TWI775772B - 監測晶圓與吸盤相對關係的裝置與方法 - Google Patents

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Abstract

用來監測晶圓與吸盤相對關係的裝置與方法，特別是用來在晶圓未被固持時監測晶圓是否黏附在吸盤的裝置與方法。當晶圓未被固持時，頂針可以延伸到吸盤外部而分離晶圓與吸盤。藉由偵測未被固持的晶圓與吸盤中間的電容，特別是藉由比較偵測到電容與晶圓被吸盤固持時二者間的電容，可以偵測到晶圓是否黏附在吸盤上，甚至可以偵測到晶圓是否適當地被頂針所支撐。藉此，可以在晶圓黏附發生時或是晶圓未被適當地移除時發出早期警報。此外，藉由控制電性連接到可以接觸到晶圓的頂針的開關的導通或斷路，可以消除出現在晶圓上的電荷。

Description

監測晶圓與吸盤相對關係的裝置與方法
本發明係有關於用來監測晶圓與吸盤相對關係的裝置與方法，特別是藉由偵測與晶圓和吸盤二者間幾何關係有關聯的電容相關訊號來監測晶圓與吸盤相對關係的裝置與方法。
吸盤(chuck)，特別是靜電吸盤(electrostatic chuck / e-chuck)，普遍地被應用來在處理期間固持被處理的晶圓。舉例來說，靜電吸盤普遍地被用來在離子佈植期間固持被佈植的晶圓。在開始處理程序前，晶圓必須被被放置於吸盤上，甚至必須被吸盤所固持。在處理程序完成後，晶圓必須自吸盤被移除或者被解除固持(de-chucked)。
無論如何，在處理期間出現在晶圓上的剩餘電荷(residual charges)可能會在對晶圓所進行的處理程序結束後仍殘存在晶圓表面(包括背表面與正表面)的至少一部分。因此，有時候晶圓或是會黏附在吸盤上無法被適當地自吸盤移除或是會在將晶圓自吸盤移除的過程中發生晶圓破損或是其他傷害，特別當吸盤是會在處理期間在晶圓上累積大量電荷的靜電吸盤時。
綜上所述，需要發展裝置與方法來監測晶圓與吸盤相對關係藉以在晶圓黏附、晶圓破碎或其他損害發生時或甚至發生前便發出早期警報(early alarm)。
本發明提出用來監測晶圓與吸盤相對關係的裝置與方法，特別是用來監測晶圓或是被放置於吸盤上、或是被吸盤固持、或是未被吸盤固持、或是黏附(sticky on)在吸盤上或是已自吸盤被移除的裝置與方法。本發明藉由在晶圓與吸盤相對關係應該改變時相對應地改變晶圓與吸盤間的距離來實現如此的裝置與方法。由於晶圓與吸盤間的電容會隨者晶圓與吸盤相對關係改變為或被放置於吸盤上、或被吸盤固持、或未被吸盤固持、或黏附在吸盤上或是已自吸盤被移除時晶圓與吸盤間距離的改變而相對應地改變。因此，藉由偵測晶圓與吸盤間實際電容的電容值以及與每一個晶圓與吸盤相對關係的理想電容的電容值相互比較，晶圓是否被黏附在吸盤上以及晶圓與吸盤的相對幾何關係都可以簡單地被偵測。
本發明所提出的裝置與方法使用可以延伸到吸盤外部的頂針(lift pins)來支撐晶圓以及在需要時將晶圓與吸盤相互分離。起始交流訊號(original A.C. signal)被輸入到吸盤並且相應交流訊號(corresponding A.C. signal)自吸盤被輸出，在此相應交流訊號是起始交流訊號以及晶圓與吸盤間相對關係二者的函數。因此，藉由比較起始交流訊號與相應交流訊號二者，可以獲得電容相關訊號。
藉此，當晶圓黏附在吸盤上(也就是說當晶圓未被適當地解除固除及/或當未被適當地自吸盤移除)，偵測到的電容相關訊號會明顯地與晶圓被固持時或是已被移除離開吸盤時的電容相關訊號不同。藉由如此的方式，可以即時發出早期警報藉以讓處理晶圓用機械的運作可以被暫停(或甚至停止)及/或機械的操作人員可以人為地處理目前的狀況來極小化可能的損害。
可選擇地，為了簡單地在晶圓與吸盤相對關係改變時改變晶圓與吸盤間的距離，由於晶圓與吸盤相對關係改變時晶圓與吸盤間的吸引力會改變，任一個頂針可以機械性地連接到彈簧(spring)，甚至墊圈(washer)。
進一步地，為了確保晶圓可以適當地自吸盤被移除，特別是當晶圓黏附被偵測到時，可以讓某些頂針用來與晶圓接觸的一端是由導電材料所形成並且可以透過開關電性連接到電位零點。藉此，透過控制開關的導通或斷路，可以在需要消除晶圓上電荷時(像是在要將晶圓自吸盤移除之前)將晶圓電性連接到電位零點藉以將出現在晶圓上的電荷都傳導離開晶圓，但是在測量電容相關訊號時將晶圓與電位零點電性隔離以免電容相關訊號的測量受到影響。當然，透過開關連接到電位零點的頂針與用來將晶圓與吸盤相互分離的頂針，可以是相同的頂針而且用開關的導通/斷路來在不同時間執行不同的功能，也可以是不同的頂針分別執行不同的功能。
本發明的詳細描述將藉由以下的實施例討論，這些實施例並非用於限制本發明的範圍，而且可適用於其他應用中。圖示揭露了一些細節，必須理解的是揭露的細節可不同於已透露者，除非是明確限制特徵的情形。
第一圖摘要地顯示本發明所提出的監測晶圓與吸盤相對關係的機構。這樣的機構至少具有可以延伸到用以固持晶圓22的吸盤21的外部的頂針總成11、用以輸出起始交流訊號的交流訊號產生器12以及用來比較起始交流訊號與自吸盤21傳輸而來的相應交流訊號的比較電路13。頂針總成11包含一或多個可以延伸到吸盤21外部的頂針111以及用以分別地支撐與移動這些頂針111的一或多個支撐單元112。此外，交流訊號產生器12分別地電性耦合到吸盤21與比較電路13，而且比較電路13分別地電性耦合到交流訊號產生器12與吸盤21。當然，吸盤21與晶圓22僅僅是被描述來表達本發明所提出裝置、吸盤21與晶圓22間的關係，本發明並不需要限制吸盤21與晶圓22二者的細節。舉例來說，吸盤21往往是靜電吸盤，但也可以是機械式吸盤或其他形式的吸盤。
從而，在固持晶圓22的狀況，晶圓22與吸盤21相互機械性接觸而且頂針總成11係位於吸盤21內部。但是，在解除固持晶圓22的狀況，晶圓22與吸盤21係被頂針總成11所分離並且至少一頂針111係延伸到吸盤22的外部。此外，在將晶圓22移除的狀況，晶圓22係遠離吸盤21而且並未被頂針總成11所支撐。顯然地，介於晶圓22與吸盤21間的電容應該分別地在第一個狀況有第一數值、在第二個狀況有第二數值而且在第三個狀況有第三數值。因此，在晶圓黏附在吸盤的狀況，由於晶圓22與吸盤21間的距離(或說是晶圓22與吸盤21間的相對幾何關係)會與先前的三個狀況都不同，晶圓與吸盤間的實際電容也自然會不同於第一數值、第二數值與第三數值的任何一個。
相反地，習知的現有技術普遍地只有在晶圓與吸盤相互機械性接觸時測量晶圓與吸盤二者間的電容，因此並無法清楚地區分晶圓被吸盤所固持以及晶圓黏附在吸盤上這二種狀況。
換句話說，藉由使用頂針總成11在晶圓與吸盤相對關係是在被固持以及被解除固持間改變時分隔吸盤21與晶圓22，本發明可以偵測晶圓22與吸盤21間的多種電容值，並且允許在晶圓22黏附於吸盤21時可以明顯地偵測到與其他狀況下明顯不同的電容值。因此，本發明可以更精確地與更靈敏地偵測晶圓是否黏附在吸盤。
本發明的優點可以藉由比較第二A圖與第二B圖來示範性地表示。第二A圖顯示使用習知技術所偵測到電容相關訊號的一個樣例，在每一次固持晶圓在吸盤上並進行晶圓處理程序(像是離子佈植晶圓)的週期都偵測到大約相同的電容相關訊號數值(會隨者晶圓處理程序的進行而略有起伏)，但在相鄰兩次周期之間雖都可以清楚地偵測到更換位於吸盤上晶圓時電容相關訊號數值趨近於零但不是每一次都能偵測到解持固持晶圓而晶圓仍在吸盤上時的電容相關訊號強度大致減半的狀況，而且在結束所有的晶圓處理程序後只能偵測到解除固持晶圓並將晶圓自吸盤移除的過程中電容相關訊號強度大約為零但略有起伏，而無法在晶圓黏附在吸盤上時有效地偵測出不同的電容相關訊號強度。第二B圖顯示使用本發明所偵測到電容相關訊號的一個樣例，在固持晶圓在吸盤上並進行晶圓處理程序(像是離子佈植晶圓)的週期中可以偵測到電容相關訊號的數值在一個範圍內震盪，而且在此之前還可以分別地偵測到前一次晶圓處理程序結束後晶圓放置在吸盤上而未固持、前一次晶圓處理程序結束後晶圓被移離吸盤以及這一次晶圓處理程序進行前晶圓放置在吸盤上並被固持這三個階段中明顯不同的電容相關訊號的數值，並且在這次晶圓處理程序結束時，在解除固持後除可以看到電容相關訊號的數值降低，甚至可以在晶圓黏附在吸盤上時偵測到一個明顯地與先前各階段都不相同的電容相關訊號的數值。也就是說，若使用本發明，可以較習知技術更有效率地偵測到是否有晶圓黏附在吸盤上的狀況發生。在第二A圖與第二B圖，電容相關訊號的振幅的單位是伏特(Volts)，並且也特別顯示了在偵測期間(detecting period)中電容相關訊號的最小值(Min, minimum value)、最大值(Max, maximum value)、中間值(Mean, mean value)以及標準差(SD, standard deviation)。當然，為了簡化相關的討論，這二個樣例的其他種種細節都並未在此描述。
本發明所使用的頂針總成11的一些可選擇的(optional)細節描述如下。在某些樣例頂針總成11有多數個頂針111來將晶圓與吸盤相互分離，在某些樣例頂針總成11只有一且唯一的頂針111來將晶圓與吸盤相互分離，而在某些樣例頂針總成11具有至少三個頂針111藉以在將晶圓與吸盤分離時穩定地支撐住晶圓。必須注意的是這些頂針111的長度、橫截面面積與形狀(甚至其他幾何因素)在本發明都不需要限制。在某些樣例這些頂針111中至少有一個係被彈簧所機械性支撐，在此不同的頂針111係被不同的彈簧所分別地機械性支撐。更多地，在某些樣例每一個彈簧係被一墊圈所機械性支撐，並且不同的彈簧係被不同的墊圈所分別地機械性支撐。藉此，當晶圓22被吸盤21所固持時頂針總成11可以位於吸盤21的內部，在此這些彈簧的彈力，加上這些墊圈壓縮彈簧後所增加的彈力，係小於晶圓22與吸盤21間的吸引力 (或是視為小於這個吸引力與晶圓22重量的總和)。此外，至少頂針總成11的這些頂針111可以在晶圓22未被吸盤21所固持時延伸到吸盤21的外部，在此這些彈簧的彈力，加上這些墊圈壓縮彈簧後所增加的彈力，係至少大於晶圓22的重量(或說是可以在晶圓22未被固持時將晶圓22推離吸盤21的力量)。清楚地，藉由使用彈簧(甚至使用墊圈)來形成支撐單元112可以簡單地又有效地移動這些頂針111來改變吸盤21與晶圓22間的距離。無論如何，頂針111與支撐單元112二者的細節都不是本發明必須限制的細節。舉例來說，在某些未圖示的樣例，頂針111與支撐單元112可以整合為望遠鏡般的結構。除此之外，為了減少晶圓22與吸盤21間的電容被影響並進而不是線性地反比例於吸盤21與晶圓22間的距離，在某些樣例每一個頂針111都是介電質頂針來使得晶圓22與吸盤21間可以在二者相互分離時適當地電性隔離。並且，在某些其他樣例每一個頂針111都有一個介電質終端，使得頂針111透過介電質終端機械性地接觸晶圓22。
除此之外，僅作為舉例，第二C圖舉例顯示本發明所提出的交流訊號產生器12與比較電路13的樣例。在這個被繪示的樣例，交流訊號產生器12是波產生器(wave generator) 並被配置來產生與輸出頻率為5KHZ的鐘波(clock wave)，而比較電路13具有反轉放大器(invert amplifier)131、數據多路復用器(data multiplexer)132與微分放大器(differential amplifier)133。藉此，相應交流訊號係自吸盤21被輸出並被反轉，然後才與起始交流訊號(亦即頻率為5KHZ的鐘波)相互比較。之後，比較結果被放大以及轉換為電容相關訊號。為了簡化圖示，在此只繪示出頂針總成11中的頂針111。也僅是作為舉例，如第二D圖所示，藉由比較一些具有不同長度、或具有不同彈性的不同彈簧、或使用墊片或不使用墊片的不同樣例，一個讓晶圓與吸盤相對關係偵測結果較好的選項是綜合使用短頂針、軟彈簧(較低的彈性係數)與墊圈。在此，僅作為舉例說明而未具體說明頂針與彈簧等的尺寸、輪廓與材料等等細節，實際上本發明也不需要限制頂針與彈簧的這些細節。
附帶地，本發明並不需要限制交流訊號產生器12與比較電路13二者的細節，任何已知現有的、發展中的或將來會出現的可以產生交流訊號及/或比較不同交流訊號的電路都是可以使用的。一個理由是藉由此用一或多個交流訊號來偵測晶圓與吸盤間電容的變化藉以監測晶圓與吸盤相對關係是已知的概念。舉例來說，US 5103367、US 5436790、 US 5872694、 US 6075395、US 6430022與 US 6377060是一些相關的已公開文件。亦即，如何實現交流訊號產生器12與比較電路13二者是業者習知的。須注意的是一些相關已公開文件係使用諸如”電容量測電路/ capacitance measuring circuit”或”電容測量電路/ capacitance measurement circuit”這樣的術語來指稱用來產生測量電容用的交流訊號以及用來偵測反映電容變化量的交流訊號變化量的裝置。另一個理由是本發明係藉由在晶圓與吸盤相對關係自被固持轉變為未被固持及/或自未被固持轉變為被固持的時候改變晶圓與吸盤二者間的距離來改善對於電容的測量的精確度與靈敏度。因此，交流訊號產生器12與比較電路13二者的細節對於本發明並不重要。
第三A圖摘要地顯示一種本發明所提出的監測晶圓與吸盤相對關係的方法。首先，如步驟方塊31所示，監測晶圓是否被放置於吸盤上，在此係藉由偵測電容相關訊號以及決定偵測到的電容相關訊號是否具有代表晶圓被放置於吸盤上的第一數值。接者，如步驟方塊32所示，監測晶圓是否被吸盤所固持，在此係藉由偵測電容相關訊號以及決定偵測到的電容相關訊號是否具有代表晶圓被吸盤所固持的第二數值。其次，如步驟方塊33所示，監測晶圓是否在處理中，在此係藉由偵測電容相關訊號以及決定偵測到的電容相關訊號是否具有代表晶圓在處理中的第三數值。然後，如步驟方塊34所示，監測晶圓是否被吸盤解除固持，在此係藉由偵測電容相關訊號以及決定偵測到的電容相關訊號是否具有代表被吸盤解除固持的第四數值。最後，如步驟方塊35所示，監測晶圓是否自吸盤被移除，在此係藉由偵測電容相關訊號以及決定偵測到的電容相關訊號是否具有代表自吸盤被移除的第五數值。除此之外，雖然並未在步驟方塊31到步驟方塊35特別顯示，在理想狀況下，晶圓未被吸盤所固持時晶圓應該與吸盤相互分離但在晶圓被吸盤所固持時晶圓應該與吸盤相互機械性接觸。因此，在實際狀況下，當晶圓黏附在吸盤時(像是既未與吸盤完全相互分離也僅有部分地與吸盤相互機械性接觸時)，本發明可以將晶圓黏附在吸盤上的這種相對關係與其他的晶圓與吸盤間相對關係予以區別，這是由於晶圓與吸盤間不同相對關係所對應到的電容值都不相同，而且晶圓黏附在吸盤時的電容相關訊號也會與上述的第一數值到第五數值都不相同 (因為晶圓黏附在吸盤時晶圓與吸盤間的電容值與第一數值到第五數值都不相同)。
第三B圖摘要地顯示另一種本發明所提出的監測晶圓與吸盤相對關係的方法。首先，如步驟36所示，讓晶圓與吸盤相互機械性接觸並且偵測電容相關訊號，然後比較偵測到的電容相關訊號與代表被吸盤固持的第一數值藉以監測晶圓是否被吸盤固持。其次，如步驟37所示，使用延伸出吸盤的頂針總成分離晶圓與吸盤並且偵測電容相關訊號，然後比較偵測到的電容相關訊號與代表被吸盤解除固持的第二數值藉以監測晶圓是否已被吸盤解除固持。最後，如步驟38所示，當偵測到的電容相關訊號既不等於第一數值也不等於第二數值時，判定為晶圓黏附在吸盤。顯然地，如同在第二A圖與第二B圖所顯示的，由於在步驟37有用頂針總成將晶圓與吸盤相互分離，不只在步驟37可以較習知技術更有效率地偵測到晶圓是否已經被吸盤解除固持，而且在步驟38更可以較習知技術更為靈敏地更為精確地在解除吸盤對晶圓的固持之後偵測出晶圓是否黏附在吸盤上(亦即對電容相關訊號的測量可以不只是等於第一數值或等於第二數值這二種測量結果，而且可以測量出位於這二個數值間的測量結果)。
當然，由於可以偵測到晶圓是否黏附在吸盤上，本發明還可以有一些可選擇的選項。舉例來說，一些未圖示的樣例係在電容對應訊號並未達到這些數值的任何一個時發出早期警報，亦即係在晶圓黏附在吸盤的狀況時發出早期警報。舉例來說，由於電容相關訊號自一個數值轉變到另一個數值的過程往往持續一個期間(duration)，在不同的實施例除了可以在電容相關訊號不等於這些數值的任何一個時便發出早期警報(亦即在電容相關訊號不等於這些數值的任一者時立刻發出早期警報)，也或可以在電容對應訊號不等於這些數值的任何一個的持續時間超過第一門檻周期時發出早期警報(亦即在電容相關訊號持續地不等於這些數值任一者的周期超過第一門檻周期後才發出早期警報)。相似地，在某些未圖示的樣例，或可以在電容對應訊號不等於這些數值的任何一個時便暫停對晶圓的處理，也或可以在電容對應訊號不等於這些數值的任何一個的持續時間高過第二門檻周期時暫停對晶圓的處理。相似地，在某些未圖示的樣例，或可以在電容對應訊號不等於這些數值的任何一個時便暫停將晶圓自吸盤移除的動作，也或可以在電容對應訊號不等於這些數值的任何一個的持續時間高過第二門檻周期時暫停將晶圓自吸盤移除的動作。
附帶地，由於本發明可以較習知技術更有效率地監測晶圓是否黏附在吸盤，還可以主動地極小化晶圓因為諸如出現在吸盤上的電荷等原因而黏附在吸盤上的危險。舉例來說，或可以使用電漿噴頭(plasma shower)來中和掉出現在吸盤(特別是靜電吸盤)的電荷，特別是在晶圓剛剛黏附在吸盤上時。舉例來說，或可以在吸盤為靜電吸盤時反轉位於吸盤內部的電極的極性(polarity)，特別是在晶圓剛剛黏附在吸盤上時。
除此之外，本發明所提出的監測晶圓與吸盤相對關係的方法並不需要限制如何產生電容相關訊號以及如何將晶圓與吸盤相互分離。上面描述的監測晶圓與吸盤相對關係的裝置可以被應用來實現這個方法，但是本方法並不一定要使用上面描述的裝置。實際上，任何硬體、任何韌體及/或任何軟體若可以用來實現電容相關訊號與分離晶圓與吸盤都可以用來實現這個方法。
必須強調的是本發明除了可以用來監測晶圓是否黏附在吸盤上，也可以用來監測晶圓與吸盤間的相對關係，像是晶圓是否被固持、晶圓是否被解除固持或是其他的晶圓與吸盤相對關係。雖然上面的討論係集中在如何監測晶圓是否黏附在吸盤，由於本發明可以在需要時分離晶圓與吸盤二者來創造一些明顯地不同的電容值(亦即一些明顯地不同的電容相關訊號的數值)，本發明也可以有其他的應用。在此，本發明可以透過先偵測實際的電容相關訊號然後與理想電容相關訊號相互比較來有效地監測到不同的晶圓與吸盤相對關係。
進一步地，由於在晶圓黏附時晶圓上存在有電荷，而且本發明係在解除固持時用頂針將晶圓與吸盤相互分離藉以較習知技術能更準確更靈敏的偵測到是否有晶圓黏附發生，因此本發明的某些實施例還可以利用與晶圓相互接觸的頂針來將電荷引導來離開晶圓，藉以改善甚至消除晶圓黏附。
本發明的一些實施例是消除晶圓上電荷的裝置。如第四A圖所示，這個裝置至少有一或多頂針401與一或多開關402。任一個頂針401位於吸盤42內部並且可以接觸到位於吸盤42外部的晶圓41(亦即任一個頂針401可以是位於吸盤42內部但又可以伸展到吸盤42外部)，開關402連接這些頂針401與電位零點403，使得頂針401是否電性連接到電位零點403係可以透過開關402的導通或斷路來控制。當然，為了有效運作，至少頂針401連接到電位零點403的部分以至於頂針401頂端可以接觸晶圓的部分，甚至整個頂針401是由導體材料所形成。如第四B圖所示，本發明的一些實施例中，頂針401的一部份是由導體材料所形成(或說是頂針401的導體終端4015)藉以確保電荷可以自晶圓經由頂針401的這部分而被傳導到開關402，但是頂針402的其他部分是由介電質材料所形成(或說是頂針401的介電質終端4016)藉以確保開關的導通與斷路並不會透過頂針402而影響到晶圓41以外的其他硬體(像是吸盤42或者甚至是其他位於反應室內且與吸盤42相互接觸的硬體)。顯然地，藉由控制開關402的導通或斷路，可以控制在那些狀況時將開關402導通以將晶圓41接地並藉以將出現在晶圓41的電荷傳導到電位零點403，也可以控制在那些狀況時將開關402斷路以免晶圓41的狀況與對晶圓41的處理受到電性連接到電位零點403的影響。
相應於上述消除晶圓上電荷的裝置，本發明的一些實施例是消除晶圓上電荷的方法。如第五圖的步驟方塊51與步驟方塊52所示，首先準備吸盤，在此吸盤內部具有可以接觸到位於吸盤外部的晶圓的一或多頂針，在此任一頂針皆透過開關電性地連接至電位零點；然後調整開關的導通與斷路，藉以在需要消除晶圓上電荷時透過開關將電荷傳導到電位零點。
舉例來說，或可以在解除吸盤對晶圓的固持後，或可以在解除吸盤對晶圓的固持時，或可以在將晶圓自吸盤移除前，或可以在將晶圓自吸盤移除時，或是在晶圓黏附於吸盤時，將開關402導通藉以確保出現在晶圓41的電荷都可以被傳導到電位零點403而不會再使得晶圓41被黏附在吸盤42。舉例來說，或可以在晶圓被放置在吸盤上但未被固持時，或可以在晶圓被吸盤所固持時，或可以在晶圓在被處理時(像是在被離子佈植時、在被蝕刻時、在被沉積時等等)，或可以在晶圓自吸盤被移除後，將開關402斷路藉以確保晶圓的狀況與對晶圓的處理不會因為晶圓電性連接到電位零點而受到影響。
舉例來說，在執行上述討論的監測晶圓與吸盤相對關係的方法時，係將這個消除晶圓上電荷的裝置中的開關斷路藉以確保對於電容相關的訊號的測量不會受到連接到電位零點的開關的影響，像是避免自吸盤輸出的相應交流訊號經由開關被導通到電位零點而影響到對於電容相關訊號的測量。
舉例來說，可以在晶圓快被放置在吸盤上前便將開關斷路，然後在要將晶圓自吸盤移除前，特別是在偵測到晶圓黏附發生時，才將原本為斷路的開關改變為導通的開關，藉以確保晶圓上的電荷可以被引導到電位零點。藉此，可以大幅度地減少晶圓因為出現在晶圓上的電荷而不能順利適當地被自吸盤移除的機率。
舉例來說，可以在晶圓被放置在吸盤上時，特別是在晶圓處理過程中，將原本斷路的開關改變為導通的開關。像是在某個處理程序已結束但下個處理程序尚未開始的空檔將開關導通，藉以將累積在晶圓上的電荷引導到電位零點，不論是正常運作時產生累積的電荷或是因為意外狀況而產生累積的電荷。藉此，可以減少電荷出現累積在晶圓上而影響到晶圓被處理結果的機率。
本發明這些實施例並不需要限制這些透過開關連接到電位零點的頂針的數量與位置。雖然，一個普遍的選項是安排這些頂針的位置對應到晶圓上電荷較易出現累積的位置。舉例來說，若吸盤為具有一些電極的靜電吸盤，可以安排這些頂針的位置一對一地鄰近這些電極。
本發明的這些實施例並不需要限制電性連接到這些頂針的開關的種類與位置，只需要使用的開關可以在導通時將頂針電性連接到電位零點而不會有高電阻等等缺點並且可以在斷路時將頂針與電位零點電位隔離而不會有漏電等等缺點。舉例來說，若吸盤的運作係使用高電壓，本發明這些實施例所使用的開關可以是高電壓繼電器。
本發明的這些實施例並不需要限制開關所電性連接到的電位零點的細節。舉例來說，電位零點或可以為吸盤的電位零點，也或可以為吸盤所在反應室的電位零點，而也可以為地球電位零點。
本發明的這些實施例並不需要限制這些透過開關連接到電位零點的頂針的材料與輪廓。舉例來說，這些頂針會接觸到晶圓與會連接到開關的部分，可以是由鎳、銅或其他高導電性材料所製作。舉例來說，這些頂針不會接觸到晶圓也不會連接開關的部分，可以是由聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)或其他工程塑膠所製作。
特別是，由於用來將晶圓推離開吸盤藉以較習知技術靈敏精確地測量電容相關訊號的頂針以及用來透過開關電性連接到電位零點藉以消除晶圓上電荷的頂針二者的功能不盡相同，本發明不同的實施例或可以使用相同的頂針但是透過切換開關的導通與斷路來分段執行對電容相關訊號的測量與將晶圓上電荷傳導到電位零點的動作，也或可以分別使用不同的頂針來分別執行對電容相關訊號的測量與將晶圓上電荷傳導到電位零點的動作。
舉例來說，在消除晶圓上電荷的裝置的某些實施例，更包含可以延伸到用以固持晶圓的吸盤的外部的頂針總成，在此頂針總成包含可以延伸出吸盤的一或多個頂針以及分別支撐與移動不同頂針的一或多個支撐單元，在此頂針總成可分離晶圓與吸盤以形成一距離，在此至少一頂針具有可以與晶圓接觸而且電性連接到開關的導體終端與連接到支撐單元的介電質終端。
進一步地，這個消除晶圓上電荷的裝置可以與前述討論中監測晶圓與吸盤相對關係的裝置整合在一起。換句話說，在本發明的某些實施例，這個消除晶圓上電荷的裝置更包含可以延伸到用以固持晶圓的吸盤的外部的頂針總成，用以輸出起始交流訊號的交流訊號產生器以及用以比較起始交流訊號與自吸盤輸出的相應交流訊號的比較電路。在此交流訊號產生器分別地電性耦合至吸盤與比較電路而比較電路分別地電性耦合至交流訊號產生器與吸盤，在此頂針總成包含可以延伸出吸盤的一或多個頂針以及分別支撐與移動不同頂針的一或多個支撐單元，在此頂針總成可分離晶圓與吸盤以形成一距離並且相應交流訊號隨該距離變動而改變，在此係根據比較電路的比較結果判斷晶圓是否黏附在吸盤。在某些實施例中，頂針總成中的至少一頂針具有可以與晶圓接觸而且電性連接到開關的導體終端(亦即至少一頂針可以用來將電荷傳導離開晶圓)，甚至至少一具有導體終端的頂針更具有一介電質終端，在此介電質終端係連接到支撐單元，藉以確保這個頂針不會將晶圓及開關(或說電位零點)電性連接到這個裝置外部的硬體。在某些實施例中，或可以至少一個頂針為介電質頂針也或可以至少一個頂針有一個用以與晶圓機械性接觸介電質終端，藉以可以用來減少在將晶圓與吸盤相互分離的過程意外地將晶圓與外界電性連接的機率。在某些實施例中，或可以不同的頂針在晶圓被解除固持時係分別地機械性接觸晶圓而分隔晶圓與吸盤，或可以不同的頂針在晶圓被解除固持時係分別地機械性接觸晶圓而分隔晶圓與吸盤，並且至少一頂針係被一彈簧所機械性地支撐，在此不同的頂針係被不同的彈簧所分別地機械性支撐，也或可以不同的頂針在晶圓被解除固持時係分別地機械性接觸晶圓而分隔晶圓與吸盤，並且至少一頂針係被一彈簧所機械性地支撐，在此不同的頂針係被不同的彈簧所分別地機械性支撐而且每一彈簧係被一墊片所機械性地支撐，在此不同的彈簧係被不同的頂針所分別地機械性支撐。
顯然地，依照上面實施例中的描述，本發明可能有許多的修正與差異。因此需在其附加的權利請求項的範圍內加以理解，除上述詳細描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例中施行。上述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明的申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述申請專利範圍內。
11‧‧‧頂針總成111‧‧‧頂針112‧‧‧支撐單元12‧‧‧交流訊號產生器13‧‧‧比較電路131‧‧‧反轉放大器132‧‧‧數據多路復用器133‧‧‧微分放大器21‧‧‧吸盤22‧‧‧晶圓31‧‧‧步驟方塊32‧‧‧步驟方塊33‧‧‧步驟方塊34‧‧‧步驟方塊35‧‧‧步驟方塊36‧‧‧步驟方塊37‧‧‧步驟方塊38‧‧‧步驟方塊401‧‧‧頂針402‧‧‧開關403‧‧‧電位零點4015‧‧‧導體終端4016‧‧‧介電質終端41‧‧‧晶圓42‧‧‧吸盤51‧‧‧步驟方塊52‧‧‧步驟方塊
第一圖摘要地顯示本發明所提出監測晶圓與吸盤相對關係的機構。 第二A圖與第二B圖分別地顯示使用習知技術與使用本發明二者所偵測到電容相關訊號的樣例。 第二C圖顯示本發明所提出裝置的交流訊號產生器與比較電路的樣例。 第二D圖顯示一些樣例的比較，在此不同樣例所使用的不同頂針具有不同的長度、具有不同彈性的彈簧以及或可以使用或不使用墊圈。 第三A圖與第三B圖分別摘要地顯示二種本發明所提出的監測晶圓與吸盤間相對關係的方法。 第四A圖與第四B圖摘要地顯示本發明所提出的消除晶圓電荷的機構。 第五圖摘要地顯示一種本發明所提出的消除晶圓電荷的方法。
31‧‧‧步驟方塊
32‧‧‧步驟方塊
33‧‧‧步驟方塊
34‧‧‧步驟方塊
35‧‧‧步驟方塊

Claims (27)

  1. 一種監測晶圓與吸盤相對關係的裝置，包含：頂針總成，可以延伸到用以固持晶圓的吸盤的外部；交流訊號產生器，用以輸出起始交流訊號；以及比較電路，用以比較起始交流訊號與自吸盤輸出的相應交流訊號以產生電容相關訊號，根據電容相關訊號決定晶圓與吸盤的相對關係；在此，交流訊號產生器分別地電性耦合至吸盤與比較電路；在此，比較電路分別地電性耦合至交流訊號產生器與吸盤；在此，頂針總成包含可以延伸出吸盤的一或多個頂針以及分別支撐與移動不同頂針的一或多個支撐單元；在此，頂針總成可分離晶圓與吸盤以形成一距離，並且，相應交流訊號隨該距離變動而改變。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，在此不同的頂針在晶圓被解除固持時係分別地機械性接觸晶圓而分隔晶圓與吸盤。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，至少一頂針係被一彈簧所機械性地支撐，在此不同的頂針係被不同的彈簧所分別地機械性支撐。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的裝置，每一彈簧係被一墊片所機械性地支撐，在此不同的彈簧係被不同的頂針所分別地機械性支撐。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，每一個頂針皆是介電質頂針。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，每一個頂針皆有一個介電質終端，在此介電質終端係用以與晶圓機械性接觸。
  7. 一種監測晶圓與吸盤相對關係的方法，包含：監測晶圓是否被放置於吸盤上，在此係藉由偵測電容相關訊號以及決定偵測到的電容相關訊號是否具有代表晶圓被放置於吸盤上的第一數值；監測晶圓是否被吸盤所固持，在此係藉由偵測電容相關訊號以及決定偵測到的電容相關訊號是否具有代表晶圓被吸盤所固持的第二數值；監測晶圓是否在處理中，在此係藉由偵測電容相關訊號以及決定偵測到的電容相關訊號是否具有代表晶圓在處理中的第三數值；監測晶圓是否被吸盤解除固持，在此係藉由偵測電容相關訊號以及決定偵測到的電容相關訊號是否具有代表被吸盤解除固持的第四數值；或監測晶圓是否自吸盤被移除，在此係藉由偵測電容相關訊號以及決定偵測到的電容相關訊號是否具有代表自吸盤被移除的第五數值；在此，當晶圓未被吸盤所固持時晶圓與吸盤相互分離，而當晶圓被吸盤所固持時晶圓與吸盤相互機械性接觸；在此，藉由比較起始交流訊號與相應交流訊號來產生電容相關訊號，相應交流訊號的產生係透過將起始交流訊號傳輸通過吸盤而得到。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的方法，更包含至少下列之一：在電容對應訊號並不符合這些數值的任何一個時發出早期警報；在電容對應訊號不等於這些數值的任何一個的持續時間超過第一門檻周期時發出早期警報；在電容對應訊號不等於這些數值的任何一個時暫停對晶圓的處理；在電容對應訊號不等於這些數值的任何一個的持續時間高過第二門檻周期時暫停對晶圓的處理； 在電容對應訊號不等於這些數值的任何一個時暫停將晶圓自吸盤移除的動作；以及在電容對應訊號不等於這些數值的任何一個的持續時間高過第二門檻周期時暫停將晶圓自吸盤移除的動作。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的方法，更包含在吸盤為靜電吸盤時，使用電漿噴頭在電容對應訊號並不等於這些數值的任何一個時中和掉出現在吸盤的電荷。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的方法，更包含在電容對應訊號並不等於這些數值的任何一個時主動地反轉位於吸盤內部電極的極性。
  11. 一種監測晶圓與吸盤相對關係的方法，包含：當晶圓與吸盤相互機械性接觸並且未被固持時，偵測一電容相關訊號並定義一預定數值；使用頂針總成分離晶圓與吸盤；偵測該電容相關訊號以形成第一數值；比較該第一數值與該預定數值；判定晶圓與吸盤的相對關係，其中，當該第一數值大於該預定數值時，晶圓黏附在吸盤；其中，藉由比較起始交流訊號與相應交流訊號來產生電容相關訊號，相應交流訊號的產生係透過將起始交流訊號傳輸通過吸盤而得到。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的方法，更包含至少下列之一：在晶圓黏附在吸盤時發出早期警報；在晶圓黏附在吸盤的持續時間超過第一門檻周期時發出早期警報； 在晶圓黏附在吸盤時暫停將晶圓自吸盤移除的動作；以及在晶圓黏附在吸盤的持續時間高過第二門檻周期時暫停將晶圓自吸盤移除的動作。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的方法，更包含至少下列之一：在晶圓黏附發生時，使用電漿噴頭來中和掉出現在吸盤的電荷；以及在晶圓黏附發生時，反轉位於吸盤內部的電極的極性。
  14. 一種消除晶圓上電荷的裝置，包含：一或多頂針，位於吸盤內部並可以接觸到位於吸盤外部的晶圓；交流訊號產生器，用以輸出起始交流訊號；比較電路，用以比較起始交流訊號與自吸盤輸出的相應交流訊號以產生電容相關訊號，根據電容相關訊號決定晶圓與吸盤的相對關係；以及開關，選擇性電性地連接該一或多頂針與電位零點；在此，交流訊號產生器分別地電性耦合至吸盤與比較電路；在此，比較電路分別地電性耦合至交流訊號產生器與吸盤。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的裝置，在此，開關在下列情況之一時被導通以將電荷自晶圓導引到電位零點：解除吸盤對晶圓固持後晶圓黏附於吸盤時、解除吸盤對晶圓固持後晶圓自吸盤移除時，或解除吸盤對晶圓固持後將晶圓自吸盤移除前。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的裝置，在此，開關在下列情況之一時被斷路以將晶圓與電位零點二者電性隔離：晶圓被吸盤固持時；晶圓位於吸盤上但未被固持時； 晶圓被處理時；開關在晶圓自吸盤被移除後。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的裝置，在此，電位零點為吸盤的電位零點、吸盤所在反應室的電位零點，或地球電位零點。
  18. 如申請專利範圍第14項所述的裝置，更包含至少下列之一：在吸盤為具有多數個電極的吸盤時，分別位於這些電極附近的多數個頂針；以及電性連接頂針與電位零點的開關為高電壓繼電器。
  19. 如申請專利範圍第14項所述的裝置，更包含：頂針總成，可以延伸到用以固持晶圓的吸盤的外部；在此，頂針總成包含可以延伸出吸盤的一或多個頂針以及分別支撐與移動不同頂針的一或多個支撐單元；在此，頂針總成可分離晶圓與吸盤以形成一距離；在此，至少一頂針具有一導體終端與一介電質終端，導體終端係可以與晶圓接觸而且電性連接到開關而介電質終端係連接到支撐單元。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的裝置，在此，相應交流訊號隨該距離變動而改變。
  21. 一種消除晶圓上電荷的方法，包含：準備吸盤，在此吸盤內部具有可以接觸到位於吸盤外部的晶圓的一或多頂針，在此任一頂針皆透過開關電性地連接至電位零點；提供交流訊號產生器，用以輸出起始交流訊號； 提供比較電路，用以比較起始交流訊號與自吸盤輸出的相應交流訊號以產生電容相關訊號，根據電容相關訊號決定晶圓與吸盤的相對關係；調整開關的導通與斷路，藉以在需要消除晶圓上電荷時透過開關將電荷傳導到電位零點；其中，交流訊號產生器分別地電性耦合至吸盤與比較電路，比較電路分別地電性耦合至交流訊號產生器與吸盤，在處理晶圓時將開關斷路藉以將晶圓與電位零點二者電性隔離，以及在解除吸盤對晶圓固持後要將晶圓自吸盤移除前將關關導通藉以讓晶圓上的電荷經由開關而被傳導致電位零點。
  22. 如申請專利範圍第21項所述的方法，更包含至少下列之一：在晶圓黏附於吸盤時，導通開關藉以將電荷自晶圓導引到電位零點；在將晶圓自吸盤移除時，導通開關藉以將電荷自晶圓導引到電位零點；以及在將晶圓自吸盤移除前，導通開關藉以將電荷自晶圓導引到電位零點。
  23. 如申請專利範圍第21項所述的方法，更包含至少下列之一：在晶圓被吸盤固持，斷路開關藉以將晶圓與電位零點二者電性隔離；在晶圓位於吸盤上但未被固持時，斷路開關藉以將晶圓與電位零點二者電性隔離；在晶圓被處理時，斷路開關藉以將晶圓與電位零點二者電性隔離；以及在晶圓自吸盤被移除後，斷路開關。
  24. 如申請專利範圍第21項所述的方法，更包含至少下列之一：以吸盤的電位零點作為電性連接到開關的電位零點； 以吸盤所在反應室的電位零點作為電性連接到開關的電位零點；以及以地球電位零點作為電性連接到開關的電位零點。
  25. 如申請專利範圍第21項所述的方法，更包含至少下列之一：在吸盤為具有多數個電極的吸盤時，在每個電極附近都放置至少一頂針；以及使用高電壓繼電器作為電性連接頂針與電位零點的開關。
  26. 如申請專利範圍第21項所述的方法，更包含讓頂針屬於可以延伸到用以固持晶圓的吸盤的外部的頂針總成，在此頂針總成包含可以延伸出吸盤的一或多個頂針以及分別支撐與移動不同頂針的一或多個支撐單元，在此頂針總成可分離晶圓與吸盤以形成一距離，在此至少一頂針具有可以與晶圓接觸而且電性連接到開關的導體終端與連接到支撐單元的介電質終端。
  27. 如申請專利範圍第26項所述的方法，在此，相應交流訊號隨該距離變動而改變。
TW106129423A 2016-11-04 2017-08-30 監測晶圓與吸盤相對關係的裝置與方法 TWI775772B (zh)

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