TWI470726B - 半導體晶圓對準裝置 - Google Patents

Description

半導體晶圓對準裝置

本發明係關於一種半導體晶圓對準裝置，根據半導體晶圓之周緣資訊或刻痕或定向平坦部等之定位用部位(對準標記)以進行對準。

半導體晶圓對準裝置，周知上有下列者。例如，藉使用光感測器測定載置於保持平台而吸附保持的半導體晶圓(以下只稱「晶圓」)之周緣位置，以算出晶圓的中心位置、及晶圓外周之刻痕或定向平坦部等之定位用部位的位置相位之構成係為習知(參照日本國專利第3820278號公報)。

在上述對準裝置中，晶圓係在被吸附保持於機器手之前端部所具備的馬蹄形之吸附保持部之狀態下被搬入，而移載至保持平台。亦即，保持平台係以不妨礙吸附保持部之行進路線的方式而構成比晶圓更小徑之圓板狀。因而，移載於保持平台之晶圓的外周部係比平台的外周更突出的狀態下被保持於保持平台。

近年來，隨著薄型化進展的晶圓變成容易撓曲。此種晶圓被載置保持於比晶圓之直徑更小徑之保持平台時，從平台外周突出之晶圓外周部會由於本身重量而彎曲下垂。由於晶圓周緣會向晶圓中心側變位，因此以光感測器測定晶圓周緣位置而算出晶圓中心位置時會產生誤差。

本發明係以能正確地行使晶圓之定位作為主要目的。

本發明為了達成此目的，而採取如下的構成。

一種半導體晶圓對準裝置，係根據半導體晶圓之周緣資訊進行對準的半導體晶圓對準裝置，該裝置包含以下之構成要素：保持平台，具有該半導體晶圓之外形以上之大小；光感測器，以光學方式檢測被載置且被吸附保持於該保持平台的半導體晶圓之周緣位置；驅動機構，使該保持平台旋轉；控制部，根據該光感測器之檢測結果進行半導體晶圓之對準。

依照本發明之半導體晶圓對準裝置，搬入保持平台上的半導體晶圓以其背面全體不彎曲之扁平姿勢被吸附保持於保持平台。因而，不致受到晶圓周部之彎曲引起的變形之影響，能以光感測器正確地檢測晶圓之周緣位置。

當檢測晶圓之周緣位置時，根據預定之運算式可算出晶圓中心位置。藉由根據此運算結果，例如使保持平台朝正交的2方向作水平移動，能修正晶圓之中心到預先設定的基準位置。

又，根據形成於晶圓周部的刻痕或定向平坦部等之定位部的位置檢測結果，旋轉移動保持平台，能將此等定位部修正到預先設定的基準相位位置。

此外，在上述裝置中，例如在保持平台之周向的複數處，上下貫穿形成面臨所載置半導體晶圓之外周部的狹縫。

將光感測器構成為由挾持該狹縫而對向配置的投光器及受光器構成的穿透型。

依照此構成，被搬入保持平台上之半導體晶圓以其背面全體不彎曲之扁平姿勢被吸附保持於保持平台，同時在周向之複數處，晶圓外周部重疊在狹縫上。此時，雖然在狹縫部位之晶圓的周部未被載置於平台上，卻因狹縫之寬度狹窄而不致有晶圓的周部在狹縫內彎曲引起的變形。因而，能以扁平姿勢載置保持晶圓之背面全體。

在此載置狀態下，旋轉保持平台，以檢測重疊於各狹縫之晶圓周緣的位置。根據此檢測結果可算出晶圓的中心位置。亦即，使保持平台朝正交的2方向作水平移動，藉此能修正晶圓之中心到預先設定的基準位置。此外，旋轉保持平台時，藉由以CCD攝影機等掃瞄晶圓周緣，可檢測刻痕或定向標記之相位位置，作成適合於晶圓修正用之資訊。

又，於上述裝置中，在保持平台形成有缺口部，使半導體晶圓搬送用之機器手的前端所具備的吸附保持部可上下地插拔。

依照此構成時，晶圓被載置保持於機器手前端吸附保持部而被搬入。隨此搬入，藉由將吸附保持部插入保持平台之缺口部而下降，可移載晶圓至保持平台的上面。其後，從缺口拔出機器手之吸附保持部，同時將晶圓吸附保持於保持平台上，可進入晶圓周緣位置之檢測過程。

又，在上述裝置中，貫通保持平台之上下，形成缺口部。

依照此構成，藉由形成於晶圓周緣的刻痕以重疊於機器手的姿勢運送晶圓而移載至保持平台，可將所載置晶圓之刻痕定位成面對缺口部。能以光感測器檢測面對此缺口部的刻痕之相位位置。因而，不需要用於檢測刻痕之專用的CCD攝影機等。

又，在上述裝置中，以透明構件構成保持平台之至少晶圓外周部分之載置區域，將光感測器構成為由挾持該狹縫而對向配置的投光器及受光器構成的穿透型。

依照此構成時，使表面貼附有保護膠帶的晶圓，其向上之表面以運送用之吸附墊吸附保持而搬入‧搬出之時有効。

此時，已被移載至平台上之晶圓係全面地被載置保持於保持平台的上面，因此能以完成不產生撓曲之姿勢，涵蓋全周受到光感測器之掃瞄。因而，能同時進行晶圓之周緣位置及刻痕或定向標記之檢測。

又，在上述裝置中，以載置半導體晶圓之中心區域的中央載置部、及由外面圍住中央載置部的透明構件形成的環狀之周部載置部構成保持平台，構成可在中央載置部比周部載置部更向上方突出之晶圓搬入搬出狀態與中央載置部和周部載置部為同一面之與半導體晶圓載置狀態之間切換，使中央載置部及周部載置部可相對地昇降。

依照此構成，使表面未貼附有保護膠帶的晶圓，以表面朝向上的姿勢，從背面吸附保持於機器手之前端作成例如馬蹄形之吸附保持部而搬入‧搬出之時有効。

此時，首先，將保持平台之中央載置部作成比周部載置部更向上方突出的晶圓搬入搬出狀態。在此狀態下，將以機器手保持搬入的晶圓移載到突出之小徑的中央載置部。接著，使機器手退避，並使中央載置部及周部載置部相對地昇降。此時，成中央載置部與周部載置部為同一面之晶圓載置狀態。

移載到平台的晶圓係全面地載置保持於保持平台之上面，能以完成不產生撓曲之姿勢，涵蓋全周受到光感測器之掃瞄。因而，能同時進行晶圓之周緣位置及刻痕或定向標記等之檢測。

在上述裝置中，亦可具備光學攝影機，檢測形成於晶圓外周部分之定位部。

依照此構成，屬於晶圓之周緣部分的定位部之刻痕係以保護膠帶覆蓋，同時在該保護膠帶之黏著面蒸鍍金屬等以阻擋光之穿透的情況為有効。

以下，將參照圖面說明本發明之一實施例。

[實施例1]

分別地第1圖顯示本發明相關之半導體晶圓對準裝置的實施例1之前視圖，第2圖顯示其俯視圖。

此例之對準裝置，具備有：保持平台1，載置並吸附保持晶圓W；光感測器2，檢測晶圓W之周緣位置；以及CCD攝影機3，檢測形成於晶圓W之外周的定位用之刻痕n之相位位置。以下，將詳述各構成。此外，CCD攝影機3相當於本發明之光學攝影機。

作為此對準裝置之處理對象的晶圓W，係以覆蓋已形成圖案之表面的方式貼附有保護膠帶的狀態者。此晶圓W係以已貼附保護膠帶的表面朝上的姿勢，藉搬送用之吸附墊等吸附其上面而進行搬入及搬出。

保持平台1係以形成比晶圓W之外形(直徑)更大徑的金屬製圓板構成。此保持平台1介由軌條4引導，同時裝設於利用聯結到馬達等之驅動裝置的螺桿運送驅動機5而朝圖中之前後方向作水平移動之X軸平台6。又，保持平台1係構成可繞作為平台中心的縱軸心Z旋轉。X軸平台6本身介由軌條7引導，同時搭載於利用聯結到馬達等之驅動裝置M的螺桿運送驅動機8而朝圖中之左右方向作水平移動之Y軸平台9。

如第2圖所示，在保持平台1之周方向的複數處(在此例為3處)，朝向平台中心(縱軸心Z)之窄幅狹縫10形成至與載置於保持平台1之晶圓W的外周部重疊之深度。此外，狹縫10並不限定於3個，只要能從通過狹縫10測定之晶圓W的周緣資訊(座標)運算求得晶圓W之外形的個數即可。

光感測器2，如第1圖所示，係使用投光器2a及受光器2b挾持保持平台1而相向的穿透型者。亦即，載置於保持平台1的晶圓W之外周部配備成位於光感測器2之照射區域。此外，光感測器2相當於本發明之光感測器。

其次，將說明利用上述構成之對準裝置的晶圓W之對準處理。

首先，將被搬送用之吸附墊從上面吸附保持而搬入的晶圓W移載至保持平台1。晶圓W經由平台上面之複數個真空吸附孔或環狀之真空吸附溝等而被吸附保持。此時，晶圓W之中心不一定與保持平台1之中心一致，且晶圓外周之刻痕n的相位位置亦為不定。

其次，保持平台1如第9圖所示，藉利用內部所具備的馬達等之驅動機構13，在X軸平台6上繞作為其中心之縱軸心Z旋轉1圈。在此旋轉的期間，從光感測器2之投光器2a照射檢測光。藉由使保持平台1之狹縫10到達光感測器2之照射區域，覆蓋此狹縫10之晶圓周緣部分遮蔽受光器2b。將此時根據被遮蔽之面積或座標的檢測資訊及狹縫10之相位位置資訊儲存在作為控制部14所具備的記憶部的記憶體15中。

根據各狹縫10之晶圓周緣位置的檢測資訊及相位位置資訊，晶圓之中心位置及晶圓之中心位置的X軸座標(前後方向)和Y軸方向(左右方向)相對於平台中心位置的偏差利用控制部14所具備的運算處理部16求得。

控制部14僅由已求得的X軸座標及Y軸方向的偏差來移動控制X軸平台6及Y軸平台9，以進行晶圓W之中心對準(定心)。

另一方面，與光感測器2測定晶圓周緣位置之同時，亦進行CCD攝影機3之攝影。此時，利用CCD攝影機3檢測刻痕n之相位位置，此檢測資訊被發送到控制部14而儲存在記憶體15。

控制部14藉由預先已儲存之晶圓W的基準影像資料與利用實測所拍攝的實際影像資料之比較，例如圖案對照而算出刻痕n之偏差(角度)。一方面利用此算出結果，一方面與晶圓W之定心處理並行，對保持平台1作旋轉控制，以將刻痕n移動修正到基準相位位置。

藉由以上，完成對準處理，已被定位的晶圓W藉搬送用之吸附墊從上面吸附保持而從保持平台1搬出。

[實施例2]

分別地，第3圖顯示此實施例之對準裝置的前視圖。第4圖顯示其俯視圖。

此實施例之對準裝置與上述實施例1比較，在晶圓W之搬送形態及保持平台1之構成有差異。

作為此實施例之處理對象的晶圓W係以已形成有圖案的表面朝上的姿勢，使其下面(背面)被吸附於機器手11之前端所具備的馬蹄形之吸附保持部11a而進行搬入搬出的形態。

保持平台1以形成比晶圓W之外形(直徑)更大徑的金屬製(非透明)之圓板構成。此保持平台1介由軌條4引導，同時具備於藉聯結到馬達等之驅動裝置的螺桿運送驅動機5而朝圖中之前後方向作水平移動之X軸平台6的內部。保持平台1係裝設成藉馬達等之驅動裝置而可繞作為平台中心的縱軸心Z旋轉。X軸平台6本身介由軌條7引導，同時搭載支撐於藉聯結到馬達等之驅動裝置M的螺桿運送驅動機8而朝圖中之左右方向作水平移動之Y軸平台9。

如第4圖所示，在保持平台1之周向的複數處(在此例為3處)，朝向平台中心(縱軸心Z)之窄幅狹縫10形成至與載置於保持平台1之晶圓W的外周部重疊之深度。又在保持平台1上下貫通形成有可使機器手11的吸附保持部11a上下插拔之形狀的缺口12。

如同實施例1，光感測器2使用投光器2a及受光器2b挾持保持平台1而相向的穿透型者。亦即，載置於保持平台1的晶圓W之外周部定位而配備成位於光感測器2之檢查區域。

實施例2之對準裝置係如以上的方式構成，其次，將說明此對準裝置的對準處理。

首先，保持晶圓W並移動到保持平台1之上方的機器手11下降而插入保持平台1之缺口12。其後，解除吸附保持部11a之真空吸附並將晶圓W移載到平台上。此外，此時，以晶圓W之刻痕n重疊於機器手11之臂上的方式，在晶圓供給對象之前行程預先進行晶圓對準。

已移載的晶圓W被吸附保持於平台上，同時機器手11水平地後退而從缺口12脫離。

其次，保持平台1在X軸平台6上藉內部所具備的未圖示之馬達等之驅動機構13，繞作為其中心之縱軸心Z旋轉1圈。在此旋轉的期間，從光感測器2之投光器2a照射檢測光。藉由使保持平台1之狹縫10到達光感測器2之照射區域，覆蓋此狹縫10之晶圓周緣部分遮蔽受光器2b。將此時根據被遮蔽之面積或座標的檢測資訊及狹縫10之相位位置資訊儲存於控制部14所具備作為記憶部的記憶體15中。

根據各狹縫10之晶圓周緣位置的檢測資訊及相位位置資訊，晶圓之中心位置、及晶圓之中心位置的X軸座標(前後方向)及Y軸方向(左右方向)相對於平台之中心位置的偏差藉控制部14所具備的運算處理部16求得。

控制部14僅由求得的X軸座標及Y軸方向的偏差來移動控制X軸平台6及Y軸平台9，以進行晶圓W之定中心(定心)。

另一方面，在光感測器2之晶圓周緣位置檢查同時，於缺口12之範圍內的刻痕n之相位位置藉光感測器2檢測。將此檢測資訊儲存於控制部14之記憶體15。

控制部14根據刻痕n之檢測資訊，從預先設定的基準相位位置算出刻痕n之偏差(角度)，與晶圓W之定心處理並行而對保持平台1作旋轉控制。藉由此旋轉控制，將刻痕n移動修正到基準相位位置。

藉由以上，完成對準處理，水平地插入缺口12而進行上昇作動之機器手11，從下面吸附保持被定位的晶圓W而從保持平台1搬出。

此外，晶圓W的刻痕n之部分以保護膠帶覆蓋，在其黏著面蒸鍍金屬等以阻擋光之穿透的情況，以利用CCD攝影機3取代光感測器2為較佳。亦即，構成上係以CCD攝影機3拍攝刻痕n之部分，利用影像解析以求得刻痕n。此構成之情況，將光照射在刻痕n之部分，以CCD攝影機3拍攝其反射光，因應亮度變化求得刻痕n為更佳。更佳為在挾持刻痕n與CCD攝影機3相向的位置，配備白色的板。依照此構成，可取得強調晶圓W之外形的影像，而容易限定刻痕n之部分。

[實施例3]

第5圖係顯示此實施例之對準裝置的前視圖。

此實施例之對準裝置之處理對象的晶圓W係在已形成圖案之表面貼附有保護膠帶的狀態者。此晶圓W係以已貼附保護膠帶的表面朝上的姿勢，藉搬送用之吸附墊等吸附其上面而進行搬入搬出。

保持平台1係以形成比晶圓W之外形(直徑)更大徑的玻璃或聚碳酸酯等之透明樹脂材形成的硬質透明構件所製成的圓板構成。在此保持平台1之上面形成有複數個真空吸附孔或環狀之真空吸附溝等以吸附保持晶圓W之構成。

又，如同上述實施例1，保持平台1介由軌條4引導，同時裝備於藉聯結到馬達等之驅動裝置的螺桿運送驅動機5而朝圖中之前後方向作水平移動之X軸平台6。又，保持平台1裝設成可藉馬達等之驅動裝置，繞作為平台中心的縱軸心Z旋轉。X軸平台6本身介由軌條7引導，同時搭載支撐於利用聯結到馬達等之驅動裝置M的螺桿運送驅動機8而朝圖中之左右方向作水平移動之Y軸平台9。

如同實施例1，光感測器2係使用投光器2a及受光器2b挾持保持平台1而相向的穿透型者。亦即，載置於保持平台1的晶圓W之外周部定位而配備成位於光感測器2之照射區域。

依照此構成，在保持平台1完全接觸晶圓W之背面全體而載置保持的狀態下，一面旋轉保持平台1，一面可從投光器2a照射檢測光。因而，在此狀態下透過保持平台1的檢測光以受光器2b受光，可同時檢測晶圓全周之周緣位置及刻痕n之相位位置。

根據此等檢測資訊，算出晶圓的中心位置相對於平台之中心位置的偏差、及與刻痕n之基準相位位置的偏差，如同上述各實施例，進行晶圓之對準。

[實施例4]

分別地第6圖顯示此實施例之對準裝置的前視圖。第7圖顯示其俯視圖。

作為此實施例之對準裝置之處理對象的晶圓W係以形成有圖案的表面朝上的姿勢，使其下面(背面)被吸附於機器手11之前端所具備的馬蹄形之吸附保持部11a而進行搬入搬出的形態。

保持平台1全體係形成比晶圓W之外形(直徑)更大徑。又，如同上述各實施例，介由軌條4引導，同時裝備於利用聯結到馬達等之驅動裝置的螺桿運送驅動機5而朝圖中之前後方向作水平移動之X軸平台6。又，保持平台1係裝設成可繞作為平台中心的縱軸心Z旋轉。X軸平台6本身介由軌條7引導，同時搭載支撐於藉聯結到馬達等之驅動裝置M的螺桿運送驅動機8而朝圖中之左右方向作水平移動之Y軸平台9。

如第7圖所示，保持平台1係由：金屬製成的小徑之中央載置部1A、及由玻璃或透明聚碳酸酯等之透明樹脂材製成的硬質之透明構件形成的周部載置部1B所構成。

中央載置部1A在機器手11之前端所具備的馬蹄形之吸附保持部11a被設定為可卡合之直徑。又，周部載置部1B構成可昇降。即，可構成在如第8圖所示，周部載置部1B下降而中央載置部1A向上方突出之晶圓搬入搬出狀態，與如第6圖所示，中央載置部1A及周部載置部1B為同一面之晶圓載置狀態之間切換

如同實施例1，光感測器2係使用投光器2a與受光器2b挾持保持平台1而相向的穿透型者。亦即，載置於保持平台1的晶圓W之外周部定位而配備成位於光感測器2之照射區域。

依照此構成，首先如第8A圖所示，周部載置部1B下降。此時，係為中央載置部1A向上方突出的晶圓搬入搬出狀態。在此狀態下，晶圓W藉由機器手11被搬入至保持平台之上方。

其次，如第8B圖所示，一方面解除吸附保持部11a之吸附，一方面機器手11下降，晶圓W被移載到中央載置部1A。其後，周部載置部1B上昇至與中央載置部1A為同一面之晶圓載置狀態。在此狀態下，晶圓W之背面全體與保持平台1接觸而被保持。

旋轉載置保持晶圓W之保持平台1，從投光器2a照射檢測光。以受光器2b接受透過周部載置部1B的檢測光，藉此，可檢測晶圓全周之周緣位置及刻痕n之相位位置。

根據此等檢測資訊，算出晶圓的中心位置相對於平台之中心位置的偏差，及與刻痕n之基準相位位置的偏差，如同上述各實施例，進行晶圓之對準。

本發明並不限定於上述之實施例，亦可如下列變形而實施。

在上述各實施例中，雖然係在已形成圖案的晶圓W之表面貼附保護膠帶者作為處理對象，但是亦可如以下之構成。

實施例2-4之構成的對準裝置係以機器手11前端之吸附保持部11a吸附晶圓W之背面而可搬送之構成，因此亦可適用於未貼附保護膠帶之晶圓單體的對準處理。

又，上述實施例1中，在預先對準使晶圓W之刻痕n位於狹縫10之部分的狀態下載置於保持平台1之情況，亦可不使用CCD攝影機3而僅利用光感測器2來檢測刻痕n。

本發明在不違離其思想或本質之下可以其他具體的形式實施，因而顯示本發明之範圍者並非以上之說明，而需參照附加之申請專利範圍。

W．．．晶圓

1．．．保持平台

2．．．光感測器

3．．．CCD攝影機

4．．．軌條

5．．．螺桿運送驅動機

6．．．X軸平台

M．．．驅動裝置

8．．．螺桿運送驅動機

9．．．Y軸平台

10．．．狹縫

2a．．．投光器

2b．．．受光器

13．．．驅動機構

14．．．控制部

15．．．記憶體

16．．．運算處理部

n．．．刻痕

11．．．機器手

11a．．．吸附保持部

12．．．缺口

1A．．．中央承載部

1B．．．周部承載部

Z．．．縱軸心

雖然為了說明本發明而圖示有目前認為較佳之若干個形態，但是須了解，本發明並不限定於圖示之構成及配置。

第1圖係顯示實施例1之對準裝置的局部剖開前視圖。

第2圖係顯示實施例1之對準裝置的保持平台之俯視圖。

第3圖係顯示實施例2之對準裝置的局部剖開前視圖。

第4圖係顯示實施例2之對準裝置的保持平台之俯視圖。

第5圖係顯示實施例3之對準裝置的局部剖開前視圖。

第6圖係顯示實施例4之對準裝置的局部剖開前視圖。

第7圖係顯示實施例4之對準裝置的保持平台之俯視圖。

第8A、B圖係顯示實施例4之對準裝置中晶圓之移載過程之前視圖。

第9圖係各實施例之對準裝置的方塊圖。

1．．．保持平台

2．．．光感測器

2a．．．投光器

2b．．．受光器

4．．．軌條

5．．．螺桿運送驅動機

6．．．X軸平台

7．．．軌條

8．．．螺桿運送驅動機

9．．．Y軸平台

10．．．狹縫

W．．．晶圓

M．．．驅動裝置

Z．．．縱軸心

Claims (7)

1. 一種半導體晶圓對準裝置，係根據半導體晶圓之周緣資訊進行對準的半導體晶圓對準裝置，該裝置包含以下之構成要素：保持平台，具有該半導體晶圓之外形以上之大小，並且以透明構件構成至少晶圓外周部分之載置區域，且吸附保持該半導體晶圓；穿透型光感測器，其係由從上下挾持該保持平台而相向配置的投光器及受光器形成，且構成為穿透型，以光學方式檢測被載置且吸附保持於該保持平台的該半導體晶圓之周緣位置；驅動機構，使該保持平台旋轉；及控制部，根據該光感測器之檢測結果進行半導體晶圓之對準；該保持平台係由中央載置部和環狀周部載置部所構成，該中央載置部係吸附保持該半導體晶圓之中心區域，該環狀周部載置部係由從外側圍住該中央載置部以吸附保持該半導體晶圓的透明構件所構成，該中央載置部及該周部載置部係構成為可相對地昇降，以切換成該中央載置部比該周部載置部更向上方突出之晶圓搬入搬出狀態、與該中央載置部及該周部載置部成為同一面的半導體晶圓載置狀態。
2. 如申請專利範圍第1項之半導體晶圓對準裝置，其中在該保持平台之周向的複數處具有面對所載置之該半導體 晶圓之外周部的狹縫，該穿透型光感測器係由挾持該狹縫而相向配置的投光器及受光器形成。
3. 如申請專利範圍第1項之半導體晶圓對準裝置，其中在該保持平台形成有缺口部，以供該半導體晶圓搬送用之機器手的前端所具備的吸附保持部可上下插拔。
4. 如申請專利範圍第3項之半導體晶圓對準裝置，其中該保持平台之該缺口部係貫通該保持平台之上下而形成。
5. 如申請專利範圍第1項之半導體晶圓對準裝置，其中該保持平台之該透明構件係以玻璃構成。
6. 如申請專利範圍第1項之半導體晶圓對準裝置，其中該保持平台之該透明構件係以聚碳酸酯構成。
7. 如申請專利範圍第1項之半導體晶圓對準裝置，其中該裝置包含以下構成要素：光學攝影機，用於檢測形成於晶圓外周部分之定位部。