用于操作对准晶片对的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于精确地操作对准与对中半导体晶片对以便晶片到晶片对准与结合应用的工业规模装置与系统。其包括末端执行器，此末端执行器具有框架构件以及连接到框架构件的浮动载体，使得其间形成间隙，其中浮动载体具有半圆形内周。对中的半导体晶片对在机械臂控制下利用末端执行器可定位在处理系统内。对中的半导体晶片对在结合装置中不存在末端执行器的情况下结合在一起。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及用于操作对准晶片对的装置并且尤其涉及末端执行器(end effector)，此末端执行器构造为精确地承载对准的半导体晶片对以便适于晶片到晶片结合应用。
技术介绍
在用于形成半导体装置的半导体处理应用的宽范围中布置晶片到晶片(W2W)结合。其中施加晶片到晶片结合的半导体处理应用的实例包括基板工程与集成电路的制造、微电机械系统(MEMS)的包装与封装以及纯微电子的多个处理层(3D集成)的堆叠。W2W结合涉及对准两个或更多个晶片的表面，将对准的晶片传送到晶片结合室中，使晶片表面达到接触并且在它们之间形成强的结合接口。全部处理的产生与如此制造的半导体装置的制造成本以及最终地包括这些装置的电子产品的成本极大地取决于晶片到晶片结合的质量。W2W结合的质量取决于晶片对准的准确性，在传送与结合处理过程中晶片对准的保持，以及跨晶片结合接口的结合强度的均匀性与整体性。此外，在晶片的传送、定位、对中与对准过程中需要极端小心以便避免晶片的破裂、表面损坏、或扭曲。图1A描述了根据现有技术的用于将对准的晶片从对准器传送到结合件的传统传送固件的示意图。传统上，如图1A中所示，晶片对18在对准站50中对准并且对准晶片对18固定在传送固件24上。传送固件24将对准晶片对18承载到结合站60以及到任何其它处理站。在2011年5月24日公布并且标题为“用于半导体结合的装置与方法”的美国专利No.7,948,034中描述了现有技术传送固件24，其内容通过引用明确地包含于此。图2A描述了根据现有技术的图1A的并且相对于图3中所述的传统传送固件；并且图2B示出了根据现有技术的图2A的传统传送固件的夹紧组件的放大图。图3是根据现有技术，利用传统传送固件将对准的晶片对加载到结合室中的示意性描述。首先参照图3，传统传送固件24的尺寸设计为保持对准晶片对(未示出)并且传送装置16用于将传送固件24与对准晶片对移动到结合室12之内与之外。在一个实例中，传送装置16是自动或另外地手动操作的传送臂或滑动件。如图2A中所示，传送固件24是通常由钛构造的圆形形状的环280，并且包括三个突出部280a、280b、280c，此三个突出部围绕用作用于基部晶片的支撑点的圆形环280对称地间隔。邻近三个突出部280a、280b、280c中的每个是以120度分离对称地布置在圆形环的周边的三个间隔件与夹紧组件282a、282b、282c。每个间隔件与夹紧组件282a、282b、282c都包括间隔件284与夹紧件286。间隔件284构造为以预定间距设定两个晶片。具有不同厚度的间隔件可以选择为在两个晶片之间设置不同的间距。一旦将间隔件插入在晶片之间，夹紧件286就向下夹紧以锁定两个晶片的位置。夹紧件286可以是向下移动以便与上晶片接触以将其保持在传送固件24上的适当位置中的单个结构或者连接件。每个间隔件284与每个夹紧件286都分别地通过线性致动器283与285独立地致动。对于结合处理来说，两个对准晶片布置在载体固件24中并且通过间隔件284隔开并且然后通过夹紧件286向下夹紧。具有夹紧晶片的固件被插入到结合室12中并且然后每个夹紧件286都一次松开一个，并且将间隔件284移除。一旦移除全部间隔件284并且两个晶片通过气动控制中心销钉堆叠在一起。然后，施加力柱以方便贯穿高温结合处理在结合装置12中的结合处理。在此工业内，已知的是传送固件24可能是重的并且对于传送装置16或机械臂操作来说具有挑战性。此外，一旦它们定位在结合装置12内，传送固件24贯穿结合处理的持续期间保持在结合装置12中，由此使传送固件24受到高达550℃温度以及可以在结合装置12内使用的室气体和/或压力的结合环境。特别地，传送固件24可以定位为小时或者更多在仅几毫米远离结合装置12的加热卡盘的外周的位置中使得传送固件24变得非常热。这些情形将显著数量的应力布置在传送固件24上，并且尤其在间隔件284与夹紧件286的复杂结构上。因此，随着时间经过，传送固件24变得不可靠并且要求包括结构的敏感性调节的显著服务，这具有高的成本并且耗费大量时间。在其它实施中，对准的晶片对临时地结合并且临时结合的晶片对被传送到结合站与任何其它处理站中。在处理过程中晶片的临时结合可以用于使对准偏移误差最小化。临时晶片结合技术包括使晶片的中心或边缘与激光束结合，使晶片的中心或边缘与临时粘性粘结剂结合以及经由混合融合结合晶片的中心或边缘。然后通过传送固件或类似传统的传送装置将结合的晶片对传送到结合装置。激光结合技术要求至少一个激光透明晶片并且粘结结合技术可能促使晶片表面的污染。
技术实现思路
因此，根据上述缺陷与不足，理想的是提供工业规模装置以便精确地操作对准与对中半导体晶片对以便具有高吞吐量的晶片到晶片结合应用以及在不引入任何污染物的情况下操作全部类型晶片的能力。本公开的实施方式提供了用于末端执行器的系统和用于操作晶片的末端执行器装置。简要地说，在结构上，系统的一个实施方式尤其可以如下实施。末端执行器装置具有框架构件以及连接到框架构件的其间具有间隙的浮动载体，其中浮动载体具有半圆形内周。多个真空垫连接到浮动载体，其中多个真空垫中的每个都从浮动载体的半圆形内周向内地延伸。本公开还可以视为提供用于将对准晶片对布置在处理设备中的系统。简要地说，在结构上，系统的一个实施方式尤其可以如下实施。末端执行器具有框架构件与用于承载间隔对准的晶片的浮动载体，其中浮动载体可移动地连接到框架构件。机械臂连接到末端执行器。处理装置具有处理室，其中框架构件与浮动载体定位在处理室内，并且其中浮动载体与框架构件脱离联接。本公开还可以视为提供用于将对准晶片对布置在处理设备中的系统。简要地说，在结构上，系统的一个实施方式尤其可以如下实施。末端执行器具有框架构件与浮动载体，其中此浮动载体可移动地连接到框架构件，并且其中多个夹紧间隔件组件连接到框架构件与浮动载体的至少一个以便承载间隔对准的晶片。机械臂连接到末端执行器。结合装置具有结合室，其中框架构件与浮动载体在结合处理以前定位在结合室内并且在结合处理过程中从结合室移除。当检验下面的附图与详细描述时本公开的其它系统、特征、与优点对于本领域的技术人员来说将会是或者成为显而易见的。期望的是，包括在本说明书内的全部此其它系统方法、特征、与优点都在本公开的范围内，并且由所附权利要求保护。附图说明参照下面的附图可以更好地理解本公开的多个方面。附图不是必要地按照比例，重点替代的是放在清楚地示出本公开的原理。此外，在附图中，贯穿几个附图相同的附图标记表示相应的部件。图1A描述了根据现有技术的用于将对准的晶片从对准器传送到结合件的传统传送固件的示意图；图1B描述了根据本公开的第一示例性实施方式的用于将对准的晶片从对准器传送到结合装置的传送装置与方法的示意图；图2A描述了根据现有技术的图1A的并且如图3中所示的传统传送固件；图2B描述了根据现有技术的图2A的传统传送固件的夹紧组件的放大图；图3是根据现有技术利用传统传送固件将对准的晶片对加载到结合室中的示意性描述。图4描述了根据本公开的第一示例性实施方式的用于将对准晶片传送到处理室之内和之外的末端执行器；图5描述了根据本公开的第一示例性实施方式的保持一对对准晶片的图4的末端执本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作晶片的末端执行器装置，包括：框架构件，浮动载体，其连接到所述框架构件，使得其间形成间隙，其中所述浮动载体具有半圆形内周；以及多个真空垫，其连接到所述浮动载体，其中所述多个真空垫的每个都从所述浮动载体的半圆形内周向内地延伸。

【技术特征摘要】
2015.05.15 US 62/161,9881.一种用于操作晶片的末端执行器装置，包括：框架构件，浮动载体，其连接到所述框架构件，使得其间形成间隙，其中所述浮动载体具有半圆形内周；以及多个真空垫，其连接到所述浮动载体，其中所述多个真空垫的每个都从所述浮动载体的半圆形内周向内地延伸。2.根据权利要求1所述的末端执行器装置，其中所述多个真空垫可移动地连接到所述浮动载体并且能够沿着所述半圆形内周径向地调节。3.根据权利要求1所述的末端执行器装置，其中所述浮动载体可移动地连接到所述框架构件并且能够沿着所述半圆形内周的轴线调节，其中所述间隙的尺寸是可调节的。4.根据权利要求3所述的末端执行器装置，其中多个限制部件将所述浮动载体松散地联接到所述框架构件。5.根据权利要求1所述的末端执行器装置，还包括连接到所述框架构件与浮动载体中的至少一个的多个夹紧间隔件组件，所述夹紧间隔件组件中的每个都具有至少一个间隔片与至少一个机械夹紧件。6.根据权利要求5所述的末端执行器装置，其中所述多个夹紧间隔件组件在所述浮动载体的半圆形内周上大致等距离地间隔开。7.根据权利要求5所述的末端执行器装置，其中所述至少一个机械夹紧件定位在所述浮动载体的下表面下方。8.根据权利要求1所述的末端执行器装置，还包括与所述框架构件与所述浮动载体可移除地接合的对中机构，其中所述对中机构防止所述浮动载体相对于所述框架构件的位置改变。9.根据权利要求8所述的末端执行器装置，其中所述对中机构还包括可移除地接合在所述框架构件内的第一孔与所述浮动载体内的第二孔之间的销钉，其中所述销钉在所述第一孔与所述第二孔中的接合使所述浮动载体沿着所述浮动载体的半圆形内周的轴线的方向对准到所述框架构件。10.根据权利要求8所述的末端执行器装置，其中所述对中机构还包括机械夹紧件。11.根据权利要求8所述的末端执行器装置，其中所述对中机构还包括真空夹紧件。12.根据权利要求1所述的末端执行器装置，其中在激光预结合处理过程中在激光预结合装置内使用所述末端执行器。13.一种用于将对准的晶片对布置在处理装置中的系统，所述系统包括：末端执行器，其具有框架构件与用于承载以间隔对准的晶片的浮动载体，其中所述浮动载体可移动地连接到所述框架构件；机械臂，其连接到所述末端执行器；以及处理装置，其具有处理室，其中所述框架构件与浮动载体定位在所述处理室内，并且其中所述浮动载体与所述框架构件脱离联接。14.根据权利要求13所述的系统，其中所述浮动载体具有半圆形内周。15...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里·乔治，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：苏斯微技术光刻有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE