CN104737269A - 基板定向腔室 - Google Patents
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Abstract
提供用以在基板处理系统中测定基板的方向的定向腔室。在一些实施方式中，一种定向腔室包括包围内部空间的壳体；位于该壳体内部的可旋转台座，该可旋转台座包括基板支撑表面，该基板支撑表面适以支撑基板；位于该台座上方的光源，当基板被载至该可旋转台座上时，定位该光源以提供照明光至该基板的外周，其中来自该光源的该照明光从垂直线倾斜一角度朝向该基板的中心，该垂直线垂直于该基板支撑表面延伸；具有光接收表面的光接收单元，该光接收表面上设置多个光接收元件，多个光接收元件接收来自该光源的该照明光；和分析由光接收元件接收的照明光的分析单元。
Description
领域
本发明的实施方式一般涉及半导体处理设备。
背景
集成多个腔室的多腔室半导体制造系统被使用于处理基板，以制造半导体装置。在多腔室制造系统中，使用传输机器人在相关的腔室之间传输基板。该系统可以包括定向腔室，该定向腔室从机器人接收在可转动台座上的基板，并检测在该台座上的基板的位置和方向，以便于在处理参数范围内将基板放置在随后的腔室中。
一些定向腔室使用光源和光接收单元来进行基板的边缘检测。该光源照亮基板的一部分外周。其中一些光被基板阻挡而无法到达光接收单元，从而被识别为阴影区。到达光接收单元的光则被识别为传输区。当基板旋转一周时，分析单元分析光接收单元上的阴影区位置变化，并基于此变化确定方向和偏心度。
然而，发明人已经观察到的是，使用一些传统的定向腔室并无法明确地确定阴影区和传输区。因此，发明人提供了一种用以在基板定向腔室中进行基板检测的改良设备和方法。
概述
提供用以在基板处理系统中测定基板的方向的定向腔室。在一些实施方式中，一种定向腔室包括包围内部空间的壳体；位于该壳体内部的可旋转台座，该可旋转台座包括基板支撑表面，该基板支撑表面适以支撑基板；位于该台座上方的光源，当基板被载至该可旋转台座上时，定位该光源以提供照明光至该基板的外周，其中来自该光源的该照明光从垂直线倾斜一角度朝向该基板的中心，该垂直线垂直于该基板支撑表面延伸；具有光接收表面的光接收单元，该光接收表面上设置多个光接收元件，所述多个光接收元件接收来自该光源的照明光；和分析由所述光接收元件接收的照明光的分析单元。
在一些实施方式中，一种定向腔室包括包围内部空间的壳体；位于该壳体内部的可旋转台座，该可旋转台座包括基板支撑表面，该基板支撑表面适以支撑基板；位于该台座上方的激光光源，当基板被载至该可旋转台座上时，定位该激光光源以提供照明光至该基板的外周，其中来自该光源的照明光从垂直线倾斜约55°至约75°的角度朝向该基板的中心，该垂直线垂直于该基板支撑表面延伸；具有光接收表面的光接收单元，该光接收表面上设置多个电荷偶合装置光接收元件，所述多个电荷偶合装置光接收元件接收来自该光源的照明光；和分析由所述光接收元件接收的该照明光的分析单元。
在一些实施方式中，一种用于定向腔室的方法包括将基板支撑于基板支撑表面上；提供从垂直线以介于约55°和约75°的角度倾斜的照明光至该基板的外周；旋转上面支撑该基板的基板支撑至少一周；在光接收单元的光接收表面上接收被该基板的该外周散射的光；将该接收的散射光识别为阴影区；发送该阴影区的位置变化至分析单元；分析该阴影区的该位置变化；和基于该阴影区的该位置变化测定该基板的方向和偏心度。
以下更详细地描述其他的实施方式和变化。
附图简要说明
可以通过参照附图中绘示的本发明的说明性实施方式来了解以上简单概述的和以下更加详细讨论的本发明的实施方式。然而应注意的是，附图说明的只是本发明的典型实施方式，因而不应将附图说明视为是对本发明范围作限制，因本发明可认可其他同等有效的实施方式。
图1为绘示依据本发明的一些实施方式的定向腔室的概观的截面示意图。
图2A绘示使用传统的定向腔室检测透明基板的外周的结果。
图2B绘示使用依据本发明的一些实施方式的定向腔室检测透明基板的外周的结果。
图2C绘示使用依据本发明的一些实施方式的定向腔室检测透明基板的外周的结果。
图2D绘示使用依据本发明的一些实施方式的定向腔室检测透明基板的外周的结果。
图3为绘示依据本发明的一些实施方式的定向腔室的概观的截面示意图。
图4为半导体制造系统的平面图，其中可以使用本发明的定向腔室。
图5为图示传统定向腔室的概观的截面图。
为了便于了解，已经在可能之处使用相同的附图标记来表示附图共有的相同元件。附图并未依比例绘制，并且可以为了清晰而简化附图。构思的是，可以受益地将一个实施方式的元件和特征并入其他实施方式中而不需进一步描述。
具体描述
本发明涉及一种用以在定向腔室中检测台座上的基板的位置的方法和设备。以下参照附图来说明本发明的实施方式。
图1图示依据本发明的实施方式的定向腔室100的实施方式。定向腔室100被用来作为构成例如图4中图示的半导体制造系统400的腔室。
在图1中，依据本发明的一些实施方式，定向腔室100包含包围内部空间113的壳体112，内部空间113可以被保持在真空状态下。壳体112可以由金属形成，而且在非限制性的实例中可由铝所形成。圆盘形的可旋转台座(台座114)被水平设置在壳体112内部，并且构造为将基板W支撑在基板支撑表面115上，所述基板W例如是透明的基板。旋转轴116被结合于台座114的底面中心，并且台座114能在箭头117的方向上旋转。
在壳体112内的台座114上方设置光源118，定位光源118来提供照明光(以箭头119绘示的光)到基板W的外周。在非限制性的实例中，光源118可以是激光光源，该激光光源发射波长为例如约650nm的光。从光源118发射的光从垂直线124以规定的倾斜角度A倾斜朝向上述基板的中心，垂直线124从基板的外周向上延伸(即垂直于基板支撑表面115)，如图1和图3所示。在一些实施方式中，倾斜角度A为约55℃至约75℃或约60℃至约70℃。
在壳体112中台座114的下方设置光接收单元120，光接收单元120接收来自光源118并照亮基板W外周的光。将光接收单元120的光接收表面120a设置成与来自光源118以箭头119绘示的光形成角度90°的直角R。将多个光接收元件121(例如电荷耦合装置(CCD)元件)设置在光接收单元120的光接收表面120a上，并且能在光接收表面120a上的任意位置测定是否接收到光。
定向腔室100还设置有分析单元122，分析单元122分析由光接收单元120接收的光，以分析台座114上的基板W的方向和位置。
以下将参照附图进一步说明上述定向腔室100的操作。
图4图示半导体制造系统400的实例，其中可以使用本发明的定向腔室408。半导体制造系统400设置有传输腔室402，传输腔室402使用传输机器人404传输半导体基板W到每一个腔室，传输机器人404被设置在传输腔室402内部。该传输腔室可以被保持在真空状态下。设置负载锁定腔室406，其中将负载锁定腔室406内部的压力从大气压状态改变为真空状态，以传输半导体晶片进入传输腔室402、检测和调整被载至传输机器人404上的半导体晶片的位置和方向的定向腔室408、以及执行规定处理的工艺腔室410，该规定处理例如使用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)、蚀刻或半导体基板上的其他处理的膜形成。
在半导体制造系统中，例如图4中图示的半导体制造系统400，使用传输机器人404将基板W从负载锁定腔室406传输到定向腔室408。基板W被载至台座114上(图1)，然后旋转台座114，使得半导体基板W的外周被来自光源118的光照亮。来自光源118并到达基板W外周的光被基板W的外周反射和散射，并且被接收于光接收表面120a上。此光被光接收单元120识别为是阴影区126。来自光源118并通过基板W外部的光保持不变(即未被反射或散射)地被接收于光接收表面120a上，而且此光被光接收单元120识别为传输区128。
基板W的外周可以设置有平坦面(定向平面部分)或凹口(切口部)，以便测定基板W的方向。基板W外周的形状变化(例如定向平面部分或切口部)或基板W的任何偏心度表现为阴影区126被产生在光接收单元120上的位置的变化。例如，假使基板W偏离中心(当基板W的中心和台座114的旋转中心未对准时)，则当在台座114上旋转基板W时，阴影区126出现在光接收表面120a上的位置会改变。
进行以来自光源118的光照射基板W，直到基板W转动最少一周。由光接收单元120接收的有关阴影区126和传输区128的信息被发送到分析单元122，其中该信息可以被储存和分析。分析单元122基于阴影区126和传输区128的变化来测定基板W的方向和偏心度。由此，当从定向腔室408收集基板W时，能够通过调整传输机器人404的操作而使基板W被以所需的位置和方向载至传输机器人404上。
使用依据本发明的定向腔室100，从光源118发射的光从垂直线124倾斜而朝向上述基板的中心，垂直线124从基板W的外周向上延伸，所以在基板W的外周形成的阴影区126被较长地形成在光接收表面120a上。由此，能够更可靠地测定基板W的外周。
接着以应用实例更详细地说明本发明。图2A以图形图示使用传统的定向腔室处理透明基板的结果，该透明基板例如是基板W。一些传统的定向腔室，例如定向腔室508包括台座514，以在壳体512内支撑晶片W。支撑台座514以在轴516上旋转(由箭头517指示)。光源518照射基板W的周边部分。由光接收单元520接收的阴影区和传输区相关信息被发送到分析单元522。
图2B-图2D以图形绘示使用本发明的定向腔室100处理透明基板的结果，该透明基板例如是基板W。在图2A-图2D中，水平轴202表示光接收单元120的光接收表面120a上的座标值。垂直轴204表示在每个座标位置光接收元件121的光接收状态。垂直轴204具有尺度，使得当光接收元件121所接收的光量为小的时候，图形表示(即数据点)被图示为比光接收元件121接收大量光的相关图形表示距离水平轴202更远。每个附图中的上部图形表示指示实际测量的数据，而较低的水准显示通过施加阈值处理指示个别的光接收元件121是否实际接收到光的结果。在图2A-图2D中，光接收元件121从接收光变化到不接收光的点表示基板W的外周。
图2A图示基板W的外周被发射自光源的光以90°的角度(传统的定向腔室)照射的情况，如图5所示。图2B-图2D图示依据本发明图示于图1的一些实施方式的发射自光源的光分别以从垂直线124为55°、65°和75°的角度A倾斜朝向上述基板W的中心的情况，垂直线124从基板W的外周向上延伸。
在图2A中，在多个位置检测光接收元件121从不接收光变化到接收光的点，例如208、210、212、214及216。从不接收光到接收光的多个转变使得检测阴影区126更加困难。与此相反的是，在图2B-图2D中这种情况得到了改善。特别是在图2C，其中光以65°的角度A倾斜，只在一个位置222检测到对应于阴影区126从不接收光到接收光的转变(图1)，这有益地影响了阴影区126的检测。
图3绘示依据本发明的定向腔室300的实施方式。在下面的说明中，关于上述定向腔室100的架构，使用了相同的附图标记并省略其详细说明。
如图3所表示的，定向腔室300包含反射构件324，所述反射构件324用于反射来自光源118的光(以箭头119表示)从而照亮半导体基板W的外周。反射构件324被定位成将光反射到光接收单元120上，光接收单元120被水平设置于台座114下方。反射构件324可以包含反射片、反射层326，所述反射片、反射层326可以由与用于壳体内侧(对于非限制性的实例为铝)相同的金属材料所形成。也可以使用真空腔室镜，其中依序将气相沉积的铝层和氧化硅层沉积在石英基板上。
使用图示实施方式中的定向腔室300，发射自倾斜光源118的光被反射构件324反射到水平设置的光接收单元120，所述光接收单元120是水平设置的，所以实现的效果为便利个别构件的对齐，所述构件例如是台座114、光源118及光接收单元120，并且可以实现腔室的空间经济。
本文所述的定向腔室的实施方式可以改良晶片阴影区的识别，该晶片例如是透明晶片，从而克服上述的问题。如上所述，使用了本发明的定向腔室，发射自光源的光从垂直线倾斜朝向上述基板的中心，该垂直线从基板的外周向上延伸，所以由基板W的外周形成的阴影区能被较长地投射于光接收表面。由此，能够更加可靠地测定透明基板的外周。
虽然前述涉及本发明的实施方式，但在不偏离本发明的基本范围下，仍可以设计出本发明的其他的和进一步的实施方式。
Claims (15)
1.一种定向腔室，包括：
包围内部空间的壳体；
可旋转台座，位于所述壳体内部，所述可旋转台座包括基板支撑表面，所述基板支撑表面适以支撑基板；
光源，位于所述台座上方，当基板被载至所述可旋转台座上时，定位所述光源以提供照明光至所述基板的外周，其中来自所述光源的所述照明光从垂直线倾斜一角度朝向所述基板的中心，所述垂直线垂直于所述基板支撑表面延伸；
光接收单元，具有光接收表面，所述光接收表面上设置多个光接收元件，所述多个光接收元件接收来自所述光源的所述照明光；和
分析单元，所述分析单元分析由所述光接收元件接收的所述照明光。
2.如权利要求1所述的定向腔室，其中所述光接收单元接收被基板的外周散射的光并接收通过所述基板外部的光，所述基板被支撑并旋转于所述台座上。
3.如权利要求2所述的定向腔室，其中所述光接收单元构造为将所述接收的散射光识别为阴影区。
4.如权利要求3所述的定向腔室，其中所述基板在所述台座上最少旋转一周，使得所述基板的偏心度在所述光接收单元上表现为所述阴影区的位置变化。
5.如权利要求4所述的定向腔室，其中所述位置变化被发送至所述分析单元，以分析所述基板在所述台座上的位置。
6.如权利要求1至5中任一项所述的定向腔室，其中所述角度为约55°至约75°。
7.如权利要求1至5中任一项所述的定向腔室，其中所述光源为激光。
8.如权利要求7所述的定向腔室，其中所述激光具有约650纳米的波长。
9.如权利要求1至5中任一项所述的定向腔室，其中所述光接收元件为电荷耦合装置。
10.如权利要求1至5中任一项所述的定向腔室，其中所述光接收表面被设置为与所述照明光形成90°角。
11.如权利要求1至5中任一项所述的定向腔室，进一步包括：
反射构件，位于所述壳体内部，并且被定位来将所述照明光反射至所述光接收单元的所述光接收表面上。
12.如权利要求11所述的定向腔室，其中所述光接收单元被水平地设置。
13.如权利要求11所述的定向腔室，其中所述壳体的内部由金属所形成。
14.如权利要求13所述的定向腔室，其中所述反射构件由与用于所述壳体内部相同的金属所形成。
15.一种用于定向腔室的方法，包括以下步骤：
将基板支撑于基板支撑表面上；
提供从垂直线以一介于约55°和约75°的角度倾斜的照明光至所述基板的外周；
旋转上面支撑所述基板的所述基板支撑至少一周；
在光接收单元的光接收表面上接收被所述基板的所述外周散射的光；
将所述接收的散射光识别为阴影区；
发送所述阴影区的位置变化至分析单元；
分析所述阴影区的所述位置变化；和
基于所述阴影区的所述位置变化测定所述基板的方向和偏心度。
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