用于加工襯底的設備的制造方法

用于加工襯底的設備的制造方法
【專利摘要】一種用于加工襯底的設備(100)，所述設備具有：-至少一個真空腔室(10)，在所述至少一個真空腔室中能夠調節限定的氣壓；-用于加熱所述襯底的加熱裝置；以及-布置在所述真空腔室(10)之外的激光器裝置(20)，其中，所述激光器裝置(20)相對于所述襯底可運動，其中，借助所述激光器裝置(20)能夠通過熔化襯底材料封閉布置在所述真空腔室(10)中的襯底的至少一個空腔。
【專利說明】
用于加工襯底的設備
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于加工襯底的設備。
【背景技術】
[0002]在現有技術中已知激光加工設置，其中在加工期間借助期望的氣體在開放的系統中沖洗待加工的襯底。借助氣體的沖洗可以用于襯底的冷卻或過程產品的運走。
[0003]DE 42 38 826 Cl公開了一種用于借助雙腔室系統照射襯底的設備，其中硅襯底在超高真空下退火。在此，激光源布置在所述設備之外，待加工的硅襯底位于第一真空腔室中，可運動的用于改變激光輻射相對于硅襯底的位置的鏡位于第二真空腔室中。激光輻射經過兩個窗從外部到達布置在第一真空腔室中的硅襯底。
[0004]對于薄膜晶體管(TFT)的制造已知激光熔化的應用。在TFT中，多晶硅構成活性層，所述活性層通過非晶形的硅層的加熱和晶化構造作為原始材料。由于玻璃作為具有低熔點的襯底材料的使用，優選具有襯底的低的溫度負荷的方法、例如激光熔化。
[0005]在US 6 797 651 B2中描述了用于激光熔化硅以制造具有平滑表面的多晶硅層的方法和設備。為此，激光熔化在真空腔室中在1.3 X 13Pa與1.3Pa之間的壓力下實施。由此，能夠產生具有小的表面粗糙度的多晶硅層。在所述設備中，將經聚焦的激光通過腔室窗朝腔室內的對象定向。所述腔室包含惰性氣體輸送裝置、用于真空產生的栗以及用于調節所述壓力范圍的壓力控制裝置。從氮氣(N2)、氬氣和氖氣的組中選擇所使用的惰性氣體。

【發明內容】

[0006]本發明的任務是，提供一種用于加工襯底的改進的設備。
[0007]根據第一方面，所述任務借助用于加工襯底的設備來解決，所述設備具有:
[0008]-至少一個真空腔室，在所述至少一個真空腔室中可以調節限定的氣壓；
[0009]-用于加熱襯底的加熱裝置；以及
[0010]-布置在所述真空腔室之外的激光器裝置，其中所述激光器裝置相對于襯底可運動，其中借助所述激光器裝置通過熔化襯底材料可以封閉可布置在所述真空腔室中的襯底的至少一個空腔。
[0011]通過這種方式提供由可加熱的真空過程腔室與激光加工裝置的組合，借此能夠實現在精確限定的周圍環境壓力下密封地封閉襯底中的通道開口。由此，可以制造具有精確限定的空腔內壓的MEMS元件。
[0012]所述設備的有利擴展方案是從屬權利要求的主題。
[0013]所述設備的一種有利擴展方案的特征在于，加熱裝置布置在真空腔室中。通過這種方式可以提供由真空腔室與加熱裝置的空間節省的組合。
[0014]所述設備的另一有利擴展方案的特征在于，所述加熱裝置布置在分開的加熱腔室中。通過這種方式可以提供更多的加熱功率，其中由此必要時可以加熱更大數量的襯底。
[0015]所述設備的另一有利擴展方案的特征在于，借助加熱裝置可以同時加熱一個或多個襯底。通過這種方式能夠實現襯底的有效率且省時的加工。
[0016]所述設備的另一有利擴展方案的特征在于，所述設備還具有用于保持襯底的保持裝置。通過這種方式可以實現所述襯底相對于激光器裝置高的調整精確度和定位精確度。
[0017]所述設備的其他有利的擴展方案的特征在于，保持裝置構造為機械保持裝置、真空保持裝置或靜電保持裝置。通過這種方式，給所述保持裝置提供不同的技術可能性，借助所述可能性可以實現用于襯底的不同固定方案。
[0018]所述設備的另一有利擴展方案設置，激光器裝置構造為在近紅外范圍中的激光器。由此，提供用于襯底材料的激光熔化以封閉空腔中的通道開口的有效率的可能性。
[0019]所述設備的其他有利的擴展方案設置，激光器裝置構型為脈沖激光器或連續激光器。由此，封閉MEMS元件的空腔的方法可以有利地借助不同類型的激光器實施。
[0020]所述設備的另一有利擴展方案的特征在于，激光器裝置的波長范圍優選位于約100nm與約1100]11]1之間、更優選位于約1060111]1與約1080111]1之間。
[0021]所述設備的另一有利擴展方案的特征在于，所述設備還具有用于冷卻襯底的冷卻裝置。由此，可以實現襯底的為了激光加工優化的限定的溫度。由此，能夠實現在不同的限定的溫度中空腔的封閉。
[0022]所述設備的另一有利擴展方案的特征在于，所述設備還具有轉移裝置，借助所述轉移裝置襯底可以在不同的裝置之間轉移。由此，支持襯底在所述設備的各個裝置和腔室之間的自動化的地點的轉移，由此支持MEMS元件由襯底的有效率的制造。
[0023]所述設備的另一有利擴展方案的特征在于，襯底材料是硅。
[0024]隨后，借助其他特征和優點根據多個附圖詳細描述本發明。在此，所描述的所有特征構成本發明的主題，不依賴于其在說明書和附圖中的表達，以及不依賴于其在權利要求書中的引用。相同或功能相同的元素具有相同的參考標記。
【附圖說明】
[0025]附圖示出:
[0026]圖1:用于加工襯底的設備的橫截圖；
[0027]圖2:用于加工襯底的另一設備的橫截圖；
[0028]圖3:用于加工襯底的另一設備的橫截圖；
[0029]圖4:用于加工襯底的另一設備的俯視圖；以及
[0030]圖5:用于加工襯底的方法的原理流程。
【具體實施方式】
[0031]微機械構件(MEMS元件)可以包括第一微機械傳感器元件(例如旋轉速率傳感器)和第二微機械傳感器元件(例如加速度傳感器)。借助鍵合材料，罩元件能夠以優選由娃構造的罩晶片的形式構成，所述罩元件與MEMS元件一起實現鍵合連接。在第一傳感器元件上可以構造空腔，在所述空腔中包含限定的內壓。為此，對于具有高品質的旋轉速率傳感器而言需要非常低的內壓。
[0032]在第二傳感器元件上也可以設置空腔，在所述空腔中包含限定的內壓。兩個所述傳感器元件可以在共同的罩元件下在空間上彼此分開地布置并且通過這種方式方法實現具有旋轉速率傳感器和加速度傳感器的成本有利的節省空間的微機械構件。
[0033]借助本發明提出一種設備，借助所述設備可以由襯底制造所述微機械構件中的一個。
[0034]圖1示出用于加工襯底的設備100的第一實施方式的橫截圖，所述用于制造MEMS元件。所述設備100包括真空腔室10，所述真空腔室10具有光學的、與激光器裝置20的波長協調的窗13，通過所述窗布置在外部的激光器裝置20可以聚焦地入射到所述真空腔室10中并且因此引起襯底材料(例如硅、玻璃)的熔化，由此可以封閉到襯底的空腔中的通道開口。硅的熔化有利地在小于約10Pa的壓力下實現。激光器裝置20可以構造為在近紅外范圍中的脈沖激光器或連續激光器(CW-Laser)。
[0035]在所述真空腔室10中還設置有保持裝置30，借助所述保持裝置可以保持或固定襯底(未示出)。借助所述保持裝置30還可以補償襯底的扭曲(英語laferbow)。所述保持裝置30例如可以實現靜電的、機械的或真空的夾持。對于襯底設置有第一定位裝置31，以便相對于所述設備100的坐標系地調節襯底的位置和定向。
[0036]為此目的，所述襯底可以在x/y臺(x/y-Tisch)上在靜止的激光光學器件下方行進(verfahrbar)并且能夠以在+/-ΙΟμπι范圍中的定位精確度并且更小地相對于激光器裝置20定位。替代地，可以借助掃描光學器件(未示出)將激光器裝置20的激光射束引導到襯底上。替代地，激光器裝置20的激光射束也可以借助可行進的鏡(未示出)在已固定的襯底上行進(“活動的光學器件”)。替代地，激光器裝置20的激光射束相對于襯底的調節可以通過攝像機借助圖像處理(未示出)實現。
[0037]為了在高的行進速度時同時較高的定位精確度，可以設置由x/y臺或者旋轉臺和掃描光學器件的組合。
[0038]在真空腔室10中可以設置用于調節真空腔室10內的限定的壓力的真空連接端11和氣體連接端12。此外，真空腔室10可以包括真空閉鎖裝置14，所述真空閉鎖裝置能夠實現真空腔室10的真空適合的裝載和卸載。
[0039]為了加熱襯底，可以借助加熱裝置(未示出)加熱、優選在約100°C至約500°C的范圍中并且優選調節保持裝置30。借助可加熱的保持裝置30可以在激光封閉過程之前使襯底材料加熱或干燥或蒸發。通過這種方式能夠以限定的方式預處理所述襯底，因此在封閉之后可以好地保持限定的內壓。為此目的也有利的是，給真空腔室10通風并且抽風(英語:pump-and-purge過程)，因此通過這種方式支持襯底材料的改善的清潔過程。
[0040]為了封閉到空腔中的通道開口，地點限定地熔化微機械構件的硅。對于硅的熔化優選可以設置在近紅外范圍中的連續激光器(CW-Laser)。有利的是，為了在限定的大氣壓下封閉通道開口，使用具有波長約>500nm的IR激光器(紅外激光器)。所述激光器的紅外輻射尤其深地侵入硅襯底中并且由此能夠實現通道開口的特別深的且可靠的封閉。
[0041]還有利的是，設置脈沖激光器作為激光器裝置20，所述脈沖激光器具有小于約100μπι的脈沖長度并且具有在脈沖時間和暫停時間上的小于60kw的平均功率，以便有利地盡可能小地保持MEMS結構的熱負荷。
[0042]可選擇地，所述設備100可以具有另一激光腔室(未示出)，在所述另一激光腔室中，借助激光打孔(Laserbohren)產生至MEMS空腔的通道(未示出)。
[0043]圖2示出用于加工襯底的設備100的另一變型方案。在這種情形中，激光器裝置20包括用于激光器裝置20的第二定位裝置21，借助所述第二定位裝置21可以將激光器裝置20相對于襯底地定位在真空腔室10中。在這種情形中，不需要用于保持裝置30的定位裝置31。
[0044]還有利的是，在至少兩個密封地分開的空腔中設置多于一個MEMS結構并且借助激光器裝置20的激光脈沖封閉所述空腔中的至少一個。在所述空腔中可以調節不同的壓力。在此，或者可以在第一空腔中通過鍵合方法來限定壓力包含(Druckeinschluss)而在第二空腔中通過激光封閉過程來限定壓力包含。替代地，可以分別通過激光封閉實現空腔中的不同內壓。有利的方式是在兩個分開的空腔中至少分別布置加速度傳感器或旋轉速率傳感器或磁場傳感器或壓力傳感器。
[0045]可選擇地，對于所述設備100可以設置前置的分開的加熱腔室50和MEMS構件在限定的大氣壓或真空條件下的運輸。通過精確的壓力調節和不同氣體在真空腔室10上的連接可能性可以在具有不同的相互分離的空腔的MEMS芯片上調節不同的空腔內壓和氣體大氣壓。通過在封閉之前MEMS元件的能夠借助所述分開的加熱腔室50實現的附加加熱可以進一步更好地避免在封閉之后通過排氣引起的壓力升高。
[0046]所述分開的加熱腔室50的另一優點是，增大機器的整體吞吐量。通過腔室10、50與70之間的真空閉鎖裝置14可以分開地調節和調整腔室10、50和70的不同的過程要求(例如溫度參數、時間參數、壓力參數)。
[0047]圖3示出這種變化的設備100的橫截圖。前置的分開的加熱腔室50可以容納一個或多個襯底，其中所述加熱可以在真空下、在限定的大氣壓下或者通過抽氣和通風循環(英語:pump and purge)實現。前置的加熱腔室50同樣可以具有用于調節加熱腔室50內的限定的大氣壓的真空連接端11和氣體連接端12。
[0048]加熱腔室50尤其用于實現襯底的表面的有目的的排氣，以便在溫度的影響下并且借助過程氣體去除襯底的表面的吸收物。這是需要的，以便在微機械構件的壽命上實現穩定的內壓。在這種情形中，要保證在真空(或惰性氣體)下襯底從加熱腔室50至真空腔室10的轉移。為此目的，設置附加的轉移裝置60。
[0049]可選擇地，所述設備100可以具有冷卻腔室70，以便將襯底在加熱之后冷卻到加工溫度(英語:handling temperature)。借助冷卻腔室70可以使襯底通過這種方式達到限定的溫度，以便隨后通過激光熔化封閉在真空腔室10中。
[0050]所述設施可以在存在多個腔室時具有自動化運行的轉移裝置60，其可以構造有用于在設備100的不同腔室之間轉移襯底的襯底操作器(英語substrate handler)。
[0051]圖4示出這種變化的設備100的俯視圖。可以識別出中心布置的轉移裝置60，借助所述轉移裝置襯底可以移動到各個腔室10、50、70中并且在各個腔室10、50、70之間移動。在轉移裝置60與腔室10、50和70之間可以設置各一個真空閉鎖裝置17。
[0052]圖5原理性地示出用于運行設備100的方法的流程。
[0053]在第一步驟200中，進行將襯底裝載到真空腔室10中。
[0054]在步驟210中，實現真空腔室1內的真空的調節。
[0055]在步驟220中，實施襯底相對于激光器裝置20的定向。
[0056]在步驟230中，實現MEMS元件的空腔的通道開口相對于激光器裝置20的定位。
[0057]在步驟240中，實現襯底借助激光器裝置20的加工，以便封閉襯底的空腔中的通道開口。
[0058]在步驟250中，進行襯底從所述設備100的真空腔室10的卸載。
[0059]步驟230和240必要時可以多次相繼地實施，直至封閉襯底上的所有空腔，這通過向回指向的箭頭說明。
[0060]顯而易見的是，可以設想所述方法的多種變化，其中在各個腔室中根據要求適合地匹配單個加工步驟和所述加工步驟的順序。
[0061]總而言之，借助本發明提供一種設備，借助所述設備能夠有利地實現，通過到空腔中的通道開口的封閉借助激光射束提供MEMS元件的制造。通過這種方式，可以通過可加熱的真空過程腔室與激光器的組合來實施所述構件的有效率的制造。
[0062]盡管以上已借助具體實施例公開了根據本發明的方法，但其不局限于此。本領域技術人員因此識別出，所述設備可以實現以上沒有或僅僅部分公開的多種變化。因此，所述特征能夠以適合的方式進行修改或相互組合，而不偏離本發明的核心。
【主權項】
1.一種用于加工襯底的設備(100)，所述設備具有: 至少一個真空腔室(10)，在所述至少一個真空腔室中能夠調節限定的氣壓； 用于加熱所述襯底的加熱裝置；以及 布置在所述真空腔室(10)之外的激光器裝置(20)，其中，所述激光器裝置(20)相對于所述襯底可運動，其中，借助所述激光器裝置(20)通過襯底材料的熔化能夠封閉布置在所述真空腔室(10)中的襯底的至少一個空腔。2.根據權利要求1所述的設備(100)，其特征在于，所述加熱裝置布置在所述真空腔室(10)中。3.根據權利要求1所述的設備(100)，其特征在于，所述加熱裝置布置在分開的加熱腔室(50)中。4.根據權利要求1至3中任一項所述的設備(100)，其特征在于，借助所述加熱裝置能夠同時加熱一個或多個襯底。5.根據以上權利要求中任一項所述的設備(100)，所述設備還具有用于保持所述襯底的保持裝置(30)。6.根據權利要求5所述的設備(100)，其特征在于，所述保持裝置(30)構造為機械保持裝置、真空保持裝置或靜電保持裝置。7.根據以上權利要求中任一項所述的設備(100)，其特征在于，所述激光器裝置(20)構型為在近紅外范圍中的激光器。8.根據以上權利要求中任一項所述的設備(100)，所述設備還具有用于冷卻所述襯底的冷卻裝置(70)。9.根據權利要求3至8中任一項所述的設備(100)，所述設備還具有轉移裝置(60)，借助所述轉移裝置(60)所述襯底能夠在限定的大氣壓下在不同的裝置(10，50，70)之間轉移。10.—種根據以上任一項權利要求中任一項所述的設備(100)的應用，用于從所述襯底制造微機械元件。
【文檔編號】H01L21/324GK105895555SQ201610082140
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月5日
【發明人】F·賴興巴赫, J·弗萊, M·阿梅特沃布拉, P·卡佩, J·巴茨, J·賴因穆特, J·阿姆托爾
【申請人】羅伯特·博世有限公司