监控晶圆处理的系统及方法以及晶圆处理的制造方法
【专利摘要】本文揭示监控晶圆处理的系统及方法以及晶圆处理机。一种用于监控晶圆处理的系统包含传感器与控制器。该传感器能够固定于已组装的晶圆处理机。该控制器与该传感器电子通讯以及包含控制逻辑。该控制逻辑经组构成在该晶圆处理机对准时储存该传感器的参考输出，以及经组构成在该传感器的该参考输出与当前输出之间的差异超出临界值时产生指示讯号。
【专利说明】监控晶圆处理的系统及方法以及晶圆处理机
【技术领域】
[0001] 本揭示内容有关于半导体晶圆处理。更特别的是，本揭示内容有关于在半导体晶 圆处理期间监控机器对准以侦测潜在刮伤。
【背景技术】
[0002] 集成电路及其它微型装置的制造涉及在各种机器中执行的各种制程步骤。半导体 材料（晶圆）的薄切片通常使用自动搬运晶圆器（robotic wafer handler)在不同机器之 间移动及移交。自动搬运晶圆器的组件可能因组件磨损或意外人为干扰而失准。例如，晶 圆搬运器中的一组件有〇. 1度的倾斜可能造成机械手臂在处理期间刮伤晶圆。
[0003] 通常会丢弃被刮伤的晶圆，这导致工具时间及材料的损失。此外，典型的晶圆加工 顺序可能直到在数个制程步骤以后在检查晶圆的时候才侦测刮伤。在数个制程步骤期间， 数百个晶圆可能已经被失准的工具刮伤。
[0004] 可添加附加步骤以检查工具是否会刮伤。通常每一周用晶圆及侦测工具来执行所 述附加步骤。所述步骤会用掉循环时间及晶圆，而且在经过一段时间后仍可能产生没有被 侦测到的刮伤。在会刮伤的期间，数千个晶圆可能被刮伤。增加附加步骤的频率导致损失 更多的工具时间。
[0005] 因此，对于潜在的晶圆刮伤，期望提供一种用于监控晶圆处理的系统及方法。此 夕卜，期望提供一种改良的晶圆处理机。此外，阅读以下结合附图的【具体实施方式】，和发明内 容及此【背景技术】可明白其它合意特征及特性。
【发明内容】
[0006] 本文揭示用于监控晶圆处理的系统、机器及方法。在一具体实施例中，一种用于监 控晶圆处理的系统包含传感器与控制器。该传感器经组构成可固定于已组装的晶圆处理 机。该控制器与该传感器电子通讯以及包含控制逻辑。该控制逻辑经组构成可在该晶圆处 理机对准时，储存该传感器的参考输出，以及经组构成可在该传感器的该参考输出与当前 输出之间的差异超出临界值时，产生指示讯号。
[0007] 在另一示范具体实施例中，一种晶圆处理机，包含：装载端口、机械手臂、传感器、 控制器、以及自动控制模块。该装载端口能够固持数个晶圆以及该机械手臂能够拾取及移 动所述晶圆。该传感器固定于该装载端口与该机械手臂中的至少一个外。该控制器包含控 制逻辑以：在该晶圆处理机对准时，储存该传感器的参考输出，以及在该传感器的该参考输 出与当前输出之间的差异超出临界值时，产生指示讯号。该自动控制模块经组构成控制该 机械手臂的运动以及与该控制器分离。
[0008] 在另一示范具体实施例中，提供一种监控晶圆处理的方法。该方法包括：在晶圆处 理机对准时，储存固定于该晶圆处理机的传感器的参考输出，以及在该传感器的该参考输 出与当前输出之间的差异超出临界值时，产生指示讯号。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 以下结合附图描述本揭示内容的示范具体实施例，其中类似的组件用相同的组件 符号表不。
[0010]图1根据一些具体实施例图标监控系统的方块图；
[0011] 图2A及图2B的等角视图根据一些具体实施例图标包含图1的监控系统的晶圆处 理机；以及
[0012] 图3的流程图根据一些具体实施例图标用于监控晶圆处理的方法。
[0013] 组件符号表
[0014] 100 监控系统
[0015] 110 传感器
[0016] 112 成像装置
[0017] 114 控制器
[0018] 116 工厂自动化基础设施
[0019] 120 第一互连
[0020] 122 第二互连
[0021] 130 水平或倾斜传感器
[0022] 132 温度传感器
[0023] 134 振动传感器
[0024] 136 谐波传感器
[0025] 140 传感器输入
[0026] 142 成像装置输入
[0027] 144 电源供应器
[0028] 146 控制逻辑
[0029] 147 参考摄取按钮
[0030] 148 无线调制解调器
[0031] 150 无线调制解调器
[0032] 152 监控应用系统
[0033] 200 设备前端模块（EFEM)
[0034] 210 机械手臂
[0035] 212 装载端口
[0036] 214 第二装载端口
[0037] 216 第三装载端口
[0038] 218 自动控制模块
[0039] 220 轨道
[0040] 222 圆柱
[0041] 224 末端作用器
[0042] 230 前开式晶圆盒（F0UP)
[0043] 232 半导体晶圆
[0044] 234 门
[0045] 300 方法
[0046] 302 操作
[0047] 304 操作
[0048] 306 操作
[0049] 308 操作
[0050] 310 操作
[0051] 312 操作
[0052] 314 操作
[0053] 316 操作
[0054] 317 操作
[0055] 318 操作
[0056] 320 操作。
【具体实施方式】
[0057] 以下的详细说明在本质上只是用来图解说明而非旨在限制本发明具体实施例或 所述具体实施例的应用及用途。本文使用"示范"的意思是"用来作为例子、实例或图例"。 在此作为范例所描述的任何具体实作不是要让读者认为它比其它具体实作更佳或有利。此 夕卜，希望不受明示或暗示于【【技术领域】】、【【背景技术】】、【
【发明内容】
】或【【具体实施方式】】之中 的理论约束。
[0058] 以下的说明会指涉"连接"或"耦合"在一起的组件或节点或特征。如本文所使用 者，除非另有明确说明，"耦合"意指一组件/节点/特征与另一组件/节点/特征直接连结 (或直接或间接相通），然而不一定以机械方式连结。同样，除非另有明确说明，"连接"意指 一组件/节点/特征与另一组件/节点/特征直接连结（或直接相通），然而不一定以机械 方式连结。
[0059] -般而言，本文所提供的数个具体实施例利用倾斜传感器及位移传感器以验证晶 圆工具、腔室及装载端口的框架是否对准。因此，可减少源于失准工具的晶圆刮伤。该系统 可用于有不同组件及组构的各种晶圆处理机。
[0060] 图1根据一些具体实施例图标监控系统100的方块图。监控系统100包含传感器 110、成像装置112及控制器114。监控系统100可与工厂自动化基础设施116无线通讯。 传感器110经由第一互连120与控制器114电子通讯以及成像装置112经由第二互连122 与控制器114电子通讯。在所提供的实施例中，互连120U22均与导电接线群组电性绝缘。 例如，每个传感器在互连120中具有个别接线用以与控制器114分开通讯。应了解，传感器 110及成像装置112可用其它方式与控制器114通讯，例如无线通讯，这不脱离本揭示内容 的范畴。
[0061] 传感器110组构成被固定于用于半导体装置制造的晶圆处理机，这在下文会有描 述。在所提供的实施例中，传感器110包含水平或倾斜传感器130、温度传感器132、振动传 感器134、以及谐波传感器136。传感器110允许几乎实时地侦测刮伤。例如，振动传感器 134可侦测机器人何时在振动而可能造成刮伤。谐波传感器136可用来测定机器的声波是 否随着时间而改变，这可指示失准及晶圆刮伤的风险。可个别提供不同的传感器130、132、 134、136或一起包装于一个传感器壳体中。在一些具体实施例中，只使用倾斜传感器130。
[0062] 在一些具体实施例中，传感器110为微机电系统（MEMS)传感器。传感器110产生 输出讯号给第一互连120供控制器114分析。例如，倾斜传感器130可产生指示水平传感 器130相对于地球引力的方位的模拟电压或电流讯号。然后，可用控制器114分析所产生 的讯号的大小以确定晶圆处理机的对准何时改变。
[0063] 成像装置112经组构成被固定于晶圆处理机以及在不同处理周期的同一个部份 摄取影像。例如，成像装置112可摄取机械手臂每次在手臂进入装载端口时的影像，这在下 文会有描述。可用控制器114分析所摄取的影像以确定晶圆处理机的组件的高度失准。例 如，蜗形齿轮或滚珠螺杆可能磨损而造成机械手臂的垂直对准与参考高度不同。
[0064] 在所提供的实施例中，成像装置112为电荷耦合装置（CXD)摄影机。成像装置112 产生在第二互连122上的讯号以传送数字影像给控制器114供分析。应了解，成像装置112 可传送单一影像或可传送实质连续的视讯而不脱离本揭示内容的范畴。在一些具体实施例 中，控制器114 (如下述）的影像比较功能被并入成像装置112。
[0065] 控制器114接收由传感器110及成像装置112产生的讯号供分析晶圆处理机的对 准的改变。控制器114包含传感器输入140、成像装置输入142、电源供应器144、控制逻辑 146、参考摄取按钮（reference capture button) 147、以及无线调制解调器148。传感器输 入140电子耦合至传感器110以接收传感器110所产生的输出讯号。例如，传感器输入140 可接收由倾斜传感器130所产生的指示倾斜传感器130的倾角的模拟输出。成像装置输入 142与成像装置112电子耦合以接收成像装置112所产生的影像。例如，成像装置输入142 可从成像装置112接收指示晶圆处理机的机械手臂高度的数字影像。
[0066] 控制逻辑146可包含能够执行下述各种任务的任何控制电路。例如，控制逻辑 146可包含特殊应用集成电路（ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或韧体程序的处理 器（共享、专属或群组）以及内存、组合逻辑电路及/或提供所述功能的其它适当组件。在 一些具体实施例中，控制逻辑146可为基于硬件的逻辑，或可包含硬件、韧体及/或软件组 件的组合。
[0067] 控制逻辑146经组构成执行以下在说明图3时提及的至少一些操作。例如，控制逻 辑146在参考摄取按钮147按下时可摄取及储存来自传感器110及成像装置112的参考输 出。控制逻辑146进一步比较传感器110及成像装置112的输出讯号与储存的参考输出。 当该参考输出与传感器110所产生的当前输出的差异超出临界值时，控制逻辑146产生指 示讯号。
[0068] 储存参考输出及比较电流值与参考输出会减低对于昂贵的校准程序的需求，在此 所述传感器被组构成可提供传感器相对于Z方向的水平。例如，短暂参考图2,技术人员可 人工对准圆柱222与装载端口 212,使得圆柱222与装载端口 212二者在Z方向有相同的小 角度。此一对准不会导致晶圆在处理期间刮伤，因此对于储存的参考输出是合适的。
[0069] 请再参考图1，无线调制解调器148送出指示讯号给基础设施116的无线调制解调 器150。应了解，无线调制解调器148U50可使用任何适当的无线协议。在一些具体实施例 中，无线调制解调器148U50换成有线网络通讯。
[0070] 基础设施116的监控应用系统152送出警告以及禁止进一步输送晶圆至发出指示 讯号的晶圆处理机。例如，监控应用系统152可用广播呼叫（page)、电子邮件、文字或以其 它方式警告技术人员该晶圆处理机应予以维修。禁止进一步输送晶圆的步骤可包括：安排 所有继续生产的路线至不同的晶圆处理机或装载端口。
[0071] 图2A及图2B的等角视图根据一些具体实施例图标包含监控系统100的设备前端 模块（EFEM)200。一般而言，EFEM200为用于将半导体晶圆加载各种加工设备的晶圆处理 机。例如，EFEM200可将晶圆加载供真空加工的加工工具、在晶圆上取得测量值的量测平台 (metrology stage)、清洗晶圆的蚀刻槽（wet sink)等等。应了解，监控系统100可被并 入晶圆在此被处理的任何设备（例如，机器人内部工具（robots inside tools)、加工夹头 (processing chuck)等等）上而不脱离本揭示内容的范畴。
[0072] EFEM200包含机械手臂210、第一装载端口 212、第二装载端口 214、第三装载端口 216、以及用于控制机械手臂的运动的自动控制模块218。机械手臂210包含轨道220、圆柱 222、以及末端作用器（end effector) 224。机械手臂210沿着X轴在轨道220上平移以存 取每个装载端口 212、214、216。圆柱222压缩及膨胀以使末端作用器224沿着Z轴平移。 圆柱222也旋转以使末端作用器224沿着Y轴平移。
[0073] 在 EFEM200 的操作期间，前开式晶圆盒（front opening unified pod, F0UP) 230 放在装载端口 212、214、216上。F0UP230初始各自包含堆栈的半导体晶圆232与门234。半 导体晶圆232,例如，可为结晶硅在半导体制造加工的各种阶段的切片。可用有F0UP230放 在其上的装载端口的机构打开门234。晶圆232在垂直方向隔开以允许末端作用器224进 入在晶圆232之间的F0UP230,用以去除最上面的晶圆232。为了防止末端作用器224刮伤 晶圆，在使用前由技术人员对准EFEM200的组件。
[0074] 倾斜传感器130可固定于EFEM200的各种组件以监控所述组件的对准。传感器130 可用任何适当方式固定。在一些具体实施例中，传感器130在EFEM200的最终组装后固定 于EFEM200。因此，传感器130被组构成可固定于已用于工厂的各种机器的任何组件。在所 提供的实施例中，倾斜传感器130用胶带固定于EFEM200的组件外。在所提供的实施例中， 倾斜传感器130固定于圆柱222、EFEM200的基部以及每个装载端口 212、214、216。成像装 置112在末端作用器224进入装载端口的附近处被固定于EFEM200。
[0075] 控制器114从自动控制模块218独立出来可促进系统100使用于各种机器。例如， 控制器114不受限于EFEM200制造商用来指示失准的软件类型。在一些具体实施例中，在 工厂内将系统1〇〇运输于各自包含不同自动控制模块的不同机器之间。
[0076] 图3根据一些具体实施例以流程图形式图标监控晶圆处理的方法300。在操作302 中，安装晶圆处理工具。例如，已经组装完成的EFEM200可安装于工厂中。在所提供的实施 例中，晶圆处理机没有内建对准感测性能。在操作304中，对准该晶圆处理工具。例如，技 术人员用水平仪或其它设备以人工的方式使工具的每个组件呈水平。
[0077] 在操作306中，传感器固定于已组装的晶圆处理工具中。例如，技术人员可用胶带 将传感器110固定于EFEM200。传感器110可固定于晶圆处理工具的任何组件。例如，倾斜 传感器130可固定于EFEM200的圆柱222、基部、及装载端口 212、214、216。系统100的模 块特性及制造商独立特性可促进改装已用于生产的工具。
[0078] 在操作308中，在晶圆处理机对准时，摄取及储存参考输出。例如，技术人员可按 下参考摄取按钮147以指示EFEM200对准。然后，控制器114每次在按钮147按下时可储 存传感器110所产生的输出。如前述，倾斜传感器130所产生的输出对应至倾斜传感器130 的角度以及圆柱122或装载端口 212、214、216的角度。
[0079] 在操作310中，将成像装置固定于晶圆处理工具。例如，成像装置112在装载端口 212附近可固定于EFEM200。在操作312中，在工具对准时，摄取及储存参考影像。例如，在 参考摄取按钮147按下时，控制器114可储存处理周期在末端作用器224进入装载端口 214 位置的部份的参考影像。
[0080] 在操作314中，参考输出及参考影像与来自传感器的当前输出以及来自成像装置 的验证影像进行比较。例如，控制器114可计算传感器110的参考输出与当前由传感器110 产生的输出的差异。同样，控制器114可比较在操作312中储存的参考影像与每次在末端 作用器224进入在当前处理周期的该部份的装载端口 214时摄取的验证影像。因此，控制 器114能够比较末端作用器224的当前位置与末端作用器224的受教参考位置以确定末端 作用器224在Z方向是否失准。
[0081] 操作316确定工具是否失准。例如，在其中一个参考输出与至少一个传感器的当 前输出的差异超出临界值时，控制器114可确定工具失准。在一些具体实施例中，倾斜传感 器130的临界值对应至偏离对准位置的0. 1度偏角。
[0082] 若工具没有失准，重复操作314以持续地监控工具的对准。若工具失准，在操作 317中产生指示讯号。例如，控制器114可产生该指示讯号以及用无线调制解调器148传递 该指示讯号至工厂自动化基础设施116。
[0083] 在操作318中禁止输送晶圆至失准工具。例如，在第一装载端口 212失准时，控制 器114的控制逻辑146可指示工厂自动化基础设施116重新安排其它晶圆由第一装载端口 212输送至第二、第三装载端口 214、216的路线。在一些具体实施例中，在圆柱222失准时， 基础设施116重新安排其它晶圆输送至不同机器的路线。
[0084] 在操作320中，通知操作员工具需要维修。例如，控制器114或基础设施116可产 生电子邮件、文字、广播呼叫或其它通信给技术人员。应了解，可包含任何合适类型的通知 而不脱离本揭示内容的范畴。
[0085] 本文所提供的具体实施例展现有利于晶圆处理监控的属性。借由在现有机器上使 用模块化监控系统，可减少在晶圆处理期间的刮伤。该系统的模块化特性可促进在系统的 使用寿命期间可移植及使用于不同的机器。在机器对准时储存参考水平可降低对于由工具 制造商提供的昂贵校准维修的依赖。另外，所述系统及方法允许在中央位置几乎实时地监 控工具对准。
[0086] 尽管在以上的详细说明中已提出至少一个示范具体实施例，然而应了解，仍存在 许多变体。也应了解，所述示范具体实施例只是实施例，而且不希望以任何方式来限定本发 明的范畴、应用范围、或组态。反而，上述详细说明是要让熟谙此艺者有个方便的发展蓝图 用来具体实作所述示范具体实施例。应了解，组件的功能及配置可做出不同的改变而不脱 离权利要求书及其合法等效物所述的本发明范畴。
【权利要求】
1. 一种用于监控晶圆处理的系统，该系统包含： 传感器，其能够固定于已组装的晶圆处理机；以及 控制器，其与该传感器电子通讯以及包含控制逻辑以： 在该晶圆处理机对准时，储存该传感器的参考输出；以及 在该传感器的该参考输出与当前输出的差异超出临界值时，产生指示讯号。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统包含固定于已组装的晶圆处理机 的倾斜传感器。
3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，该传感器包含含有振动传感器、温度传感 器、振动传感器及谐波传感器的多个传感器。
4. 根据权利要求1所述的系统，还包含成像装置，以及其中，该控制器还包含控制逻辑 以： 储存来自该成像装置的参考影像，其指示该晶圆处理机的组件在处理周期的一部份期 间的参考1?度； 在另一处理周期的该部份期间，摄取来自该成像装置的验证影像；以及 在该参考影像与该验证影像之间的差异指示该参考高度与该晶圆处理组件在该验证 影像中的高度之间的差异超出临界值时，产生该指示讯号。
5. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该控制器还包含控制逻辑以基于该指示 讯号来下命令禁止自动输送半导体晶圆至该晶圆处理机。
6. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该控制器更包含用于传递该指示讯号的 无线调制解调器。
7. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该控制器还包含按钮，以及其中，该控制 逻辑还被组构成在该按钮按下时储存该参考输出。
8. -种晶圆处理机，包含： 装载端口，其能够固持数个晶圆； 机械手臂，其能够拾取及移动所述晶圆； 传感器，其固定于该装载端口与该机械手臂中的至少一个外； 控制器，其包含控制逻辑以： 在该晶圆处理机对准时，储存该传感器的参考输出；以及 在该传感器的该参考输出与当前输出之间的差异超出临界值时，产生指示讯号；以及 自动控制模块，其用于控制该机械手臂的运动，其中，该自动控制模块与该控制器分 离。
9. 根据权利要求8所述的晶圆处理机，其特征在于，该传感器包含倾斜传感器。
10. 根据权利要求8所述的晶圆处理机，其特征在于，该传感器包含含有振动传感器、 温度传感器、振动传感器及谐波传感器的多个传感器。
11. 根据权利要求8所述的晶圆处理机，还包含成像装置，以及其特征在于，该控制器 还包含控制逻辑以： 在处理周期的一部份期间，当该机械手臂在参考高度时，储存来自该成像装置的参考 影像； 在另一处理周期的该部份期间，摄取来自该成像装置的验证影像；以及 在该参考影像与该验证影像之间的差异指示该参考高度与该机械手臂在该验证影像 中的高度之间的差异超出临界值时，产生该指示讯号。
12. 根据权利要求8所述的晶圆处理机，其特征在于，该控制器还包含控制逻辑以基于 该指示讯号来下命令禁止自动输送半导体晶圆至该晶圆处理机。
13. 根据权利要求8所述的晶圆处理机，其特征在于，该控制器还包含用于传递该指示 讯号的无线调制解调器。
14. 根据权利要求8所述的晶圆处理机，其特征在于，该控制器还包含按钮，以及其中， 该控制逻辑还被组构成在该按钮按下时储存该参考输出。
15. -种监控晶圆处理的方法，该方法包括： 在晶圆处理机对准时，储存传感器的参考输出，其中，该传感器固定于该晶圆处理机； 以及 在该传感器的该参考输出与当前输出之间的差异超出临界值时，产生指示讯号。
16. 根据权利要求15所述的方法，还包括：将该传感器固定于已组装的半导体晶圆处 理机的组件。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，固定该传感器还包括固定倾斜传感器、 振动传感器、温度传感器、振动传感器及谐波传感器中的至少一个。
18. 根据权利要求15所述的方法，还包括： 固定成像装置于该已组装的半导体晶圆处理机； 在处理周期的一部份期间，在该晶圆处理机的晶圆处理组件位在参考高度时，储存来 自该成像装置的参考影像； 在另一处理周期的该部份期间，摄取来自该成像装置的验证影像；以及 在该参考影像与该验证影像之间的差异指示该参考高度与该晶圆处理组件在该验证 影像中的高度之间的差异超出临界值时，产生该指示讯号。
19. 根据权利要求15所述的方法，还包括：基于该指示讯号，禁止自动输送半导体晶圆 至该晶圆处理机。
20. 根据权利要求15所述的方法，还包括：固定倾斜传感器于该晶圆处理机的机械手 臂以及包括固定倾斜传感器于该晶圆处理机的装载端口。
【文档编号】H01L21/67GK104124189SQ201410178064
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2013年4月29日
【发明者】S·B·迈纳, W·J·福斯奈特, R·加拉格尔 申请人:格罗方德半导体公司