TWI633611B

TWI633611B - 晶圓邊緣的測量與控制

Info

Publication number: TWI633611B
Application number: TW106131317A
Authority: TW
Inventors: 柯莫布萊克
Original assignee: 應用材料股份有限公司
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2018-08-21
Also published as: US20180033667A1; KR20150005554A; CN107742613B; US9786537B2; WO2013162842A1; KR102073802B1; TWI625804B; CN104137249B; TW201347063A; CN107742613A; CN104137249A; US20130287536A1; TW201802982A; US10483145B2

Abstract

在此提供之裝置與方法係用於在不進行固體接觸下，進行一基材的定位及/或旋轉，像是藉由使該晶圓浮動於一氣體薄層上。因為與一處理腔室之多數元件之間並無固體接觸，因此使用該晶圓上的多數特徵決定晶圓位置與旋轉速度。多數封閉迴路控制系統係具備多數電容性感測器，以監測該晶圓邊緣於一水平平面中的位置。多數控制系統也可以監測當一晶圓旋轉時，一晶圓特徵的位置，像是監測該晶圓邊緣中的一凹口。因為一凹口的存在可能中斷面向該晶圓邊緣的多數感測器，因此提供降低或消除此中斷情形的方法與裝置。

Description

晶圓邊緣的測量與控制

本發明之各種態樣一般而言與在半導體裝置製造期間，於一處理腔室中進行一基材之定位及/或旋轉的方法與裝置有關。

積體電路係一種複雜的裝置，可在一單一晶片上包含百萬個電晶體、電容器與電阻。晶片設計不斷的需要更快的電路設計與更高的電路密度，並因此要求越來越精準的製造程序。

在某些製造程序中，像是離子佈植法，在該基材上的多數薄膜層將發展高度的內部應力。為了釋放該應力並控制該等薄膜性質與均勻性，使該薄膜進行一熱處理，像是退火程序。快速熱處理（RTP）腔室使多數基材經歷高度控制的熱循環，像是在小於10秒內使一基材加熱超過1000°C。RTP釋放該等薄膜層中的應力，同時也可以用於調整多數薄膜性質，像是改變該薄膜的密度或該等電氣特徵。

然而，RTP處理跨及該基材表面可能造成非均勻加熱，特別是在該基材與其他元件接觸的位置，像是與一基材支座或一支座環接觸處。例如，在許多晶圓（基材）處理系統中，該晶圓處理器可能包含與該晶圓接觸之一組件。這在該被處理晶圓需要旋轉時是有利的，因為該位置與旋轉速度可利用在該晶圓處理器或旋轉器中所設計的多數特徵所控制。但是由於該晶圓接觸所造成之該晶圓非均勻加熱將形成多數問題。

據此，已經發展多種系統以在一退火處理期間，在不與該晶圓直接接觸下進行一晶圓的支撐、定位與旋轉。指定給Applied Materials, Inc.的美國專利號8,057,602與8,057,601敘述在一空氣薄層上浮動、定位及旋轉一晶圓的裝置與方法，該等專利係藉由引用形式而整體併入本文。因為該晶圓不再與其他系統元件直接固體接觸，因此需要多數精確的感測器與控制系統，以監測並控制該晶圓之位置與旋轉兩方。

對於非接觸晶圓定位而言，已經使用光學感測器監測該晶圓外部邊緣的位置。然而，當暴露於嚴峻的腔室條件時，由於高溫暴露（在某些情況中超過1000°C）或由於處理氣體遺留沈積於該光學元件上的因素，該等光學感測器便產生可靠性的問題。此外，需要一種可靠的解決方式，以追蹤並控制晶圓旋轉。在過去，已經使用一晶圓外部邊緣上的一凹口，進行該等晶圓於處理腔室中的定向。然而，如果在非接觸晶圓定位系統中使用具凹口之晶圓時，可能在該凹口旋轉通過一光學感測器之視野時引起錯誤。無論一光學感測器於何時「見到」該凹口，一系統控制器係嘗試使該晶圓「重新位於中央」，並誤移該晶圓離開中央。當該特定感測器見到該實際邊緣時，便提示另一校正。因此，存在對於非直接固體接觸之晶圓，進行定位與旋轉之改良裝置與方法的需求。

提供用於進行一晶圓定位及/或旋轉的裝置與方法。在一具體實施例中，提供一種在一處理腔室中進行一基材定位與旋轉的方法，該方法包括：利用位於一處理腔室之一內部空間中的一基材定位組件，支撐一基材，其中該基材於一外部直徑邊緣上具有非均勻性，而該處理腔室具有分別指至該基材第一與第二邊緣部分的第一與第二感測器，及用於監測該基材旋轉之一旋轉感測器；旋轉該基材；利用該第一與第二感測器測量該基材的位置；利用該旋轉感測器，決定指示在該基材外部直徑邊緣上該非均勻性之位置的數值；及控制該基材的旋轉，因此該非均勻性並不通過該第一或第二感測器任一者的視野。

在進一步具體實施例中，該方法進一步包括利用與一控制系統連接之一第一組致動器，控制該基材於該X與Y方向中的位置；及利用與該控制系統連接之一第二組致動器，控制該基材的旋轉，其中該第二組致動器對該基材施加一扭矩，且該控制系統測量該非均勻性的位置。在其他具體實施例中，該非均勻性包含在該基材外部直徑邊緣上的一凹口，該第一感測器測量該基材於該X方向中的位置，該第二感測器測量該基材於該Y方向中的位置，而該旋轉感測器以相關該Z軸之一角度為基礎的相對數值，測量該凹口的位置。而在其他具體實施例中，該旋轉感測器包括一相機。在其他具體實施例中，該第一與第二感測器包括位於該相同X-Y平面上之電容性感測器，該方法進一步包括利用一第三電容性感測器，於該基材Z方向中測量該基材相離由該第一與第二感測器構成之該X-Y平面的距離，其中該第三電容性感測器位於相同的x-y平面上的第一感測器和第二感測器之間且該第三電容性感測器係徑向朝內定位，因此該基材邊緣並不落於該第三感測器的視野之中。

在另一具體實施例中，提供一種在一處理腔室中進行一基材定位與旋轉的方法，該方法包括：利用位於一處理腔室之一內部空間中的一基材定位組件，支撐一基材，其中該基材於一外部直徑邊緣上具有非均勻性部分，而該處理腔室包括：一第一感測器，該第一感測器指至該基材之一第一邊緣部分；一第二感測器，該第二感測器指至該基材之一第二邊緣部分；一旋轉感測器，該旋轉感測器用於監測該基材的旋轉；及一控制系統，該控制系統與該第一感測器及該第二感測器和旋轉感測器電氣連接；該方法亦包括利用該第一與第二感測器測量指示該基材一位置之一或更多個數值；利用與該控制系統連接之一第一組致動器，定位該基材；利用與該控制系統連接之一第二組致動器，旋轉該基材，其中該第二組致動器對該基材施加一扭矩；使用旋轉感測器測量指示該基材外部直徑邊緣上該非均勻性部分位置的數值；及決定該非均勻性部分何時會通過該第一或第二感測器中的一或多個之視野的時間，以減少該基材定位步驟的中斷。

在進一步具體實施例中，該非均勻性部分包含在該基材外部直徑邊緣上的一凹口，該第一感測器測量該基材於該X方向中的位置，而該第二感測器測量該基材於該Y方向中的位置。在更多的具體實施例中，該控制系統使用該旋轉感測器，以相關該Z軸之一角度為基礎的相對數值，測量該凹口的位置。而在其他具體實施例中，該控制系統使用該旋轉感測器，決定該基材之每分鐘旋轉次數（RPM）。仍在其他具體實施例中，該第一與第二感測器包括位於該相同X-Y平面上之電容性感測器，該方法進一步包括利用一第三電容性感測器，於該基材Z方向中測量該基材相離由該第一與第二感測器構成之該X-Y平面的距離，其中該第三電容性感測器係定位於相同X-Y平面中之第一感測器與第二感測器之間的，而該第三電容性感測器係徑向朝內定位，因此該基材邊緣並不落於該第三感測器的視野之中。在其他具體實施例中，該旋轉感測器包括一相機。

對於另一具體實施例而言，提供一種在一處理腔室中進行一基材定位與旋轉的方法，該方法包括：利用位於一處理腔室之一內部空間中的一基材定位組件，支撐一基材，其中該基材於一外部直徑邊緣上具有非均勻性部分，而該處理腔室包括：一第一感測器，該第一感測器指至該基材之一第一邊緣部分；一第二感測器，該第二感測器指至該基材之一第二邊緣部分；及一控制系統，該控制系統與該第一感測器及該第二感測器電氣連接；該方法亦包括利用該第一與第二感測器測量指示該基材一位置之一或更多個數值；利用與該控制系統連接之一第一組致動器，定位該基材；利用與該控制系統連接之一第二組致動器，旋轉該基材，其中該第二組致動器對該基材施加一扭矩；藉由決定該基材外部直徑邊緣上該非均勻性部分於何時通過該第一或第二感測器任一之視野的方式，測量指示該非均勻性部分位置的數值；及計算該非均勻性部分將會通過該第一或第二感測器任一之視野的一或更多個估計時間期間，以減少該基材定位步驟的中斷。

在其他具體實施例中，該非均勻性部分包含在該基材外部直徑邊緣上的一凹口，該第一感測器測量該基材於該X方向中的位置，而該第二感測器測量該基材於該Y方向中的位置。在進一步具體實施例中，該控制系統以相關該Z軸之一角度為基礎的相對數值，計算該凹口的估計位置。在其他具體實施例中，該控制系統計算該基材之每分鐘旋轉次數（RPM）。而在進一步具體實施例中，該第一與第二感測器包括位於該相同X-Y平面上之電容性感測器，該方法進一步包括利用一第三電容性感測器，於該基材Z方向中測量該基材相離由該第一與第二感測器構成之該X-Y平面的距離，其中該第三電容性感測器係定位於相同X-Y平面中之第一感測器與第二感測器之間的，而該第三電容性感測器係徑向朝內定位，因此該基材邊緣並不落於該第三感測器的視野之中。

在一不同具體實施例中，提供一種設備以處理一基材，該設備包括：一腔室主體，該腔室主體界定一內部空間；一基材定位組件，該基材定位組件位於該內部空間中，其中該基材定位組件係可以至少於一水平平面中進行一基材的定位與旋轉；一第一電容性感測器，該第一電容性感測器位於該內部空間中，其中該第一電容性感測器係經定位以於一第一邊緣位置處偵測該基材之一邊緣位置；一第二電容性感測器，該第二電容性感測器位於該內部空間中，其中該第二電容性感測器係經定位以於一第二邊緣位置處偵測該基材之該邊緣位置；一第三電容性感測器，該第三電容性感測器位於該內部空間中，該第一與第二電容性感測器之間之一位置處，其中該第三電容性感測器係經定位以偵測該基材之一垂直位置；及一控制器，該控制器與該第一、第二及第三電容性感測器連接，其中該控制器係經編程以決定在該基材之一外部直徑邊緣上之一非均勻性部分，於何時通過該第一電容性感測器之視野的一第一時間期間，並決定該非均勻性部分於何時通過該第二電容性感測器之視野的一第二時間期間。

在進一步具體實施例中，該第一與第二感測器係以90度角度所定位，因此該第一感測器測量該基材於該X方向中的位置，而該第二感測器測量該基材於該Y方向中的位置。在其他具體實施例中，該控制器係經編程以根據該基材外部直徑邊緣上該非均勻性部分於何時通過該第一與第二感測器之個別視野，決定該基材之每分鐘旋轉次數（RPM）。而在其他具體實施例中，該設備進一步包括一旋轉感測器，該旋轉感測器與該控制器連接，並經配置以監測該基材外部直徑邊緣上該非均勻性部分的位置。此外，該旋轉感測器包括一相機。甚至在進一步具體實施例中，該設備包括與該控制器連接並定位之一第一組致動器，以控制該基材於該X與Y方向中的位置。而在另一具體實施例中，該設備進一步包括與該控制器連接並定位之一第二組致動器，以施加一扭矩以控制該基材的旋轉。

在另一具體實施例中，提供一種設備以處理一基材，該設備包括：一腔室主體，該腔室主體界定一內部空間；一基材定位組件，該基材定位組件位於該內部空間中，其中該基材定位組件係可以至少於一水平平面中進行一基材的定位與旋轉；一第一電容性感測器，該第一電容性感測器位於該內部空間中，其中該第一電容性感測器係經定位以於一第一邊緣位置處偵測該基材之一邊緣位置；一第二電容性感測器，該第二電容性感測器位於該內部空間中，其中該第二電容性感測器係經定位以於一第二邊緣位置處偵測該基材之該邊緣位置；一第三電容性感測器，該第三電容性感測器位於該內部空間中，該第一與第二電容性感測器之間之一位置處，其中該第三電容性感測器係經定位以偵測該基材之一垂直位置；及一控制器，該控制器與該第一、第二及第三電容性感測器連接，其中該控制器係經編程以控制該基材的旋轉，因此該基材一外部直徑邊緣上之一非均勻性部分並不通過該第一電容性感測器之視野或該第二電容性感測器之視野。

在進一步具體實施例中，該第一與第二感測器係以90度角度所定位，因此該第一感測器測量該基材於該X方向中的位置，而該第二感測器測量該基材於該Y方向中的位置。在另一具體實施例中，該設備進一步包括一旋轉感測器，該旋轉感測器與該控制器連接，並經配置以監測該基材外部直徑邊緣上該非均勻性部分的位置。在進一步具體實施例中，該旋轉感測器包括一相機。而在另一具體實施例中，該設備進一步包括與該控制器連接並定位之一第一組致動器，以控制該基材於該X與Y方向中的位置。仍在另一具體實施例中，該設備包括與該控制器連接並定位之一第二組致動器，以施加一扭矩以控制該基材的旋轉。

在一不同具體實施例中，提供一種設備以處理一基材，該設備包括：一腔室主體，該腔室主體界定一內部空間；一基材定位組件，該基材定位組件位於該內部空間中，其中該基材定位組件係可以至少於一水平平面中進行一基材的定位與旋轉；一第一電容性感測器，該第一電容性感測器位於該內部空間中，其中該第一電容性感測器係經定位以於一第一邊緣位置處偵測該基材之一邊緣位置；一第二電容性感測器，該第二電容性感測器位於該內部空間中，其中該第二電容性感測器係經定位以於一第二邊緣位置處偵測該基材之該邊緣位置；一第三電容性感測器，該第三電容性感測器位於該內部空間中，該第一與第二電容性感測器之間之一位置處，其中該第三電容性感測器係經定位以偵測該基材之一垂直位置；一旋轉感測器，該旋轉感測器與該控制器連接；及一控制器，該控制器與該第一、第二及第三電容性感測器連接，其中該控制器係經編程以監測在該基材之一外部直徑邊緣上一非均勻性部分的位置。

在進一步具體實施例中，該第一與第二感測器係以90度角度所定位，因此該第一感測器測量該基材於該X方向中的位置，而該第二感測器測量該基材於該Y方向中的位置。在另一具體實施例中，該控制器係經編程決定該基材之每分鐘旋轉次數（RPM）。而在進一步具體實施例中，該旋轉感測器包括一相機。在另一具體實施例中，該設備進一步包括與該控制器連接並定位之一第一組致動器，以控制該基材於該X與Y方向中的位置。在其他具體實施例中，該設備進一步包括與該控制器連接並定位之一第二組致動器，以施加一扭矩以控制該基材的旋轉。

在此討論之多數具體實施例提供進行一基材定位及/或旋轉的裝置與方法，該基材則像是一晶圓。進一步之具體實施例則與不直接固體接觸之基材的位置與旋轉測量及控制有關。（為了建立一非接觸式晶圓支撐系統，可以使用氣體噴嘴以使該晶圓浮動於一氣體、空氣或是其他包含液體之流體的薄層上。替代的，可以使用磁浮機制。）因為不與一處理腔室之多數元件固體接觸，因此可以使用該晶圓上之多數特徵，決定該晶圓位置與旋轉速度。可以使用具備多數感測器之封閉迴路控制系統，以監測於一水平平面中該晶圓的邊緣位置。該等控制系統也可於一晶圓旋轉時監測該晶圓特徵的位置，像是在該晶圓邊緣中的一凹口。因為一凹口的存在可能中斷面向該晶圓邊緣之該等感測器，某些具體實施例則提供減少或消除此中斷的方法與裝置。

可以使用多數具體實施例進行半導體處理，像是進行快速熱處理（RTP）。在需要使來自於多數加熱燈的輻射能量更均勻分散至該晶圓完整區域的加熱應用中，該等具體實施例也是有用的。此外，在某些沈積應用中可能需要旋轉，以使腔室幾何對於沈積均勻性的影響最小化。非接觸（也就是，非固體接觸）系統提供一種遍及該晶圓加熱均勻性的優勢，減少高成本的陶瓷硬體，並減少複雜的平面對準步驟。在化學氣相沈積（CVD）真空腔室中可獲得重要的優勢，在此條件下溫度與流動的均勻性係為關鍵。非接觸式系統允許一晶圓針對於處理氣流與溫度兩者進行旋轉，而不需要移動該等加熱器或多數其他腔室元件。該等具體實施例也可以在需要使一晶圓精確定位，或需要建立溫度均勻性的任何應用中使用。該等具體實施例在某些應用中也可以減少顆粒污染。因此，也可以在預加熱或冷卻階段中使用非接觸式系統，以避免與多數腔室元件的實體接觸而產生顆粒。

該等具體實施例也可使用於多數應用之中，以獲得在非接觸系統中控制或監測一基材或晶圓之角位置的優點。例如，某些應用可從能夠使該晶圓於一處理腔室中一特定位置處，利用該凹口（或是其他非均勻性）成為一完全停止（或是使該晶圓定位）的狀態而獲得好處。可重複性對於產出、處理次數、傳輸次數及/或均勻性的最佳化是重要的。在其他應用中，可利用某些多數特徵（像是該凹口或其他非均勻性）將該晶圓放置於相對於一邊緣環之一特定位置中。而在其他應用中，可以使用一對準器將該晶圓帶至該處理腔室中或從該處理腔室移除。在此情況中，使該晶圓能夠重複對準可提高產出次數。在其他應用中，需要在一特定對準情況下處理一晶圓。例如，當使用雷射進行晶圓退火時，有利的是於直線中或相對於某些特徵移動一雷射，以改善均勻性及/或避免該晶圓破裂或損害該晶圓。對於該領域技術參與人員而言，這些與其他優點都是明確的。

第1圖圖示根據某些具體實施例，於一處理腔室內側一非接觸式基材或晶圓控制系統101之由上往下視圖。如同所圖示，一晶圓110位於一晶圓支座主體124上。該晶圓支座主體124具有位於該晶圓110下方之各種（未圖示）多數流體埠口。在某些具體實施例中，該等流體埠口為氣體噴嘴。該等氣體噴嘴配置於不同方向中，因此可使用氣流支撐、定位及/或旋轉該晶圓110。該等氣體噴嘴與一流體輸送系統132連接，該流體輸送系統132則與一系統控制器136連接。此外，該支座主體124也可由多數嵌入式加熱器所加熱。在某些具體實施例中，可以透過該等氣體噴嘴輸送熱氣。（一氣體埠口之示例配置係圖示於2011年6月2日所申請之同時待決的申請案號13/152,154，該申請案號同樣指定給Applied Materials, Inc.，並藉由引用形式而整體併入本文。利用流體流動進行之示例基材定位組件的詳細敘述則見於美國專利案號8,057,602及8,057,601，該等專利案係藉由引用形式而整體併入本文。）感測器138與140測量該晶圓110之該邊緣於X及Y方向中的位置，並回饋該（等）測量位置做為該控制器136的輸入。該控制器136可以比較該等經測量數值與目標位置的數值，或是與該等目標位置的可接受範圍比較。接著該控制器136可以輸出一命令至一第一組致動器（像是多數流控制閥）以對該晶圓動作，並於該需要方向中移動該晶圓。雖然該晶圓係利用流體流（氣體或液體）進行有效支撐及定位，但由於一近無摩擦系統，該晶圓便具有旋轉的傾向。該控制器136也可以藉由輸出命令至一第二組致動器（像是多數流控制閥）的方式，以對該晶圓110施加一扭矩來控制旋轉的方向或速度。在某些具體實施例中，該系統控制器136執行一封閉迴路控制程序，以控制該晶圓110的位置與旋轉。

在此討論之進一步具體實施例係與測量該晶圓的旋轉有關。在一具體實施例中，可以使用一旋轉感測器190追蹤該晶圓110之角位置及/或旋轉。該晶圓位置可利用從參考位置零（利用靠近該旋轉感測器190位置之該凹口160或是其他非均勻性的位置所描述，可為一電荷耦合裝置（CCD）相機）起算之角度「Θ」（theta）（利用箭頭170所描述）的函數所追蹤。一旋轉感測器190，像是一相機，可在本身的視野中，具有用於偵測該凹口160（或是其他非均勻性）位置之一視野。這允許在該視野中進行該非均勻性160的控制。可以繞著一晶圓定位之區域周圍的一部分，定位多數其他旋轉感測器，以擴大整體視野，最多可包含該完整周圍。旋轉感測器190可以垂直於該晶圓表面所定位，或是定位該晶圓之垂直與該水平平面之間一角度處。

也可以提供光源（未圖示）。例如，該處理腔室可於該晶圓之下方側（或非處理側）提供背光，因此該感測器190可為一種光學偵測器或光線偵測器。此外，可以使用一或更多個雷射束及偵測器做為該旋轉感測器，以偵測該非均勻性160的位置。一雷射偵測器190可以測量從該晶圓表面所反射的光的放射差異，或可以測量光線何時能透過該非均勻性160進行照射。此外，多數鏡面可定位於該腔室中，以引導或反射光線。在某些具體實施例中，可以使用一種雙向鏡。替代的，可以使用多數電容性感測器以監測旋轉或角位置。當使用雷射偵測器或電容性感測器時，該等感測器可以對焦於環繞該非均勻性160可能通過之該周圍的一或更多點上。在此情況中，可以使用一連串旋轉感測器190以決定該晶圓之角位置。

各種形式的感測器可使用於在此揭示之該等控制方法的某些方法，包含該等旋轉控制方法。在某些具體實施例中，多數晶圓邊緣感測組件包括位於該晶圓一側上的多數光源，以及位在該晶圓另一側上的多數光感測器。在其他具體實施例中，可以使用一種逆向感測器配置，以感測該基材的位置或移動，其中多數逆向感測器對該晶圓發光，並測量反射回到該感測器的光。該等感測器較佳的是位相對於該處理側之該晶圓的一側上。在製造環境中，可以證實難以放置多數光學感測器於一腔室之中，其中多數感測電子元件與表面係暴露於嚴峻的腔室條件中或形成材料沈積。例如在某些應用中，可能經歷1000℃或1200℃或更高的溫度。可以使用多數窗口以保護多數光學元件，但該等窗口也可能因為處理氣體的沈積而起霧，使得該等感測器在不常清潔或替換下，造成感測器測量結果偏差或喪失準確性。此外，腔室空間也受到限制。因此，有利的是限制放置在一處理腔室中該等設備的總量。

據此，已經發現可以於非接觸式晶圓系統中使用多數電容性感測器，以在嚴峻條件中獲得高精確測量。第1圖圖示一非接觸式晶圓邊緣測量與控制系統之一具體實施例，其中該等感測器138、140與142包括多數電容性感測器。因為該晶圓由一氣體進行支撐、定位及旋轉，因此使用該晶圓之多數特徵以決定該晶圓位置與旋轉速度。（一般而言對該晶圓增添新的特徵並非一適合的選項。）因此，該晶圓110之該外部直徑邊緣便受到監測，以在一水平平面中控制該晶圓110的位置。

在第1圖中，提供兩感測器138及140分別追蹤該晶圓110於X方向與Y方向中的位置，該X方向與該Y方向定義該水平平面，該晶圓則定位於該水平平面上。應該瞭解到該X方向與該Y方向為相對的，因此可以移動或反轉。此外，定位一第三感測器142以測量該晶圓110與該感測器142之表面之間的距離，該距離則於Z方向或垂直方向中。在第1圖中，該等感測器138、140與142分別位於該支座主體124的切口171、173與172中，因此該等感測器的表面便位於該相同水平X-Y平面中。此平面可與該支座主體124之該表面一致，或與布置於該支座主體124上之多數氣體噴嘴一致。該等感測器138、140與142分別利用電氣引線組件181、183及182連接至該系統控制器136。此外，從該感測器142測量得到之該距離可用於增進該等感測器138及140的精確度。該感測器142相較於該等感測器138與140而言更靠近於該支座主體124之一中點（與該晶圓之一中點192一致），因此該晶圓110邊緣並不進入該感測器142之視野中。該感測器142也可經定位，因此當該晶圓110於箭頭170所示之該方向中旋轉時，該晶圓邊緣之一非均勻部分(如凹口160)並不進入該感測器142之視野。在第1圖中，該感測器142係位於該等感測器138與140之間（於繞著該支座主體124周圍之一方向中），因為如果該晶圓變翹曲時，在該等感測器138與140之間該中點處或靠近該中點處，一單一感測器可以最精確讀取該晶圓與該感測器138與140之該水平平面之間的距離。

在第1圖中，該感測器138定位於繞著該支座主體124周圍，對於該感測器140為90°的分離角度（194）處。該感測器138可做為一X方向感測器，而該感測器140可做為一Y方向感測器。該等感測器138及140可定位於任何方便的分離角度處，除了180°。在第1圖所示該具體實施例中，該等感測器138及140則定位面向該晶圓110之該邊緣，因此該等感測器可以分別偵測在該X與Y方向中的移動。據此，該等感測器138及140定位於沿著一圓之兩位置處，該圓實質上具有與該晶圓110相同的尺寸。換句話說，該等感測器138及140定位於相離於該支座主體124之中點大概等於該晶圓110直徑之半之一距離的兩位置處，該支座主體124之中點則與該晶圓110之一中點192對準。在此佈置中，該晶圓110邊緣是中心對準於該兩感測器138及140上方，因此該每一個感測器之水平感測範圍的中心則對齊於該晶圓110之該邊緣，而該等感測器138及140彼此則以相對於與該晶圓中心192一致之點的分離角度194分開放置。在第1圖所示之該具體實施例中，該分離角度為90°。（位於該晶圓110下方之每一感測器與切口的部分以點線圖示。）

在第1圖中，該等感測器138及140每一個都垂直面向該晶圓110之一正切線。該等感測器138、140及142則分別位於該支座主體124之該等切口171、173及172中。該等切口具有足夠深度，因此該每一感測器之頂部表面都位於相同水平平面中。在某些具體實施例中，該每一感測器之頂部表面都與該支座主體124之一頂部表面齊平。在其他具體實施例中，該每一感測器之頂部表面都與位於該支座主體124中之多數氣體噴嘴齊平。此外，該等電氣引線組件181及183係分別將該等感測器138及140連接至該系統控制器136。應該瞭解其他的具體實施例也是可行的，像是使該等感測器138及140面朝向該晶圓110之該邊緣相離該晶圓110之周圍外側一位置處。選擇上，在該支座主體124上，該等電容性感測器138、140與142上方可放置一（未圖示）窗口。該窗口可由石英所製成，並具有開口以調節來自於該等流體埠口之流體流。

第2圖圖示一電容性感測器202之一具體實施例的由上往下視圖，該電容性感測器202可於第1圖中使用。該電容性感測器202具有一感測器電極208，該感測器電極208由一絕緣器元件206所環繞，該絕緣器元件206由一防護電極204所環繞。引線210與該防護電極204連接，而引線212與該感測器電極連接。該等電氣引線可被包裹於一電氣引線組件240中，該電氣引線組件240提供該等個別引線絕緣包覆。該等引線210及212可與該系統控制器136連接。當對該防護電極204施加一電壓時，在該防護電極與該感測器電極之間產生一電磁場，並可從該引線212偵測一電壓。該電容數值則由覆蓋該磁場之有效區域所決定。在該晶圓110並未進行電氣接地下，當該晶圓110進入該電容性感測器202之視野中，便改變該磁場並影響該電壓測量。因此，該電容性感測器202可以測量該晶圓110邊緣覆蓋該感測器202之一覆蓋比率作為電壓。此外，該Z方向感測器142可以藉以決定該晶圓邊緣相離該等感測器138及140多遠，因而決定代表該特定距離的數值的方式，改善該等邊緣感測器138與140的精確性。（可由該系統控制器136進行測量與計算，該系統控制器136傳送一輸出至該流體輸送系統132，以控制一或更多個致動器，以影響該晶圓110於該X及/或Y方向中的位置。在某些具體實施例中，一第一組致動器係為流控制閥，用以控制傳送至該支座主體124上該等噴嘴的流體總量。）

然而，因為該晶圓110也同時進行旋轉（參考箭頭170），因此需要追蹤該旋轉的測量系統。該晶圓之該等外部直徑邊緣一般而言並不均勻。第1圖圖示具有一凹口160或其他特徵之一晶圓。該凹口160可為大約1.5-2 mm直徑的半圓。該等凹口也可以具有其他形狀，像是三角「V」形或是方形。替代的，某些圓形晶圓於其周圍的一部分上具有一平坦邊緣。可監測該非均勻性特徵以決定該晶圓110之旋轉速度，像是監測該凹口160。但是，當該凹口旋轉穿過一邊緣感測器之視野時，便引入一錯誤至該定位控制系統。由該凹口測量所形成的錯誤可能使該控制系統嘗試並使該晶圓「重新位於中央」，而此動作實際上移動該晶圓偏離中央。一旦該凹口已經通過該感測器，該感測器再次監測該晶圓的真實邊緣，並提示另一校正。因此需要多數系統、裝置與方法以減少或消除因為該晶圓邊緣非均勻性部分的旋轉移動所造成的定位錯誤。

第3圖至第5圖提供多種示例控制方法之具體實施例，該等示例方法可以與第1圖之該裝置（或其他適合裝置）一起使用，以測量並控制該晶圓110的旋轉。在第3圖中，提供一控制方法300，其中使用一第四感測器190決定該晶圓凹口160或其他非均勻性部分的位置（步驟350），而該控制器136藉由前後反轉該旋轉的方式控制該晶圓之該角位置及/或旋轉，因此該凹口160並不通過任何邊緣感測器之視野（步驟360）。感測器190可為一相機，與該系統控制器136連接，當該凹口160繞著該晶圓110旋轉時，追蹤該凹口160的位置，並以一角度theta的函數表示。在某些具體實施例中，該相機190可由一窗口所保護。在進一步具體實施例中，該相機190可為於該處理腔室外側。也可以使用其他感測器形式，該等感測器並不追蹤該凹口160的完全移動。例如可以繞著該支座主體124之周圍定位複數個光學或電容性追蹤感測器（未圖示），以在該凹口通過該等追蹤感測器的位置時進行追蹤，因此該控制器136可以在該凹口160（或其他非均勻性）進入該等邊緣測量感測器138或140之一的視野之前，反轉該晶圓110的旋轉。也可以計算旋轉速度及/或加速度，以協助此處理。在另一可能具體實施例中，可以減少該等感測器138與140之間之該分離角度194，以提供較大的晶圓110旋轉移動範圍。

在方法300中，一第一步驟310將一晶圓定位於一處理腔室中一晶圓支座組件上，該晶圓於其邊緣上具有一凹口或其他非均勻性，該處理腔室具有X、Y與Z方向感測器與第一及第二組流體埠口（像是與流控制閥流體連通之多數氣體噴嘴）。在步驟320中，啟動氣流通過該第一與第二組氣體埠口，且該晶圓係位於該晶圓支座組件上方一距離的一非接觸位置中。在步驟330中，該控制器136執行一封閉迴路控制系統，以利用該等感測器測量該晶圓位置，並利用該第一組氣體埠口控制該晶圓位置。在步驟340中，該控制器136利用該第二組氣體埠口旋轉該晶圓，同時利用該第一組氣體埠口維持該晶圓位置的控制。如以上敘述，在步驟350中，該控制器136利用一第四感測器190決定該凹口160的位置，而在步驟360中前後反轉該晶圓110的旋轉，因該凹口並不通過該X或Y感測器之任一者的視野。該第四感測器190可為一旋轉感測器，像是相機。可使用該第四感測器190控制該凹口160之角位置。此外，該第四感測器190可以具有一視野，而該凹口160之角位置可經控制以保持在該第四感測器190之視野之中。此外，可以使用更多旋轉感測器以擴大該整體視野，因此凹口160受到控制以保持在該整體視野之中。

第4圖描述根據其他具體實施例之另一控制方法400。在方法400中，步驟410-450與第3圖中該等對應步驟相同。然而在步驟460中，該系統控制器136決定該凹口何時通過該X感測器138之視野，以及決定該凹口何時通過該Y感測器140之視野，因此該控制演算法可以忽略因為該凹口或其他非均勻性通過所造成的測量中斷，藉此減少或消除該定位控制迴路中的中斷。在此具體實施例中，該控制器136可以使用一第二組致動器（像是控制閥）以控制提供至該第二組氣體埠口的流體流，該流體流影響對該晶圓110施加之扭矩。據此，該控制器136可以在該晶圓110旋轉時，控制該晶圓110的角位置、角速度及/或加速度。在某些具體實施例中，該控制器136根據由該第四感測器190進行之凹口偵測頻率計算RPM。如以上討論，該第四感測器190可為一相機，或可以是一光學或電容性感測器組，以測量該凹口偵測的頻率。接著，該控制器136可以計算該凹口160或其他非均勻性分別預計通過該X感測器138或Y感測器140之任一者之視野的時間。接著，一控制演算法可以使因為該凹口通過該任意邊緣感測器之視野所造成的中斷最小化，或消除該等中斷。

此外，可以使用該等感測器138及140之一或兩者以決定該RPM計算及決定該旋轉方向。也可以根據影響晶圓旋轉之該第二組致動器的輸出得知該方向。利用已知的RPM及方向資訊，該系統控制器136使用此旋轉速度測量以計算並預測可以該X與Y感測器兩者將於何時經歷到下一次的「干擾」。接著，該定位控制演算法可以使用此預測，以在預期發生干擾的時間段中（也就是當該凹口160通過該感測器時），忽略或最小化來自該X及/或Y感測器的輸入。因此這可達成平滑的X-Y定位控制，而不受到凹口通過的影響。該晶圓110旋轉越快，需要用於忽略該X及/或Y感測器之定位控制演算法所能花費的時間越少。進一步具體實施例保持穩定的RPM獲得穩定的結果，像是不使該晶圓加速或減速的方式。其他具體實施例測量多數加速度數值，接著使用該等已知加速度數值實作有效的過濾。這些方法對於晶圓的整體控制而言提供一種重要的優勢，因為當該定位控制演算法回應一干擾時，由於在該凹口存在期間與之後該等感測器訊號的階梯函數性質(step function nature)，將預期對該定位控制引入不穩定性。忽略該凹口可移除該凹口引起的不穩定性，而不需使該等控制系統的能力為了回應該真實晶圓偏差及定位中斷而進行妥協。真實的晶圓定位中斷相較於該干擾而言，有以較平滑及較緩慢的方式影響該感測器訊號的傾向。

第5圖提供另一控制方法500，以在不使用該第四感測器190的情況下獲得以上討論的優勢。在方法500中，步驟510-540與第3圖及第4圖之該等對應步驟相同。然而在步驟550中，該控制器136根據該凹口160何時通過該X及Y感測器視野決定該凹口160的RPM，而在步驟560中，計算預期該凹口何時通過該X與Y感測器的視野。因此在步驟560中，該控制器136如以上討論減少該定位控制迴路中的中斷。可以以此具體實施例使用一或更多個旋轉感測器。

在以上討論之該等裝置與方法中使用多數電容性感測器相對於使用多數光學感測器而言具有額外的優點，其中該等電容性感測器係更能抵抗高熱及/或材料沈積的嚴峻處理條件，並因此造成較少的感測器偏差。在進一步具體實施例中，當該額外元件的成本被保證提供備援或額外感測的情況下，可以使用更多的感測器數量。例如，在一具體實施例中，提供四個邊緣感測器，該等感測器與相鄰感測器之間以90°角度放置。在一進一步具體實施例中，提供兩個Z感測器，分別放於該支座主體124之相對端。

藉由在給定需要最小及最大感測範圍下選擇感測器尺寸的方式，可以達到設計彈性並提高感測度。例如，相距該晶圓110的一垂直距離應經選擇，以達到良好的感測度。在某些示例中，感測範圍可以像是20 mm或更多。其他具體實施例可以使用從大約2至15 mm的範圍所選擇的垂直距離。然而，在較小距離範圍下電容性感測度則為較佳。在某些示例中，2 mm的距離之電容讀取為11伏特，而15 mm的距離之電容讀取則為2伏特。據此，選擇2 mm的距離以利用建立較大電壓測量範圍的方式提高測量感測度。此外，改變該等感測器與其元件的尺寸可能改變該距離範圍，因此對於不同應用而言具有設計彈性。在另一種用於RTP處理的示例中，該晶圓相離於一反射器平板為0.169英吋或約4.29mm。其他的距離範圍則可以介於大約1至大約6mm之間。

雖然以上討論已經指向本發明之多數具體實施例，但在不背離本發明基本構想下可擬出本發明之其他與進一步具體實施例，而本發明之構想則由下述該等申請專利範圍所界定。

101‧‧‧晶圓控制系統

110‧‧‧晶圓

124‧‧‧支座主體

132‧‧‧液體輸送系統

136‧‧‧控制器

138‧‧‧感測器

140‧‧‧感測器

142‧‧‧感測器

160‧‧‧凹口

170‧‧‧箭頭

171‧‧‧切口

172‧‧‧切口

173‧‧‧切口

181‧‧‧電氣引線組件
182‧‧‧電氣引線組件
183‧‧‧電氣引線組件
190‧‧‧感測器
192‧‧‧中點
194‧‧‧分離角度
202‧‧‧電容性感測器
204‧‧‧防護電極
206‧‧‧絕緣器元件
208‧‧‧感測器電極
210‧‧‧引線
212‧‧‧引線
240‧‧‧電氣引線組件
300‧‧‧方法
310‧‧‧步驟
320‧‧‧步驟
330‧‧‧步驟
340‧‧‧步驟
350‧‧‧步驟
360‧‧‧步驟
400‧‧‧方法
410‧‧‧步驟
420‧‧‧步驟
430‧‧‧步驟
440‧‧‧步驟
450‧‧‧步驟
460‧‧‧步驟
500‧‧‧方法
510‧‧‧步驟
520‧‧‧步驟
530‧‧‧步驟
540‧‧‧步驟
550‧‧‧步驟
560‧‧‧步驟

一更特定的敘述係以參考多數具體實施例所進行，某些則於該等伴隨圖式中所描述，以此方式可詳細瞭解該等陳述特徵。要注意該等伴隨圖式僅描述進行討論之多數示例具體實施例，因此不一定按比例繪製，也不用於限制所主張之構想。

第1圖描述根據某些具體實施例一晶圓控制系統的示意圖。

第2圖描述根據某些具體實施例，於該晶圓控制系統中所使用之一電容性感測器的示意圖。

第3圖描述根據某些具體實施例，一種用於控制晶圓定位與旋轉之方法的流程圖。

第4圖描述根據某些具體實施例，一種用於控制晶圓定位與旋轉之方法的流程圖。

第5圖描述根據某些具體實施例，一種用於控制晶圓定位與旋轉之方法的流程圖。

在不進一步陳述下，本發明係考量一具體實施例之多數特徵係可有利的整合於多數其他具體實施例中。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims

一種用於處理一基材的設備，包含：一腔室主體，界定一內部空間；一基材定位組件，設置於該內部空間中，其中該基材定位組件包含；一第一電容性感測器，設置於該內部空間中，其中該第一電容性感測器係定位成在與該基材的周邊具有相同尺寸的一圓的一第一位置處面向該基材的一切線，以在一第一邊緣位置處偵測該基材的一邊緣的一位置；一第二電容性感測器，設置於該內部空間中，其中該第二電容性感測器係定位成在與該基材的周邊具有相同尺寸的一圓的該第一位置處面向該基材的該切線，以在一第二邊緣位置處偵測該基材的該邊緣的一位置，其中該第一電容性感測器和該第二電容性感測器係繞該圓的周邊以低於180度的一分離角度而定位；一第三電容性感測器，設置於該內部空間中，在該第一電容性感測器與該第二電容性感測器之間之一位置處，係定位成比該第一電容性感測器與第二電容性感測器較接近該基材的寬度的一中點，係定位成使得該基材的的該邊緣不進入該第三電容性感測器的視野，並定位成偵測該基材的一垂直位置；及一旋轉感測器，設置成監控該基材上的一不均勻部分的位置，並跟踪該基材的角位置及/或旋轉；及一燈，設置為向該基材的底側提供背光。
如請求項1所述之設備，其中該第一感測器與該第二感測器係以一90度角度而定位，使得該第一感測器測量該基材於X方向中的該位置，而該第二感測器測量該基材於Y方向中的該位置。
如請求項1所述之設備，其中該旋轉感測器包含一相機。
如請求項1所述之設備，進一步包含一第一組致動器，設置成控制該基材於X與Y方向中的該位置。
如請求項4所述之設備，進一步包含一第二組致動器，設置成施加一扭矩以控制該基材的該旋轉。