CN105340072B - 用于基板提升设备的力传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种监测基板提升设备上的力的系统及方法。系统包括具有台及可动提升部分的台匣。可动提升部分包括耦合至多个提升梢的多个提升臂。多个力传感元件分别关联于这些提升臂及这些提升梢。控制器接收来自这些力传感元件的信号，将这些信号联系至分别施加于这些提升梢的力。被联系的力可指示错误状况的存在至控制器，例如被卡住的晶圆、损坏的晶圆、错置的晶圆或机械故障。

Description

用于基板提升设备的力传感系统

技术领域

本发明是有关于一种半导体制程系统，且特别是有关于一种用以监测施加至用于基板转移操作的基板提升设备的力的系统。

背景技术

在制造过程中，基板常藉由装配有专业工具或“端接器(end effectors)”的机械手臂来操作，其适于在基板匣或其他容器与位于制程腔体内的制程台之间提升及移动基板。端接器通常从下方契合基板。如此，虽然端接器可从匣中直接取出基板，其通常无法直接放置基板在台的表面上。

因此，台常常包括一组可动梢，其经由台的顶表面的开口向上突出。端接器将基板定位在梢的上方，梢往上移动以接住基板并将其举至端接器上方。一旦梢将基板举起而解除其与端接器的接合，基板和台的顶表面之间具有足够的距离以允许端接器从台处撤离。梢可接着透过开口撤离，以将基板降低至台上。

静电夹盘(electrostatic chuck)可接着被用来固牢基板至台，以使得一个或更多制程步骤可被执行。当完成制程时，静电夹盘可释放基板，梢往上移动而经由开口突出并举起在台上方的基板，因此端接器可接合基板并从制程腔体移除基板。

可被理解的，像是基板破损、基板错置、基板卡住以及类似的问题，可发生在基板转移和/或制程操作之前、之间或之后。因此，提供可以检测如此问题的系统，以使得校正动作可在有效率且价格划算的方式下执行将较为理想。

发明内容

一种用以监测在基板提升设备的力的系统被揭示。系统包括具有台以及可动提升部分的台匣。可动提升部分可包括耦合至多个提升梢的多个提升臂。 多个力传感元件可分别关联于这些提升臂及这些提升梢。系统可还包括控制器，用以接收来自这些力传感元件的信号且用以将被接收的信号联系至分别施加于这些提升梢的力。

一种用以感测施加至基板提升设备的力的方法被揭示。方法可包括在控制器接收来自至少一个力传感元件的信号，其中被接收的信号代表施加至基板提升设备的提升梢的力，以及基于被接收的信号而控制基板提升设备的操作。

一种用以操作基板提升设备的方法被揭示。方法可包括在控制器取样来自至少一个关联于基板提升设备的提升梢的力传感元件的信号，其中取样发生于移动提升梢之前，其中被取样的信号代表施加至提升梢的力。方法可还包括基于取样信号而控制提升梢的移动。

附图说明

图1是结合于本发明的系统的示例性的旋转基板台配置的立体图。

图2示出了提升梢在延伸位置的图1的旋转基板台配置的台部的侧视图。

图3示出了提升梢在撤离位置的图2的台部分的侧视图。

图4是本发明的系统的提升梢部分的立体图，提升梢部分装配于隐蔽位置。

图5是图4的提升梢部分的立体图，提升梢部分装配于延伸位置。

图6示出本发明的系统的传感器电子及控制系统介面部分。

图7是操作本发明的系统的方法的逻辑流程图。

图8是操作本发明的系统的进一步方法的逻辑流程图。

具体实施方式

下面将参照附图来对改良的提升梢配置进行全面说明，其中示出了本发明的较佳实施例。可被理解的，本发明的提升梢配置可以许多不同的形态来体现，而不应理解成限于本文所列举的实施例。确切地说，提供这些实施例是为了使发明的内容更透彻更完整，且将本发明的技术方案范围更全面地传达给本领域具有公知常识的技术人员。在这些附图中，类似的元件符号代表类似的元件。

图1示出依据本发明的系统的示例性的实施例。为了方便和清楚，诸如“前”、“后”、“顶”、“底”、“右”、“左”、“上”、“下”、“在内”、“在外”、“侧面的”、“纵向的”等术语将在此被使用来描述系统构件的相对设置与方位，每一个关于其几何形状和方位如同图1所显现。所述术语将包括具体提到的、从中衍伸及类似意义的字。

在某些基板制程应用中，离子束植入机利用旋转台装置1，对此的非限定示例说明示出于图1。旋转台装置1可配置于制程腔体内(未示出)，且可用以在一个或更多植入步骤中于理想的位置持住基板。旋转台装置1可包括台2以及基部部分4，其可以是可控制地相对于彼此旋转，以使得制程期间的基板可以在相对于入射离子束的理想角度被持住。

如同可在图1中见到的，多个提升梢8可以是轴向可动，以突出台2的顶表面10之上。在所示实施例中，提供三个以三角形排列的提升梢8。然而，可理解的，其并非必不可少的，不同排列方式的不同数目的梢可视需求被使用。

图2示出台2的侧视图，其中示例性的基板12藉由提升梢8而在顶表面10之上距离“D”被持住。梢8示出为位于延伸位置。为了清楚，基部部分4并未示出于此及更多附图。距离“D”可选择为大于关联的端接器的垂直尺寸。因此，当提升梢8在延伸位置时，端接器可以伸至基板12与台2的顶表面10之间，以接合或不接合基板。

提升梢8的位置可被控制，故一旦其接合基板12，其可被撤离进入台2以带着基板向下接触台的顶表面10。梢8的撤离位置示出于图3。基板12接着可利用静电夹(未示出)或其他合适的技术固牢于台2，因而允许基板被倾斜和/或旋转至理想的方位以接受一个或更多植入制程。

一旦完成制程，可旋转台2以使得基板12回到水平方位。静电夹接着可被去能(de-energized)，且提升梢8可再次移至其延伸位置，以举起基板12至台2的顶表面10之上(图2)，因而允许端接器延伸于基板的下方。提升梢8可再次往台2撤离，将基板12降低回到端接器，使其可传送基板回到制程腔体之外。

如前所述，在基板处理及制程操作期间会经历各种错误情况，包括出现破损或基板在台上错置、基板在静电夹去能后卡于台、提升梢故障，等等。 因此，本发明的提升配置包括关联于一个或更多提升梢8的力传感特点，以确保基板12完全在安全且有效率的方式下转移至或转移离台2，且若感测到错误情况可进行正确的处理。

参考图4，台匣14可包括匣基部16、台支撑18以及用以相对于台匣4举起或降低提升梢8的可动提升部分20。可动提升部分20包括多个提升臂22，其分别关联于提升梢8。提升臂22在邻近端24耦合至中心轴26，其转而耦合至中心提升柱28。如此安排，藉由延伸及撤离中心提升柱28进出台匣14，提升梢8可选择性地在设置在图2及图3所示的延伸及撤离位置。图4示出可动提升部分20在关联于图2的梢设置的撤离位置，而图5示出可动提升部分20关联于图3的梢设置的延伸位置。

图5示出移除台支撑18的台匣14。可被理解的，可利用任何各式配置于台匣14上的适当驱动机构(包括伺服马达等)来达成中心提升柱28的选择性的移动(即旋转、轴向的延伸/撤离)。

图5更示出关联于各提升臂22的多个传感元件30。在图5中仅可见三个传感元件30中的两个，第三个被其中一个梢8的出现所挡住。如同更多的细节将被描述，这些传感元件30可以被用来检测经由提升梢8施加至提升臂22的力。可被理解的，传感元件30可以配置于提升梢8上，或提供多于一个的传感元件给每一个提升梢和/或提升臂22。传感元件30可以被用于感测及识别由提升梢8支撑的基板12的重量，也可以感测及识别施加至任何一个提升梢的非预期的力，其可被指示为系统故障或错误情况。举例而言，藉由比较三个传感元件的量测，传感元件30可用以检测基板12是否正确地被定位在台2上，其将于后详述。

在一实施例中，传感元件30可包括应变计，像是线网应变计(wire mesh straingauges)、压电应变计(piezoelectric strain gauges)、半导体应变计(semiconductorstrain gauges)等等。在其他实施例中，传感元件30可以是力敏电阻(force sensitiveresistors)、光学位移传感器(optical displacement sensors)等等。关联的传感器电子及控制系统介面32示出于图6。传感器电子及控制系统介面32可限制从传感元件30接收来的信号，以使其可联系于各提升梢8的代表力值。

在所示实施例中，传感元件30耦合至适当的放大电路34，其在一实施 例中包括运算放大器。放大的信号可接着被类比至数位(AD)转换器36处理，并被送至控制器38。在所示实施例中，控制器38为可程式多轴控制器(programmable multi-axis controller，PMAC)，其可高速取样传感元件30且可控制可动提升部分20。控制器38可用以将来自传感元件30的信号样本比较于一个或更多预设值和/或预设范围以判断是否任何或所有的传感元件30存在超出范围的情况。在一实施例中，控制器38可具有连接至其上而用以储存各种关联于传感元件30的预设值的记忆体39。在其他实施例中，记忆体39可储存有关传感元件30以及可动提升部分20的操作历程。

若观察到错误情况，控制器38可用以停止或以信号通知终止基板转移操作。在一实施例中，错误情况是指，从至少其中一个传感元件30得到代表接近或超出预设值或范围的力值的信号的情况。

若感测到错误情况，移动控制器38可停止机械手臂/端接器的移动。如此可预防当基板被判断为例如是错置时的端接器与基板12之间的非理想接触。移动控制器38可与植入机控制电脑40结合，其可提供监督功能以及操作介面。在一些例子中，若提升机构检测到任何错误情况或任何其他问题，移动控制器38可以信号通知植入机控制电脑40，以便与其它植入子系统相配合。

传感器元件30可以在基板转移操作发生之前、期间和/或之后的任何时间点被取样。以下描述此种取样的例子。

卸载力的范围-执行植入前，所有的传感元件30应检测到小于较低门槛植的力。被检测为高于门槛值的力可指示为机械故障或设备问题。

基板在提升梢上-当基板12被放置于或脱离于台2，升高提升梢8以卸载/加载端接器。一旦提升梢8在延伸位置内，所有的传感元件30应在每一个提升梢上检测到预设范围内的力。

基板损坏-当提升梢8设置在延伸位置中，所有的传感元件30应检测到门槛值之上的力。低于门槛值可指示为基板损坏情况。

基板偏离中心-一旦提升梢8设置于延伸位置内，传感元件30应检测到在提升梢8上的力是相同的，且在预设门槛值内。高于门槛值差可指示为基板相对于提升梢8及台2偏离中心。

外来物在基板上-一旦提升梢8设置于延伸位置内，传感元件30应检测 到每一个提升梢8的力为低于预设门槛值。高于门槛值可指示为外来物在基板12上。

相等的力于臂上-当放置基板12在提升梢8上时，应监测所有的提升梢8的力。若任何单一提升梢8的力被判断为超过预设门槛值，可停止更加提升。高于门槛值可指示为机械故障。

基板卡住-在静电夹去能后，当移动提升梢从撤离位置到延伸位置时，提升梢8的力可以被监测。若感测到任何单一提升臂22的力超过预设门槛值，可停止更加提升。在一个提升梢8有高于门槛值的力且在其余提升梢8中的一个或两个有低于门槛值的力可指示为基板12在台2上卡住。

图7是在基板12上执行一个或更多植入制程之前操作本发明的系统的方法的流程图。在步骤100，基板12定位于传送腔体内。此时基板被端接器支撑且提升梢8在撤离位置。控制器38可取样传感元件30以判断是否提升梢8上的上载力在预设范围之内。预设的范围可以是力的范围，其指示提升梢8是通畅无阻且可以使用的。

在步骤110，基板12藉由端接器从传送腔体移动至制程腔体。提升梢8维持在撤离位置。在步骤120，基板12被定位在制程腔体内并被端接器支撑。提升梢8从撤离位置向上移动至延伸位置以接合基板12，同时控制器38取样传感元件30以识别是否所有的提升梢8受到相等的力。在步骤130，基板12被提升梢8支撑，且端接器撤离回到传送腔体。提升梢8在延伸位置。控制器38可取样传感元件30，以识别提升梢8上的力代表基板12的重量、基板12在提升梢8的中心、没有外来材料位于台或基板12上、且/或基板并未损坏。

在步骤140，基板12仍然在制程腔体内被提升梢8支撑，端接器维持在传送腔体内，且提升梢从延伸位置向下移动至撤离位置以接合基板12与台2。在步骤150，基板12被台2支撑且提升梢8在撤离位置内。控制器38可取样传感元件30以识别提升梢8上的卸载力在预设范围之内。预设范围可以是力的范围，其指示提升梢8是通畅无阻且可以使用的。在步骤160，基板12藉由静电夹固牢于台2。在步骤170，基板12被旋转台装置1移动进入适于进行一个或更多制程步骤的位置，像是离子植入制程。

图8是在基板12进行一个或更多植入制程后可执行的示例性系统验证的 流程图。在步骤200，基板12定位在制程腔体之内，且藉由静电夹固牢至台2。提升梢8在撤离位置。在步骤210，释放静电夹，且提升梢8从撤离位置移动至延伸位置。控制器38取样传感元件30以识别基板12并未在台2上卡住。在步骤220，基板12被支撑梢8支撑。控制器38可取样传感元件30以识别基板12与提升梢8接合、基板在提升梢8的中心、没有外来材料位于基板上、且基板并未损坏。

在步骤230，基板12维持为被提升梢8支撑，且端接器移动至基板12下方的位置。提升梢8在延伸位置。在步骤240，基板12在制程腔体内，且提升梢8从延伸位置移动至撤离位置以转移基板12的支撑至端接器。在步骤250，基板被端接器支撑，且端接器移动基板12至传送腔体。提升梢8在撤离位置。控制器38可取样传感元件30以识别卸载力在预设范围之内。在步骤260，基板回到匣内。

本发明的系统增加关于基板的情况和位置的防护及信息。此外，本发明的系统可用以监测台的状况，让使用者能够判断，例如，是否外来材料(例如是损坏的基板碎片)留在台上，或是否可动提升部分20和/或其任何组件存在问题。

本发明的系统是用以处理各种的基板，其在示例性的实施例中包括硅晶圆。所属领域具有公知常识的技术人员可理解，此特定的结构仅以示例性的方式被揭示，以下描述的配置可以类似地实施于几乎任何类型的基板处理结构。所有这些实施例是深思熟虑的且可在不远离本发明的范畴下实施。

如同此处使用的，记载为单一并持续使用”一”的元件或步骤应被理解为不排除多个元件或步骤，除非此种排除明确地列举出来。更进一步地，本发明的“一实施例”并不意图被诠释为排除包含列举的特点的额外实施例的存在。

虽然于此描述了本发明的特定实施例，并不意图以此限制本发明，而是如本领域的范畴般宽广的本发明将允许说明书被类似地理解。因此，上面的描述不应被解释为限制仅仅是特殊实施例的示例。本领域技术人员将预见其它在范畴内以及在此附加的权利要求的改良。

Claims (11)

1.一种用以监测在基板提升设备的力的系统，包括：

台匣，所述台匣包括台以及可动提升部分，所述可动提升部分包括耦合至多个提升梢的多个提升臂，所述多个提升臂分别在邻近端耦合至中心轴；

多个力传感元件，分别关联于所述多个提升臂以及所述多个提升梢，其中所述多个力传感元件分别配置于所述多个提升臂；以及

控制器，用以接收来自所述多个力传感元件的信号，且用以将被接收的所述信号联系至分别施加于所述多个提升梢的力。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器用以依据被联系的所述力而控制所述可移动提升部分的移动。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个力传感元件是选自由线网应变计、压电应变计、半导体应变计、力敏电阻以及光学位移传感器组成的清单。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述应变计包括压电应变计。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述可动提升部分用以移动所述多个提升梢于撤离位置与延伸位置之间，所述梢在所述撤离位置是位于所述台的顶表面之下，所述梢在所述延伸位置延伸至所述台的顶表面之上。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器用以识别施加于每一所述多个提升梢的力，且基于被识别的所述力而控制可动提升部分的移动。

7.一种用以感测施加至基板提升设备的力的方法，包括：

在控制器接收来自多个力传感元件的信号，所述多个力传感元件分别配置于多个提升臂，所述多个提升臂关联于多个提升梢，被接收的所述信号代表施加至基板提升设备的提升梢的力；以及

基于被接收的所述信号而控制所述基板提升设备的操作。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

在所述控制器将被接收的所述信号比较于预设的值或范围，以判断施加至所述提升梢的力是否在可接受范围内。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述力传感元件包括多个力传感元件，所述提升梢包括多个提升梢，所述方法还包括：

在所述控制器接收来自多个所述力传感元件的信号，并基于被接收的所述信号控制所述基板提升设备的操作。

10.根据权利要求7所述的方法，其中控制所述基板提升设备的操作包括：

基于被接收的所述信号而停止所述基板提升设备的移动。

11.根据权利要求7所述的方法，还包括：

在关联于所述控制器的记忆体储存代表被接收的所述信号的数据。