TW201501891A - 用於基板提升設備的力傳感系統 - Google Patents

Abstract

一種監測基板提升設備上的力的系統及方法。系統包括具有台及可動提升部分的台匣。可動提升部分包括耦合至多個提升梢的多個提升臂。多個力傳感元件分別關聯於這些提升臂及這些提升梢。控制器接收來自這些力傳感元件的訊號，將這些訊號聯繫至分別施加於這些提升梢的力。被聯繫的力可指示錯誤狀況的存在至控制器，例如被卡住的晶圓、損壞的晶圓、錯置的晶圓或機械故障。

Description

用於基板提升設備的力傳感系統

本揭露是有關於一種半導體製程系統，且特別是有關於一種用以監測施加至用於基板轉移操作的基板提升設備的力的系統。

在製造過程中，基板常藉由裝配有專業工具或“端接器(end effectors)”的機械手臂來操作，其適於在基板匣或其他容器與位於製程腔體內的製程台之間提升及移動基板。端接器通常從下方契合基板。如此，雖然端接器可從匣中直接取出基板，其通常無法直接放置基板在台的表面上。

因此，台常常包括一組可動梢，其經由台的頂表面的開口向上突出。端接器將基板定位在梢的上方，梢往上移動以接住基板並將其舉至端接器上方。一旦梢將基板舉起而解除其與端接器的接合，基板和台的頂表面之間具有足夠的距離以允許端接器從台處撤離。梢可接著透過開口撤離，以將基板降低至台上。

靜電夾盤(electrostatic chuck)可接著被用來固牢基板至 台，以使得一個或更多製程步驟可被執行。當完成製程時，靜電夾盤可釋放基板，梢往上移動而經由開口突出並舉起在台上方的基板，因此端接器可接合基板並從製程腔體移除基板。

可被理解的，像是基板破損、基板錯置、基板卡住以及類似的問題，可發生在基板轉移和/或製程操作之前、之間或之後。因此，提供可以偵測如此問題的系統，以使得校正動作可在有效率且價格划算的方式下執行將較為理想。

一種用以監測在基板提升設備的力的系統被揭露。系統包括具有台以及可動提升部分的台匣。可動提升部分可包括耦合至多個提升梢的多個提升臂。多個力傳感元件可分別關聯於這些提升臂及這些提升梢。系統可更包括控制器，用以接收來自這些力傳感元件的訊號且用以將被接收的訊號聯繫至分別施加於這些提升梢的力。

一種用以感測施加至基板提升設備的力的方法被揭露。方法可包括在控制器接收來自至少一個力傳感元件的訊號，其中被接收的訊號代表施加至基板提升設備的提升梢的力，以及基於被接收的訊號而控制基板提升設備的操作。

一種用以操作基板提升設備的方法被揭露。方法可包括在控制器取樣來自至少一個關聯於基板提升設備的提升梢之力傳感元件的訊號，其中取樣發生於移動提升梢之前，其中被取樣的 訊號代表施加至提升梢的力。方法可更包括基於取樣訊號而控制提升梢的移動。

1‧‧‧旋轉台裝置

2‧‧‧台

4‧‧‧基部部分

8‧‧‧提升梢

10‧‧‧頂表面

12‧‧‧基板

14‧‧‧台匣

16‧‧‧匣基部

18‧‧‧台支撐

20‧‧‧可動提升部分

22‧‧‧提升臂

24‧‧‧鄰近端

26‧‧‧中心軸

28‧‧‧中心提升柱

30‧‧‧傳感元件

32‧‧‧傳感器電子設備及控制系統介面

34‧‧‧放大電路

36‧‧‧類比至數位轉換器

38‧‧‧控制器

39‧‧‧記憶體

40‧‧‧植入機控制電腦

D‧‧‧距離

100、110、120、130、140、150、160、170、200、210、220、 230、240、250、260‧‧‧步驟

圖1是結合於本揭露的系統的示例性的旋轉基板台配置的立體圖。

圖2是繪示了提升梢在延伸位置之圖1的旋轉基板台配置的台部的側視圖。

圖3是繪示了提升梢在撤離位置之圖2的台部分的側視圖。

圖4是本揭露的系統的提升梢部分的立體圖，提升梢部分裝配於隱蔽位置。

圖5是圖4的提升梢部分的立體圖，提升梢部分裝配於延伸位置。

圖6繪示本揭露的系統的傳感器電子及控制系統介面部分。

圖7是操作本揭露的系統的方法的邏輯流程圖。

圖8是操作本揭露的系統的進一步方法的邏輯流程圖。

下面將參照附圖來對改良的提升梢配置進行全面說明，其中繪示了本發明的較佳實施例。可被理解的，本揭露的提升梢配置可以許多不同的形態來體現，而不應理解成限於本文所列舉 的實施例。確切地說，提供這些實施例是為了使揭露的內容更透徹更完整，且將本揭露的技術方案範圍更全面地傳達給本領域具有通常知識者。在這些圖式中，類似的元件符號代表類似的元件。

圖1繪示依據本揭露的系統的示例性的實施例。為了方便和清楚，諸如“前”、“後”、“頂”、“底”、“右”、“左”、“上”、“下”、“在內”、“在外”、“側面的”、“縱向的”等術語將在此被使用來描述系統構件的相對設置與方位，每一個關於其幾何形狀和方位如同圖1所顯現。所述術語將包括具體提到的、從中衍伸及類似意義的字。

在某些基板製程應用中，離子束植入機利用旋轉台裝置1，對此的非限定示例說明繪示於圖1。旋轉台裝置1可配置於製程腔體內(未繪示)，且可用以在一個或更多植入步驟中於理想的位置持住基板。旋轉台裝置1可包括台2以及基部部分4，其可以是可控制地相對於彼此旋轉，以使得製程期間的基板可以在相對於入射離子束的理想角度被持住。

如同可在圖1中見到的，多個提升梢8可以是軸向可動，以突出台2的頂表面10之上。在所示實施例中，提供三個以三角形排列的提升梢8。然而，可理解的，其並非必不可少的，不同排列方式之不同數目的梢可視需求被使用。

圖2繪示台2的側視圖，其中示例性的基板12藉由提升梢8而在頂表面10之上距離“D”被持住。梢8繪示為位於延伸位置。為了清楚，基部部分4並未繪示於此及更多圖式。距離“D” 可選擇為大於關聯的端接器的垂直尺寸。因此，當提升梢8在延伸位置時，端接器可以伸至基板12與台2的頂表面10之間，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，其可被撤離進入台2以帶著基板向下接觸台的頂表面10。梢8的撤離位置繪示於圖3。基板12接著可利用靜電夾(未繪示)或其他合適的技術固牢於台2，因而允許基板被傾斜及/或旋轉至理想的方位以接受一個或更多植入製程。

一旦完成製程，可旋轉台2以使得基板12回到水平方位。靜電夾接著可被去能(de-energized)，且提升梢8可再次移至其延伸位置，以舉起基板12至台2的頂表面10之上(圖2)，因而允許端接器延伸於基板的下方。提升梢8可再次往台2撤離，將基板12降低回到端接器，使其可傳送基板回到製程腔體之外。

如前所述，在基板處理及製程操作期間會經歷各種錯誤情況，包括出現破損或基板在台上錯置、基板在靜電夾去能後卡於台、提升梢故障，等等。因此，揭露的提升配置包括關聯於一個或更多提升梢8的力傳感特徵，以確保基板12完全在安全且有效率的方式下轉移至或轉移離台2，且若感測到錯誤情況可進行正確的處理。

參考圖4，台匣14可包括匣基部16、台支撐18以及用以相對於台匣4舉起或降低提升梢8之可動提升部分20。可動提升部分20包括多個提升臂22，其分別關聯於提升梢8。提升臂22 在鄰近端24耦合至中心軸26，其轉而耦合至中心提升柱28。如此安排，藉由延伸及撤離中心提升柱28進出台匣14，提升梢8可選擇性地在設置在圖2及圖3所示的延伸及撤離位置。圖4繪示可動提升部分20在關聯於圖2的梢設置的撤離位置，而圖5繪示可動提升部分20關聯於圖3的梢設置的延伸位置。

圖5繪示移除台支撐18的台匣14。可被理解的，可利用任何各式配置於台匣14上的適當驅動機構(包括伺服馬達等)來達成中心提升柱28之選擇性的移動(即旋轉、軸向的延伸/撤離)。

圖5更繪示關聯於各提升臂22的多個傳感元件30。在圖5中僅可見三個傳感元件30中的兩個，第三個被其中一個梢8的出現所擋住。如同更多的細節將被描述，這些傳感元件30可以被用來偵測經由提升梢8施加至提升臂22的力。可被理解的，傳感元件30可以配置於提升梢8上，或提供多於一個的傳感元件給每一個提升梢及/或提升臂22。傳感元件30可以被用於感測及識別由提升梢8支撐的基板12的重量，也可以感測及識別施加至任何一個提升梢的非預期的力，其可被指示為系統故障或錯誤情況。舉例而言，藉由比較三個傳感元件的量測，傳感元件30可用以偵測基板12是否正確地被定位在台2上，其將於後詳述。

在一實施例中，傳感元件30可包括應變計，像是線網應變計(wire mesh strain gauges)、壓電應變計(piezoelectric strain gauges)、半導體應變計(semiconductor strain gauges)等等。在其他實施例中，傳感元件30可以是力敏電阻(force sensitive resistors)、 光學位移傳感器(optical displacement sensors)等等。關聯的傳感器電子及控制系統介面32繪示於圖6。傳感器電子及控制系統介面32可限制從傳感元件30接收來的訊號，以使其可聯繫於各提升梢8的代表力值。

在所示實施例中，傳感元件30耦合至適當的放大電路34，其在一實施例中包括運算放大器。放大的訊號可接著被類比至數位(AD)轉換器36處理，並被送至控制器38。在所示實施例中，控制器38為可程式多軸控制器(programmable multi-axis controller，PMAC)，其可高速取樣傳感元件30且可控制可動提升部分20。控制器38可用以將來自傳感元件30的訊號樣本比較於一個或更多預設值及/或預設範圍以判斷是否任何或所有的傳感元件30存在超出範圍的情況。在一實施例中，控制器38可具有連接至其上而用以儲存各種關聯於傳感元件30之預設值的記憶體39。在其他實施例中，記憶體39可儲存有關傳感元件30以及可動提升部分20的操作歷程。

若觀察到錯誤情況，控制器38可用以停止或以訊號通知終止基板轉移操作。在一實施例中，錯誤情況是指，從至少其中一個傳感元件30得到代表接近或超出預設值或範圍的力值的訊號之情況。

若感測到錯誤情況，移動控制器38可停止機械手臂/端接器的移動。如此可預防當基板被判斷為例如是錯置時之端接器與基板12之間的非理想接觸。移動控制器38可與植入機控制電腦 40結合，其可提供監督功能以及操作介面。在一些例子中，若提升機構偵測到任何錯誤情況或任何其他問題，移動控制器38可以訊號通知植入機控制電腦40，以便與其它植入子系統相配合。

傳感器元件30可以在基板轉移操作發生之前、期間及/或之後的任何時間點被取樣。以下描述此種取樣的例子。

卸載力的範圍-執行植入前，所有的傳感元件30應偵測到小於較低門檻植的力。被偵測為高於門檻值的力可指示為機械故障或設備問題。

基板在提升梢上-當基板12被放置於或脫離於台2，升高提升梢8以卸載/加載端接器。一旦提升梢8在延伸位置內，所有的傳感元件30應在每一個提升梢上偵測到預設範圍內的力。

基板損壞-當提升梢8設置在延伸位置中，所有的傳感元件30應偵測到門檻值之上的力。低於門檻值可指示為基板損壞情況。

基板偏離中心-一旦提升梢8設置於延伸位置內，傳感元件30應偵測到在提升梢8上的力是相同的，且在預設門檻值內。高於門檻值差可指示為基板相對於提升梢8及台2偏離中心。

外來物在基板上-一旦提升梢8設置於延伸位置內，傳感元件30應偵測到每一個提升梢8的力為低於預設門檻值。高於門檻值可指示為外來物在基板12上。

相等的力於臂上-當放置基板12在提升梢8上時，應監測所有的提升梢8的力。若任何單一提升梢8的力被判斷為超過 預設門檻值，可停止更加提升。高於門檻值可指示為機械故障。

基板卡住-在靜電夾去能後，當移動提升梢從撤離位置到延伸位置時，提升梢8的力可以被監測。若感測到任何單一提升臂22的力超過預設門檻值，可停止更加提升。在一個提升梢8有高於門檻值的力且在其餘提升梢8中的一個或兩個有低於門檻值的力可指示為基板12在台2上卡住。

圖7是在基板12上執行一個或更多植入製程之前操作本揭露的系統的方法的流程圖。在步驟100，基板12定位於傳送腔體內。此時基板被端接器支撐且提升梢8在撤離位置。控制器38可取樣傳感元件30以判斷是否提升梢8上的上載力在預設範圍之內。預設的範圍可以是力的範圍，其指示提升梢8是通暢無阻且可以使用的。

在步驟110，基板12藉由端接器從傳送腔體移動至製程腔體。提升梢8維持在撤離位置。在步驟120，基板12被定位在製程腔體內並被端接器支撐。提升梢8從撤離位置向上移動至延伸位置以接合基板12，同時控制器38取樣傳感元件30以識別是否所有的提升梢8受到相等的力。在步驟130，基板12被提升梢8支撐，且端接器撤離回到傳送腔體。提升梢8在延伸位置。控制器38可取樣傳感元件30，以識別提升梢8上的力代表基板12的重量、基板12在提升梢8的中心、沒有外來材料位於台或基板12上、且/或基板並未損壞。

在步驟140，基板12仍然在製程腔體內被提升梢8支撐， 端接器維持在傳送腔體內，且提升梢從延伸位置向下移動至撤離位置以接合基板12與台2。在步驟150，基板12被台2支撐且提升梢8在撤離位置內。控制器38可取樣傳感元件30以識別提升梢8上的卸載力在預設範圍之內。預設範圍可以是力的範圍，其指示提升梢8是通暢無阻且可以使用的。在步驟160，基板12藉由靜電夾固牢於台2。在步驟170，基板12被旋轉台裝置1移動進入適於進行一個或更多製程步驟的位置，像是離子植入製程。

圖8是在基板12進行一個或更多植入製程後可執行的示例性系統驗證的流程圖。在步驟200，基板12定位在製程腔體之內，且藉由靜電夾固牢至台2。提升梢8在撤離位置。在步驟210，釋放靜電夾，且提升梢8從撤離位置移動至延伸位置。控制器38取樣傳感元件30以識別基板12並未在台2上卡住。在步驟220，基板12被支撐梢8支撐。控制器38可取樣傳感元件30以識別基板12與提升梢8接合、基板在提升梢8的中心、沒有外來材料位於基板上、且基板並未損壞。

在步驟230，基板12維持為被提升梢8支撐，且端接器移動至基板12下方的位置。提升梢8在延伸位置。在步驟240，基板12在製程腔體內，且提升梢8從延伸位置移動至撤離位置以轉移基板12的支撐至端接器。在步驟250，基板被端接器支撐，且端接器移動基板12至傳送腔體。提升梢8在撤離位置。控制器38可取樣傳感元件30以識別卸載力在預設範圍之內。在步驟260，基板回到匣內。

本揭露的系統增加關於基板的情況和位置的防護及資訊。此外，本揭露的系統可用以監測台的狀況，讓使用者能夠判斷，例如，是否外來材料(例如是損壞的基板碎片)留在台上，或是否可動提升部分20及/或其任何組件存在問題。

本揭露的系統是用以處理各種的基板，其在示例性的實施例中包括矽晶圓。所屬領域具有通常知識者可理解，此特定的結構僅以示例性的方式被揭露，以下描述的配置可以類似地實施於幾乎任何類型的基板處理結構。所有這些實施例是深思熟慮的且可在不遠離本揭露的範疇下實施。

如同此處使用的，記載為單一並持續使用”一”的元件或步驟應被理解為不排除多個元件或步驟，除非此種排除明確地列舉出來。更進一步地，本發明的“一實施例”並不意圖被詮釋為排除包含列舉的特徵之額外實施例的存在。

雖然於此描述了本揭露的特定實施例，並不意圖以此限制本揭露，而是如本領域的範疇般寬廣的本揭露將允許說明書被類似地理解。因此，上面的描述不應被解釋為限制僅僅是特殊實施例的示例。本領域技術人員將預見其它在範疇內以及在此附加的申請專利範圍的改良。

1‧‧‧旋轉台裝置

2‧‧‧台

4‧‧‧基部部分

8‧‧‧提升梢

10‧‧‧頂表面

Claims (13)

1. 一種用以監測在基板提升設備的力的系統，包括：台匣，所述台匣包括台以及可動提升部分，所述可動提升部分包括耦合至多個提升梢的多個提升臂；多個力傳感元件，分別關聯於所述多個提升臂以及所述多個提升梢；以及控制器，用以接收來自所述多個力傳感元件的訊號，且用以將被接收的所述訊號聯繫至分別施加於所述多個提升梢的力。
2. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述控制器用以依據被聯繫的所述力而控制所述可移動提升部分的移動。
3. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述多個力傳感元件是選自由線網應變計、壓電應變計、半導體應變計、力敏電阻以及光學位移傳感器組成的清單。
4. 如申請專利範圍第3項所述的系統，其中所述應變計包括壓電應變計。
5. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述可動提升部分用以移動所述多個提升梢於撤離位置與延伸位置之間，所述梢在所述撤離位置是位於所述台的頂表面之下，所述梢在所述延伸位置延伸至所述台的頂表面之上。
6. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述控制器用以識別施加於每一所述多個提升梢的力，且基於被識別的所述力而控制可動提升部分的移動。
7. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述多個力傳感元件分別配置於所述多個提升臂。
8. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述多個力傳感元件分別配置於所述多個提升梢。
9. 一種用以感測施加至基板提升設備的力的方法，包括：在控制器接收來自力傳感元件的訊號，被接收的所述訊號代表施加至基板提升設備的提升梢的力；以及基於被接收的所述訊號而控制所述基板提升設備的操作。
10. 如申請專利範圍第9項所述的方法，更包括：在所述控制器將被接收的所述訊號比較於預設的值或範圍，以判斷施加至所述提升梢的力是否在可接受範圍內。
11. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中所述力傳感元件包括多個力傳感元件，所述提升梢包括多個提升梢，所述方法更包括：在所述控制器接收來自多個所述力傳感元件的訊號，並基於被接收的所述訊號控制所述基板提升設備的操作。
12. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中控制所述基板提升設備的操作包括：基於被接收的所述訊號而停止所述基板提升設備的移動。
13. 如申請專利範圍第9項所述的方法，更包括：在關聯於所述控制器的記憶體儲存代表被接收的所述訊號的資料。