TW544433B - Wafer transporting device having horizontal position monitoring capability and positioning and monitoring method for same - Google Patents

Description

544433 五、發明言兒明（1) 發明領域 本發明係有關於半導體晶圓搬運裝置，特別有關於一 種可監控水平位置的半導體晶圓搬運裝置及其水平定位的 監控方法。 發明背景 由於半導體製程製造的精密性與複雜性，半導體積體 電路的晶圓製造流程需涉及多次重複的氧化（oxidation) 擴月丈（diffusion)、微影（photo)、姓刻（etching)、化 學氣才目沈積（CVD)等製程以完成一晶圓的製造。而為了將 前後冲目關的製程整合於單一系統中完成，使得晶圓可以迅 速處理，並於真空環境下傳送，避免暴露於空氣中受到污 染’半導體製造機台設備的自動化設計成為市場的主流。 而在機台設備自動化中，多製程室的設計具有佔地小，生 產週期短與共用真空系統等優點，因此成為目前的發展主 流。而一般的多製程室的機台設計如第1圖所示，在中央 设置有晶圓傳送室（transfer chamber)10，傳送室10中設 置有機械手臂1 2與輔助臂11作為晶圓搬運傳送裝置。而在 傳送室ίο的外圈，則設置裝載晶圓的晶圓卡槽^(wafer c a s s e 11 e) 1 3 a與1 3 b、冷卻室1 4以及數個製程反廡室 (processing chamber)16。而藉由晶圓傳送室ι〇中的機械 手=1 2移動，將晶圓由晶圓卡槽室13a與13b移出，送至反 應室1 6進行多晶矽沈積或矽化物沈積製程，或移至 1 4等待冷卻。 it 上述晶圓在機台與反應室中的移動，係藉由傳送室1〇

544433 五、發明言兒明（2) 中的機械手臂12達成。 載支臂，以承托晶圓。參所：提供-平面承 舟取出晶圓的示意圖。 31 1…機械手臂從晶 平的承把-曰^中、機械手臂12由晶舟15中，太 、13b内的晶舟15位置為準+ 疋”日日®卡槽13a 舟時，不會上下碰撞而造^又呆晶圓2〇進出晶 妙二， k成日日Η的刮傷損壞0 構的縣;:機械手臂12等晶圓的移動裝置，合由於內 鬆脫，造成機械手臂12的水平位内部機 P1U:的保持水平狀態，而產生上下振動的2，甚或 問碭會造成搬移晶圓的過程 ：：問碭。這類 、刮傷、甚至撞壞其他晶圓：晶：；f4i;:晶圓掉片 產上的損失。 u飞曰曰舟卡槽尋專問題，造成生 發明簡述 為了即時發現上述晶圓製造機台 ::位置偏移問題，本發明的一 運土置的 水平位置監控功能之晶圓搬運 拎供—種具有 動作時，隨時監控晶圓搬運裝置：,：：：裝置 移。 > 卞值置疋否產生偏 本發明的再一個目的在於 _ ^ ^ 的方法，適用於上述具有水平晶圓搬運定位 置，以隨時偵測該晶圓搬運裂置；ς;:;之晶圓搬運裝 的晶圓可以被準確的搬運。、置’以確保承托 根據本發明之一種具有水平 裝置，係包含：-晶圓托承裝置，…曰圓搬運 置用以水平承托—晶圓或

0503-7270WF(N) ； TSMC2001-〇997 ； Peggy.ptd 第5頁 544433 五、發明言兒明（3) 一承晶圓之晶舟，一驅動元件’用以驅動該晶圓托承裝 置，以根據至少一既定路徑移動該晶圓或晶舟；至少一感 應元科，設置於該晶圓托承裝置之移動路徑之上方或下方 ，用以在該晶圓托承裝置通過該感測元件時，發出一訊號 以偵洌該晶圓托承裝置與該感應元件間的相對高度；以及 一處5里元件，用以根據該感應元件所測得之高度，計算該 晶圓承托裝置的水平位置是否偏移。 在上述具有水平位置監控功能之晶圓搬運裝置中，該 晶圓承托裝置可以採用為一機械手臂，而該感應元件可以 為超聲波感測器，用以發出一既定速度之超聲波，並根據 該超聲波於該超聲波感測器與該晶圓承托裝置間的來回時 間計算，以測得該高度值。而該處理元件可以先設定該晶 圓托承裝置與該感測元件間的一校準高度值，而當該晶圓 拖承裝置之偵測高度值與該校準高度值間的差值高於一既 定範圍時，則發出一警示通知。 而根據本發明之一種監控晶圓搬運定位的方法，適用 於如上述具有水平位置監控功能之晶圓搬運裝置，係包含 下列步驟：調整該晶圓承托裝置於一水平校準定位；量測 該晶圓承托裝置與該感測元件上的距離以得到一校準高度 值；啟動該晶圓搬運裝置以進行搬運動作；當該晶圓承托 裝置通過該既定移動路徑上的感測元件時，該感測元件發 出一訊號以偵測與該晶圓承托裝置間之距離，以得到至少 一量測高度值；以及比較該量測高度值與該校準高度值， 當其兩者之差值大於一第一既定範圍時，則發出一警示通

0503-7270TW(N) ； TSMC2001-0997 ； Peggy.ptd 第6頁 544433 五、發明言兒明（4) 知0 上述方法中，| 古 、 感測器。由該超聲波β π度的感測元件可以採用 〜耳及感測器發屮一 Α 休用超聲波 據該超聲波於該超聲 弋速度之超聲、、座 π 士門瞀 皮感測器與該晶圓承权莊 ，皮，根 恰間計异，以測得該高度值。 U K托裝置間的來回 在上述方法中更可包括：比較任音、g 值，當其差值大於心、取之兩量、、pit丄 知。另外，更可包括取複數個量測警示通 平均值大於一第二既宁政 又值之平均值，告兮 坪一既疋摩已圍時，則發出_ — 田该 較佳實施例中’該第一既定範圍可設為土 ^知。而在 之一 ’ 5玄第-既定範圍可設為± 4交準高度的千：度的百分 該第三既定範圍為±校準高度的百分之—^千刀之五’而 實施例 托 ^ X怵饿于霄^，用以水平承托一晶圓或一承载曰 圓之晶舟。而機械手臂32，係由一驅動元件，如移動控制 中心3 5所控制，用以驅動機械手臂32，以根據至少一既宁 參見第3a圖，藉由一多製程室之機台為例 本發=之-實施例中，—種具有水平位置;根據 搬運裝置，然本發明並非以此為限。在多製程晶圓 心設置有-晶圓傳送室3〇，其中設置一晶圓搬運^的中 固搬遲裝置中包含—晶圓托承裝置與一驅動元件：曰二晶 裝置，如機械手臂32，用以水平承托 , —_ …丄w ⑺从呢籾憐砜予臂3 2，以根據至少一既定 路徑移動晶圓。在此多製程室機台中，機械手臂3 2係將晶 圓在曰曰圓卡槽3 3 a、3 3 b ’以及多個製程反應室3 6及冷卻室 3 4之間’以水平方式移出或載入移動。而機械手臂3 2與各 0503-7270TWF(N) ； TSMC2001-0997 ； Peggy.ptd 第7頁 M4433 五、發明言兒明⑸ __ 氣心室36或卡槽33a、3]h戸弓 移動控制中心35控 ：的位置’係、已預先定義’藉由 ^ 利具移動路徑。 在對應於機械手壁q 9 應元科，如超聲波感測么的7移動路徑1 ’則設置至少-感 3a圖中所示，超聲波$二或光學感測器（未顯不）。如第 為了對應機械手；設置於機械手臂32下方。而 的路徑，超聲波感測哭3出/日圓卡槽仏、33b與製程室36等 感測器，立於機械;臂3、^^各室之前各設置對應的 。在機械手臂32移動至超麸，正下方的晶圓傳达室3〇中 既定璉度（Vs)之超聲波° =波感測器37上方時，則發出— 超聲詖訊號，與撞擊至° ^，而根據超聲波感測器37送出 差（Λ Τ)計算，可得创甘/手臂32而反射回來的來回時間 械手仙的在當時的!^急>< ΜV2，代表機 當晶圓搬運裳置開私: ' 累積多筆機械手臂32水則超聲波感測器37會持續 超聲波感測器37所列得Ι = ΐ值，由一處理元件38根據該 可以将知該機械手臂3;:=位準高度，， 第3 b圖，既定的校準言 疋 生上下偏私如 到的機械手臂32高度=fd;:二聲波感測器37所偵測 而其偏移之判斷，則；= 或高於d°的屯。 之一實施例中，—種了參見弟4圖所不之根據本發明 細說明。 義匕晶圓搬運定位的方法流程加以詳 上述晶圓搬運裝ff 士、各 、，丄 調整晶圓承托裝置（如機找 ’ a百進行步驟S402 : 戈钺械手臂32)於一水平校準定位。參 〇503-7270TWF(N) ; TSMC2001-0997 ; Peggy._ 第8頁

544433 發明t：兒明（β) ____ 二:，亦即將機械手臂32調整至符合機台操作 '位。接著，進行步驟S404 :量測該晶圓承 干 手;_與感測元件(如超聲波感測器3?)上的 如 卞到—彳父準高度值。如第3b圖中所示，位於離以 ::::”32與超聲波感測器37的校準高度值為二率在定， 成：械手臂32的校準後，則可開始機台的操；。在因： 接考進行步驟S40 6 :啟動晶圓搬運襄 =此 。在當機台開始進行晶圓的製造後，機f二=運動作 合佑B刀制丄 欠城台内的機械手臂Μ 二恭1衣梃流程，依既定的路徑從各反應室與卡槽中梦/ =。因此’步驟408 :當該晶圓承托裝置通過該既 測：件時雜該感測元件發出-訊號以摘 I、』日日囫承托1置間之距離，以得到至少一量 值。亦即，機械手臂3 2會經過各反庫室彳、门又 在超聲波感義則發以= 的v= 得到其間的距離d二（Vsx /^)/2，代夺（ΔΤ)计异，可 日守的冰平高度位準。如第3b圖，既定 于二的在* 超聲波感測器37所偵測到的機械手臂古 间又為dG，而 μ，或高於dQ_2。 w械手“度’可能為低於d。 值，二比較該量測高度值與該校準高度 田其兩者之差值大於一第—既定範链 不通知。藉由處理元件38，可以逸一+ Y 、j^出 吕 量測高度值變化關係。 v刀析機械手臂3 2的

544433 五、發明說明⑺ " $〜ί 了監測每一次機械手臂32的水平高度是否偏移，則 叶算每次量測高度值與該校準高度值之差值△ d，當丨△ I >第一既定範圍時，如校準高度值的1 %，則表示在當 ::機械手臂32已經產生顯著的水平高度變化，可能導致 ，圓掉片或碰撞，此時處理元件3 8則可發出一警示通知， 提供鎳上人員作進一步處理。 更口 : ί 了避免機械手臂3 2產生持續的抖動現象’因此’ 盥:"又疋處理元件38任意選取兩次量測高度值，如第η次 日次，計算其差，，當丨丨〉第二既定範圍 ::杈準向度值的0. 5 %，藉以評估機械手臂在運行中 疋否發生上下抖動，導致水平高 性。冷心一 ¥ 门度的交化，影響其穩定 田抖動乾圍超出規格時，則處理元件38可發出一警示 ^ k供線上人員作進一步處理。 手臂32的長期穩定性方面， 量 夂；值：平均值，當該多次平均值與該校準高度值之差 值大於一弟三既定範圍，如校準高产 门一又徂 手臂產生緩慢的偏移，並超出容从岡〇，表示該機械 可發出-警示通知，提供線上人員作進_ + =處理疋件38 綜上所述，藉由本發明所提供呈ζ处理。 能之晶圓搬運裝置及其定位方法，可^ 7平位置監控功 產生水平高度的偏移、抖動或移位等等情J機㈣手臂是否 也無須等到機台例行性維修時方能確認機台^線上人員

0503-7270TWF(N) ; TSMC2001-0997 ； Peggy.ptd ,ΠΓ乍的情況下’隨時偵測機械手臂機台機 疋否保持於正常的水平高度，可以即時寺日日®承托襄置 544433 五、發明彭€>明（8) 否產生偏移，而可以及得到得警示通知，隨時作適當的處 理，避免晶圓掉片、刮片或機台被偏移的機械手臂碰撞等 等問題，以有效提高晶圓製造的良率。 虽靠然本發明以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限 定本考爹明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範 圍當4見後附之申請專利範圍所界定者為準。

0503-7270TWF(N) ； TSMC2001-0997 ； Peggy.ptd 第11頁 544433 圖式簡單言兒明 為了讓本發明之上述目的、特徵、及優點能更明顯易 懂，以下配合所附圖式，作詳細說明如下： 苐1圖所示為一般多製程室機台與其晶圓搬運裝置。 第2圖所示為一般機械手臂從晶舟取出晶圓的示意 圖。 第3a與3b圖所示為根據本發明之一實施例中，一種具 有水平位置監控功能之晶圓搬運裝置示意圖。 第4圖所示為根據本發明之一實施例中，一種監控晶 圓搬運定位的方法流程。 符號說明 1 1〜輔助臂； 13a與13b〜晶圓卡槽室； 1 5〜晶舟； 20〜晶圓； 3 1〜輔助臂； 33a與33b〜晶圓卡槽室； 3 5〜移動控制中心； 3 7〜超聲波感測器； S 4 0 2 - S 4 1 0〜流程步驟。 1 0〜晶圓傳送室 1 2〜機械手臂； 1 4〜冷卻室； 1 6〜製程反應室 3 0〜晶圓傳送室 3 2〜機械手臂； 3 4〜冷卻室； 3 6〜製程反應室 3 8〜處理元件；

0503-7270TWF(N) ； TSMC2001-0997 ； Peggy.ptd 第12頁

Claims (1)

1. 544433 六、申請專利範圍 1. 一種具有水平位置監控功能之晶圓搬運裝置，係包 含： 一晶圓托承裝置，用以水平承托一晶圓或一承載晶圓 之晶'， 一驅動元件，用以驅動該晶圓托承裝置，以根據至少 一既定路徑移動該晶圓或晶舟； 至少一感應元件，設置於該晶圓托承裝置之移動路徑 之上方或下方，用以在該晶圓托承裝置通過該感測元件時 ，發出一訊號以偵測該晶圓托承裝置與該感應元件間的相 對高度；以及 一處理元件，用以根據該感應元件所測得之高度，計 算該晶圓承托裝置的水平位置是否偏移，若為偏移，則發 出一警示通知。 2 .根據申請專利範圍第1項所述之具有水平位置監控 功能之晶圓搬運裝置，其中該晶圓承托裝置為一機械手臂 葉片。 3 .根據申請專利範圍第1項所述之具有水平位置監控 功能之晶圓搬運裝置，其中該感應元件為超聲波感測器， 用以發出一既定速度之超聲波，根據該超聲波於該超聲波 感測器與該晶圓承托裝置間的來回時間計算，以測得該高 度值。 4 .根據申請專利範圍第1項所述之具有水平位置監控 功能之晶圓搬運裝置，其中該處理元件中係預設該晶圓托 承裝置與該感測元件間的一校準高度值，而當該晶圓拖承

   0503-7270TWF(N) ； TSMC2001-0997 ； Peggy.ptd 第13頁 六、申請專利範圍 裝置之偵測高度值與該和、、一 圍時，則發出一警示通=準向度值間的差值高於一既定範 ^ 5二一種監控晶圓撖運定 fe圍第1項所述之具有水、，位的方法，適用於如申請專利 ，係包含下列步驟： 平位置監控功能之晶圓搬運裝置 調整該晶圓承托骏 量測該晶圓承牦敦於一水平校準定位； 得到一校準高度值； 與該感測元件之間的垂直距離以 啟動該晶圓搬運聿 作； 、夏以對該晶圓或晶舟進行搬運動 當該晶圓承托骏置 件時，該感測元件發出^過該既定移動路徑上的該感測元 之垂直距離，以得^至了訊號以偵測與該晶圓承托裝置間 比較該量測高度值二二量測高度值；以及 大於一第一既定範圍护>、°亥校準高度值’當其兩者之差值 6·根據申請專利^則發出一警示通知。 的方法，其中今咸制-圍第5項所述之監控晶圓搬運定位 7.根據件為超聲波感測器。 . 明專利軌圉第6項所述之監控晶圓搬運定位 的 ^中該感測元件發出一訊號以偵測與該晶圓承托 裝置間之垂直距離以得到至少一量測高度值，係由該超聲 波感測器發出一既定速度之超聲波，根據該超聲波於該超 聲波感測器與該晶圓承托裝置間的來回時間計算，以測得 該高度值。 8 ·根據申請專利範圍第5項所述之監控晶圓搬運定位

   0503-727OTWF(N) ； TSMC2001.0997 • Peggy.ptd 第14貢 544433 六、申請專利範圍 的方法，其中該第一既定範圍為土校準高度的百分之一。 9 .根據申請專利範圍第5項所述之監控晶圓搬運定位 的方法，其中更包括：比較任意選取之兩量測高度值，當 其差值大於一第二既定範圍時，則發出一警示通知。 1 0.根據申請專利範圍第9項所述之監控晶圓搬運定位 的方法，其中該第二既定範圍為土校準高度的千分之五。 1 1.根據申請專利範圍第5項所述之監控晶圓搬運定位 的方法，其中更包括：取複數個量測高度值之平均值，當 該平均值與該校準高度值之差值大於一第三既定範圍時， 則發出一警示通知。 1 2.根據申請專利範圍第1 1項所述之監控晶圓搬運定 位的方法，其中該第三既定範圍為土校準高度的百分之

   0503-7270TWF(N) ； TSMC2001-0997 ； Peggy.ptd 第 15 頁