TWI429013B - 基板之高速對準裝置 - Google Patents

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Description

基板之高速對準裝置
本發明係關於一種基板之對準裝置。
積體電路(IC)係由半導體材料之基板(晶圓)製造而成。於IC製造期間，晶圓通常裝於卡匣(cassette)中並移動至加工站。在加工站，則藉由基板運送器將晶圓自卡匣取出，並置於晶圓對準器以取得進一步加工晶圓所需之預定方位。
於習知對準器中，在晶圓對準程序期間，基板運送器可將晶圓放置於晶圓對準器上，接著，將晶圓自對準器移開。此種方式導致在晶圓對準程序之前和之後因基板運送器伸出和縮回所造成的晶圓對準時間增加。而且，若對準部件或晶圓之基準部位係置於對準器部件(例如對準夾頭放置墊)上方時，則對準器之基準部位感測器會感測不到晶圓基準部位，導致晶圓安置及基準部位感測之再嘗試(re－try)，因此又增加了對準時間。於對準程序期間，基板運送器之反覆移動及晶圓對準部件之障礙造成了對準程序之效率低落，因而降低晶圓加工和生產之處理能力。
由於將晶圓放置於對準器時基板運送器再嘗試之潛在性及經由對準器處理的晶圓量甚大，會使對準一批次之待加工晶圓所需的時間大為增加。下表1例示習知基板對準器之對準程序。
除了增加對準時間之外，亦可能因反覆的提起晶圓放至對準夾頭及自對準夾頭提起晶圓再放下而造成對準程序中之晶圓移動。此外，晶圓之各個額外的拾取亦增加背面損壞或污損之可能性。
以習知對準技術而言，由於光束穿透式感測器(through beam sensor)的使用，當將基準部位置於夾頭墊的頂部時，不可能可靠地檢測基準部位部位。任意地將晶圓定方位而不阻礙基板運送器之拾取路徑或在基板運送器再嘗試次數低於兩次的情況下保證晶圓獲得對準亦為不可能。以習知對準器適當地對準晶圓所需的再嘗試次數亦破壞定位後基準部位之準確性。此外，在基板運送器伸出至對準器下方時亦無法執行晶圓之對準，因此需要基板運送器額外的伸出/縮回運動以執行各個對準操作。
美國專利第6,468,022B1案及美國專利第6,357,996B2案揭示習知基板對準器之實例，其係利用邊緣滾動(edge rolling)作晶圓基準部位之檢測以及昂貴的邊緣感測裝置。
如下文所示，本發明之範型實施例可克服習知晶圓對準器之問題。
根據本發明之一實施例，係提供一種基板之對準裝置，包括機架、倒置夾頭、感測裝置及基板轉移機構。該機架適於使基板運送器運送基板至該對準裝置及自該對準裝置運送基板。該倒置夾頭能夠保持該基板，且藉由結合於該倒置夾頭之夾頭驅動軸而可移動地連接於該機架，藉以相對於該機架移動該倒置夾頭並執行基板之對準。用於檢測基板之定位特徵之感測裝置係位於該夾頭與夾頭驅動軸之間。該基板轉移機構係可移動地連接於機架，且位於該倒置夾頭下方之機架內，藉以自該倒置夾頭移動基板至基板運送器。
根據本發明之另一範型實施例，係提供一種基板之對準裝置，包括機架及夾邊式夾頭裝置。該機架適於使夾邊式基板運送器運送基板至對準裝置及自該對準裝置運送基板。該夾邊式夾頭系統係連接於該機架，以保持該基板及將該基板以轉動方式定位於預定的對準後基板方位。該夾頭系統係組構成可完成執行預定的對準後基板方位，而不受該基板運送器之影響，故不論預定的對準後基板方位相對於運送器之情況如何，皆可執行基板至運送器之對準後轉移，而不需以轉動方式將基板再定位。
根據本發明之另一範型實施例，係提供一種基板對準裝置，包括機架、可轉動式感測頭及基板支持器。該機架係適於使基板運送器運送基板至該對準裝置及自該對準裝置運送基板。該可轉動式感測頭具有至少一個感測裝置以檢測基板之定位特徵，且藉由結合於該可轉動式感測頭之驅動軸可移動地連接於該機架，使該感測頭得以相對於該機架移動。該基板支持器係安裝於該機架，用以在該可轉動式感測頭檢測定位特徵時支持該基板。該基板支持器具有接觸基板週緣之支持墊，且該感測裝置能夠檢測該支持墊之定位特徵而與該定位特徵，相對於支撐墊之位置無關。
根據本發明之又一範型實施例，係提供一種基板對準裝置，包括機架、連接於該機架之驅動部、第一基板介面以及第二基板介面。該機架適於使基板運送器運送基板至對準裝置及自對準裝置運送基板。該第一基板介面部係可移動地連接於該機架，俾直接與該基板面對銜接(interface)，且可操作地連接於該驅動部，以執行該第一基板介面部相對於該機架之移動。該第二基板界面部係可移動地連接於基架，俾直接與基板面對銜接，且可操作地連接於該驅動部，以執行該第二基板介面部相對於該基架之移動。移動該第一基板介面部以執行基板定位特徵之檢測，並移動該第二基板介面以執行該基板之再定位。
以下佐以附圖詳述本發明之實施形態及其他特徵：雖然是參考圖式及下述之範型實施例來敘述本發明，然而須了解，本發明可用實施例之許多變化形式來實施。此外，亦可利用任何適當的尺寸、形狀或類型之構件或材料。
第1圖係顯示具有本發明特徵之半導體基板加工裝置100之俯視圖。第1圖所示之加工裝置為具有多個基板加工室102之典型的處理裝置。至少一個該等加工室102具有基板對準裝置105。除了可連接至移送室104之多數個基板加工室102之外，該基板加工裝置100亦可包含基板卡匣保持具101，該基板卡匣保持具101亦可以連接至該移送室104。基板運送器103亦至少部分地位於該移送室104中且適於在該基板加工室102與該卡匣保持具101之間及/或之中運送例如半導體晶圓等基板。該基板運送器103係具有端接器(基板保持具)106以保持基板。第1圖所示之該基板運送器103為範例性且可具有任何其他適當的配置。可用於該加工裝置100之基板運送器之實例可見於美國專利第6,485,250B2案、美國專利第6,231,297案、美國專利第5,765,983案及美國專利第5,577,879案，所有該等專利案內容皆已整體參考並納入於本文中。該基板運送器可為scara型或可具有達成該端接器線性移動之多個連桿組。該基板運送器103可具有一個或多個端接器106，各個端接器106能夠保持一個或多個晶圓。該端接器106亦可為夾邊式或真空夾持式端接器。於變化例中，該基板加工裝置100可具有任何其他具備任何所需數目之室的所需組構。
任何適當類型的基板，例如具有200mm或300mm直徑之半導體晶圓皆可在該半導體加工裝置100中藉由對準器105來加工。該半導體晶圓通常具有對準或參考標記(基準部位)220(見第3圖)以根據預定的方位對準晶圓。
在積體電路製造的情形中，積體電路係由半導體材料之晶圓所製成。該等晶圓可裝於具有一個或多個相靠近之隔開式溝槽之卡匣中，各個溝槽能夠保持晶圓。該卡匣可置於第一基板卡匣保持具101上，俾於該加工裝置100進行裝載或卸載。然後，基板運送器103係以端接器106夾持晶圓並運送至具有基板對準裝置105之基板加工室102。
如下所述，於一實施例中，對準裝置105通常具有機架、夾頭、感測裝置及基板轉移機構。端接器106係將晶圓置於用以轉動晶圓之對準夾頭上，以便感測裝置可檢測基準部位之位置。將晶圓對準至預定位置以進行繼後的加工。對準後，可藉由基板運送器之端接器106將晶圓自該對準器移開並運送至其他的基板加工室102以進行進一步的加工程序。基板對準器105係執行基準部位之檢測和對準，而與基準部位之方位無關，亦與該對準器105內之端接器106位置無關。一旦晶圓經過加工，則可將基板置於其他基板卡匣保持具101上之卡匣中。
茲參考第2A圖至第2C圖，於第一範型實施例中，基板對準裝置105通常包括機架205、倒置夾頭206、倒置夾頭驅動部216和驅動系統207、感測裝置209、基板轉移機構210以及轉移機構驅動部211與驅動系統222。於第2A圖至第2C圖所示之範型實施例中，機架205可具有開口、孔洞或溝槽213。基板運送器103(見第1圖)即運送基板212(保持於運送端接器106上)進入或離開機架205。因此，開口213可供端接器106出入基板對準裝置105。
於該範型實施例中，倒置夾頭206可位於機架205之頂部205A附近。第2A圖及第3圖分別顯示基板212和夾頭206之側視圖及底視圖。如該第2A圖及第3圖所示，夾頭206可具有跨距構件206A及自該元件伸出之向下延伸部206B。如第2A圖至第2C圖所示，當基板212和運送端接器106位於機架205之內時，跨距構件206A及向下延伸部206B則環繞於基板212和運送端接器106之上。如下所述，跨距構件206A使夾頭206與驅動系統207之驅動部216結合。跨距構件206A面對該基板212之頂面，而向下延伸部206B則自該跨距構件206A向下延伸。各向下延伸部206B具有放置墊206C，俾於當以夾頭206保持基板212時得以支持該基板212。各向下延伸部206B自跨距構件206A充分地向下延伸，俾於夾頭206保持基板212時，使其上之放置墊206C定位並沿著基板212之下側接觸基板212之周緣。因此，向下延伸部206B係自基板之上方從跨距構件206A到達基板212之相對側面之附近，並結合於基板212周緣之底部區域。因此，夾頭206於本文中係稱為倒置夾頭。放置墊206C可為被動式放置墊或，變換成放置墊206C可主動地夾持基板212。於變化例中，夾頭可具有任何其他適當的組構。
於該實施例中，該倒置夾頭驅動系統207係位於機架205之頂部205A上之旋轉式驅動系統，且經由驅動部216而與倒置夾頭206結合。可用於驅動系統207之馬達例包括步進馬達及伺服馬達。馬達可為無刷，且可具有編碼器，以藉由與該晶圓基準部位220之檢測相對應之光感測器209傳輸之信號而調整基板212之對準座標。夾頭驅動系統207與基板轉移機構驅動系統222無關。於變化例中，該夾頭驅動系統207可為任何適當的其他組構。
如第2A圖所示，基板對準裝置105具有擋污板208。該擋污板208係位於機架205之頂部205A附近，當夾頭206保持基板時，則介於驅動系統207之驅動部216和基板上方之可轉動式跨距構件206A與基板之間。該擋污板208可為大致平坦狀且具有適當於夾頭206範圍內之直徑，且當夾頭206保持200mm或300mm之基板212時，可遮擋整個基板。該擋污板可相對於機架205呈固定式，如第2A圖至第2C圖所示，於該實施例中，該擋污板208係附設於機架，俾不致干擾倒置夾頭206之轉動。於該實施例中，該擋污板208可由桿221支持，該桿221係同心地穿過用以驅動夾頭206之驅動軸216。該擋污板可由例如金屬或塑膠等任何適當的材料所製成，可具有任何所需之平坦形狀，例如實質的為圓形。於變化例中，該擋污板208可為任何其他適當的組構。
如第2A圖至第2C圖所示，對準器105具有感測裝置209以檢測基板之基準部位220。於該實施例中，感測裝置209為反射式光感測器。於變化例中，感測器209可為任何其他適當的感測裝置，包括電容式及電感式感測器。於該實施例中，感測裝置209可安裝於擋污板208上。於變化例中，可以任何其他適當的方式安裝該感測器209。在由該夾頭206保持基板212時，該基板係位於該感測器209之感測範圍中，且倒置夾頭206之轉動不受該感測器209和其安裝形態所限制。感測器209係位於該夾頭206轉動軸中心之徑向位置，以使基板212之周緣和其基準部位220對準該感測器209而配置，且使轉動夾頭結構不會阻礙基準部位220之感測。相對於該機架205之移動，感測裝置209亦可為固定的。於變化例中，感測裝置可具有任何其他所需的組構。
再參考第2A圖至第2C圖及第3圖。該實施例之基板轉移機構210係位於夾頭206之下方，俾自夾頭提取基板212並將該基板212置於端接器106。於該實施例中，該轉移機構210可具有多個獨立致動之升降桿。於第3圖中，係顯示兩個升降桿210A、210B(於第2A圖至第2C圖中，只顯示該升降桿210A、210B之其中一個以便說明)。於變化例中，轉移機構210可具有任何數目的升降桿。於該實施例中，各該兩個升降桿於組構上係類同的，具有跨距構件210AS、210BS及自該跨距構件210AS、210BS之相對端豎起之向上延伸部分210AC、210BC。如下文所示，跨距構件210AS、210BS係使升降桿210A、210B與驅動系統222之基板轉移機構驅動部211結合。當夾頭206保持基板212時，跨距構件210AS、210BS係面對基板212之底部，同時，當夾頭206保持基板212時，各向上延伸部分210C係朝向基板212之底部而向上延伸。各向上延伸部分210C具有放置墊219以支持基板212。各個放置墊219係接觸基板212之底部周緣。於變化例中，基板轉移機構210可具有任何其他適當的組構。
基板轉移機構驅動裝置222係位於機架205之底部205B。該驅動系統222係經由驅動部211而結合至轉移機構210。於該範型實施例中，驅動系統222為能夠沿驅動軸z獨立地來回移動各升降桿210A、210B之線性驅動系統(見第2A圖至第2C圖)。驅動系統222可為例如滾珠螺桿驅動器、線性桿致動器或線性滑動致動器。於變化例中，驅動系統222可為任何其他適當的組構或驅動類型。驅動系統222之線性行程足以在夾頭206保持基板212時使升降桿210A、210B升起基板212或降低基板212至端接器106上。
再參考第2A圖至第2C圖及第3圖，同時參考第7圖之流程圖，以闡述基板對準裝置105之操作。如第7圖之方塊501所示，基板運送端接器106係經由機架中之開口213而進入夾頭放置墊206C上方之對準器以及將基板置於夾頭206內(見第2A圖)。該端接器向下移動至夾頭206之下方，並將基板212置於倒置夾頭放置墊206C上(見第7圖之方塊502及第2B圖)。若有需要，該端接器106可維持延伸於倒置夾頭206和轉移機構升降桿210A、210B之間。如第2A圖至第2C圖所示，由於該夾頭206及轉移機構210之組構，基板運送端接器106於對準期間可維持於機架205之內。該倒置夾頭206夾持位於其上之基板212以進行對準。係倒置夾頭206之轉動經由倒置夾頭驅動部216和驅動系統207。(見第7圖之方塊503)。如所理解，於轉動期間，感測裝置209可感測基板212之周緣及檢測基板212邊緣上之基板對準特徵(基準部位)220。於對準期間，擋污板208可防止由該夾頭206和夾頭驅動系統207所產生的任何粒子污染基板212之表面。
感測裝置209能夠檢測基板基準部位220，而與相對於夾頭206之夾持墊之方位無關。例如，夾頭放置墊206C可夾持該基板212之邊緣，而不會遮蔽基準部位220之邊緣，因而基準部位220以及晶圓邊緣總是實質地暴露於感測裝置209之感測範圍內。此外，如前所述，感測裝置209能夠僅自基板212之一側(例如上側)檢測基準部位220，以使晶圓相對側上之阻礙物或遮蓋物不會降低感測性能。基板邊緣和基準部位220之檢測與該夾頭206上之位置無關之組構消除了基板放置於夾頭206上之再嘗試。
一旦感測裝置209檢測到基板基準部位220，適當的指示信號即會傳送至控制器(未圖示)，以登記該基板基準部位220相對於基準機架之所需位置。感測裝置209亦可送出適當的信號至控制器，使控制器能夠決定與所需的基板中心參考位置相關之基板離心度。控制器可計算達到基板212所需對準方位之夾頭移動並送出移動指令至驅動器207。倒置夾頭206將基板212置於所需的對準方位(見第7圖之方塊503)。接著選擇適當的升降墊210A、210B，俾將對準後(post aligned)的基板212自倒置夾頭206升起(見第7圖之方塊504)。該升降墊210A、210B係獨立地致動，且由於其組構(見第3圖)，升降墊210A、210B之至少一者能夠自端接器結構和夾頭結構清除阻礙，而不需考慮基板定位後之夾頭206方位，以自該夾頭206拾取定位後的基板212。因此，轉移機構210能夠進出於該倒置夾頭，而與對準器機架205內之基板運送端接器106之位置無關，且不需以轉動方式將夾頭206上之基板再定位。升降墊210A、210B自倒置夾頭206升起基板212，然後該倒置夾頭206可回到其原先位置(見第7圖之方塊504－505)。基板運送端接器106自升降墊210A、210B提取基板，夾持該晶圓(基板)212並輸送該基板212以進行進一步的加工(見第7圖之方塊506至507)。需留意者為，控制器可定位端接器106，使自升降墊210A、210B提取該基板之動作亦可執行誤對準偏差之校正。下表2係上述之範型程序(如第7圖所示)之概要，其中大致說明了針對習知對準器而提供之改良效率。表2亦確認了於使用該範型實施例所實施之各基板對準操作對應之例示性時間。
藉由與表1相比較可得知，第2A圖至第3圖及第7圖所示之範型實施例中，對準器105能夠顯著地減少基板之對準時間，而先前技術中所述的習知技術之對準時間至少超過11秒。
茲參考第4圖及第5圖，於第二範型實施例中，基板對準裝置105’通常包括機架(未圖示)、具有至少一個感測裝置317之可轉動式感測頭318以及基板支持器319。除非另有說明，該機架(未圖示)類同於上述之基板對準裝置105第一實施例之機架205(見第2A圖至第2C圖)。該可轉動式感測頭318具有底部構件318A，當端接器106位於機架內時，該底部構件318A係例如朝向機架之底部且位在端接器106下方。該端接器106可經由與第2A圖至第2C圖之開口213類同的開口而進出機架。如下文所述，該底部構件318A係連接至感測頭驅動系統(未圖示)之驅動部321。如第5圖所示，該底部構件318A自該可轉動式感測頭318之轉動軸(z軸)徑向地延伸。於該實施例中，底部構件318A具有僅於該底部構件318A之一側豎起之底部延伸構件318B。當基板支持器319保持基板212時，該底部延伸構件318B係從底部構件318A朝向該機架之頂部延伸至超過基板212。底部延伸構件318B具有位於其上之跨距構件318C。於形狀上，跨距構件318C可為拱形且自該底部延伸構件318B伸出並超過基板212至相對側。如第4圖所示，跨距構件318C之拱形形狀在該基板212之周緣與跨距構件318C之間保留有一個距離，以使跨距構件318C不會突出於基板212上方。於變化例中，該跨距構件318C可具有任何其他所需的形狀。如第5圖所示，在該底部延伸構件318B之相對側，跨距構件318C具有向下延伸構件318D。因此，如第5圖所示，該底部延伸構件318B、該跨距構件318C及該向下延伸構件318D係自該底部構件318A圍繞基板支持器系統319和基板212。於該範型實施例中，可轉動式感測頭318亦具有位於感測頭318相對側上之基板支持器316A、316B。如第4圖及第5圖所示，基板支持器316A係自向下延伸構件318D豎起，而基板支持器316B則自底部延伸構件318B豎起。如下所述，基板支持器316A、316B係從向下延伸構件318D及該底部延伸構件318B圍繞該基板212之下側，俾在該感測頭318保持基板212時，使該基板支持器316A、316B接觸基板212之底部周緣。基板支持器316A、316B可為被動式或主動式夾持。於變化例中，該可轉動式感測頭318可具有任何其他所需的組構。
於該範型實施例中，感測頭318可具有兩個位於感測頭318相對側上之感測裝置317A、317B，如第4圖及第5圖所示。於變化例中，該感測頭318可具有多於兩個或少於兩個的感測器。感測裝置317A、317B可為反射式光感測器或光束穿透(through beam)式光感測器。於變化例中，感測裝置317A、317B可為電容式或電感式感測裝置。感測器317A、317B係自轉動中心(z軸)徑向地設定一足夠的距離，以使該感測器317A、317B能夠感測基板212之周緣。
感測頭驅動系統(未圖示)係經由驅動部321而與感測頭結合，且旋轉驅動方式類同於上述對準器105。然而，於該實施例中，該驅動系統係位於機架之底部且繞z軸轉動感測頭，如第5圖所示。於變化例中，該驅動系統可為任何其他所需的組構。
如第5圖所示，於該範型實施例之基板支持器系統319係處於感測頭跨距構件318C與感測頭底部構件318A之間。該基板支持系統具有跨距構件319A。該跨距構件319A之中心位置係與z軸實質地一致且結合於基板支持器驅動構件322，該基板支持器驅動構件322亦沿z軸設置。如下文所述，基板支持器驅動構件322為基板支持器驅動系統(未圖示)之一部分。於該實施例中，跨距構件319A於相對的側邊具有兩個向上延伸構件319B。於變化例中，該跨距構件319A可豎設有任何數目的向上延伸構件。當支持器系統319保持基板212時，跨距構件319A係面對該基板212之底部。該向上延伸構件319B具有至少一部分與感測頭318之感測裝置317A、317B重疊之放置墊320A、320B(見第5圖)。該等基板支持器放置墊320A、320B係組構成得以支持基板212之底部周緣。放置墊320A、320B可主動地或被動地夾持基板212。放置墊320A、320B或感測裝置317A、317B之光束通過路徑中之至少一部分放置墊亦可由透明材料所製成，當基板212安置於放置墊320A、320B上時，自感測器317A、317B發射之光束A、B，能夠檢測基板212之邊緣，而且通過光束A、B傳遞路徑中之放置墊320A、320B之部分而至感測接收器(未圖示)，俾感測接收器能夠檢測該基板212之邊緣及邊緣上之基準部位220。放置墊320A、320B之材料可為例如石英等光學上對光束為透明的材料，或可為任何其他適當的材料。於變化例中，當使用例如反射式感測器等感測器時，放置墊320A、320B可由不透明材料所製成。於變化例中，基板支持器系統319可具有任何其他所需的組構。
除非另有說明，基板支持器驅動系統(未圖示)係類同於揭示於第2A圖至第2C圖之前述線性驅動系統211、222。該基板支持器驅動系統係經由基板支持器驅動構件322而與基板支持器系統319結合。於該實施例中之基板支持器驅動系統係沿z軸來回移送基板212。該驅動系統能夠將基板支持器系統319自放置墊320A、320B位於感測頭放置墊316A、316B上方之位置(見第5圖)移動至放置墊320A、320B位於感測頭放置墊316A、316B下方之位置。於該實施例中，該基板支持器系統不能夠轉動，但於變化例中，該基板支持器驅動系統可與轉動式驅動器結合，使該基板支持器系統不僅沿z軸移動，且可繞z軸轉動。
再參考第4圖及第5圖同時參考第8圖之流程圖，以敘述該基板對準裝置105’之操作。基板運送端接器106經由機架之開口(類同於第2A圖中之開口213)進入感測頭跨距構件318C與感測頭基板支持器316A、316B間之對準器(見第8圖之方塊601)，且將基板212置於圍繞z軸之支持系統319之支持墊320A、320B上。基板支持器系統319可沿z軸向上移動至第5圖所示之位置，使端接器106能夠將基板212置於基板支持器放置墊320A、320B上(見第8圖之方塊602)。端接器106可沿z軸向下移動至支持墊320A、320B下方且位於支持系統跨距構件319A上方之位置，使其位於基板支持器319之內，如第5圖所示。該端接器106可保持延伸至該基板212下方之狀態。如第8圖之方塊603所示，為了掃描基板212，該可轉動式感測頭318乃轉動超過180度，順時針或逆時針(如第4圖之箭頭R所示)，以藉由感測裝置317A、317B掃描基板212之整個基板周緣。此種方式可使兩感測裝置317A、317B之一者檢測基板基準部位220(第3圖)。該基準部位220可藉由感測裝置317A、317B檢測，而與該基準部位220相對於基板支持器319之支持墊320A、320B位置無關。例如，當感測裝置317A、317B為光束穿透式感測器時，感測器光束不會照不到基準部位220，因為至少於該光束之通過路徑上之基板支持器320A、320B對於該感測器光束而言為透明的，藉故允許光束通過支持墊320A、320B且照射於該基板邊緣上，使感測器317A、317B感測該基準部位。
一俟檢測到基板對準特徵220，即自該感測器傳送適當的指示信號至控制器(未圖示)以紀錄該基板對準特徵220之檢測。基板212係藉由基板支持器319降低至感測頭基板放置墊316A、316B上，藉以將該基板212自該基板支持器319轉移至可轉動式感測頭318(見第8圖之方塊604)。端接器106可保持於該感測頭放置墊316A、316B之下方。可轉動式感測頭318根據該控制器之指示而轉動基板212至所需的對準方位(見第8圖之方塊605)。由上述可知，在第8圖之方塊603所示之掃描操作期間的感測頭318轉動速度明顯地較第8圖之方塊605所示之基板方位操作為快。在感測頭驅動系統為例如多速步進馬達之多速旋轉驅動時，可達成感測頭318轉動速度之增加。於變化例中，可使用任何適當的驅動系統。然後，基板運送端接器106將該基板212自感測頭放置墊316A、316提起，並夾持該基板212及輸送該基板212以供進一步處理(見第8圖之方塊606)。感測頭318於其對準後位置保持基板212時，如在感測頭支持墊316A、316B與端接器106之間有干擾，會使該端接器106提取路徑受到阻擋，基板支持器系統319即可將基板212自該感測頭支持墊316A、316B提起。支持器系統319具有放置墊320A、320B，在該等感測頭支持墊316A、316B阻擋端接器之提取路徑的情況下，該等放置墊320A、320B乃予以定位，以使該等感測頭支持墊316A、316B淨空(clear)。此外，如第5圖所示，支持系統放置墊320A、320B係經定位，以使其不干擾或阻礙端接器106於z軸上之運動。因此，可完成該基板212(定位後)轉移至端接器，而與基板方位無關，且該基板不需以轉動方式再定位。該感測頭移動至其原先位置。
茲參考第6圖，該圖為根據另一範型實施例之基板對準裝置105”之透視圖。該實施例中，該基板對準裝置通常包括機架(未圖示)、具有感測裝置424之可轉動式感測頭423及具有用以緩衝基板之緩衝系統440之可轉動式夾頭425。除非另有說明，該範型實施例中之機架係類同於和於第2A圖至第2C圖所示之上述機架。
於第6圖所示的實施例中，該可轉動式感測頭423可繞z軸轉動。該感測頭423具有與感測頭驅動部(第6圖只顯示軸430之一部分)結合之基部423A。如下文所述，該感測頭驅動軸430係連接至感測頭驅動系統(未圖示)。該實施例中，基部構件423A具有自z軸之轉動中心徑向地伸出的臂部423B、423C。基部構件423A具有自其一臂部423C豎起之向上延伸構件423D。於變化例中，兩臂部均可具有由該臂部豎起之向上延伸構件。該向上延伸構件423D具有自其豎起之懸臂部梁構件423E用以支持該感測裝置424。於該實施例中，感測裝置424可為於懸臂部梁構件423E上具有例如光束發射器及光束檢測器之光束穿透式光學感測器。於變化例中，該感測裝置亦可為反射感測器、電容式或電感式感測器。該感測裝置424可定位於徑向地距z軸一距離處，使該感測裝置424能夠掃描基板212之周緣且在該基板緩衝系統440保持基板212時檢測基準部位。於該實施例中，只有一個感測裝置424，但於變化例中，可有任何數目的感測裝置。如前所述，感測頭驅動系統(未圖示)係經由驅動軸430而結合至可轉動式感測頭基部構件423A。該感測頭驅動系統可類同於上述對準器105、105’中之轉動式驅動系統，但具有供同軸430、431獨立轉動用之馬達。該感測頭驅動系統可位於該機架上之任何適當位置及提供繞z軸的轉動。
於第6圖所示之範型實施例中，夾頭425係繞z軸轉動。該夾頭425具有實質地與z軸同心且結合至夾頭驅動部之基部構件425A，於第6圖，該夾頭驅動部中只顯示軸431之一部分。該驅動軸431係與軸430同軸且繞z軸轉動。如前所述，該驅動部能夠獨立地轉動軸430、431。該基部構件425A具有自轉動中心(z軸)延伸之臂部425B、425C。各個臂部425B、425C具有向上豎起之放置墊系統425D。於該實施例中，各個放置墊系統425D具有兩個放置墊延伸構件425E、425F。於變化例中，可具有任何數目之放置墊延伸構件。各個放置墊延伸構件425E、425F具有大致階梯形狀，該階梯形狀具有構成放置墊之水平部425G、425H。一組放置墊425G形成被掃描基板之支持部，同時另一組放置墊425H形成緩衝件440。於變化例中，可使用任何數目的緩衝件。該等放置墊425G、425H可為主動式夾持或被動式夾持，且視參考第5圖所示之放置墊320A、320B。而闡述於上文之上述感測裝置而決定由透明或不透明的材料所製成。例如，於該實施例中，放置墊425G、425H可以石英或對感測器424所產生之光束L為透明之其他適當的材料所製成。該等放置墊425G、425H位於距z軸一徑向距離處，該距離足以保持基板212於放置墊底部周緣上，且同時使基板212之邊緣得以被該感測裝置424掃描。該等放置墊425G、425H及感測頭之懸臂部樑構件423E係垂直地隔開使基板運送端接器106得以進出放置墊425G以提取或放置基板於該等放置墊上。該等放置墊延伸構件425D不會以轉動方式干擾該等懸臂部梁構件423E。放置墊425G係經定位以通過兩懸臂部樑構件423E之3E間。將放置墊425H定位俾通過最低懸臂部樑構件42之下方。
再參考第6圖及第9圖之流程圖以敘述該基板對準裝置105”之範型操作方式。具有例如美國專利第5,765,983案及美國專利第5,577,879案所述之單一端接器之基板運送器，可使用於本範型實施例中，該兩專利案之全部內容已經全面地以參考方式併入於本文中。該基板運送端接器106(第1圖)經由機架開口(類同於第2A圖所示之開口213)而進入夾頭或緩衝系統放置墊425G上方之對準器，及將類同於基板212之第一基板置於放置墊425G上(見第9圖之方塊701、702)。空的端接器/基板運送器可自對準器縮回。須注意者，該空端接器之移動可以較保持基板時的速度更快。若有需要，該端接器/基板運送器可取回第二基板供對準(見第9圖之方塊705)。在該實施例中，上放置墊425G係形成掃描放置墊，而下放置墊425H則形成緩衝放置墊。若有需要，在與該運送器收回第二基板之同時，藉由感測頭驅動軸430轉動可轉動式感測頭423(見第9圖之方塊703)，使該感測裝置424得以檢測位於上放置墊425G上之第一基板之基準部位。
感測裝置424可檢測基準部位，而與夾頭墊425G上之放置狀況無關。例如，即使該基準部位處於該等放置墊425G之一墊上，於感測器穿透光束傳遞路徑中之放置墊之透明材料可使該基準部位不受遮蓋或可被感測器424之光束感測。而且，放置墊425G係夾持基板於其邊緣上，使該基板之上表面呈暴露狀態，故於該感測器為反射式、電容式或電感式感測器的實施例中，可檢測基準部位而不受任何夾頭425結構的阻礙。
當感測裝置424檢測基板對準特徵時，適當的指示信號會傳送至控制器(未圖示)以紀錄該基板對準特徵之檢測。接著，夾頭425將基板轉動至所需的對準方位(見第9圖之方塊704)。如所理解，用以掃描基板及檢測基準部位之感測頭423之轉動係可按比定位基板用夾頭轉動高出很多的轉動速率來執行。若有需要，基板運送端接器106可利用與上述相同的方式在緩衝放置墊425H上方之位置進入機架(見第9圖中之方塊705)，以緩衝放置墊425H上之第二基板。當第一與第二基板保持於夾頭425中時，運送器可移動空的端接器(其可為已緩衝第二基板之相同端接器或其他空的端接器)至該第一與第二基板間的位置。該端接器移動至保持於放置墊425G上之第一基板下方之位置並自放置墊425G提取已定位基板供進行進一步的程序(見第9圖之方塊706)。於第9圖之方塊707中，緩衝墊425H上之基板(或若有需要可為新的基板)可置於該夾頭425之上放置墊425G上。於變化例中，放置墊延伸出構件425D可為可移動式，俾當將已緩衝的基板轉移至上放置墊時，可垂直移動該端接器，而不需部分地將端接器自對準器縮回。在將第二基板置於放置墊425G上之後，即重覆方塊703至704之步驟。如所理解，藉由將裝載該對準器所需轉移時間減至最低，夾頭425上之緩衝件提升了該對準器之效率。
茲參考第10A圖至第10C圖，根據又一範型實施例揭示另一基板對準裝置1105。於第10A圖至第10C圖中分別以三個不同的位置顯示該對準裝置1105。除非另有說明，於該範型實施例中之對準裝置1105係大致與第2A圖至第2C圖所示之上述對準裝置105類同。因此，類同的部件採用類同的元件符號。對準裝置1105具有可移動式夾頭1206、感測裝置1209及基板轉移系統1210。對準器1105亦具有提供動力給該可移動式夾頭1206使之移動之驅動系統1207。該轉移系統1210係組構成用以保持基板212於對準器內之固定位置。於該實施例中，基板轉移系統1210具有以任何適當方式或位置固定於機架1205之構件1210A。該等轉移系統構件1210A可具有任何適當的組構，且設置有基板放置墊1219(與第3圖之放置墊219類同)。於該實施例中，放置墊1219並非可移動式，但可如下文進一步所述地提供感測裝置1209掃描基板時所用的基板放置位置。可移動式夾頭1206具有一般的倒置夾頭組構(類同於第2A圖至第2C圖中所示的夾頭206)。於該實施例中，夾頭1206係可垂直地移動(於第10b圖中箭頭z指示的方向)及可繞轉動軸θ轉動。於該實施例中，驅動系統1207具有藉由傳遞構件1207T連接之可轉動式驅動器1216及線性驅動部1222，如第10A圖所示。線性驅動部1222(與第2A圖至第2C圖所示之線性驅動部222類同)係以可操作方式耦接至傳遞構件1207T，且能夠使該傳遞構件1207T於z方向中相對於對準器機架移動。該傳遞構件1207T可具有任何適當的形狀(第10A圖至第10C所示之組構僅作為例示用)，且可以所需的任何方式可移動地安裝於對準器機架1205，使轉移構件與機架之間可於z方向移動。如第10A圖所示，可移動式夾頭1206係安裝於傳遞構件1207T，因此，可與該傳遞構件作一起垂直移動(相對於機架1205)。夾頭可相對於該傳遞構件1207T而可轉動地安裝(例如利用適當的轉動式軸承或軸襯系統)，以使夾頭1206可繞θ軸相對於該傳遞構件及該對準器機架而轉動。可轉動式夾頭1206係藉由適當的轉動驅動傳動系統(例如轉動式驅動軸)在與該夾頭1206耦接之轉動式驅動器1216動力下繞θ軸轉動。於該實施例中，轉動式驅動器1216亦可由可轉動式傳遞構件1207T支承。於變化例中，該轉動式驅動部可藉由適當的傳動而安裝於該對準器機架並耦接至可轉動式夾頭，該傳動手段能夠傳遞轉動動力至該夾頭，且適應相對於對準器機架之夾頭線性運動。於該實施例中，感測裝置1209(與第2A圖至第2C圖所示之感測裝置209類同)係安裝於夾頭1206上，如第10A圖所示。當該基板212位於轉移系統1210之放置墊1219上時，感測裝置1209係經定位以感測基板212之周緣及其基準部位。感測裝置1209能夠檢測基板之基準部位220(見第3圖)，而與基板212之方位及基準部位相對於放置墊1219之位置或該轉移系統1210之任何其他的結構無關。
於該實施例中，可以下述典型方式實行基板之對準。以端接器106導入至對準器1105之基板212可定位至固定式轉移系統放置墊1219上(見第10A圖至第10B圖)。可藉由轉動夾頭1206(繞θ軸)而執行該基板212之掃描以檢測基準部位，且依需要作偏心度測量，藉以使感測裝置1209相對於固定的基板進行轉動及掃描該基板之整個週邊。如第10B圖所示，於該位置(即掃描位置)中，該可移動式夾頭1206具有垂直位置以使夾頭基板放置墊1206C(與上述基板放置墊206C類同)在例如上述藉由使用感測器1209檢測，辨識基準部位220之位置後，位於支持基板212之轉移系統1210之放置墊1219下方。基板之對準作業係以可移動式夾頭1206所執行。該夾頭1206係於z方向上移動以提取該基板(自該等轉移系統放置墊)。在基板212放置於夾頭放置墊1206上(現在是位於轉移系統之放置墊219之上方)(見第3圖)之狀態下，該夾頭會繞θ軸轉動，而將該基板置於所需的對準操作。該端接器106可自夾頭1206之放置墊1206C將已對準的基板拾取。在夾頭放置墊1206C之對準後位置阻礙端接器從夾頭1206直接提取基板之情況下，可移動該夾頭1206俾將基板放置於轉移系統1210之放置墊1219上(與第10B圖所示之位置類同)，該端接器則自該轉移系統1210將該基板212拾取。因此在不以轉動方式將該基板再定位的情況下，亦可執行對準後基板轉移至端接器之作業。如第10A圖至第10C圖所示，在該整個對準程序期間，該端接器可保持延伸狀態。
對準器105、105’、105”及1105之前述範型實施例具有超越習知對準器之許多優點。該等對準器105、105’、105”及1105之若干優點係包含但不限定於「將晶圓置於對準器時可免除機械手之一再嘗試(re－try)」。晶圓可相對於端接器任意地定方位，而該夾頭不需經常位於機械手端接器之提取路徑上。晶圓可適當地對準，不需機械手一再嘗試，即使當該基準部位位於對準器夾頭墊之頂部時亦不例外。如前所述，本發明之對準時間顯著地短於習知對準器之對準時間。晶圓總是可以邊緣接觸來移動，而不需相對於夾頭進行滾動或滑動，因此可產生最少粒子(minimum particle generation)。在整個晶圓對準程序期間，該機械手端接器可維持位在對準器及基板之下方，而在對準程序期間沒有任何的機械干擾。此表示自對準器站作一伸出運動及一縮回運動即可將晶圓對準及將晶圓置於機械手端接器。此外，只利用一個晶圓升降動作即可使晶圓以所需的定位後的方位拾取。多次垂直移動可以免除。從而獲致最少的晶圓移動及最佳的對準器處理能力。
需瞭解者為，上文之敘述僅為本發明之說明。熟習此項技藝者在不脫離本發明技術思想之情況下，可設計出各種的變化及改良。因此，本發明應涵蓋附後申請專利範圍之技術範疇內之所有此類變形、改良及變更。
100．．．基板加工裝置
101．．．卡匣保持具
102．．．基板加工室
103．．．基板運送器
104．．．移送室
105、105’、105”．．．基板對準裝置(對準器)
106．．．端接器(基板保持具)
205．．．機架
205A．．．機架頂部
205B．．．機架底部
206．．．倒置夾頭(夾頭)
206A．．．跨距構件
206B．．．向下延伸部
206C．．．(夾頭)放置墊
207．．．驅動系統(驅動器)
208．．．擋污板
209．．．感測裝置(感測器)(光感測器)
210．．．(基板)轉移機構
210A、210B．．．升降桿(升降墊)
210C．．．向上延伸部分
210AC、210BC．．．向上延伸部分
210AS、210BS．．．跨距構件
211．．．(轉移機構)驅動部
212．．．基板
213．．．開口
216．．．(夾頭)驅動部(軸)
219．．．放置墊
220．．．基準部位(對準特徵)
221．．．桿
222．．．轉移機構驅動裝置(驅動系統)
316A、316B．．．基板支持器(放置墊)(支持墊)
317、317A、317B．．．感測裝置(感測器)
318．．．感測頭
318A．．．底部構件
318B．．．底部延伸構件
318C、319A．．．跨距構件
318D．．．向下延伸構件
319．．．基板支持器(系統)
319B．．．向上延伸構件
320A、320B．．．放置墊(支持墊)
321．．．驅動部
322．．．(基板支持器)驅動構件
423．．．感測頭
423A．．．基部構件
423B、423C、425B、425C．．．臂部
423D．．．向上延伸構件
423E．．．懸臂部梁構件
424、1206．．．夾頭
425A．．．底部構件
425D．．．放置墊系統(放置墊延伸構件)
425E、425F．．．放置墊伸出構件
425G、425H．．．放置墊(水平部)
430、431．．．驅動軸
440．．．緩衝件(緩衝系統)
501、502、503、504、505、506、507．．．方塊
601、602、603、604、605、606．．．方塊
701、702、703、704、705、706、707．．．方塊
1105．．．基板對準裝置(對準器)
1205．．．機架
1206C、1219．．．放置墊
1207．．．驅動系統
1207T．．．傳遞構件
1209．．．感測裝置(感測器)
1210．．．轉移系統
1210A．．．轉移系統構件
1216、1222．．．驅動器
第1圖為基板加工裝置之俯視圖，其中結合有根據本發明範型實施例之特徵；第2A圖為第1圖之加工裝置之基板對準裝置之側視圖，其中揭示對準裝置之第一組構形態；第2B圖為第1圖加工裝置之基板對準裝置之另一側視圖，其中揭示對準裝置之第二組構形態；第2C圖為第1圖加工裝置之基板對準裝置之再一側視圖，其中揭示對準裝置之第三組構形態；第3圖為第2A－2C圖所示基板對準裝置之倒置夾頭及基板轉移機構之底視圖；第4圖為根據本發明之另一範型實施例之基板對準裝置之俯視圖；第5圖為第4圖所示基板對準裝置之側視圖；第6圖為根據本發明再一範型實施例之基板對準裝置之透視圖；第7圖為揭示根據第2A－2C圖及第3圖所示對準裝置之基板對準方法之流程圖；第8圖為揭示根據第4圖及第5圖所示對準裝置之基板對準方法之流程圖；第9圖為揭示根據第6圖所示對準裝置之基板對準方法之流程圖；第10A－10C圖分別為根據再一實施例之於三個不同位置之對準裝置正視圖。
100．．．基板加工裝置
101．．．卡匣保持具
102．．．基板加工室
103．．．基板運送器
104．．．移送室
105．．．基板對準裝置(對準器)
106．．．端接器(基板保持具)

Claims (23)

  1. 一種基板之對準裝置，包括：機架，適於使基板運送器得以運送基板至該對準裝置及自該對準裝置運送基板；倒置夾頭，具有倒置夾頭夾持系統，該倒置夾頭能夠保持該基板，且藉由設置在該倒置夾頭上方且與該倒置夾頭結合之夾頭驅動軸而可移動地連接於該機架，藉以相對於該機架而移動該倒置夾頭並執行該基板之對準；感測裝置，位於該倒置夾頭夾持系統之基板保持部與該夾頭驅動軸之間，用以檢測該基板之定位特徵；及基板轉移機構，可移動地連接至該機架，且位於該倒置夾頭下方之機架內，藉以將該基板自該倒置夾頭移動至該基板運送器。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該倒置夾頭係組構成使該基板運送器於該基板之對準期間得以保持在該機架內。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，復包括位於該倒置夾頭夾持系統與該夾頭驅動軸之間之擋污板。
  4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該倒置夾頭夾持系統包括自該倒置夾頭之中心徑向伸出之第一和第二端，用以夾持該基板之相對側。
  5. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中，該倒置夾頭夾持系統之該第一和第二端各具有夾持墊，且其中一個或多個該等夾持墊為活動式使該基板得以被夾持和釋放。
  6. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中，該倒置夾頭夾持系統適於夾持該基板之邊緣。
  7. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該感測裝置係相對於該機架而固定。
  8. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該感測裝置包括反射式光感測器。
  9. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該基板轉移機構係包括可獨立地移動的升降墊，而各個升降墊則能夠獨立地將該基板自該倒置夾頭轉移至該基板運送器。
  10. 如申請專利範圍第9項之裝置，其中，各個升降墊係適於在邊緣夾持該基板。
  11. 如申請專利範圍第9項之裝置，其中，該等升降墊之設置方式係使至少一個該等升降墊能夠進出於該倒置夾頭，用以將該基板自該夾頭轉移至該基板運送器，而無關於該基板運送器在該機架內之位置。
  12. 一種基板之對準裝置，包括：機架，適於使夾邊式基板運送器運送基板至該對準裝置以及自該對準裝置運送基板；及夾邊式夾頭系統，連接於該機架，該夾邊式夾頭系統包括：可轉動式的夾邊式夾頭，包括用於穩定地保持該基板之基板支持器及位於其上之至少一個感測裝置，該至少一個感測裝置係組構成檢測該基板之定位特徵，其中具有該基板支持器及該至少一個感測裝置之該夾邊式夾頭係 以一單元在共同的轉動軸上可轉動，及轉動式固定的夾邊式轉移系統，該夾邊式轉移系統係組構成用於保持該基板及將該基板轉動式定位於預定的對準後基板方位，造成該夾邊式夾頭系統具有相對於該運送器之相應的對準後位置；其中，該夾邊式夾頭系統係組構成執行預定的對準後基板方位，而不受該運送器之影響，俾不論相對於該運送器的預定的對準後基板方位以及所造成的該夾邊式夾頭系統的對準後位置之情況如何，皆可執行該基板至該運送器之對準後轉移，而不需以轉動方式將該基板再定位。
  13. 一種基板對準裝置，包括：機架，適於使基板運送器運送基板至該對準裝置及自該對準裝置運送基板；可轉動式感測頭，具有用於穩定地保持該基板之基板支持器及位於其上的至少一個感測裝置，該至少一個感測裝置用於檢測該基板之定位特徵，該可轉動式感測頭藉由與該可轉動式感測頭結合之驅動軸而可移動地連接至該機架，使具有該基板支持器及該至少一個感測裝置之該可轉動式感測頭相對於該機架而以一單元在共同的轉動軸上移動；及轉動式固定的該基板支持器，安裝於該機架，用以在該可轉動式感測頭檢測該定位特徵時支持該基板；其中，該基板支持器具有接觸該基板週緣之支持墊，且該感測裝置能夠檢測該定位特徵，而與該定位特徵相對 於該支持墊之位置無關。
  14. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中，該可轉動式感測頭係組構成使該基板運送器得在該基板之對準期間保持在該機架內。
  15. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中，該可轉動式感測頭係包括基板放置墊。
  16. 如申請專利範圍第15項之裝置，其中，該等基板放置墊係位於接觸該基板之邊緣處。
  17. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中，該至少一個感測裝置係包括第一和第二感測裝置，該第一感測裝置則位於與該第二感測裝置相對該感測頭之側邊上。
  18. 如申請專利範圍第17項之裝置，其中，該第一和第二感測裝置係包括反射式光學感測器。
  19. 如申請專利範圍第17項之裝置，其中，該第一和第二感測裝置包括光束穿透式光感測器，各該光束穿透光學感測器係具有發射器以及接收器。
  20. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中，該基板支持器係活動式安裝於該機架，且能夠沿與該可轉動式感測頭之轉動軸實質上一致之運動軸而相對於該可轉動式感測頭移動。
  21. 如申請專利範圍第20項之裝置，其中，該支持墊實質地為透明式。
  22. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中，該基板支持器係在該裝置內界定緩衝基板用緩衝件。
  23. 一種基板對準裝置，包括：機架，適於使基板運送器得以運送基板至該對準裝置及自該對準裝置運送基板；驅動部，連接於該機架；第一基板介面部，可動地連接於該機架，俾直接與該基板面對銜接，且可操作地連接於該驅動部俾執行該第一基板介面部相對於該機架之移動；及第二基板介面部，可移動地連接於該機架，俾直接與該基板面對銜接，且可操作地連接於該驅動部，俾執行該第二基板介面部相對於該機架之移動；其中，移動該第一基板介面部以執行該基板之定位特徵之檢測，並移動該第二基板介面部以執行該基板之再定位。
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