TWI759960B - 半導體部件的更換監控裝置以及其部件更換監控方法 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種半導體部件的更換監控裝置以及其部件更換監控方法。半導體部件的更換監控裝置，包含：指狀物，具有可以裝載部件的結構，並可以透過機器人輸送以進行更換；以及圖像獲取單元，結合於指狀物，並可以獲取更換位置的圖像。

Description

半導體部件的更換監控裝置以及其部件更換監控方法

本發明涉及一種半導體部件的更換監控裝置以及其部件更換監控方法，更具體地，涉及一種在部件更換過程中檢測部件的固定位置以防止由於部件的對準誤差而可能發生的製程錯誤的半導體部件的更換監控裝置以及其部件更換監控方法。

在半導體製造過程中使用的部件中，作為消耗部件的邊緣環（Edge Ring）等部件需要定期更換。使用邊緣環是為了限制晶片邊緣的電漿或氣體流動以提高製程的均勻性或可靠性。為了這種邊緣環的更換，需要使腔室的內部處於大氣狀態並且蓋子（Lid）處於打開狀態。如果這種邊緣環的更換在真空狀態下由真空機器人來進行，則可以減少更換時間或裝置的備用時間（Backup Time）從而提高生產性。韓國專利公開號10-2017-0054248揭露了一種可在群集工具組件中設置的處理器模組內進行消耗部件的移除和更換的群集工具組件。並且，韓國專利公開號10-2011-0056841揭露了一種包含晶片對準裝置的負載鎖定腔室。在部件的更換過程中，使半導體製程設備的變化最小化並減少更換時間而有利於生產效率。並且，需要製造能夠防止在這種更換過程中發生對準誤差的裝置。從而能夠滿足半導體製程中所需的精密度。但是，先前技術沒有揭露如上所述的技術。

本發明用於解決現有技術中的問題，其具有以下目的。

先前技術文獻

專利文獻1：韓國專利公開號10-2017-0054248（拉姆研究公司，2017.05.17公開）使用連接電漿處理系統的末端執行器的消耗部件的自動更換。

專利文獻2：韓國專利公開號10-2011-0056841（韓國TES（株），2011.05.31公開）晶片對準裝置及包含其的負載鎖定腔室。

（一）技術問題

本發明的目的在於，提供一種在消耗部件已被更換的狀態下檢測部件的固定位置，以確認部件是否安裝在指定位置，從而防止因更換位置錯誤而引起的製程誤差的半導體部件的更換監控裝置以及其部件更換監控方法。

（二）技術方案

根據本發明的較佳實施方式，半導體部件的更換監控裝置，包含：指狀物，具有可以裝載部件的結構，並可以透過機器人輸送以進行更換；以及圖像獲取單元，結合於指狀物，並可以獲取更換位置的圖像。

根據本發明的另一個較佳實施方式，指狀物包含一對手部，而圖像獲取單元分別設置在一對手部上。

根據本發明的又一個較佳實施方式，透過圖像獲取單元獲取的圖像被處理為無線資料以進行傳送。

根據本發明的又一個較佳實施方式，部件為結合在晶片邊緣的邊緣環，並且透過圖像獲取單元檢測在不同的位置上的靜電吸盤與邊緣環之間的分離間距。

根據本發明的又一個較佳實施方式，半導體部件的更換監控方法，包含以下步驟：透過機械臂輸送需要更換的部件並固定；準備安裝有可以透過無線通訊傳送已獲取的圖像的相機模組的部件更換裝置；安裝有相機模組的部件更換裝置移動到部件固定的位置；獲取固定部件在不同位置的圖像，並將其數值化和傳送；判斷傳送的數值是否在基準範圍內；以及儲存傳送的數值，其中，相機模組透過形成在部件輸送裝置上的孔獲取圖像。

根據本發明的又一個較佳實施方式，透過相機模組獲取製程腔室的狀態訊息。

根據本發明的又一個較佳實施方式，透過機械臂供應用於操作相機模組的電力。

（三）有益效果

在用於製造半導體的裝備的腔室內部的部件中，作為消耗部件的邊緣環（edge ring）具有限制晶片邊緣的電漿和氣體流動以確保製程均勻性的功能。這樣的邊緣環需要被定期更換，並且為了更換，需要使腔室處於大氣壓狀態，並且打開蓋子進行手動更換。如果這種更換製程在真空狀態下由真空機器人來進行，則可以減少更換時間和備用時間（backup time），因此可以提高生產性。隨著半導體製程的微細化水準和高度化，晶片的最外層晶片可能會受到邊緣環安裝位置的影響，因此可能會降低成品良率。根據本發明的半導體部件的更換監控裝置可以使這種消耗部件在真空狀態下透過機器人準確地安裝到指定位置。並且，根據本發明的監控裝置可以檢查消耗部件的固定位置並且在更換過程中監控製程腔室內部的狀態。根據本發明的監控方法在部件的更換過程中透過相機等視覺單元來確認部件的位置，從而防止發生由部件更換引起的製程誤差。根據本發明的監控方法在保持製程條件的同時，透過定期更換需要更換的部件來提高裝備啟動率和生產性。並且，根據本發明的監控方法將負載鎖定腔室的結構變更為適合更換部件，從而透過使更換部件時的部件輸送路徑最小化來減少裝備的利用率和更換時間。

在下文中，本發明將參照附圖中所示的實施例進行詳細說明，所述實施例僅僅用於清楚地理解本發明，本發明並不限於此。在以下說明中，在不同的附圖中具有相同元件符號的組件具有相似的功能，因此，除非理解本發明所需，否則將不再做重複說明，並且，儘管對習知的組件進行了簡略說明或省略，但不應被理解為排除在本發明的實施例之外。

圖1示出了根據本發明的半導體部件的更換監控裝置的實施例。

參照圖1，半導體部件的更換監控裝置包含：指狀物12，具有可以裝載部件的結構，並可以透過機器人輸送以進行更換；以及圖像獲取單元14a、14b，結合於指狀物12，並可以獲取更換位置的圖像。

部件可以是在半導體製程過程中使晶片固定在指定位置上的邊緣環（Edge Ring），但不限於此，也可以監控多種消耗部件或與此類似的需更換的部件的更換過程。消耗部件是由於使用期限、缺陷或者與此類似的原因而需要被更換的部件，更換的部件將代替消耗部件成為新的部件。更換監控裝置可以透過諸如機械臂等自動輸送裝置移動到製程腔室。更換監控裝置可以包含結合在輸送裝置上的指狀物12，並且部件可以裝載在裝載單元11。裝載單元11可以是裝載並固定在指狀物12上的結構，或者形成為指狀物12的一部分。例如，指狀物12可以具有使裝載單元11在指定位置上固定或分離的結構或裝置，例如，可以包含槽、突起、磁性結合部位或與此類似的結合裝置。在裝載單元11上裝載部件，並且指狀物12可以將裝載單元11輸送到例如設置在真空腔室內部的靜電吸盤以安裝部件。指狀物12可以包含彼此分離並平行延伸的一對手部12a、12b，並且在具有矩形板形狀、圓盤形狀或者與此類似形狀的裝載單元11位於手部12a、12b的上側的狀態下，指狀物12可以透過如機械臂等真空機器人來移動。在指狀物的手部12a、12b的末端或者其他預設定的位置上，可以結合有相機等圖像獲取單元14a、14b。平行延伸的指狀物的手部12a、12b可以具有相同或相似的結構，並且圖像獲取單元14a、14b可以可拆卸地結合在各指狀物的手部12a、12b的指定位置上。圖像獲取單元14a、14b的焦點可以形成在垂直於由指狀物12形成的平面的方向上。指狀物12透過耦合器15結合到真空機器人，並且隨著真空機器人的操作，裝載單元11可以移動到多個位置，例如可以移動到設置在製程腔室內部的靜電吸盤。處理單元13可以設置在裝載單元11、指狀物12或者耦合器15上，並且處理單元13可以具有包含微處理器的電子晶片結構，其可以檢測裝載單元11的操作狀態，或者控制設置於裝載單元11的各種電子部件或電子元件的操作。處理單元13可以包含圖像處理裝置，此圖像處理裝置控制各圖像獲取單元14a、14b的操作，或者將透過各圖像獲取單元14a、14b獲取的圖像轉換為可傳送的資料。並且，處理單元13可以包含近距離通訊裝置，並可以透過近距離通訊裝置與外部操作裝置進行通訊。例如，處理單元13可以檢測部件的移動狀態、更換狀態或更換位置，並透過通訊裝置傳送到外部操作裝置。例如，透過各圖像獲取單元14a、14b獲取的位置訊息經處理單元13處理後，透過通訊裝置傳送到外部操作裝置。例如，相機單元等視覺單元可以設置在裝載單元11的前側。圖像獲取單元14a、14b可以設置在指狀物的手部12a、12b，以在部件裝載於裝載單元11的狀態下，獲取部件被固定於預設定點的圖像，或者獲取更換的部件相對於靜電吸盤的位置。在獲取到各更換部件對應於靜電吸盤的相對位置之後，可以透過設置在圖像獲取單元14a、14b的圖像處理單元16，將其轉換為電訊號並傳送到處理單元13。透過設置在處理單元13的無線資料處理單元17，將圖像資料轉換為可傳送的無線訊號資料，並透過外部機械臂或近距離無線通訊將無線訊號資料傳送到位於真空腔室外部的更換控制單元18。可以透過更換控制單元18分析被傳送的部件的位置資料，以確認更換部件是否固定在指定位置。圖像獲取單元14a、14b可以結合在指狀物12的多種不同的位置上。

圖2的（甲）和（乙）示出了根據本發明的監控裝置中圖像獲取單元的設置結構的實施例。

參照圖2的（甲）和（乙），指狀物12包含一對手部12a、12b，而圖像獲取單元14a、14b分別設置在一對手部12a、12b上。指狀物12整體呈板狀，並且可以形成有能夠連接到真空機械臂等輸送裝置上的連接器121。一對手部12a、12b可以從在連機器121延伸為矩形板形狀的主體平行延伸。一對手部12a、12b可以被製造成能夠支撐裝載單元的下部並移動裝載單元的多種結構，並不限於所述實施例。在指狀物12的主體或者一對手部12a、12b上可以形成孔，例如可以在一對手部12a、12b的各自的延伸方向上的後側和前側分別形成通孔21a、21b。另外，圖像獲取單元14a、14b可以設置在一對手部12a、12b的各末端形成的通孔中。圖2的（甲）和（乙）分別示出了從指狀物12的上側和下側所看到的形狀，諸如相機等圖像獲取單元14a、14b設置在手部12a、12b的上側部分，並透過通孔在垂直於指狀物12的方向上形成焦點以獲取手部12a、12b下方的圖像。圖像獲取單元14a、14b的操作所需的電力可以透過機械臂供應，或者從上述說明的處理單元供應，或者由獨立電源供應，本發明不限於此。可以透過設置在一對手部12a、12b上的圖像獲取單元14a、14b確認半導體用部件，例如邊緣環等，是否安裝到靜電吸盤的指定位置。

圖3A和圖3B示出了根據本發明的監控裝置中用於監控更換的基準位置的實施例。

參照圖3A，部件為結合在晶片邊緣的邊緣環32，並且透過圖像獲取單元14a、14b檢測在不同的位置上的靜電吸盤31與邊緣環32之間的分離間距。作為更換部件的邊緣環32安裝在靜電吸盤31上，其可以具有限制電漿透過晶片的外周面移動到外部的功能。為了在晶片的外周面保持均勻的電漿密度，需要使靜電吸盤31的外周面和邊緣環32的內周面之間的間距沿著外周面保持均勻，從而可以減少製程錯誤。邊緣環32可以透過指狀物移動到製程腔室的內部並安裝在靜電吸盤31上。在靜電吸盤31上安裝邊緣環32之後，可以透過圖像獲取單元檢測邊緣環32的安裝狀態。如圖3A的左側所示，在圓形的靜電吸盤31的外周面可以固定圓柱形狀的邊緣環32。為了確認邊緣環32是否安裝到指定位置，可以透過圖像獲取單元獲取彼此面對的兩個點的分離間距D1、D2以進行數值化。可以將數值化的分離間距D1、D2傳送到更換控制模組，以確認是否在指定的規格（specification）範圍內。這種規格範圍可以根據製程步驟而不同，並且可以在各個製程步驟中確認邊緣環32的安裝狀態。如果邊緣環32的安裝狀態脫離了製程步驟所要求的精密度，則可以發出警報或者產生錯誤訊號。如上所述，可以在各手部上安裝相機等圖像獲取單元，並且可以透過圖像獲取單元獲取對於分離間距D1、D2的圖像。至少可以對兩個點獲取分離間距D1、D2，例如可以選擇兩個點P11、P12作為基準位置。或者選擇三個點P11、P23、P24作為基準位置，也可以選擇四個點P21、P22、P23、P24作為基準位置。如上所述，邊緣環32相對於靜電吸盤31的居中狀態可以透過多個點作為基準來確定，並不限於所述實施例。

參照圖3B，在裝載單元11上可以裝載邊緣環32，並且裝載單元11可以放置在指狀物12的上側。在手部12a、12b的末端可以結合圖像獲取單元14a、14b。透過耦合器15可以將指狀物12結合到真空機器人，並可以透過真空機器人的操作將邊緣環32安裝到靜電吸盤。在邊緣環32安裝到真空吸盤之後，指狀物12可以再次進入製程腔室的內部，並且透過圖像獲取單元14a、14b獲取對於上述說明中基準位置的圖像並將其透過處理單元13傳送到更換控制模組，以確認邊緣環32的安裝狀態。這個過程將在下面進行說明。

圖4A和圖4B示出了根據本發明的半導體用部件更換的監控方法的實施例。

參照圖4A和圖4B，半導體部件的更換監控方法包含以下步驟：透過機械臂輸送需要更換的部件並進行固定（步驟P41）；將可以透過無線通訊傳送獲取的圖像的相機安裝到部件更換裝置（步驟P42）；部件更換裝置移動到部件固定的位置（步驟P43）；獲取對於固定部件的不同位置的圖像，以將其數值化並傳送（步驟P45）；判斷傳送的數值是否在基準範圍內（步驟P46）；以及儲存傳送的數值（步驟P48），其中，相機透過形成在部件輸送裝置上的孔獲取圖像。

指狀物12可以透過入口43移動到製程腔室41的內部，將邊緣環32固定在已去除需更換的邊緣環的靜電吸盤31上（步驟P41）。如上所述，在將邊緣環32固定在靜電吸盤31之後，指狀物12可以透過入口43再次進入製程腔室41的內部（步驟P43）。其可以是預先在手部12a上安裝有相機和圖像獲取單元14a的狀態（步驟P42），指狀物12可以是與用於固定邊緣環32的相同或不同的指狀物12。指狀物12進入製程腔室41內部之後，首先，可以在靠近入口43的第一位置P1透過圖像獲取單元14a獲取對於邊緣環32和靜電吸盤31的分離間距的圖像。然後，圖像獲取單元14a可以移動到不同於第一位置P1的第二位置P2獲取圖像並將其數值化。如上所述，處理單元13可以設置在指狀物12或者其他合適的位置，並且圖像獲取單元14a和處理單元13可以形成透過無線將獲取的圖像傳輸到外部的無線傳輸系統。至少可以獲取兩個不同位置的圖像，並透過無線傳輸系統傳送到設置在外部的控制模組（步驟P45）。控制模組可以從根據製程步驟傳送的圖像的數值化資料中判斷是否在基準範圍內（步驟P46）。如果判斷為超出基準範圍（NO）時，可以產生警報訊號或錯誤訊號。然後，指狀物可以再次進入製程腔室41的內部校正邊緣環32的位置（步驟P47）。在重複這種過程並判斷為邊緣環32固定在指定位置（YES）時，可以儲存資料（步驟P48）。

雖然在本實施例中示出了一個圖像獲取單元14a，但是也可以在一對手部12a上分別結合圖像獲取單元14a。另外，可以設置多種獲取圖像的位置，例如第一位置P1、第二位置P2。並且，圖像獲取單元14a不僅確認邊緣環32的固定位置，可以進一步用作監控製程腔室41內部狀態。圖像獲取單元14a可以具有多種功能，並不限於所述實施例。

可以透過更換模組更換多種部件，並不限於所述實施例。

在本說明書中，參照示出的實施例對本發明進行了詳細說明，本領域具有通常知識者可以參照示出的實施例並在不脫離本發明的技術思想的範圍內對本發明進行各種變形和修改。本發明不受這些變形和修改的限制，僅受所附申請專利範圍的限制。

11:裝載單元 12:指狀物 12a,12b:手部 13:處理單元 14a,14b:圖像獲取單元 15:耦合器 16:圖像處理單元 17:無線資料處理單元 18:更換控制單元 21a,21b:通孔 31:靜電吸盤 32:邊緣環 41:製程腔室 43:入口 121:連接器 P1:第一位置 P2:第二位置 P11,P12,P21,P22,P23,P24:點 P41,P42,P43,P44,P45,P46,P47,P48,P49:步驟 D1,D2:分離間距

圖1示出了根據本發明的半導體部件的更換監控裝置的實施例。 圖2的（甲）和（乙）示出了根據本發明的監控裝置中圖像獲取單元的設置結構的實施例。 圖3A和圖3B示出了根據本發明的監控裝置中用於監控更換的基準位置的實施例。 圖4A和圖4B示出了根據本發明的半導體用部件更換的監控方法的實施例。

11:裝載單元

12:指狀物

12a,12b:手部

13:處理單元

14a,14b:圖像獲取單元

15:耦合器

16:圖像處理單元

17:無線資料處理單元

18:更換控制單元

Claims (2)

1. 一種半導體部件的更換監控裝置，包含：一指狀物，具有可裝載一部件的結構，並透過機器人輸送以進行更換；以及一圖像獲取單元，結合於該指狀物，並獲取更換位置的圖像，其中，該指狀物包含一對手部，該圖像獲取單元分別設置在該對手部上；其中，該部件為結合在一晶片邊緣的一邊緣環，並且透過該圖像獲取單元檢測在不同的位置上的一靜電吸盤與該邊緣環之間的一分離間距；該半導體部件的更換監控裝置進一步包括：一裝載單元，具有板形狀，並且通過一結合裝置裝載並固定在該指狀物上，該結合裝置包含槽或突起。
2. 如請求項1所述之半導體部件的更換監控裝置，其中，透過該圖像獲取單元獲取的圖像被處理為無線資料以進行傳送。

Images