TW201324667A - 晶圓定位方法及其系統 - Google Patents

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Abstract

一種晶圓定位方法適用於感測一晶圓的位置，其步驟包括：提供一托運單元以支撐晶圓，並且托運單元以一移動速度作直線移動；提供一雷射掃描模組，以發射一光束，且光束以一旋轉角度作移動，而於晶圓及托運單元上作掃描，其中雷射掃描模組及托運單元之間具有一固定距離；提供一感光模組，以接收光束之一光強度；當光束與托運單元或晶圓交會時，感光模組擷取光束之光強度所產生之一強度變化；提供一運算單元，以紀錄強度變化的一時間，及相對應之光束的旋轉角度；運算單元根據移動速度、旋轉角度、時間及固定距離，以計算晶圓的位置。

Description

晶圓定位方法及其系統
本發明係關於一種晶圓定位方法及其系統，特別是一種於傳輸腔體中晶圓位置感測的方法及其系統。
目前產業中使用的半導體成膜設備，係藉由群組式腔體(Cluster Chamber)設計，以及其兼具彈性化製程與量產能力的優點，而廣泛地使用於量產型成膜設備中。其中，量產型成膜設備必需使用機械手臂，負責將晶圓傳送至各個成膜機台的腔體，以完成數個不同的成膜製程。然而，晶圓是否能夠於成膜製程中準確地置放於腔體中正確的位置，將會影響成膜製程的良率。因此，如何即時監控晶圓於腔體中的實際位置，也就是即時偵測晶圓於機器手臂上的擺放位置，是影響製程良率的重要關鍵之一。
目前普遍使用的晶圓位置偵測技術，已有數篇專利提出，其中大多數係利用數個光偵測器(photo detector)，並搭配遮斷式方法，設置於機械手臂運送晶圓由傳輸腔體進出之晶圓儲存槽(cassette)和製程腔體(processing chamber)處，利用光偵測器被晶圓遮住的時間差以計算出晶圓位置是否存在偏差。另外，亦有多篇晶圓定位相關專利利用電荷耦合裝置(charge coupled device,CCD)之照相機擷取晶圓邊緣輪廓影像，搭配適當的平面背光源，利用影像處理技術計算出晶圓圓心位置是否有誤。
因此，如何檢測晶圓是否精準地擺放於成膜機台的腔體中正確的位置，來提升製程之良率，係為本技術領域亟欲解決之問題。
本發明之一目的係在於提供一晶圓定位方法及其系統，來檢測晶圓的位置，以提升製程之良率。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例的一種晶圓定位方法適用於感測一晶圓的位置，其步驟包括：提供一托運單元以支撐晶圓，並且托運單元以一移動速度作直線移動；提供一雷射掃描模組，以發射一光束，且光束以一旋轉角度作移動，而於晶圓及托運單元上作掃描，其中雷射掃描模組及托運單元之間具有一固定距離；提供一感光模組，以接收光束之一光強度；當光束與托運單元或晶圓交會時，感光模組擷取光束之光強度所產生之一強度變化；提供一運算單元，以紀錄強度變化的一時間，及相對應之光束的旋轉角度；運算單元根據移動速度、旋轉角度、時間及固定距離，以計算晶圓的位置。
在一實施例中，晶圓的位置係由複數晶圓邊緣座標所表示，根據晶圓邊緣座標，運算單元可計算得到晶圓之一圓心位置。其中，每一晶圓邊緣座標係由一水平座標及一垂直座標表示，水平座標係根據固定距離及旋轉角度之變化所計算得到，垂直座標係由移動速度及時間之變化所計算得到。
在一實施例中，感光模組擷取強度變化之步驟，包括：當光束未與托運單元及晶圓交會時，感光模組會擷取一第一光強度；當托運單元之邊緣與光束交會時，感光模組會擷取一第二光強度；當晶圓之邊緣與光束交會時，感光模組會擷取一第三光強度。此外，當第一光強度轉換為第二光強度時，運算單元紀錄為一第一時間，且將對應第一時間之光束的旋轉角度，紀錄為一第一旋轉角度；當第一光強度轉換為第三光強度時，運算單元紀錄為一第二時間，且將對應第二時間之光束的旋轉角度，紀錄為一第二旋轉角度。
為連上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之另一實施例的一種晶圓定位系統，適用於感測一晶圓的位置，其包括一托運單元、一雷射掃描模組、一感光模組及一運算單元。托運單元用以支托晶圓，且具有一移動速度。雷射掃描模組設置於托運單元之上方，且與托運單元具有一固定距離。雷射掃描模組發射一光束，光束沿著一第一光路徑前進且光束以一旋轉角度作移動，而於晶圓及托運單元上作掃描。感光模組用以接收光束之光強度，當光束沿著第一光路徑行進而未與托運單元及晶圓交會時，感光模組擷取一第一光強度，當托運單元之邊緣與光束交會時，感光模組擷取一第二光強度，當晶圓之邊緣與光束時，感光模組擷取一第三光強度。運算單元電性連接感光模組及雷射掃描模組，以接收第一光強度、第二光強度及第三光強度。
其中，當第一光強度轉換為第二光強度時，運算單元紀錄為一第一時間，且將對應第一時間之光束的旋轉角度，紀錄為一第一旋轉角度。當第一光強度轉換為第三光強度時，運算單元紀錄為一第二時間，且將對應第二時間之光束的旋轉角度，紀錄為一第二旋轉角度。最後，運算單元根據移動速度、第一旋轉角度、第二旋轉角度、第一時間、第二時間及固定距離，以計算晶圓的位置。
在一實施例中，雷射掃描模組包括一雷射光源、一反射鏡及一轉動制動單元。雷射光源發射一光束，並沿著一第二光路徑行進。反射鏡設置於第二光路徑上，以將光束反射而沿著第一光路徑行進。轉動制動單元電性連接反射鏡，且反射鏡設置於轉動制動單元上，轉動制動單元以旋轉角度作轉動，並帶動反射鏡而轉動，使得光束以旋轉角度於晶圓及托運單元上作掃描。
在一實施例中，晶圓定位系統更包括一散射底面，設置於托運單元之下方，當光束沿著第一光路徑行進而未與托運單元及晶圓交會，光束前進至散射底面，而產生一散射光，其中散射光之光強度係為第一光強度。
在一實施例中，晶圓的位置係由複數晶圓邊緣座標所表示，根據晶圓邊緣座標，運算單元可計算得到晶圓之一圓心位置。其中，每一晶圓邊緣座標係由一水平座標及一垂直座標表示，水平座標係根據固定距離及旋轉角度之變化所計算得到，垂直座標係由移動速度及時間之變化所計算得到。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
本發明實施例之晶圓定位方法及其系統係利用雷射掃描模組將雷射光束形成一掃描光束，並藉由一感光模組接收掃描光束行進至一托運單元及其上擺放之一晶圓所散射之光強度訊號，再由光強度變化的時間間隔等數據，以計算晶圓之實際位置。
請參照第一圖，係為本發明實施例之晶圓定位方法的流程圖。一種晶圓定位方法係適用於感測一晶圓的位置，其步驟說明如下：
步驟(S10)：提供一托運單元以支撐晶圓，並且托運單元以一移動速度作直線移動。此時，定義一參考座標，以X-Y座標軸為參考座標，將Y軸方向定義為晶圓移動前進的方向，且X軸與Y軸係相互垂直的。
步驟(S11)：提供一運算單元，並且運算單元會紀錄托運單元之移動速度V。
步驟(S12)：提供一雷射掃描模組，以發射一光束，且光束以一旋轉角度作移動，而於晶圓及托運單元上作掃描。其中，雷射掃描模組及托運單元之間具有一固定距離h，並且雷射掃描模組中光束之掃描方向，係定義為X軸方向。
步驟(S13)：提供一感光模組，以接收光束於晶圓及托運單元所散射之一光強度，並且感光模組擷取光束之光強度所產生之一強度變化。
步驟(S14)：運算單元會紀錄光強度變化的一時間。當光束未與托運單元及晶圓交會時，感光模組會擷取一第一光強度；當托運單元之邊緣與光束交會時，感光模組會擷取一第二光強度；當晶圓之邊緣與光束交會時，感光模組會擷取一第三光強度。至於，當第一光強度轉換為第二光強度時，運算單元會紀錄為一第一時間；當第一光強度轉換為第三光強度時，運算單元會紀錄為一第二時間。
其中，於參考座標中，運算單元將托運單元第一次被光束掃描到的位置定義為一原點，亦即第一光強度第一次上升到第二光強度的第一時間所對應到的位置。
步驟(S15)：同時，運算單元分別對應第一時間及第二時間時，擷取此時光束掃描到晶圓及托運單元之旋轉角度。當第一光強度轉換為第二光強度時，運算單元會擷取其所對應第一時間之光束的旋轉角度，並紀錄為一第一旋轉角度；當第一光強度轉換為第三光強度時，運算單元會擷取其所對應第二時間之光束的旋轉角度，並紀錄為一第二旋轉角度。
步驟(S16)：運算單元會根據移動速度、旋轉角度、第一時間、第二時間及固定距離等數據，以計算晶圓的位置。其中，晶圓的位置可由複數晶圓邊緣座標所表示，每一晶圓邊緣座標係由一水平座標及一垂直座標表示，也就是以參考座標中X軸及Y軸來表示。水平座標Xi也就是X軸座標，係根據固定距離及旋轉角度之變化所計算得到。垂直座標Yi也就是Y軸座標，則可由移動速度及時間之變化所計算得到。
因此，晶圓邊緣座標Pi(Xi,Yi)可由下列關係式計算得到：
X i =h[tan(θ i )-tan(θ o )]
Y i =V[t i -t o ]
其中，第一時間to與第一角度θo係分別表示雷射掃描模組中光束掃描到原點，亦即第一光強度第一次上升到第二光強度的第一時間所對應到的位置，及雷射掃描模組中光束之旋轉角度。將時間ti及光束之旋轉角度θi分別表示雷射掃描模組中光束掃描到晶圓之邊緣位置。至於，h表示雷射掃描模組及托運單元之固定距離，V則表示托運單元之移動速度。
步驟(S17)：根據晶圓邊緣座標Pi(Xi,Yi)，運算單元可計算得到晶圓之一圓心位置(XC,YC)，其關係式如下：
以下配合參照第二圖，係為本發明實施例之晶圓定位系統的架構示意圖，以詳細說明上述晶圓定位方法。一種晶圓定位系統適用於成膜設備之傳輸腔體中，用來感測一晶圓W的位置，其包括一托運單元100、一主要由一雷射光源200、一反射鏡210及一轉動制動單元220所組成之雷射掃描模組、一感光模組230及一運算單元240。托運單元100用以支托晶圓W，且以一移動速度V於成膜設備之傳輸腔體中直線移動，其中傳輸腔體具有一散射底面P，設置於托運單元100之下方。
雷射掃描模組係設置於托運單元100之上方，且反射鏡210及轉動制動單元220與托運單元100具有一固定距離h。雷射光源200發射一光束，而反射鏡係設置於光束之光路徑上，以將光束反射而沿著第一光路徑L行進。轉動制動單元220係電性連接反射鏡210，且反射鏡210設置於轉動制動單元200上，因此當轉動制動單元220以一旋轉角度θ作轉動，並帶動反射鏡210而轉動，使得光束以旋轉角度θ作移動，而於晶圓W及托運單元100上作往復移動，而形成一掃描光線。在一實施例中，雷射光源200包括一氦氖雷射光源。
感光模組230用以接收光束之光強度。在雷射掃描模組中光束以旋轉角度作連續掃描的過程中，光束會反覆照射在托運單元100、傳輸腔體之散射底面P及晶圓W之表面上，且感光模組230會分別接受到不同強度的散射光。當光束沿著第一光路徑L行進而未與托運單元100及晶圓W交會時，光束前進至散射底面P，而產生一第一散射光，且第一散射光之光強度係為第一光強度，感光模組230會擷取一第一光強度。當托運單元100之邊緣與光束交會時，會產生一第二散射光，感光模組230擷取第二散射光之光強度為一第二光強度。當晶圓W之邊緣與光束交會時，會產生一第三散射光，感光模組230擷取第三散射光之光強度為一第三光強度。
運算單元240包括一控制單元241及一擷取元件242例如一資料擷取卡(data acquisition card，DAQ card)。藉由控制單元241及擷取元件242，運算單元240電性連接雷射掃描模組中轉動制動單元220，控制單元241可輸出一弦波訊號以驅動轉動制動單元220，而使得轉動制動單元220帶動反射鏡210作往復轉動，且擷取元件242將轉動制動單元220所轉動之旋轉角度傳送至運算單元240。同時，藉由擷取元件242，運算單元240可接收感光模組230所感測之第一光強度、第二光強度及第三光強度。
同時參照第三圖及第四圖，感光模組230以第一光強度I1作為基準訊號，將散射光強度之變化繪成一曲線圖，如第四圖，其中散射光強度為縱軸，而時間為橫軸。由第四圖可知，第二光強度I2及第三光強度I3之間呈現明顯的劇烈變化。利用光強度之劇烈變化的瞬間，可判斷光束是否掃描到托運單元230之邊緣或及晶圓W之邊緣，並記錄下光束與不同物體交會的時間點，以及相對應雷射掃描模組中光束之旋轉角度。因此，當第一光強度轉換為第二光強度時，也就是光束由散射底面P掃描至拖運單元100之邊緣時，運算單元240紀錄為一第一時間to，且將此時對應第一時間to之光束的旋轉角度，紀錄為一第一旋轉角度θo，並可將此位置記錄為Po(to,θo)。當第一光強度轉換為第三光強度時，也就是光束由散射底面P掃描至晶圓W之邊緣時，運算單元240紀錄為一第二時間ti，且將對應第二時間ti之光束的旋轉角度，紀錄為一第二旋轉角度θi，並可將此位置記錄為Pi(ti,θi)。最後，配合第一圖中晶圓定位方法之步驟(S16)至(S17)，運算單元240根據托運單元100之移動速度V、第一旋轉角度θo、第二旋轉角度θi、第一時間to、第二時間ti及固定距離h，以計算晶圓W的位置。
本發明實施例之晶圓定位方法及其系統，係使用雷射掃描模組形成一掃描光線，並藉由感光模組偵測散射光強度的時序變化，以計算晶圓的位置。因此，藉由晶圓之位置的計算，以檢視晶圓是否精準地擺放於成膜機台的腔體中正確的位置，托運單元將依據此晶圓的位置之資訊進行微調修整，以降低晶圓放置於傳輸腔體中的位置誤差，進而增加製程良率與精確性。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
W．．．晶圓
100．．．托運單元
200．．．雷射光源
210．．．反射鏡
220．．．轉動制動單元
230．．．感光模組
240．．．運算單元
241．．．控制單元
242．．．擷取元件
P．．．散射底面
h．．．固定距離
L．．．光路徑
V．．．移動速度
I1．．．第一光強度
I2．．．第二光強度
I3．．．第三光強度
to．．．第一時間
ti．．．第二時間
θ．．．旋轉角度
θo．．．第一旋轉角度
θi．．．第二旋轉角度
Po(to,θo)、Pi(ti,θi)．．．交會位置
第一圖，係為本發明實施例之晶圓定位方法的流程圖。
第二圖，係為本發明實施例之晶圓定位系統的架構圖。
第三圖，係為托運單元及擺放於其上之晶圓的示意圖。
第四圖，係為散射光強度與時間之關係曲線圖。

Claims (10)

  1. 一種晶圓定位方法，適用於感測一晶圓的位置，包括：提供一托運單元以支撐該晶圓，並且該托運單元以一移動速度作直線移動；提供一雷射掃描模組，以發射一光束，且該光束以一旋轉角度作移動，而於該晶圓及該托運單元上作掃描，其中該雷射掃描模組及該托運單元之間具有一固定距離；提供一感光模組，以接收該光束之一光強度；當該光束與該托運單元或該晶圓交會時，該感光模組擷取該光束之該光強度所產生之一強度變化；提供一運算單元，以紀錄該強度變化的一時間，及相對應之該光束的該旋轉角度；該運算單元根據該移動速度、該旋轉角度、該時間及該固定距離，以計算該晶圓的位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓定位方法，其中該晶圓的位置係由複數晶圓邊緣座標所表示，根據該些晶圓邊緣座標，該運算單元可計算得到該晶圓之一圓心位置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之晶圓定位方法，其中每一該晶圓邊緣座標係由一水平座標及一垂直座標表示，該水平座標係根據該固定距離及該旋轉角度之變化所計算得到，該垂直座標係由該移動速度及該時間之變化所計算得到。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓定位方法，其中該感光模組擷取該強度變化之步驟，包括：當該光束未與該托運單元及該晶圓交會時，該感光模組會擷取一第一光強度；當該托運單元之邊緣與該光束交會時，該感光模組會擷取一第二光強度；以及當該晶圓之邊緣與該光束交會時，該感光模組會擷取一第三光強度。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之晶圓定位方法，其中該運算單元紀錄該強度變化的該時間及相對應之該旋轉角度之步驟，包括：當第一光強度轉換為該第二光強度時，該運算單元紀錄為一第一時間，且將對應該第一時間之該光束的該旋轉角度，紀錄為一第一旋轉角度；以及當第一光強度轉換為該第三光強度時，該運算單元紀錄為一第二時間，且將對應該第二時間之該光束的該旋轉角度，紀錄為一第二旋轉角度。
  6. 一種晶圓定位系統，適用於感測一晶圓的位置，包括：一托運單元，用以支托該晶圓，且具有一移動速度；一雷射掃描模組，係設置於該托運單元之上方，且與該托運單元具有一固定距離，該雷射掃描模組發射一光束，該光束沿著一第一光路徑前進且該光束以一旋轉角度作移動，而於該晶圓及該托運單元上作掃描；一感光模組，用以接收該光束之光強度，當該光束沿著該第一光路徑行進而未與該托運單元及該晶圓交會時，該感光模組擷取一第一光強度，當該托運單元之邊緣與該光束交會時，該感光模組擷取一第二光強度，當該晶圓之邊緣與該光束時，該感光模組擷取一第三光強度；以及，一運算單元，電性連接該感光模組及該雷射掃描模組，以接收該第一光強度、該第二光強度及該第三光強度，其中，當第一光強度轉換為該第二光強度時，該運算單元紀錄為一第一時間，且將對應該第一時間之該光束的該旋轉角度，紀錄為一第一旋轉角度，當第一光強度轉換為該第三光強度時，該運算單元紀錄為一第二時間，且將對應該第二時間之該光束的該旋轉角度，紀錄為一第二旋轉角度，該運算單元根據該移動速度、該第一旋轉角度、該第二旋轉角度、該第一時間、該第二時間及該固定距離，以計算該晶圓的位置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之晶圓定位系統，其中該雷射掃描模組包括：一雷射光源，以發射一光束，並沿著一第二光路徑行進；一反射鏡，係設置於該第二光路徑上，以將該光束反射而沿著該第一光路徑行進；以及一轉動制動單元，係電性連接該反射鏡，且該反射鏡設置於該轉動制動單元上，該轉動制動單元以該旋轉角度作轉動，並帶動該反射鏡而轉動，使得該光束以該旋轉角度於該晶圓及該托運單元上作掃描。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之晶圓定位系統，更包括一散射底面，設置於該托運單元之下方，當該光束沿著該第一光路徑行進而未與該托運單元及該晶圓交會，該光束前進至該散射底面，而產生一散射光，其中該散射光之光強度係為該第一光強度。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之晶圓定位系統，其中該晶圓的位置係由複數晶圓邊緣座標所表示，根據該些晶圓邊緣座標，該運算單元可計算得到該晶圓之一圓心位置。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之晶圓定位系統，其中每一該晶圓邊緣座標係由一水平座標及一垂直座標表示，該水平座標係根據該固定距離、該第一旋轉角度及該第二旋轉角度所計算得到，該垂直座標係由該移動速度、該第一時間及該第二時間所計算得到。
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