专利名称：一种用于处理soi结构的真空处理系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及真空处理系统，尤其涉及一种用于处理于绝缘体衬底上具有半导 体材料的结构的真空处理系统。
背景技术：
半导体制造中常用的一种基底结构包括于绝缘体衬底上具有半导体材料的结构 (semiconductor on insulation，SOI)，这种结构在经过后续半导体工艺处理或微加工后 常用于制造高性能的薄膜晶体管、太阳能电池和有源矩阵显示器之类的显示器以及其他器 件。SOI结构的一种具体结构为S0G(siliCOn on glass)结构，即绝缘体上的硅材料结构， 被国际上公认为“二十一世纪硅集成电路技术”的基础。它能突破体硅材料的诸多限制，在 航天领域、光电子领域以及微机械系统等多方面有广阔的应用前景。下面以SOG结构为例进行说明，图1示出了 SOG的结构示意图，如图1所示，SOG结 构从下到上主要包括三层结构玻璃衬底层20、中间层21、和硅层22。所述中间层21包括 SiO2和粘合物质层等，其用于充当所述玻璃衬底层20和硅层22的结合物质层。并且，获得 SOG结构的方法包括利用压力、温度(典型地为150摄氏度)和电压施加到硅层22和玻璃 衬底20以促进其间的接合。由此可知，现有技术主要通过施加一定温度(比如，高于常温)来促进半导体材料 和绝缘体衬底的接合从而制成SOI结构，但是在SOI结构制成后会冷却到常温状态，由于其 中的各种材料的热膨胀系数不同，半导体材料层(如图ι的硅层2 会在平面方向发生扭 曲或位移，使得制得的SOI结构整体上不平整，图2示出了 SOI结构表面出现不平整的情 况。如图2所示，由于常温下玻璃层20’和硅层22’的热膨胀系数的不同，导致所述硅层 22’表面以及底层的玻璃层20’整体上呈现缓缓地凸起，所述凸起于水平面大概0. 5mm Imm或更多。而在SOI结构被送入真空处理装置进行后续微加工处理以在其上面形成微结构 时，需要将其通过处理室内的静电夹持装置以静电夹持的方式固定在处理平台上。实验证 明，现有的SOI结构因为前述的不平整的特点会造成不能静电夹持。甚至工程师发现，即使 夹持后也会在微加工处理过程中脱离处理平台，使得制程因为对准问题而失败，浪费了人 力物力。
实用新型内容针对背景技术中的上述问题，本实用新型提出了一种用于处理于绝缘体衬底上具 有半导体材料的结构的真空处理系统。本实用新型第一方面提供了一种用于处理于绝缘体衬底上具有半导体材料的工 艺片的真空处理系统，其中，包括具有多个传输口的传输室，其中设置有至少一个工艺片传送装置，所述工艺片可 以通过所述工艺片传送装置经过上述传输口被传输；[0009]与所述多个传输口中的至少一个相联接的真空锁，其用于连接所述传输室和外界 环境，以在不损失所述传输室内的真空的前提下在外界环境和所述传输室之间进行工艺片 传输；与所述多个传输口中的至少一个相联接的处理室，所述工艺片在所述处理室中进 行制程处理，其中，所述处理室内设置有静电夹持装置，在工艺处理时，所述工艺片被静电 夹持于该静电夹持装置上；与所述多个传输口中的至少一个相联接的工艺片预处理室，其中，所述工艺片预 处理室包括一个或多个工艺片支撑装置；一个或多个预处理装置，其用于在工艺片被送入所述处理室处理之前或在处理的 过程中对所述工艺片进行预处理，以使得所述工艺片整体上呈现为平坦面。本实用新型第二方面提供了一种用于处理于绝缘体衬底上具有半导体材料的工 艺片的真空处理系统，其中，包括具有多个传输口的传输室，其中设置有至少一个工艺片传送装置，所述工艺片可 以通过所述工艺片传送装置经过上述传输口被传输；与所述多个传输口中的至少一个相联接的处理室，所述工艺片在所述处理室中进 行制程处理，其中，所述处理室内设置有静电夹持装置，在工艺处理时，所述工艺片被静电 夹持于该静电夹持装置上；一个与所述多个传输口的其中一个相联接的真空锁，其用于连接所述传输室和外 界环境，以在不损失所述传输室内的真空的前提下在外界环境和所述传输室之间进行工艺 片传输；所述真空锁还包括一个或多个工艺片支撑装置，所述真空锁还包括一个或多个预 处理装置，所述预处理装置用于在工艺片被送入所述处理室处理之前或在处理的过程中对 所述工艺片进行预处理，以使得所述工艺片整体上呈现为平坦面。本实用新型能够有效地平坦化于绝缘体衬底上具有半导体材料的结构。
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以下结合附图对非限定性实施例的描述，本实用新型的其它目的、特征 和优点将变得更为明显和突出。图1为SOG的结构示意图；图2为SOG出现不平整的结构示意图；图3为根据本实用新型一个具体实施例的真空处理系统的结构示意图；图4为根据本实用新型的一个具体实施例的真空处理系统的工艺片预处理室的 结构示意图；图5为根据本实用新型的一个具体实施例的工艺片预处理室中设置电热阻丝时 的等效电路示意图。图6为根据本实用新型一个具体实施例的变化例的真空处理系统的结构示意 图；其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的步骤特征/装置(模块)。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行具体说明。本实用新型提供了一种用于处理于绝缘体衬底上具有半导体材料的结构的真空 处理系统，其中，所述工艺片典型地为绝缘体上的半导体结构，更典型地为以玻璃为衬底的 半导体结构。其中，所述用于玻璃上的半导体结构包括但不限于用于玻璃上的硅结构。并 且，所述真空处理系统典型地应用于TSV制程。下面结合图3 5对本实施例进行说明。图3示出了根据本实用新型一个具体实施例的真空处理系统1的结构示意图，其 中，包括一个具有多个传输口的传输室14，其中设置有至少一个工艺片传送装置141，工 艺片可以通过所述工艺片传送装置141经过这些传输口被传输至其他腔室。在本实施例 中，所述多个传输口包括第一传输口 1421、第二传输口 1422、第三传输口 1423和第四传输 Π 1424。一个与所述第四传输口 14 相联接的真空锁(load lock) 12，其用于连接所述传 输室和外界环境，以在不损失所述传输室内的真空的前提下在外界环境和所述传输室之间 进行工艺片传输。一个与所述第二传输口 1422和第三传输口 1423相联接的处理室11，所述工艺片 在所述处理室11中进行制程，例如，在本实施例中所述真空处理系统为等离子体TSV刻蚀 系统，则在所述处理室11中通入反应气体，和制造其他反应条件，以使得工艺片在第一基 座111和第二基座112上进行制程，其中，所述处理室11内设置有静电夹持装置(未示出)， 在工艺处理时，所述工艺片被静电夹持于该静电夹持装置上。一个与所述第一传输口 1421相联接的工艺片预处理室13，其用于对工艺片进行 加热处理。由于在本实施例中，所述工艺片典型地为SOI，在对其进行加热处理后，其硅层的 热膨胀率会发生相应的变化，使得本来常温下如图2所示的形变扭转，具体地，SOI的边缘 会向下凹陷，而中间区域会向上凸起，从而得到平坦化的效果。图4为根据本实用新型的一 个具体实施例的真空处理系统的工艺片预处理室的结构示意图。请参见图4并结合图3，可 知，具体地，所述工艺片预处理室13的结构包括两个工艺片支撑装置1311和1312，其用 于放置工艺片；一个或多个预处理装置，其用于对所述工艺片支撑装置1311和1312上的工 艺片加热。进一步地，所述预处理装置的加热机制是基于热交换或辐射产生热量的。下面将 以热交换为例进行说明，需要说明的是，所述预处理装置的加热机制并不限于本文所描述/提 及的类型，所有能够对工艺片进行有效加热的机制都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。按照本实用新型，所述预处理装置包括设置于所述工艺片预处理室壁的一个或多 个电热阻丝，参照图4，可知，工艺片预处理室的腔壁具有一定厚度，以一个腔壁a为例，本 实用新型在所述腔壁a中设置了一个或多个电热阻丝。并且，所述工艺片预处理室还包括 一个气体通入装置(未示出)，其用于对所述工艺片预处理室中通入气体，使得所述工艺 片预处理室腔室内充满气体，以在所述一个或多个电阻丝和所述工艺片表面提供热交换媒 介。由于气体通入装置在现有技术中已有成熟的支持，在此不再赘述。进一步地，根据本实用新型的另一个具体实施例，气体通入装置还用于往所述预 处理装置中通入一具有特定温度的热气体，所述热气体用于对工艺片进行加热。即，对工艺片的加热机制仅依赖于通入的热气体带来的温度，而不需要在装置内设置任何加热装置。 具体地，本领域技术人员应当知晓，具体热气体的温度以及通入时间应与具体制程相对应， 不再赘述。此外，所述工艺片预处理室13还包括控制装置，如图5所示，在本实施例中，所述 控制装置包括检测装置D和子控制装置C。如图，设置在工艺片预处理室壁内的电热阻丝 等效于图中的电阻R，当开关S关闭时，则所述电阻R通过电源P加热，由此，工艺片预处理 室13中的工艺片的温度升高。为了控制工艺片的温度，所述检测装置D用于检测腔壁的温 度以进一步地推断出所述工艺片的表面温度，并将获得的数值返回给子控制装置C，当所述 工艺片的表面温度达到一个预定阈值时，则子控制发送一个停止信号指示开关S开启以使 得所述预处理装置停止对所述工艺片进行加热，以使的所述工艺片平坦化。需要说明的是， 上述过程的实施应根据实际制程来确定，并没有严格限制，在一个优选实施例中，预定阈值 为100°C，假设当所述检测装置D检测到腔壁的温度达到130°C时默认此时工艺片温度为 100°C，然后所述子控制装置C控制开关S闭合，上述过程耗时2分钟。进一步地，所述预定阈值的数值能够使得所述工艺片的表面平均凸起厚度小于 0. 5mm，所述的预定阈值的取值范围为40°C 150°C。图6示出了根据本实用新型一个具体实施例的变化例的真空处理系统的结构示 意图，如图6所示，根据本实用新型上述优选实施例的一个变化例，真空处理装置1甚至不 需要专门设置预处理装置，而是将其整合于比如真空锁12’中。即，所述真空锁12’不仅用 于连接所述传输室和外界环境，以在不损失所述传输室内的真空的前提下在外界环境和所 述传输室之间进行工艺片传输，还用于在工艺片被送入所述处理室处理之前对所述工艺片 支撑装置上的工艺片加热。在本变化例中，所述真空处理系统的其他组件/腔室功能和结 构和上文中描述的一致，在此不再赘述。具体地，所述真空锁是基于热交换或辐射产生热量。进一步地，当所述真空锁的加热机制为热交换时，所述真空锁包括设置于所述真 空锁室壁的一个或多个电阻丝，并且，所述真空锁还包括一个气体通入装置，其用于对所述 真空锁中通入气体以在所述一个或多个电阻丝和所述工艺片表面提供热交换媒介。所述真 空锁用于充当加热装置的具体结构如图4 5所示，其功能描述与上文一致，在此不再赘 述。进一步地，根据本实用新型的另一个具体实施例，气体通入装置还用于往所述预 处理装置中通入一具有特定温度的热气体，所述热气体用于对工艺片进行加热。即，对工艺 片的加热机制仅依赖于通入的热气体带来的温度，而不需要在装置内设置任何加热装置。 具体地，本领域技术人员应当知晓，具体热气体的温度以及通入时间应与具体制程相对应， 不再赘述。进一步地，所述预定阈值的数值能够使得所述工艺片的凸起厚度小于0. 5mm，所述 的预定阈值的取值范围为40°C 150°C。以上对本实用新型的各个实施例进行了详细说明。需要说明的是，上述实施例仅 是示范性的，而非对本实用新型的限制。任何不背离本实用新型的精神的技术方案均应落 入本实用新型的保护范围之内。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及 的权利要求；“包括”一词不排除其它权利要求或说明书中未列出的装置或步骤；“第一”、“第二”等词语仅用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
权利要求1.一种用于处理于绝缘体衬底上具有半导体材料的工艺片的真空处理系统，其中，包括具有多个传输口的传输室，其中设置有至少一个工艺片传送装置，所述工艺片可以通 过所述工艺片传送装置经过上述传输口被传输；与所述多个传输口中的至少一个相联接的真空锁，其用于连接所述传输室和外界环 境，以在不损失所述传输室内的真空的前提下在外界环境和所述传输室之间进行工艺片传 输；与所述多个传输口中的至少一个相联接的处理室，所述工艺片在所述处理室中进行制 程处理，其中，所述处理室内设置有静电夹持装置，在制程处理时，所述工艺片被静电夹持 于该静电夹持装置上；与所述多个传输口中的至少一个相联接的工艺片预处理室，其中，所述工艺片预处理 室包括一个或多个工艺片支撑装置；一个或多个预处理装置，其用于在工艺片被送入所述处理室处理之前或在处理的过程 中对所述工艺片进行预处理，以使得所述工艺片整体上呈现为平坦面。
2.根据权利要求1所述的真空处理系统，其特征在于，所述预处理装置用于对所述工 艺片进行加热，所述真空处理系统还包括控制装置，其用于检测所述工艺片的表面温度，当 所述工艺片的表面温度达到一个预定阈值时，则发送一个停止信号以指示所述预处理装置 停止对所述工艺片进行加热，以使所述工艺片平坦化。
3.根据权利要求2所述的真空处理系统，其特征在于，所述预处理装置是基于热交换 或辐射提供热量。
4.根据权利要求3所述的真空处理系统，其特征在于，当所述预处理装置的加热机制 为热交换时，所述预处理装置包括设置于所述工艺片预处理室壁的一个或多个电阻丝，并 且，所述工艺片预处理室还包括一个气体通入装置，其用于对所述工艺片预处理室中通入 气体以在所述一个或多个电阻丝和所述工艺片表面提供热交换媒介。
5.根据权利要求4所述的真空处理系统，其特征在于，所述气体通入装置还用于往所 述预处理装置中通入一热气体，通过所述热气体用于对工艺片进行加热。
6.根据权利要求1 5任一项所述的真空处理系统，其特征在于，所述预定阈值的数值 能够使得所述工艺片的凸起厚度小于0. 5mm。
7.根据权利要求6所述的真空处理系统，其特征在于，所述的预定阈值的取值范围为 40°C 150°C。
8.根据权利要求1所述的真空处理系统，其特征在于，所述于绝缘体衬底上具有半导 体材料的工艺片包括于玻璃衬底上具有半导体材料的工艺片。
9.根据权利要求8所述的真空处理系统，其特征在于，所述于玻璃衬底上具有半导体 材料的工艺片包括于玻璃衬底上具有硅材料的工艺片。
10.一种用于处理于绝缘体衬底上具有半导体材料的工艺片的真空处理系统，其中，包括具有多个传输口的传输室，其中设置有至少一个工艺片传送装置，所述工艺片可以通 过所述工艺片传送装置经过上述传输口被传输；与所述多个传输口中的至少一个相联接的处理室，所述工艺片在所述处理室中进行制 程处理，其中，所述处理室内设置有静电夹持装置，在工艺处理时，所述工艺片被静电夹持 于该静电夹持装置上；一个与所述多个传输口的其中一个相联接的真空锁，其用于连接所述传输室和外界环 境，以在不损失所述传输室内的真空的前提下在外界环境和所述传输室之间进行工艺片传 输；所述真空锁还包括一个或多个工艺片支撑装置，所述真空锁还包括一个或多个预处理 装置，所述预处理装置用于在工艺片被送入所述处理室处理之前或在处理的过程中对所述 工艺片进行预处理，以使得所述工艺片整体上呈现为平坦面。
11.根据权利要求10所述的真空处理系统，其特征在于，所述预处理装置用于对所述 工艺片进行加热，所述真空处理系统还包括控制装置，其用于检测所述工艺片的表面温度， 当所述工艺片的表面温度达到一个预定阈值时，则发送一个停止信号以指示所述真空锁停 止对所述工艺片进行加热，以使所述工艺片平坦化。
12.根据权利要求11所述的真空处理系统，其特征在于，所述真空锁是基于热交换或 辐射提供热量。
13.根据权利要求12所述的真空处理系统，其特征在于，当所述真空锁的加热机制为 热交换时，所述真空锁包括设置于其腔壁的一个或多个电阻丝，并且，所述真空锁还包括一 个气体通入装置，其用于对所述真空锁中通入气体以在所述一个或多个电阻丝和所述工艺 片表面提供热交换媒介。
14.根据权利要求13所述的真空处理系统，其特征在于，所述气体通入装置还用于往 所述真空锁中通入一热气体，通过所述热气体用于对工艺片进行加热。
15.根据权利要求10 14任一项所述的真空处理系统，其特征在于，所述预定阈值的 数值能够使得所述工艺片的凸起厚度小于0. 5mm。
16.根据权利要求15所述的真空处理系统，其特征在于，所述的预定阈值的取值范围 为 40°C 150°C。
17.根据权利要求10所述的真空处理系统，其特征在于，所述于绝缘体衬底上具有半 导体材料的工艺片包括于玻璃衬底上具有半导体材料的工艺片。
18.根据权利要求17所述的真空处理系统，其特征在于，所述于玻璃衬底上具有半导 体材料的工艺片包括于玻璃衬底上具有硅材料的工艺片。
专利摘要本实用新型提供一种用于处理于绝缘体衬底上具有半导体材料的工艺片表面的真空处理系统，其中，包括一个传输室，其中设置有至少一个工艺片传送装置；一个真空锁；至少一个处理室；一个工艺片预处理室，其中，所述工艺片预处理室还包括一个或多个工艺片支撑装置；一个或多个预处理装置，其用于对所述工艺片支撑装置上的工艺片加热；控制装置，其用于检测所述工艺片的表面温度，当所述工艺片的表面温度达到一个预定阈值，则发送一个停止信号以指示所述预处理装置停止对所述工艺片进行加热。其中，还可以将真空锁和所述预处理装置整合为一体。本实用新型能够有效地在SOI工艺片夹持之前进行平坦化处理。
文档编号H01L21/00GK201910405SQ201020184060
公开日2011年7月27日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者刘鹏, 朱班, 杜志游, 许颂临, 陶珩 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司