品器7010上的第四盒7011中。不是根据操作员发出的指令识别分离故障而是可以配备分离状态监视器装置来探测分离故障。〔第二实施例〕图7是表示根据第二实施例的加工系统的示意构造的平面图。加工系统8000从盒取出键合衬底叠片、分离键合衬底叠片、清洗和弄干分离的衬底、把处理过的衬底分类以及把衬底贮藏在盒中。
加工系统8000具有按大体上等角度间隔安装许多用于保持键合衬底叠片或分离的衬底的保持机械装置7100的转盘8200。转盘8200具有用于分隔保持机械装置7100的隔板8250。
转盘8200与在下面配置的电机8300中的转动传动轴连接。电机8300使转盘8200旋转预定的角度以使由保持机械装置7100保持的键合衬底叠片50或分离的衬底分别移动到操作位置8210至8230。
操作位置8210是从运送器机器人8140接收由定中心装置8130矫正中心的键合衬底叠片的位置(入口位置)。在操作位置8220上，用分离装置7200使键合衬底叠片在多孔层处分离。操作位置8230是把分离的衬底从运送器机器人8150输送到清洗/干燥装置8160的位置(出口位置)。
定中心装置8130、转盘8200、清洗/干燥装置8160以及运送器机器人8140和8150装配在工作室8100内。工作室8100具有二个活门8110和8120。在活门8110打开时标量机器人8050把键合衬底叠片运送到定中心装置8130，而在活门8120打开时标量机器人8050从清洗/干燥装置8160接收洗净/弄干的衬底。
加工系统8000具有装样品器8010、第一卸样品器8020、第二卸样品器8030和第三卸样品器8040。在处理以前，把贮藏一片或多片键合衬底叠片的第一盒8011放在装样品器8010上。在处理以前，把空的第二盒8021放在第一卸样品器8020上，把空的第三盒8031放在第二卸样品器8030上和把空的第四盒8041放在第三卸样品器8040上。
在本实施例中，与第一实施例一样，加工系统8000中的组成元件也可以装配成单元，并且在用来构成加工系统中也可以连接这些单元。
标量机器人8050围绕预定的转动传动轴转动机器人手臂并且移动机器人手臂接近或者远离转动传动轴以便运送键合衬底叠片或分离的衬底。
图11是表示在加工系统8000中相对于一片键合衬底叠片的工艺流程的程序方框图。首先，手动地或自动地把贮藏被处理的键合衬底叠片的第一盒8011放在装样品器8010的预定位置上。把空的第二盒8021、第三盒8031和第四盒8041分别放在第一卸样品器8020、第二卸样品器8030和第三卸样品器8040上。
在本实施例中，第二盒8021用于贮藏上面的分离的衬底，第三盒8031用于贮藏下面的分离的衬底，以及第四盒8041用于贮藏分离失误的键合衬底叠片(或分离的衬底)。
把第一盒8011放在装样品器8010上以便使贮藏的键合衬底叠片成平放。把第二盒8021、第三盒8031和第四盒8041分别放在第一卸样品器8020、第二卸样品器8030和第三卸样品器8040上，以便能够水平地贮藏衬底。
在步骤S201中，打开活门8110，然后标量机器人8050从在装样品器8010上的第一盒8011中取出键合衬底叠片50并且把键合衬底叠片50运送到定中心装置8130。在步骤S202中，定中心装置8130使键合衬底叠片矫正中心。在步骤S203中，运送机器人8140把定完中心的键合衬底叠片运送到置于操作位置8210上保持机械装置7100。
在步骤S204中，从上面看把转盘8200按逆时针方向在枢轴上转动预定的角度(在本实施例中为120°)以便把在步骤S203中运送到置于操作位置8210上的保持机械装置7100的键合衬底叠片移动片分离处理位置8220。
在步骤S205中，分离装置7200使置于分离处理位置8220上的键合衬底叠片50在多孔层处分离。图5示意地表示使由置于分离处理位置8220上的保持机械装置7100保持的键合衬底叠片50分离的状态的透视图。
更准确地说，在步骤S205中，从分离装置7200的喷头7220向由保持机械装置7100转动的键合衬底叠片50中的多孔层喷射射流，因而把键合衬底叠片分离成上下二片衬底。开动上下保持衬底部分1909和1901中的真空吸盘机械装置以使保持衬底部分1909向上移动，因而使二片衬底彼此分离。以上描述了分离工艺过程的详细情况。
在步骤S206中，从上面看时把转盘8200按逆时针方向在枢轴上转动预定的角度(在本例子中为120°)以便把在步骤S205中分离的衬底移动到操作位置8230。
在步骤S207中，运送器机器人8150把上面的分离的衬底从操作位置8230上的保持机械装置7100运送到清洗/干燥装置8160。在步骤S208中，清洗/干燥装置8160清洗和弄干上面的衬底。在步骤S209中，打开活门8120，然后标量机器人8050从清洗/干燥装置8160接收上面的衬底并把衬底贮藏在第一卸样品器8020上的第二盒8021中。标量机器人8050可以具有用于使衬底旋转180°把衬底翻过来的机械装置。用这种机械装置可以把从清洗/干燥装置8160接收的上面的衬底旋转180°然后就贮藏在第二盒8021中。
在步骤S210中，运送器机器人8150把下面的分离的衬底从在操作位置8230上的保持机械装置7100运送到清洗/干燥装置8160。在步骤S211中，清洗/干燥装置8160清洗和弄干下面的衬底。在步骤S212中，打开活门8120，然后标量机器人8050从清洗/干燥装置8160中接收下面的衬底并把衬底贮藏在第二卸样品器8030上的第三盒8031中。
以上已描述加工系统8000相对于一片键合衬底叠片的操作。在这样的加工系统8000中，能够并行地用定中心装置8130执行矫正中心操作、用分离装置7200执行分离处理和用清洗/干燥装置8160执行清洗/干燥处理。根据这样的加工系统，通过在枢轴上转动转盘8200可以快速地变换操作位置。因而，根据这样的加工系统，能够高速度地进行连串的工艺过程操作。
在加工系统8000中，举例来说，标量机器人根据从操作员经由操纵盘(未表示出)发出的指令输入把分离失误的衬底贮藏在第三卸样品器8040上的第四盒8041内。不是根据操作员发出的指令识别分离故障而是可以配备分离状态监视器装置来探测分离故障。〔标量机器人中的机器人手臂的另一种结构〕下一步将描述标量机器人中的机器人手臂的另一种结构。图12A和12B是表示标量机器人7050中的机器人手臂的另一种结构的视图。图12A是平面图而图12B是沿图12A中的A-A’线作出的剖面图。图12A和12B所示的机器人手臂具有U形的主体9044和用于保持键合衬底叠片或分离的衬底的末端部分的保持部分9001到9003。最好用例如PTFE组成保持部分9001到9003。
具有这种结构的机器人手臂仅仅与键合衬底叠片或者分离的衬底的未端部分接触。因而，键合衬底叠片或者分离的衬底的表面很少被损伤。
具有这种结构的机器人手臂仅仅与分离的衬底的末端部分接触。因而，与分离的表面向着上面还是向着下面无关，即使在从下面保持分离的衬底时，衬底表面也很少被损伤。
具有这种结构的机器人手臂一面保持键合衬底叠片或分离的衬底一面调整键合衬底叠片或分离的衬底避免在平面方向内移动。由于这个原因，能够避免键合衬底叠片或分离的衬底跌落。
具有这种结构的机器人手臂在保持部分9001到9003中间的一个保持部分或所有保持部上具有卡盘机械装置。在这样的情况下，可以更有效地防止键合衬底叠片或分离的衬底跌落。此外，例如可以从上面吊住衬底。
具有这种结构的机器人手臂可以具有使卡住分离的衬底的主体9004旋转180°把衬底翻过来的机械装置。
根据本发明，例如，由于通过在枢轴上转动转盘可以变换操作位置，所以能够高速度地进行连串的工艺过程操作。
本发明不局限于以上的实施例并且在本发明的精神和范围内可以作各种各样的变换和变更。所以，为通告属于本发明范围的公民，制定下列的权利要求书。
权利要求
1.一种用于加工样品的加工系统，其特征在于在于包括其上以大体上等角度间隔安装着用于保持样品的保持机械装置的转盘；用于使上述的转盘在枢轴上转动预定角度以便把由上述的保持机械装置保持的样品移动到操作位置的驱动机械装置；和用于处理由在预定的操作位置的上述的保持机械装置保持的样品的至少一台处理装置。
2.根据权利要求1的系统，其特征在于在于操作位置包括接收开始处理的样品的入口位置和运送处理的样品的出口位置。
3.根据权利要求2的系统，其特征在于在于进一步包括用于把待处理的样品运送到位于作为入口位置的操作位置上的上述的保持机械装置和从位于作为出口位置的操作位置上的上述的保持机械装置接受处理的样品的运送器机械装置。
4.根据权利要求3的系统，其特征在于在于上述的运送器机械装置把处于水平状态的片状样品运送到置于入口位置上述的上的保持机械装置和从位于出口位置上的上述的保持机械装置接收处理的处于水平状态的片状样品。
5.根据权利要求4的系统，其特征在于在于上述的运送器机械装置包括标量机器人。
6.根据权利要求5的系统，其特征在于在于上述的保持机械装置具有用于从下侧保持片状样品的下保持机械装置。
7.根据权利要求5的系统，其特征在于在于上述的保持机械装置具有用于从下面保持片状样品的下保持机械装置和用于从上侧保持片状样品的上保持机械装置。
8.根据权利要求1至7中的任一权利要求的系统，其特征在于在于被处理的样品具有分离层，并且至少一台上述的处理装置包括用于在分离层处分离样品的分离装置。
9.根据权利要求8的系统，其特征在于在于上述的分离装置向由位于分离样品的操作位置上的上述的保持机械装置保持的样品中的分离层喷射流体束，由此在分离层处分离样品。
10.根据权利要求9的系统，其特征在于在于上述的保持机械装置具有用于围绕与分离层正交的轴转动样品的驱动源，并且上述的分离装置分离由上述的驱动源转动的样品。
11.根据权利要求1至10中的任一权利要求的系统，特征在于至少一台上述的处理装置包括用于使样品定中心的定中心装置。
12.根据权利要求11的系统，其特征在于在于上述的定中心装置使由位于定中心处理的操作位置上的上述的保持机械装置保持的样品定中心。
13.根据权利要求8至10中的任一权利要求的系统，其特征在于在于至少一台上述的处理装置包括用于清洗上述的分离装置分离的样品的清洗装置。
14.根据权利要求13的系统，其特征在于在于上述的清洗装置清洗由位于清洗处理的操作位置上的上述的保持机械装置保持的样品。
15.根据权利要求8至10中的任一权利要求的系统，其特征在于在于至少一台上述的处理装置包括用清洗和干燥由分离装置分离的样品的清洗/干燥装置。
16.根据权利要求15的系统，其特征在于在于上述的清洗/干燥装置清洗和干燥由位于清洗/干燥处理的位置上的上述的保持机械装置保持的样品。
17.根据权利要求1至16中的任一权利要求的系统，其特征在于在于在操作位置上并行地进行加工操作。
18.根据权利要求2的系统，其特征在于在于进一步包括用于使样品定中心的定中心装置，和用于接收由上述的定中心装置矫正中心的样品并且把样品运送到位于入口位置上的上述的保持机械装置的运送器机械装置。
19.根据权利要求2的系统，其特征在于在于进一步包括用于清洗样品的清洗装置，和用于接收由位于出口位置上的上述的保持机械装置保持的样品并且把样品运送到上述的清洗装置的运送器机械装置。
20.根据权利要求2的系统，其特征在于在于进一步包括用于清洗和干燥样品的清洗/干燥装置，和用于接收由位于出口位置上的上述的保持机械装置保持的样品并且把样品运送到上述的清洗/干燥装置的运送器机械装置。
21.根据权利要求2的系统，其特征在于在于进一步包括用于使样品定中心的定中心装置，用于接收由上述的定中心装置定中心的样品并且把样品运送到置于入口位置上的上述的保持机械装置的第一运送器机械装置，用于清洗样品的清洗装置，和用于接收由置于出口位置上的上述的保持机械装置保持的样品并且把样品运送到上述的清洗装置的第二运送器机械装置。
22.根据权利要求2的系统，其特征在于在于进一步包括用于使样品定中心的定中心装置，用于接收由上述的定中心装置定中心的样品并且把样品运送到位于入口位置上的上述的保持机械装置的第一运送器机械装置，用于清洗和干燥样品的清洗/干燥装置，和用于接收由位于出口位置上的上述的保持机械装置保持的样品并且把样品运送到上述的清洗/干燥装置的第二运送器机械装置。
23.根据权利要求21的系统，其特征在于在于进一步包括用于把样品运送到上述的定中心装置和从上述的清洗装置接收样品的第二运送器机械装置。
24.根据权利要求22的系统，其特征在于在于进一步包括用于把样品运送到上述的定中心装置和从上述的清洗/干燥装置接收样品的第三运送器机械装置。
25.根据权利要求2的系统，其特征在于在于进一步包括在样品被运送到位于入口位置上的上述的保持机械装置以前用于处理样品的装置。
26.根据权利要求2或25的系统，其特征在于在于进一步包括在从位于出口上的上述的保持机械装置接收样品以后用于处理样品的装置。
27.根据权利要求8至10中的任一权利要求设备，其特征在于在于分离层是具有脆弱结构的层。
28.根据权利要求27的系统，其特征在于在于具有脆弱结构的层是多孔层。
29.根据权利要求27的系统，其特征在于在于具有脆弱结构的层是微孔腔层。
30.根据权利要求1至26中的任一权利要求的系统，其特征在于在于待处理的样品是半导体衬底。
31.根据权利要求8至10中的任一权利要求的系统，其特征在于在于待处理的样品是通过使第一衬底和第二衬底键合形成并具有脆弱结构的作为分离层的层。
32.根据权利要求1至26中的任一权利要求的系统，其特征在于在于通过在第一半导体衬底的表面上形成多孔层、在多孔层上形成非多孔层和使第二衬底与非多孔层键合形成待处理的样品。
全文摘要
本发明是为了提供适合于制造例如SOI衬底的加工系统。加工系统包括,其上按大体上等角度间隔安装有用于保持键合衬底叠片的保持机械装置的转盘、用于使转盘在枢轴上转动预定角度以使由上述的保持机械装置保持的键合衬底叠片或分离的衬底移动到操作位置的驱动机械装置以及用于处理在操作位置上的键合衬底叠片或分离的衬底的定中心装置、分离装置和清洗/干燥装置。
文档编号H01L27/12GK1258092SQ9912343
公开日2000年6月28日 申请日期1999年11月5日 优先权日1998年11月6日
发明者柳田一隆, 近江和明, 坂口清文 申请人:佳能株式会社