TWI681492B - 載台及使用載台之晶圓量測方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種載台及使用載台之晶圓量測方法及裝置；該載台，包括：一載座；一載盤，設於該載座上，可承載一晶圓升降與旋轉；一載盤驅動機構，設有一第一驅動件與一第二驅動件可驅動該載盤旋轉與升降；一第一支承機構，可於一第一高度支承該晶圓；該第一支承機構設有複數個活動支承件，該活動支承件由一旋動件與一懸臂所組成，該旋動件可連動該懸臂在一支承位置與一打開位置間旋轉；一第二支承機構，可於一低於該第一高度之第二高度支承該晶圓；該載盤上升至一量測高度時，該載盤之一上表面高於該第一高度；該載盤下降至一等待高度時，該上表面低於該第二高度。

Description

載台及使用載台之晶圓量測方法及裝置
本發明係有關於一種載台及使用載台之晶圓量測方法及裝置，尤指一種用於承載由機械手移入之晶圓並搬送該晶圓至量測區進行量測之載台及使用載台之晶圓量測方法及裝置。
在半導體化學機械研磨(CMP)製程中，對於化學研磨後之晶圓(Wafer)需進行其膜厚之量測；習知對晶圓進行膜厚量測之量測裝置係先以一機械手移入一晶圓至一量測室內之一載台上，再以該載台上方之一光學量測頭相對該載台位移，對該晶圓上之多個量測位置進行量測；待該光學量測頭量測完該晶圓上之多個量測位置後，該機械手再移入該量測室內將該晶圓自該載台移出該量測室至下一製程；研磨後之複數片晶圓藉由該機械手反覆地移入與移出進行晶圓交換，連續地進行量測。
習知量測裝置之載台，一次僅能承載一片晶圓，故該機械手每一次進出該量測室時，僅能進行該晶圓移入或移出動作之其中之一；換言之，該機械手移入一片晶圓至該量測室內後，該機械手需移出該量測室外等待該晶圓量測完成後，才可再移入該量測室內將該晶圓移出至下一製程，再移入下一片晶圓至該量測室內，如此會增加晶圓交換片之等待時間，導致製程之效率無法提升；此外，習知量測裝置之光學量測頭係在該載台水平位置不變之情形下，在該載台上方相對於該載台位移，對其上之晶圓進行多位置之量測，但該光學量測頭可能因量測精度之需求不同而有不同之 體積與重量，當使用之光學量測頭具有較大之體積與較重之重量時，該光學量測頭之位移亦可能會造成：移動機構之大型化、移動速度緩慢、震動…等不期望之情形，直接或接間地影響製程之效率。
爰是，本發明的目的，在於提供一種可同時承載複數片晶圓之載台。
本發明的另一目的，在於提供一種可提升製程效率之晶圓量測方法。
本發明的又一目的，在於提供一種可提升製程效率之晶圓量測裝置。
依據本發明目的之載台，包括：一載座；一載盤，設於該載座上，可承載一晶圓升降與旋轉；一載盤驅動機構，設有一第一驅動件與一第二驅動件可驅動該載盤旋轉與升降；一第一支承機構，可於一第一高度支承該晶圓；該第一支承機構設有複數個活動支承件，該活動支承件由一旋動件與一懸臂所組成，該旋動件可連動該懸臂在一支承位置與一打開位置間旋轉；一第二支承機構，可於一低於該第一高度之第二高度支承該晶圓；該載盤上升至一量測高度時，該載盤之一上表面高於該第一高度；該載盤下降至一等待高度時，該上表面低於該第二高度。
依據本發明另一目的之晶圓量測方法，包括：使一載台之一設有複數個活動支承件之第一支承機構，以該活動支承件之一旋動件連動一懸臂旋轉至一打開位置；使一機械手提取一晶圓放置於該載台上之一第二支承機構上；使一載盤向上移動以負壓吸附並頂升該晶圓至一量測高度；使一量測頭對該晶圓進行量測；使該第一支承機構之活動支承件，以該旋動件連動該懸臂旋轉至一支承位置；使該載盤解除對該晶圓之負壓吸附並使該載盤向下移動，使該晶圓留置於該第一支承機構之活動支承件上與該載盤分離；使該機械手提取 另一晶圓放置於該第二支承機構上；使該機械手移出該留置於該第一支承機構之活動支承件上之晶圓。
依據本發明又一目的之晶圓量測裝置，包括：用以執行如所述晶圓量測方法之裝置。
本發明實施例之載台及使用載台之晶圓量測方法及裝置，在該量測頭位置固定之情形下，使該載台在該第一位置與該第二位置間移動，分別承載晶圓與對晶圓進行量測，減少了量測頭移動所造成之移動機構之大型化、移動速度緩慢、震動…等影響製程效率之不期望情形發生；且該載台以該載盤之升降配合不同高度之該第一支承機構與該第二支承機構，來分別支承量測完成後之晶圓與由機械手新移入之晶圓，使該載台可同時承載複數片晶圓，減少晶圓交換片之等待時間，以提升整體製程之效率。
A‧‧‧載台
A1‧‧‧載座
A11‧‧‧蓋板
A111‧‧‧鏤孔
A12‧‧‧底板
A13‧‧‧側板
A14‧‧‧罩板
A2‧‧‧載盤
A21‧‧‧轉盤
A211‧‧‧同心凹溝
A212‧‧‧直線凹溝
A213‧‧‧負壓氣口
A22‧‧‧轉軸
A3‧‧‧載盤驅動機構
A31‧‧‧第一驅動件
A32‧‧‧第二驅動件
A33‧‧‧升降台
A331‧‧‧襯套
A332‧‧‧樞軸
A4‧‧‧第一支承機構
A41‧‧‧活動支承件
A411‧‧‧旋動件
A412‧‧‧懸臂
A413‧‧‧防磨件
A42‧‧‧旋轉驅動機構
A421‧‧‧第三驅動件
A422‧‧‧滑塊
A423‧‧‧第一連桿
A424‧‧‧第二連桿
A5‧‧‧第二支承機構
A51‧‧‧固定支承件
A511‧‧‧支撐件
A512‧‧‧支承件
A513‧‧‧防磨件
A6‧‧‧整位機構
A61‧‧‧整位件
A611‧‧‧移動部
A612‧‧‧整位部
A613‧‧‧整位區
A62‧‧‧第四驅動件
A7‧‧‧第一到位檢知機構
A71‧‧‧光學發射器
A72‧‧‧光學傳感器
A73‧‧‧支撐件
A8‧‧‧第二到位檢知機構
A81‧‧‧反射式光學傳感器
A9‧‧‧位置檢知機構
A91‧‧‧特徵檢知傳感器
A92‧‧‧連結件
B‧‧‧搬送機構
B1‧‧‧軌座
C‧‧‧量測機構
C1‧‧‧龍門架
C2‧‧‧第一取像部
C21‧‧‧第一取像部
C22‧‧‧第二取像部
H1‧‧‧第一高度
H2‧‧‧第二高度
I1‧‧‧量測高度
I2‧‧‧等待高度
J‧‧‧罩殼
J1‧‧‧進出口
R‧‧‧機械手
S1‧‧‧第一步驟
S2‧‧‧第二步驟
S3‧‧‧第三步驟
S4‧‧‧第四步驟
S5‧‧‧第五步驟
S6‧‧‧第六步驟
S7‧‧‧第七步驟
S8‧‧‧第八步驟
S9‧‧‧第九步驟
S10‧‧‧第十步驟
S11‧‧‧第十一步驟
S12‧‧‧第十二步驟
W‧‧‧晶圓
W1‧‧‧缺口
圖1係本發明實施例中載台(省略前方罩板)之立體示意圖。
圖2係本發明實施例中載盤升降高度與第一支承機構及第二支承機構高度之示意圖。
圖3係本發明實施例中圖1之俯視示意圖。
圖4係本發明實施例中圖1之前視示意圖。
圖5係本發明實施例中蓋板下方機構(省略底板)配置之示意圖。
圖6係本發明實施例中整位件之立體示意圖。
圖7係本發明實施例中載台在晶圓量測裝置上使用之示意圖
圖8係本發明實施例中晶圓量測裝置量測之步驟。
請參閱圖1、2、3，本發明實施例之載台A設有包括： 一載座A1，其設有包括一蓋板A11、一底板A12、兩個側板A13與兩個罩板A14(為了呈現蓋板下方之機構，圖中省略前方罩板)；該側板A13設於該蓋板A11與該底板A12之間並支撐該蓋板A11與該底板A12保持一定間距；一載盤A2，設於該載座A1上，其可承載一晶圓W升降與旋轉；該載盤A2設有一具有圓型外觀結構之轉盤A21在該蓋板A11之上方，該轉盤A21受一穿經該蓋板A11之一轉軸A22所驅動；該轉盤A21之上表面設有環形的複數環相隔間距之同心凹溝A211，以及複數呈放射狀配置與該同心凹溝A211交叉之直線凹溝A212，該轉盤A21之中間位置設有複數個負壓氣口A213；一載盤驅動機構A3，設於該蓋板A11與該底板A12之間，可驅動該載盤A2升降與旋轉；一第一支承機構A4，可臨時支承該晶圓W於一第一高度H1上，且該載盤A2上升至一量測高度I1時，該載盤A2之上表面高於該第一高度H1；一第二支承機構A5，可臨時支承該晶圓W於一低於該第一高度H1之第二高度H2上，且該載盤A2下降至一等待高度I2時，該載盤A2之上表面低於該第二高度H2；一整位機構A6，設有兩個整位件A61於該載盤A2之兩側，兩整位件A61可受驅動相向地朝該載盤A2方向些微靠近或遠離；一第一到位檢知機構A7，設有一水平發射之光學發射器A71與一水平接收之光學傳感器A72，兩者各設於兩個整位件A61之旁側，且分別受一支撐件A73支撐在約略與該第一高度H1同高之位置；當該晶圓W受支承於該第一支承機構A4上時，該光學發射器A71發射之訊號會受該晶圓W遮斷，使該光學傳感器A72接收不到訊號而判斷該晶圓W到位；一第二到位檢知機構A8，設有反射式光學傳感器A81於該蓋板A11上表面，當該晶圓W受支承於該第二支承機構A5上時，該反射式光學傳感器A81發射之訊 號會受該晶圓W反射，使該反射式光學傳感器A81接收到訊號而判斷該晶圓W到位；一位置檢知機構A9，設有一光學之特徵檢知傳感器A91，可檢知該晶圓W周緣例如缺口W1之特徵。
請參閱圖1、4、5，該載盤驅動機構A3設有一例如馬達之第一驅動件A31與一例如氣壓缸之第二驅動件A32；該第一驅動件A31設於一升降台A33上，該第一驅動件A31與該轉軸A22(圖2)相連並可驅動該載盤A2旋轉；該升降台A33之四個角落位置各設有一襯套A331，其可供樞套於該蓋板A11下方與其連結之四支樞軸A332上；該第二驅動件A32設於該底板A12上，可推動該第一驅動件A31並連動該載盤A2一同升降。
請參閱圖3、4、5，該第一支承機構A4(圖1)設有四個活動支承件A41於該蓋板A11之四個角落位置；各活動支承件A41由一桿狀之旋動件A411與一懸臂A412所組成，該旋動件A411之上端連結該懸臂A412，下端穿經該蓋板A11與一旋轉驅動機構A42相連結；該懸臂A412與該旋動件A411連結之另一端的上表面設有一薄片狀之防磨件A413，其可直接與該晶圓W底面接觸且由較該晶圓W硬度低之材質構成；該旋轉驅動機構A42之數目為兩個且設於該蓋板A11下方之前、後兩側，該旋轉驅動機構A42設有一例如氣壓缸之第三驅動件A421，其上設有兩個滑塊A422可水平相向之靠近或遠離，各滑塊A422與一第一連桿A423之一端樞接，該第一連桿A423之另一端與一第二連桿A424之一端樞接，且該第二連桿A424之另一端樞接於該旋動件A411下端，使該第三驅動件A421可藉由驅動該滑塊A422使其連動該第一連桿A423與該第二連桿A424而將直線運動轉換成旋轉運動，用以驅動該旋動件A411連動該懸臂A412在一支承位置G1與一打開位置G2間旋轉。
請參閱圖3、4、5，該第二支承機構A5(圖1)設有四個固定支承件A51於該蓋板A11上表面之四個角落位置，且在該懸臂A412位於支承位置G1時之下方；各固定支承件A51由一柱狀之支撐件A511與一盤狀之支承件A512所組成，該支承件A512之上表面設有一薄片狀之防磨件A513，其可直接與該晶圓W底面接觸且由較該晶圓W硬度低之材質構成。
請參閱圖5、6，該整位件A61設有一移動部A611與一整位部A612，該移動部A611可受該蓋板A11下方之一例如氣壓缸之第四驅動件A62驅動使兩整位件A61在可該蓋板A11上表面移動；該整位部A612約略在與該第二高度H2(圖2)同高之位置，且該整位部A612對應該晶圓W(圖1)之圓型外觀而設有一弧凹之整位區A613。
請參閱圖1、4，該特徵檢知傳感器A91之上端穿經該蓋板A11之一鏤孔A111而顯露於該蓋板A11上，該特徵檢知傳感器A91之下端與一連結件A92之一端相連，該連結件A92之另一端與該升降台A33之襯套A331相連，使該特徵檢知傳感器A91可與該升降台A33連動升降。
請參閱圖7，本發明實施例之載台A可在如圖所示之晶圓量測裝置上使用，該晶圓量測設有包括：一工作台T，其上設有一罩殼J可罩覆該工作台T上設置之機構，該罩殼J一側開設有一進出口J1，其具有可供一機械手R提取該晶圓W穿經其中之高度與寬度；一搬送機構B，設於該工作台T上，該搬送機構B設有一軌座B1使該載台A可在該軌座B1上平移，該載台A可在一第一位置承載由該機械手R穿經該進出口J1移入之該晶圓W，並搬送該晶圓W至一第二位置進行量測作業；一量測機構C，設有一龍門架C1與一量測頭C2；該龍門架C1設於該工作台T上且位於該軌座B1之一端，該量測頭C2設於該龍門架C1上，當該載台A搬送該 晶圓W至該量測頭C2下方時可對該晶圓W進行量測；該量測頭C2設有一第一取像部C21與一第二取像部C22，該第一取像部C21用於尋找該晶圓W上複數個晶粒(圖未示)之位置，該第二取像部C22用於對各晶粒進行膜厚量測。
請配合參閱圖8，本發明實施例之載台及使用載台之晶圓量測方法及裝置在實施上，包括以下步驟：一第一步驟S1，使該載台A平移至該軌座B1一端之該第一位置，使該活動支承件A41之懸臂A412至打開位置G2；一第二步驟S2，使該機械手R至料倉(圖未示)提取第N片晶圓W，由該罩殼J外穿經該進出口J1伸入至該罩殼J內，將第N片晶圓W放置於該載台A上之固定支承件A51上；其中，N為大於或等於1之自然數；一第三步驟S3，在第N片晶圓W放置於該固定支承件A51上後，兩整位件A61相互靠近，使該整位部A612夾持第N片晶圓W之兩側對其整位以固定其中心位置；一第四步驟S4，使該載盤A2向上移動以負壓吸附並頂升第N片晶圓W離開該固定支承件A51之支承至該量測高度I1，之後對第N片晶圓W進行旋轉；一第五步驟S5，使該位置檢知機構A9之特徵檢知傳感器A91檢知第N片晶圓W周緣之缺口W1的位置，以確認第N片晶圓W之缺口W1方向，如確認完成，則進到下一步驟，如尚未確認完成，則回到該第四步驟S4繼續旋轉第N片晶圓W；一第六步驟S6，使該載台A在該軌座B1上平移至該量測頭C2下方之該第二位置，對第N片晶圓W上之複數個晶粒進行量測；其中，因各晶粒在晶圓W上分佈之位置不同，故該載台A在該量測頭C2下方會進行些微之平移並配合該載盤A2之旋轉來對應不同位置之晶粒檢測； 一第七步驟S7，確認第N片晶圓W之量測是否完成，如完成，則進到下一步驟；如尚未完成，則回到該第六步驟S6繼續對第N片晶圓W進行量測；一第八步驟S8，使該載台A平移回到該第一位置，使該載盤A2停止旋轉並使該活動支承件A41之懸臂A412至支承位置G1；一第九步驟S9，使該載盤A2解除對第N片晶圓W之負壓吸附並使該載盤A2向下移動至其上表面低於該第二支承機構A5之等待高度I2，此時第N片晶圓W會留置於該活動支承件A41上與該載盤A2分離；一第十步驟S10，使該機械手R至料倉提取第N+1片晶圓W，並再次穿經該進出口J1至該罩殼J內，將第N+1片晶圓W放置於該載台A上之固定支承件A51上；一第十一步驟S11，使該機械手R移出該罩殼J後又再次穿經該進出口J1至罩殼J內，提取該活動支承件A41上之第N片晶圓W並將其移出至料倉；一第十二步驟S12，確認料倉內所有批量之晶圓W是否皆完成量測，如確認完成，則結束量測；如尚未完成，則再循環回到該第一步驟S1；其中，當第1片晶圓W進行量測完成並出料之後，因該第2片晶圓W在前述第十步驟S10時已放置於該固定支承件A51上，故若循環至第2片晶圓W之後之量測，可省略該第二步驟S2直接對晶圓W進行整位。
本發明實施例之載台及使用載台之晶圓量測方法及裝置，在該量測頭C2位置固定之情形下，使該載台A在該第一位置與該第二位置間移動，分別承載晶圓W與對晶圓W進行量測，減少了量測頭C2移動所造成之移動機構之大型化、移動速度緩慢、震動…等影響製程效率之不期望情形發生；且該載台A以該載盤A2之升降配合不同高度之該第一支承機構A4與該第二支承機構A5，來分別支承量測完成後之晶圓W與由機械手R新移入之晶圓W，使該載台A 可同時承載複數片晶圓W，減少晶圓W交換片之等待時間，以提升整體製程之效率。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
A‧‧‧載台
A1‧‧‧載座
A11‧‧‧蓋板
A111‧‧‧鏤孔
A12‧‧‧底板
A13‧‧‧側板
A14‧‧‧罩板
A2‧‧‧載盤
A3‧‧‧載盤驅動機構
A4‧‧‧第一支承機構
A5‧‧‧第二支承機構
A6‧‧‧整位機構
A61‧‧‧整位件
A7‧‧‧第一到位檢知機構
A71‧‧‧光學發射器
A72‧‧‧光學傳感器
A73‧‧‧支撐件
A8‧‧‧第二到位檢知機構
A81‧‧‧反射式光學傳感器
A9‧‧‧位置檢知機構
A91‧‧‧特徵檢知傳感器
W‧‧‧晶圓
W1‧‧‧缺口

Claims (16)

  1. 一種載台，包括：一載座；一載盤，設於該載座上，可承載一晶圓升降與旋轉；一載盤驅動機構，設有一第一驅動件與一第二驅動件可驅動該載盤旋轉與升降；一第一支承機構，可於一第一高度支承該晶圓；該第一支承機構設有複數個活動支承件，該活動支承件由一旋動件與一懸臂所組成，該旋動件可連動該懸臂在一支承位置與一打開位置間旋轉；一第二支承機構，可於一低於該第一高度之第二高度支承該晶圓；該載盤上升至一量測高度時，該載盤之一上表面高於該第一高度；該載盤下降至一等待高度時，該上表面低於該第二高度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述載台，其中，該載盤設有一圓型之轉盤，其上表面設有環形的複數環相隔間距之同心凹溝，以及複數呈放射狀配置與該同心凹溝交叉之直線凹溝，該轉盤之中間位置設有複數個負壓氣口。
  3. 如申請專利範圍第1項所述載台，其中，該第一驅動件設於一升降台上，該第一驅動件與一轉軸相連並可驅動該載盤旋轉；該升降台設有複數個襯套，其可供樞套於一蓋板下方與其連結之複數支樞軸上；該第二驅動件設於一底板上，可使該升降台連動該載盤一同升降。
  4. 如申請專利範圍第3項所述載台，其中，該載座上設有一位置檢知機構，其設有一光學之特徵檢知傳感器，可檢知該晶圓周緣之特徵；該特徵檢知傳感器之上端穿經該蓋板之一鏤孔而顯露於該蓋板上，該特徵檢知傳感器之下端與一連結件之一端相連，該連結件之另一端與該升降台相連，使該特徵檢知傳感器可與該升降台一同升降。
  5. 如申請專利範圍第1項所述載台，其中，該活動支承件設於一蓋板上；該旋動件可受一旋轉驅動機構驅動。
  6. 如申請專利範圍第5項所述載台，其中，該旋動件之上端連結該懸臂，下端穿經該蓋板與其下方之該旋轉驅動機構相連結。
  7. 如申請專利範圍第5項所述載台，其中，該旋轉驅動機構設於該蓋板下方，其設有一第三驅動件，其上設有兩個滑塊可水平相向之靠近或遠離，各滑塊與一第一連桿之一端樞接，該第一連桿之另一端與一第二連桿之一端樞接，且該第二連桿之另一端樞接於該旋動件下端，使該第三驅動件可藉由驅動該滑塊使其連動該第一連桿與該第二連桿而將直線運動轉換成旋轉運動，用以驅動該旋動件連動該懸臂旋轉。
  8. 如申請專利範圍第5項所述載台，其中，該第二支承機構設有複數個固定支承件於該蓋板上，且位於該懸臂在該支承位置時之下方；該固定支承件由一柱狀之支撐件與一盤狀之支承件所組成。
  9. 如申請專利範圍第1項所述載台，其中，該載座上設有一整位機構，其設有兩個整位件於該載盤之兩側，該整位件可受一第四驅動件驅動使兩整位件朝該載盤方向靠近或遠離。
  10. 如申請專利範圍第9項所述載台，其中，該整位件設有一移動部與一整位部，該移動部可受該第四驅動件驅動使兩整位件在一蓋板上表面移動；該整位部約略在與該第二高度同高之位置，且該整位部對應該晶圓之圓型外觀而設有一弧凹之整位區。
  11. 一種晶圓量測方法，包括：使一載台之一設有複數個活動支承件之第一支承機構，以該活動支承件之一旋動件連動一懸臂旋轉至一打開位置；使一機械手提取一晶圓放置於該載台上之一第二支承機構上； 使一載盤向上移動以負壓吸附並頂升該晶圓至一量測高度；使一量測頭對該晶圓進行量測；使該第一支承機構之活動支承件，以該旋動件連動該懸臂旋轉至一支承位置；使該載盤解除對該晶圓之負壓吸附並使該載盤向下移動，使該晶圓留置於該第一支承機構之活動支承件上與該載盤分離；使該機械手提取另一晶圓放置於該第二支承機構上；使該機械手移出該留置於該第一支承機構之活動支承件上之晶圓。
  12. 如申請專利範圍第11項所述晶圓量測方法，其中，該機械手提取該晶圓放置於該載台上之第二支承機構上後，兩整位件相互靠近以其整位部夾持該晶圓之兩側對其整位以固定其中心位置。
  13. 如申請專利範圍第11項所述晶圓量測方法，其中，該載盤向上移動至該量測高度後，該載盤旋轉並以一位置檢知機構之特徵檢知傳感器檢知該晶圓周緣之一缺口的位置，以確認該晶圓之缺口方向。
  14. 如申請專利範圍第11項所述晶圓量測方法，其中，該載台可在一軌座上平移至一第一位置承載由該機械手移入之該晶圓，並搬送該晶圓至該量測頭下方之一第二位置對該晶圓進行量測。
  15. 如申請專利範圍第11項所述晶圓量測方法，其中，該量測頭設有一第一取像部與一第二取像部，該第一取像部用於尋找該晶圓上複數個晶粒之位置，該第二取像部用於對各晶粒進行量測。
  16. 一種晶圓量測裝置，包括：用以執行如申請專利範圍第11至15項任一項所述晶圓量測方法之裝置。
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