CN110164812A - 载台及使用载台的晶圆量测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种载台及使用载台的晶圆量测方法及装置；该载台，包括：一载座，设有一盖板与一底板；一载盘，设于该载座上可承载一晶圆升降与旋转；一载盘驱动机构，设于该盖板与该底板之间，其设有一第一驱动件与一第二驱动件可驱动该载盘旋转与升降；一第一支承机构，可于一第一高度支承该晶圆；一第二支承机构，可于一低于该第一高度的第二高度支承该晶圆；该载盘上升至一量测高度时，该载盘的一上表面高于该第一高度；该载盘下降至一等待高度时，该上表面低于该第二高度。

Description

载台及使用载台的晶圆量测方法及装置
技术领域
本发明有关于一种载台及使用载台的晶圆量测方法及装置，尤指一种用于承载由机械手移入的晶圆并搬送该晶圆至量测区进行量测的载台及使用载台的晶圆量测方法及装置。
背景技术
在半导体化学机械研磨(CMP)工艺中，对于化学研磨后的晶圆(Wafer)需进行其膜厚的量测；已知对晶圆进行膜厚量测的量测装置是先以一机械手移入一晶圆至一量测室内的一载台上，再以该载台上方的一光学量测头相对该载台位移，对该晶圆上的多个量测位置进行量测；待该光学量测头量测完该晶圆上的多个量测位置后，该机械手再移入该量测室内将该晶圆自该载台移出该量测室至下一工艺；研磨后的多片晶圆借由该机械手反复地移入与移出进行晶圆交换，连续地进行量测。
发明内容
已知量测装置的载台，一次仅能承载一片晶圆，故该机械手每一次进出该量测室时，仅能进行该晶圆移入或移出动作的其中之一；换言之，该机械手移入一片晶圆至该量测室内后，该机械手需移出该量测室外等待该晶圆量测完成后，才可再移入该量测室内将该晶圆移出至下一工艺，再移入下一片晶圆至该量测室内，如此会增加晶圆交换片的等待时间，导致工艺的效率无法提升；此外，已知量测装置的光学量测头是在该载台水平位置不变的情形下，在该载台上方相对于该载台位移，对其上的晶圆进行多位置的量测，但该光学量测头可能因量测精度的需求不同而有不同的体积与重量，当使用的光学量测头具有较大的体积与较重的重量时，该光学量测头的位移亦可能会造成：移动机构的大型化、移动速度缓慢、震动…等不期望的情形，直接或接间地影响工艺的效率。
因此，本发明的目的，在于提供一种可同时承载多片晶圆的载台。
本发明的另一目的，在于提供一种可提升工艺效率的晶圆量测方法。
本发明的又一目的，在于提供一种可提升工艺效率的晶圆量测装置。
依据本发明目的的载台，包括：一载座，设有一盖板与一底板；一载盘，设于该载座上可承载一晶圆升降与旋转；一载盘驱动机构，设于该盖板与该底板之间，其设有一第一驱动件与一第二驱动件可驱动该载盘旋转与升降；一第一支承机构，可于一第一高度支承该晶圆；一第二支承机构，可于一低于该第一高度的第二高度支承该晶圆；该载盘上升至一量测高度时，该载盘的一上表面高于该第一高度；该载盘下降至一等待高度时，该上表面低于该第二高度。
依据本发明另一目的的晶圆量测方法，包括：使一载台在一轨座上平移至一第一位置，使一第一支承机构至一打开位置；使一机械手提取一晶圆放置于该载台上的一第二支承机构上；使一载盘向上移动以负压吸附并顶升该晶圆至一量测高度；使该载台在该轨座上平移至一量测头下方的一第二位置，对该晶圆进行量测；使该载台平移回到该第一位置，使该第一支承机构至一支承位置；使该载盘解除对该晶圆的负压吸附并使该载盘向下移动，使该晶圆留置于该第一支承机构上与该载盘分离；使该机械手提取另一晶圆放置于该第二支承机构上；使该机械手移出该留置于该第一支承机构上的晶圆。
依据本发明又一目的的晶圆量测装置，包括：用以执行如所述晶圆量测方法的装置。
依据本发明又一目的的另一晶圆量测装置，包括：一工作台，其上设有一罩壳可罩覆该工作台上设置的机构，该罩壳一侧开设有一进出口，其具有可供一机械手提取一晶圆穿经其中的高度与宽度；一搬送机构，设于该工作台上，该搬送机构设有一轨座使一载台可在该轨座上平移，该载台可在一第一位置承载由该机械手穿经进出口移入的该晶圆，并搬送该晶圆至一第二位置进行量测作业；一量测机构，设有一龙门架与一量测头；该龙门架设于该工作台上且位于该轨座的一端，该量测头设于该龙门架上，当该载台搬送该晶圆至该量测头下方时可对该晶圆进行量测。
本发明实施例的载台及使用载台的晶圆量测方法及装置，在该量测头位置固定的情形下，使该载台在该第一位置与该第二位置间移动，分别承载晶圆与对晶圆进行量测，减少了量测头移动所造成的移动机构的大型化、移动速度缓慢、震动…等影响工艺效率的不期望情形发生；且该载台以该载盘的升降配合不同高度的该第一支承机构与该第二支承机构，来分别支承量测完成后的晶圆与由机械手新移入的晶圆，使该载台可同时承载多片晶圆，减少晶圆交换片的等待时间，以提升整体工艺的效率。
附图说明
图1是本发明实施例中载台(省略前方罩板)的立体示意图。
图2是本发明实施例中载盘升降高度与第一支承机构及第二支承机构高度的示意图。
图3是本发明实施例中图1的俯视示意图。
图4是本发明实施例中图1的前视示意图。
图5是本发明实施例中盖板下方机构(省略底板)配置的示意图。
图6是本发明实施例中整位件的立体示意图。
图7是本发明实施例中载台在晶圆量测装置上使用的示意图
图8是本发明实施例中晶圆量测装置量测的步骤。
【符号说明】
A 载台 A1 载座
A11 盖板 A111 镂孔
A12 底板 A13 侧板
A14 罩板 A2 载盘
A21 转盘 A211 同心凹沟
A212 直线凹沟 A213 负压气口
A22 转轴 A3 载盘驱动机构
A31 第一驱动件 A32 第二驱动件
A33 升降台 A331 衬套
A332 枢轴 A4 第一支承机构
A41 活动支承件 A411 旋动件
A412 悬臂 A413 防磨件
A42 旋转驱动机构 A421 第三驱动件
A422 滑块 A423 第一连杆
A424 第二连杆 A5 第二支承机构
A51 固定支承件 A511 支撑件
A512 支承件 A513 防磨件
A6 整位机构 A61 整位件
A611 移动部 A612 整位部
A613 整位区 A62 第四驱动件
A7 第一到位检知机构 A71 光学发射器
A72 光学传感器 A73 支撑件
A8 第二到位检知机构 A81 反射式光学传感器
A9 位置检知机构 A91 特征检知传感器
A92 连结件 B 搬送机构
B1 轨座 C 量测机构
C1 龙门架 C2 第一取像部
C21 第一取像部 C22 第二取像部
H1 第一高度 H2 第二高度
I1 量测高度 I2 等待高度
J 罩壳 J1 进出口
R 机械手 S1 第一步骤
S2 第二步骤 S3 第三步骤
S4 第四步骤 S5 第五步骤
S6 第六步骤 S7 第七步骤
S8 第八步骤 S9 第九步骤
S10 第十步骤 S11 第十一步骤
S12 第十二步骤 W 晶圆
W1 缺口
具体实施方式
请参阅图1、2、3，本发明实施例的载台A设有包括：
一载座A1，其设有包括一盖板A11、一底板A12、两个侧板A13与两个罩板A14(为了呈现盖板下方的机构，图中省略前方罩板)；该侧板A13设于该盖板A11与该底板A12之间并支撑该盖板A11与该底板A12保持一定间距；
一载盘A2，设于该载座A1上，其可承载一晶圆W升降与旋转；该载盘A2设有一具有圆型外观结构的转盘A21在该盖板A11的上方，该转盘A21受一穿经该盖板A11的一转轴A22所驱动；该转盘A21的上表面设有环形的多个环相隔间距的同心凹沟A211，以及多个呈放射状配置与该同心凹沟A211交叉的直线凹沟A212，该转盘A21之中间位置设有多个负压气口A213；
一载盘驱动机构A3，设于该盖板A11与该底板A12之间，可驱动该载盘A2升降与旋转；
一第一支承机构A4，可临时支承该晶圆W于一第一高度H1上，且该载盘A2上升至一量测高度I1时，该载盘A2的上表面高于该第一高度H1；
一第二支承机构A5，可临时支承该晶圆W于一低于该第一高度H1的第二高度H2上，且该载盘A2下降至一等待高度I2时，该载盘A2的上表面低于该第二高度H2；
一整位机构A6，设有两个整位件A61于该载盘A2的两侧，两整位件A61可受驱动相向地朝该载盘A2方向些微靠近或远离；
一第一到位检知机构A7，设有一水平发射的光学发射器A71与一水平接收的光学传感器A72，两者各设于两个整位件A61的旁侧，且分别受一支撑件A73支撑在约略与该第一高度H1同高的位置；当该晶圆W受支承于该第一支承机构A4上时，该光学发射器A71发射的讯号会受该晶圆W遮断，使该光学传感器A72接收不到讯号而判断该晶圆W到位；
一第二到位检知机构A8，设有反射式光学传感器A81于该盖板A11上表面，当该晶圆W受支承于该第二支承机构A5上时，该反射式光学传感器A81发射的讯号会受该晶圆W反射，使该反射式光学传感器A81接收到讯号而判断该晶圆W到位；
一位置检知机构A9，设有一光学的特征检知传感器A91，可检知该晶圆W周缘例如缺口W1的特征。
请参阅图1、4、5，该载盘驱动机构A3设有一例如马达的第一驱动件A31与一例如气压缸的第二驱动件A32；该第一驱动件A31设于一升降台A33上，该第一驱动件A31与该转轴A22(图2)相连并可驱动该载盘A2旋转；该升降台A33的四个角落位置各设有一衬套A331，其可供枢套于该盖板A11下方与其连结的四支枢轴A332上；该第二驱动件A32设于该底板A12上，可推动该第一驱动件A31并连动该载盘A2一同升降。
请参阅图3、4、5，该第一支承机构A4(图1)设有四个活动支承件A41于该盖板A11的四个角落位置；各活动支承件A41由一杆状的旋动件A411与一悬臂A412所组成，该旋动件A411的上端连结该悬臂A412，下端穿经该盖板A11与一旋转驱动机构A42相连结；该悬臂A412与该旋动件A411连结的另一端的上表面设有一薄片状的防磨件A413，其可直接与该晶圆W底面接触且由较该晶圆W硬度低的材质构成；该旋转驱动机构A42的数目为两个且设于该盖板A11下方之前、后两侧，该旋转驱动机构A42设有一例如气压缸的第三驱动件A421，其上设有两个滑块A422可水平相向的靠近或远离，各滑块A422与一第一连杆A423的一端枢接，该第一连杆A423的另一端与一第二连杆A424的一端枢接，且该第二连杆A424的另一端枢接于该旋动件A411下端，使该第三驱动件A421可借由驱动该滑块A422使其连动该第一连杆A423与该第二连杆A424而将直线运动转换成旋转运动，用以驱动该旋动件A411连动该悬臂A412在一支承位置G1与一打开位置G2间旋转。
请参阅图3、4、5，该第二支承机构A5(图1)设有四个固定支承件A51于该盖板A11上表面的四个角落位置，且在该悬臂A412位于支承位置G1时的下方；各固定支承件A51由一柱状的支撑件A511与一盘状的支承件A512所组成，该支承件A512的上表面设有一薄片状的防磨件A513，其可直接与该晶圆W底面接触且由较该晶圆W硬度低的材质构成。
请参阅图5、6，该整位件A61设有一移动部A611与一整位部A612，该移动部A611可受该盖板A11下方的一例如气压缸的第四驱动件A62驱动使两整位件A61在可该盖板A11上表面移动；该整位部A612约略在与该第二高度H2(图2)同高的位置，且该整位部A612对应该晶圆W(图1)的圆型外观而设有一弧凹的整位区A613。
请参阅图1、4，该特征检知传感器A91的上端穿经该盖板A11的一镂孔A111而显露于该盖板A11上，该特征检知传感器A91的下端与一连结件A92的一端相连，该连结件A92的另一端与该升降台A33的衬套A331相连，使该特征检知传感器A91可与该升降台A33连动升降。
请参阅图7，本发明实施例的载台A可在如图所示的晶圆量测装置上使用，该晶圆量测设有包括：
一工作台T，其上设有一罩壳J可罩覆该工作台T上设置的机构，该罩壳J一侧开设有一进出口J1，其具有可供一机械手R提取该晶圆W穿经其中的高度与宽度；
一搬送机构B，设于该工作台T上，该搬送机构B设有一轨座B1使该载台A可在该轨座B1上平移，该载台A可在一第一位置承载由该机械手R穿经该进出口J1移入的该晶圆W，并搬送该晶圆W至一第二位置进行量测作业；
一量测机构C，设有一龙门架C1与一量测头C2；该龙门架C1设于该工作台T上且位于该轨座B1的一端，该量测头C2设于该龙门架C1上，当该载台A搬送该晶圆W至该量测头C2下方时可对该晶圆W进行量测；该量测头C2设有一第一取像部C21与一第二取像部C22，该第一取像部C21用于寻找该晶圆W上多个晶粒(图未示)的位置，该第二取像部C22用于对各晶粒进行膜厚量测。
请配合参阅图8，本发明实施例的载台及使用载台的晶圆量测方法及装置在实施上，包括以下步骤：
一第一步骤S1，使该载台A平移至该轨座B1一端的该第一位置，使该活动支承件A41的悬臂A412至打开位置G2；
一第二步骤S2，使该机械手R至料仓(图未示)提取第N片晶圆W，由该罩壳J外穿经该进出口J1伸入至该罩壳J内，将第N片晶圆W放置于该载台A上的固定支承件A51上；其中，N为大于或等于1的自然数；
一第三步骤S3，在第N片晶圆W放置于该固定支承件A51上后，两整位件A61相互靠近，使该整位部A612夹持第N片晶圆W的两侧对其整位以固定其中心位置；
一第四步骤S4，使该载盘A2向上移动以负压吸附并顶升第N片晶圆W离开该固定支承件A51的支承至该量测高度I1，之后对第N片晶圆W进行旋转；
一第五步骤S5，使该位置检知机构A9的特征检知传感器A91检知第N片晶圆W周缘的缺口W1的位置，以确认第N片晶圆W的缺口W1方向，如确认完成，则进到下一步骤，如尚未确认完成，则回到该第四步骤S4继续旋转第N片晶圆W；
一第六步骤S6，使该载台A在该轨座B1上平移至该量测头C2下方的该第二位置，对第N片晶圆W上的多个晶粒进行量测；其中，因各晶粒在晶圆W上分布的位置不同，故该载台A在该量测头C2下方会进行些微的平移并配合该载盘A2的旋转来对应不同位置的晶粒检测；
一第七步骤S7，确认第N片晶圆W的量测是否完成，如完成，则进到下一步骤；如尚未完成，则回到该第六步骤S6继续对第N片晶圆W进行量测；
一第八步骤S8，使该载台A平移回到该第一位置，使该载盘A2停止旋转并使该活动支承件A41的悬臂A412至支承位置G1；
一第九步骤S9，使该载盘A2解除对第N片晶圆W的负压吸附并使该载盘A2向下移动至其上表面低于该第二支承机构A5的等待高度I2，此时第N片晶圆W会留置于该活动支承件A41上与该载盘A2分离；
一第十步骤S10，使该机械手R至料仓提取第N+1片晶圆W，并再次穿经该进出口J1至该罩壳J内，将第N+1片晶圆W放置于该载台A上的固定支承件A51上；
一第十一步骤S11，使该机械手R移出该罩壳J后又再次穿经该进出口J1至罩壳J内，提取该活动支承件A41上的第N片晶圆W并将其移出至料仓；
一第十二步骤S12，确认料仓内所有批量的晶圆W是否皆完成量测，如确认完成，则结束量测；如尚未完成，则再循环回到该第一步骤S1；其中，当第1片晶圆W进行量测完成并出料之后，因该第2片晶圆W在前述第十步骤S10时已放置于该固定支承件A51上，故若循环至第2片晶圆W之后的量测，可省略该第二步骤S2直接对晶圆W进行整位。
本发明实施例的载台及使用载台的晶圆量测方法及装置，在该量测头C2位置固定的情形下，使该载台A在该第一位置与该第二位置间移动，分别承载晶圆W与对晶圆W进行量测，减少了量测头C2移动所造成的移动机构的大型化、移动速度缓慢、震动…等影响工艺效率的不期望情形发生；且该载台A以该载盘A2的升降配合不同高度的该第一支承机构A4与该第二支承机构A5，来分别支承量测完成后的晶圆W与由机械手R新移入的晶圆W，使该载台A可同时承载多片晶圆W，减少晶圆W交换片的等待时间，以提升整体工艺的效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (16)

1.一种载台，包括：
一载座，设有一盖板与一底板；
一载盘，设于该载座上可承载一晶圆升降与旋转；
一载盘驱动机构，设于该盖板与该底板之间，其设有一第一驱动件与一第二驱动件可驱动该载盘旋转与升降；
一第一支承机构，可于一第一高度支承该晶圆；
一第二支承机构，可于一低于该第一高度的第二高度支承该晶圆；
该载盘上升至一量测高度时，该载盘的一上表面高于该第一高度；该载盘下降至一等待高度时，该上表面低于该第二高度。
2.如权利要求1所述的载台，其中，该载盘设有一圆型的转盘，其上表面设有环形的多个环相隔间距的同心凹沟，以及多个呈放射状配置与该同心凹沟交叉的直线凹沟，该转盘之中间位置设有多个负压气口。
3.如权利要求1所述的载台，其中，该第一驱动件设于一升降台上，该第一驱动件与一转轴相连并可驱动该载盘旋转；该升降台设有多个衬套，其可供枢套于该盖板下方与其连结的多个支枢轴上；该第二驱动件设于该底板上，可使该升降台连动该载盘一同升降。
4.如权利要求3所述的载台，其中，该载座上设有一位置检知机构，其设有一光学的特征检知传感器，可检知该晶圆周缘的特征；该特征检知传感器的上端穿经该盖板的一镂孔而显露于该盖板上，该特征检知传感器的下端与一连结件的一端相连，该连结件的另一端与该升降台相连，使该特征检知传感器可与该升降台一同升降。
5.如权利要求1所述的载台，其中，该第一支承机构设有多个活动支承件于该盖板上，该活动支承件由一旋动件与一悬臂所组成，该旋动件可受一旋转驱动机构驱动，连动该悬臂在一支承位置与一打开位置间旋转。
6.如权利要求5所述的载台，其中，该旋动件的上端连结该悬臂，下端穿经该盖板与其下方的该旋转驱动机构相连结。
7.如权利要求5所述的载台，其中，该旋转驱动机构设于该盖板下方，其设有一第三驱动件，其上设有两个滑块可水平相向的靠近或远离，各滑块与一第一连杆的一端枢接，该第一连杆的另一端与一第二连杆的一端枢接，且该第二连杆的另一端枢接于该旋动件下端，使该第三驱动件可借由驱动该滑块使其连动该第一连杆与该第二连杆A而将直线运动转换成旋转运动，用以驱动该旋动件连动该悬臂旋转。
8.如权利要求5所述的载台，其中，该第二支承机构设有多个固定支承件于该盖板上，且位于该悬臂在该支承位置时的下方；该固定支承件由一柱状的支撑件与一盘状的支承件所组成。
9.如权利要求1所述的载台，其中，该载座上设有一整位机构，其设有两个整位件于该载盘的两侧，该整位件可受一第四驱动件驱动使两整位件朝该载盘方向靠近或远离。
10.如权利要求9所述的载台，其中，该整位件设有一移动部与一整位部，该移动部可受该盖板下方的一第四驱动件驱动使两整位件在可该盖板上表面移动；该整位部约略在与该第二高度同高的位置，且该整位部对应该晶圆的圆型外观而设有一弧凹的整位区。
11.一种晶圆量测方法，包括：
使一载台在一轨座上平移至一第一位置，使一第一支承机构至一打开位置；
使一机械手提取一晶圆放置于该载台上的一第二支承机构上；
使一载盘向上移动以负压吸附并顶升该晶圆至一量测高度；
使该载台在该轨座上平移至一量测头下方的一第二位置，对该晶圆进行量测；
使该载台平移回到该第一位置，使该第一支承机构至一支承位置；
使该载盘解除对该晶圆的负压吸附并使该载盘向下移动，使该晶圆留置于该第一支承机构上与该载盘分离；
使该机械手提取另一晶圆放置于该第二支承机构上；
使该机械手移出该留置于该第一支承机构上的晶圆。
12.如权利要求11所述的晶圆量测方法，其中，该机械手提取该晶圆放置于该载台上的第二支承机构上后，两整位件相互靠近以其整位部夹持该晶圆的两侧对其整位以固定其中心位置。
13.如权利要求11所述的晶圆量测方法，其中，该载盘向上移动至该量测高度后，该载盘旋转并以一位置检知机构的特征检知传感器检知该晶圆周缘的一缺口的位置，以确认该晶圆的缺口方向。
14.一种晶圆量测装置，包括：用以执行如权利要求11至13中任一权利要求所述的晶圆量测方法的装置。
15.一种晶圆量测装置，包括：
一工作台，其上设有一罩壳可罩覆该工作台上设置的机构，该罩壳一侧开设有一进出口，其具有可供一机械手提取一晶圆穿经其中的高度与宽度；
一搬送机构，设于该工作台上，该搬送机构设有一轨座使一载台可在该轨座上平移，该载台可在一第一位置承载由该机械手穿经进出口移入的该晶圆，并搬送该晶圆至一第二位置进行量测作业；
一量测机构，设有一龙门架与一量测头；该龙门架设于该工作台上且位于该轨座的一端，该量测头设于该龙门架上，当该载台搬送该晶圆至该量测头下方时可对该晶圆进行量测。
16.如权利要求15所述的晶圆量测装置，其中，该量测头设有一第一取像部与一第二取像部，该第一取像部用于寻找该晶圆上多个晶粒的位置，该第二取像部用于对各晶粒进行量测。
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