CN100524684C - 晶片的定位方法 - Google Patents

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Abstract

一种在具有输送室的真空处理设备中定位具有基准标记(6)的晶片(3)的方法，该输送室包含用于使晶片(3)在一个平面内运动到安置在该输送室旁的处理室的输送装置(2，20，21)，和单个的传感器(1)，其中所述传感器(1)安置在处理室前的输送室内部，用于通过采集晶片(3)棱边上的第一检测点(4)和第二检测点(5)来采集晶片(3)的位置，使得在已知晶片直径时用两个所测得的检测点(4，5)的电子分析获得晶片(3)的真实位置，并且输送装置(2，20，21)将晶片(3)导向所希望的额定位置，其中将晶片(3)参照其基准标记(6)对准地放置在输送装置(2，20，21)的预先设定的位置上，并且基准标记(6)沿运动方向在晶片(3)上的投影确定了一个禁止区域(22)，并且由此晶片(3)的其余区域定义出一个自由区域，其中将传感器(1)在输送室中安置成，使得禁止区域(22)肯定不被覆盖并且由此使传感器(1)可以只采集晶片棱边的圆形区域，而不是基准标记(6)部分。

Description

晶片的定位方法
技术领域
本发明涉及一种在真空处理设备中定位具有基准标记的晶片的方法。
背景技术
在现代真空处理设备上，将也被称为晶片的圆形的、扁平的基片或工件在这种全自动化的真空处理系统中进行表面处理，例如涂层，蚀刻，清洁，热处理等等。为了使这种处理自动进行以及使多级的处理能在不同的设备区域进行，在此采用操作机器人方式的自动化传送系统。尤其半导体晶片的处理在这种过程中要求很高的处理质量，尤其是基片的高纯度，高精密度以及仔细的处理。由于所述的高要求，这种设备优选具有一种闸室(Schleusenkammer)，在这种闸室中可以将晶片从大气环境引入到真空室中，并且随后放置到处理站或者在通常情况下依次地放到多个处理站，使得能进行所要求的表面处理。其中将晶片借助于在水平输送平面中的传送装置从闸室输送到处理室，其中在将晶片放置在处理室后通常将该处理室关闭，使得此处处理能在所要求的真空及处理条件下进行。如果需要多个处理步骤，以同样的方式和方法将晶片再次从所述处理室中输送出来并且为后续处理步骤输送到另一个处理室。其中尤其优选的设备类型为所谓的群系统。在这种系统中，将闸室和处理室或者多个室围绕基本上在中心的输送室周围安置。在多于一个闸室以及尤其有多个处理室时，将这些室以星形排列的方式围绕位于中心的输送室安置。这样，输送装置就安置在该位于中心的输送室中，并且一方面抓取到至少一个闸室以及另一方面抓取到处理室。在输送室和其它室之间通常以及优选安置一个所谓的隔离阀(Schleusenventil)，使得所述室相互间在过闸过程中或者在处理步骤中能互相隔离。这样在晶片的输送过程中，所述输送装置对应地穿过打开的闸门抓取，使得能将晶片放置到所希望的位置。
输送装置使晶片在一个平面上平移并因此沿两个运动方向运动。在前述优选的具有安置在中央输送室中的输送装置的群系统中，这种输送装置通常被构建为围绕旋转中心旋转并因此构成旋转运动方向的装置，而且该装置可以实现与该旋转中心成径向地从该旋转中心离开以及去往该旋转中心的另一个第二平移运动。由此在这种例如在水平平面上可旋转、在长度上可调节的臂机构的输送装置上，被输送的晶片被放置在该臂的端部区域。这种安置可以随后毫无困难地也通过较大的行程间隔—例如以1米或者更大的数量级—将晶片从闸室输送到输送室并且从此处再输送到处理室，并穿过相应打开的闸门抓取晶片。将晶片在输送周期开始时尽可能精确地放置到输送装置上的大气环境中，并且始终放置在同一个位置，使得随后可以再精确地将该晶片输送到预先确定的位置。但是不仅晶片在输送装置上的放置而且输送装置本身都包含一定的不精确或者容许误差。在输送装置上的晶片位置的其它误差或者移动也可以在处理站上通过处理室中的作用实现。出于该原因，必须识别或测量晶片的准确位置，以检查正确的晶片位置和/或能够对定位进行相应的校正。通常为此使用多个传感器。将这些传感器以公知的方式直接地安置在端位置区域，即应该精确进行处理的处理室中，并且随后在此处被最终定位到额定位置。多个传感器的应用以及与用高电子费用和利用输送装置进行的定位过程一起导致很大的耗费，并且此外因此使必须驱动的耗费越高，系统可靠性或者真空处理设备的运行安全性也越小。这种情况会导致设备运行故障，增加维修费用以及也导致在制造昂贵的半导体晶片时废品的增加。
因此始终在寻找能实现具有简单的定位方法的简单输送系统，以减小耗费以及增加可靠性的方案。从US6760976B1公开一种用于将半导体晶片定位在中心的方法，其中采用单个传感器代替多个定位传感器。所述方法以采用圆形晶片为出发点，其中所述圆形晶片直径是已知的，并且通过将晶片棱边靠近传感器以识别至少两点，并且凭该测量结果与已知的晶片直径一起可以获得晶片的实际位置中心。以该获得的晶片位置中心为基础，可以随后进行校正并且将晶片用输送装置输送到对于后续处理步骤所希望的额定位置。这种方法可以在外圆周具有圆形封闭线并且不被中断的圆形的晶片基底上使用。半导体晶片，如目前使用的那种，需要在圆周上有一种所谓的基准标记，例如本身用于循环的位置识别以校准晶片上的组件以及晶片本身的一种所谓的平面。一旦必须处理这种类型的晶片，则如果要使偏离圆形形状的棱边区域被传感器识别的话，前述的方法将导致故障或者失效的话。因此这种方法不可用于带基准标记的晶片。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于解决现有技术的上述缺陷。该技术问题尤其是，能够在真空处理设备上实施带基准标记的晶片的定位方法，所述方法以高可靠性和高精度工作并且能够经济地实现。
所述技术问题按照本发明是通过一种用于定位在晶片圆周上包含基准标记的圆形晶片的方法解决的。在这种在具有输送室的真空处理设备中定位具有基准标记的晶片的方法中，输送室包含用于使晶片在一个平面内运动到安置在该输送室旁的处理室的输送装置，和单个的传感器，其中所述传感器安置在处理室前的输送室内部，用于通过采集晶片棱边上的第一检测点和第二检测点来采集晶片的位置，使得在已知晶片直径时用两个所测得的检测点的电子分析获得晶片的真实位置，并且输送装置将晶片导向所希望的额定位置，其特征在于，将晶片参照其基准标记对准地放置在输送装置的预先设定的位置上，并且基准标记沿运动方向在晶片上的投影确定了一个禁止区域，并且由此晶片的其余区域定义出一个自由区域，其中将传感器在输送室中安置成，使得禁止区域肯定不被覆盖并且由此使传感器只能采集晶片棱边的圆形区域，而不是基准标记部分。
附图说明
以下对本发明示例地并且以示意图作详细说明。其中：
图1a以观察晶片基准标记以及沿一个运动方向的倾斜三维视图表示放置在输送装置支架上的晶片。
图1b以俯视图表示对应于图1a的布置。
图2a表示带基准标记以及附属的投影到一个径向输送方向的晶片区域的显示和产生的自由区域的晶片。
图2b表示对应于图2a的晶片，具有在使用用于各种尺寸晶片、例如此处用于两种不同晶片直径的输送装置时产生的区域。
图3a以极坐标表示多个晶片实际位置的测量值，及其在错误调节输送系统时与额定位置之间的偏差。
图3b表示对应于图3a的测量值与时间的关系。
图4a以极坐标表示多个晶片的测量值，其中示出当晶片在输送装置上通过粘贴或黏附到屏蔽装置上而移动时和额定位置之间的偏差。
图4b表示随时间变化的对应于图4a的测量值。
图5a以极坐标表示多个晶片的测量值，其中示出在通过静电支架发生偏移误差时和额定位置之间的偏移量。
图5b表示随时间变化的对应于图5a的测量值。
具体实施方式
圆形的或盘状的扁平基底，如尤其是半导体晶片3，如硅晶片，通常具有一个常常也被称作平面的所谓的基准标记6，借助于该基准标记6可以为关于圆形晶片圆周的中心进行循环定位或在盘状晶片的旋转状态中识别盘状晶片3。这种平面通常在晶片圆周上被构建为小弧段，从而使晶片棱边的大部分保持圆形的外缘。因此绝大部分这种圆形片可以在该平面的旋转状态中被识别或校准。基准标记6也可以例如被构建成在晶片棱边上的槽。
这种半导体晶片3在一般情况下为零点几mm厚，并且具有几cm至几十cm范围的直径，例如典型地通常在约10至30cm范围的直径。在真空处理设备上对这种晶片3的处理提出很高的要求。尤其必须将这种晶片3很精密地定位在用于加工的处理站区域。必须连续识别出现了与额定位置的偏差的定位，使得能够避免导致报废的处理误差。在用于加工半导体晶片表面的真空处理设备中，在一般情况下使多个处理步骤依次实施，同时使该过程高度自动地进行。由于这种晶片3的灵敏性，它们通常在一个水平平面上输送，其中使晶片圆盘的平面在一般情况下基本上平行于输送平面地移动或者与输送平面重合。将晶片3以这种输送方式放置到输送装置2，20，21上，并且因此只以其自身的重量平放在晶片支架10上。由此只有晶片背面区域与支架接触，从而避免接触敏感的要被处理的正面。因此可以避免例如晶片的圆周实际被固定，并且可以由此使敏感的晶片表面尤其也在其敏感的棱边区域受到保护。在这种真空处理设备中，将晶片3通过闸室引入到真空区域，随后从该闸室输送到相应的输送室，借助于输送装置2，20，21输送到处理室，在那儿对它们用相应的真空处理进行加工，如涂层和/或蚀刻处理。为了能够不必将晶片3从设备中取出而进行其他的处理步骤，如第二次涂层，将晶片3用输送装置输送到下一个处理室，在那里取下并随后进行处理。按照真空处理设备的要求和构成，可以以此方式和方法自动地依次实施多个处理步骤。尤其优选的真空处理设备是所谓的群系统。这种设备具有一个基本上位于中心的输送真空室，输送装置2，20，21被安置在其中，用于容纳晶片3并使其在输送平面上运动，其中将至少两个处理室或多个室安置在该输送平面中，并且将晶片依次地输送进该处理室用于加工。在安置在基本上中心的输送室旁，安置至少另一个构成真空闸门的室。所述闸室和处理室设置有例如闸门的用于隔离各种真空气压的元件，这些元件使晶片3能够借助于输送装置放置到相应的室中。其中所述输送装置穿过该区域抓取。如果将晶片取下用于加工和/或引入到系统中，则晶片又离开该区域。在这种设备上将输送装置这样安置在真空处理设备位于中心的输送室中，即使得输送装置够得着安置在外围的各个室。输送装置2，20，21在此处被优选构建成输送臂21，该输送臂可以围绕具有安置在输送室中的竖直轴线的旋转中心20旋转，并且同时可以沿径向方向远离或逼近该中心20地运动，如在图1b中以方向箭头在输送臂21上表示的那样。可以将输送装置2连同安置在其上能够径向伸展的输送臂21，以各种方式和方法构建为例如剪刀式的支架系统或者气囊式的沿直线径向运动的系统。为了使输送装置2，20，21围绕旋转中心20作旋转运动以及径向地运动，使用以公知方式控制的驱动器，例如能够精密控制和定位的电子控制的电动马达驱动器。
为了输送，将位于臂状输送装置的端部区域的晶片3在背离旋转中心20的臂侧，以相对于支架10预先设定的位置放置在安置于臂上的晶片支架10上。要放置的晶片3必须始终放置在晶片支架10的同一个位置上。将晶片参照该位置地相应于其基准标记6对准支架10，并且始终再同样地放置。因此也可以定义晶片中心12的位置，因为晶片3是圆形的并且具有预知的晶片直径。除了表示晶片3额定位置的晶片中心12，晶片棱边或晶片圆周也得以确定。在将晶片3放置到支架10上时已经会出现一定的误差。此外输送装置2，20，21也带有一定的容差。如果晶片例如在处理室中通过某种影响在被取下以及再放置时相对于原先的额定位置12轻微地移动，则产生其他的问题。为了能够确定与晶片中心12的额定位置之间的这种误差或偏差并且能够采取相应的校正措施，必须获得和检查晶片真正的实际位置或者与额定位置进行比较。为此采用例如在图1中示意地表示的、检测晶片棱边上的定位点的单个传感器1。为此可以应用例如一种安置在晶片的下方或者优选为晶片上方的，并且当晶片在输送平面中偏转时能无接触地获取所出现的晶片3棱边的光学传感器1。为了获得晶片中心12的实际位置，采集晶片棱边上的两个检测点4，5。通过使传感器1下方的晶片3沿一个运动方向运动，例如围绕旋转中心20旋转，获得第一个检测点4或5，并且通过使晶片3沿径向方向远离或逼近旋转中心20的运动而沿探测线23获得第二个检测点5。因为晶片3是圆形的并且晶片3的直径是已知的，因此可以采用使输送装置2，20，21的定位识别和传感器1的检测信号相结合，来获得晶片3或晶片中心12的真实位置。其中按照本发明必须注意的是，要检测的晶片棱边仅仅限于晶片3的圆形区域。对于该测量过程必须避开基准标记6的棱边区域。此外必须考虑的是，如果将传感器安置在支架一方，则晶片支架10就不会干扰要测量的区域。晶片3的基准标记6通常被构建成晶片盘的弧形片段，但是也可以被构建成例如缺口状。
将基准标记6优选对称于一个运动方向的轴线安置，由此使基准标记的宽度沿运动方向投影在晶片3的表面上地定义出一个如在图2a中用阴影线表示的禁止区域22。也可以将基准标记6不对称于这一个运动方向地安置在输送装置的支架10上，但是这随后将导致构成禁止区域22的区域更为复杂，因为在这种情况下必须考虑两个重叠的运动方向的投影。在优选具有旋转中心20以及具有围绕该中心旋转地沿径向运动的输送臂2，21的输送装置上，将晶片3及其基准标记6优选在支架上放置成，使得基准标记6对着旋转中心地取向，并且进一步优选对称于输送臂21的径向输送方向的轴线放置，如在图1b中示意表示的那样。
随后根据在图1b中所表示的示例得出，如在图2a中所表示的在晶片表面的区域7，22是通过晶片3的基准标记6以及一个通过基准标记6投影的径向运动方向确定的，其中基准标记6的投影表示了禁止的阴影线区域22，该区域从基准标记6一直伸展到晶片3的对面外缘棱边。由此产生的在禁止区域22侧面的两个弧形自由区域7，因此只具有位于圆周线上的棱边区域。按照本发明，将输送装置2，20，21以及放置在其上的晶片3相对于安置在某个预定位置上的传感器1定位和引导成，使得在采集晶片棱边时仅仅检测在所述自由区域7的晶片圆周上的两个检测点4，5，并且为位置采集而进行分析。输送装置本身误差的容差带以及晶片在支架10上的放置误差的容差带，例如在通过在附图中未加以表示的附属面的重叠来确定该自由区域7的面积尺寸时被有利地附带加以考虑。用于采集晶片棱边上两个检测点4，5的传感器1，被有利地安置在输送室位于处理室前的入闸区域中。有利的是，当晶片在处理室中被加工完之后，将它从处理室中取出输送到过渡室中然后进行测量并从测量结果中进行走向分析，随后如果已获得一定的偏差程度，则根据结果采取相应的校正措施，如优选在后续输送和/或处理步骤中跟踪该定位以准确表达该定位和/或例如也可以对系统采取其他适当的措施。
具有输送装置的真空处理设备也可以普适地设计为用于加工具有不同尺寸直径的晶片3。为了能确定用于本发明的定位装置的自由准许区域7，在此情况下考虑将最大的要被处理的晶片3和最小的要被处理的晶片8在投影上相叠地放置，并且如在图2b中所表示的那样使两个基准标记6对准。所产生的用于安置允许的测量位置的自由区域随后从由最小要被处理的晶片8确定的所谓重叠区域所构成的自由区域9中得出。晶片支架10如已叙述的那样也应该安置在禁止区域22的下方。为了达到高测量精度，将测量位置选择成远远地分开安置、同时它们的间距又不能大于晶片直径是比较合理的。
通过上述定位方法的精密分析途径，允许附加地在真空处理设备和尤其在处理室中获得各种运行状态。借助于对结果的相应分析，一方面可以完全分配和确定特定的过程，另一方面可以实施走向分析。因此可以完全显著提高这种处理设备的可靠运行。例如可以及时地采取校正措施，由此在较长的制造时间内能保持产品的质量，以及另一方面可以在制造出废品之前或者甚至于对处理设备产生损害之前，及时地识别何时需要预防的维护工作。如果例如先后分析多个晶片位置并且确定了，晶片3的额定位置12有规则地移动了移动矢量11的一个近似的绝对值，以及该矢量的绝对值大体上位于同一个数量级，如在图3a中以极坐标表示的那样，则可以由此推断出晶片3在某个设备部分、例如在处理站中被触及或研磨，并由此出现晶片位置的移动。在这种情况下，移动矢量的移动长度或移动行程随着测量值的数量或时间的变化而大体上大小相同，如在图3b中示意表示的那样。
在图4a中表示了另一个例子，在该例子中以极坐标表示了晶片中心12的额定位置移动的多个测量值，其中移动方向大体上是相同的并且停留在特定的矢量角15带宽范围内，同时移动行程长度是不相同的。在图4b中表示了该移动长度随时间变化和测量值24的数量而变大。这种特性例如典型地用于将晶片3粘附或部分地黏结在例如在涂层处理站中所必需的屏蔽上。在涂层时越来越多生长在屏蔽或挡板上的材料将导致晶片可以例如通过一种方式焊接地粘附在其上，并且随着层越来越厚地生长晶片继续离开地移动。测量结果的分析能例如辨别设备运行必须中断以清洁或更换屏蔽的时间点。这种运行状态的及时识别能够例如避免生产出废件。
在图5a的极坐标图示中，示出以晶片3的各种移动长度11静态地沿所有方向分布的测量值24。移动长度11随时间的变化表示在图5b中，即移动长度随时间增大。这是出现在所谓的静电晶片支架中的的一个典型问题。这个问题随运行时间的增加而增强，并且使支持作用的性能降低。当超过预先设定的数量时，从该例子中也可以及时地推导出相应的措施。正如所示出的例子所表示的那样，可以通过简单测量移动矢量11，即不仅通过测量矢量方向而且还通过测量其长度，以随时间流逝而增加的测量来确定引起包含故障的过程的原因。由此可以有目标并且精确地推导和采取相应必需的校正措施。

Claims (21)

1.一种在具有输送室的真空处理设备中定位具有基准标记(6)的晶片(3)的方法，该输送室包含用于使晶片(3)在一个平面内运动到安置在该输送室旁的处理室的输送装置(2，20，21)，和单个的传感器(1)，其中所述传感器(1)安置在处理室前的输送室内部，用于通过采集晶片(3)棱边上的第一检测点(4)和第二检测点(5)来采集晶片(3)的位置，使得在已知晶片直径时用两个所测得的检测点(4，5)的电子分析获得晶片(3)的真实位置，并且输送装置(2，20，21)将晶片(3)导向所希望的额定位置，其特征在于，将晶片(3)参照其基准标记(6)对准地放置在输送装置(2，20，21)的预先设定的位置上，并且基准标记(6)沿运动方向在晶片(3)上的投影确定了一个禁止区域(22)，并且由此晶片(3)的其余区域定义出一个自由区域，其中将传感器(1)在输送室中安置成，使得禁止区域(22)肯定不被覆盖并且由此使传感器(1)只能采集晶片棱边的圆形区域，而不是基准标记(6)部分。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位是用于将晶片中心(12)导向预先设定的所希望的额定位置的晶片(3)的定心过程。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，首先在第一个晶片(3)上测量，并且在其它后续输送步骤中用其他晶片校正到额定位置。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对平移的位移误差进行校正。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输送装置实施围绕旋转中心(20)的旋转运动以及离开和逼近该旋转中心的径向运动，用于将晶片(3)输送和/或定位到处理室和/或闸室中。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述真空处理设备是一种群配置。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于每个要测定的晶片(3)只采集晶片棱边上的两个检测点(4，5)。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶片(3)通过其棱边在输送平面上的旋转运动和/或直线运动而被引导到传感器(1)，以采集检测点(4，5)。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，选择将检测点(4，5)的位置远远地互相分开设置，但是远小于要被测量的晶片直径。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述晶片支架设计成，使得该支架不干扰测量过程并且定位在禁止区域(22)下面。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个具有基准标记(6)的晶片(3)被相同取向地放置在输送装置(2，20，21)的支架上。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，每个具有基准标记(6)的晶片(3)沿对着旋转中心(20)的径向的、横向运动(21)的方向校准。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，同时计算所述输送装置(2，20，21)的定位精度的容差带，用于确定所述禁止区域(22)。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，考虑各种晶片尺寸，并且这些晶片尺寸从其基准标记(6)的相同位置出发构成表示自由区域(7)的重叠区域(9)。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对每个晶片(3)采集和存储所测得的晶片(3)的额定位置的偏差，用于为推导出校正措施而识别系统的状态。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，晶片(3)首先在处理室中被加工，随后从处理室输送到输送室，并且在输送室用单个传感器(1)测量以及将测量值用电子装置进行处理，并且当达到和/或超过预先设定的值时，在一个后续处理步骤中采取相应的校正措施。
17.如上述权利要求16所述的方法，其特征在于，处理多个测量步骤并且获得关于误差类型的走向，以及随后确定用于真空处理设备的继续运行方式的措施。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述措施用于控制输送装置(2，20，21)。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述走向分析能识别由于输送装置与晶片(3)的错误调节而导致的晶片(3)的接触。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述走向分析能识别，在处理期间由于挡板零件上的层增长而导致晶片(3)在输送装置的支架(10)上的局部移动。
21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述走向分析能识别静电晶片支架的夹持力随运行时间的效率损耗。
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