TWI397148B - 軌跡微影工具中之晶圓置中情形的偵測方法與系統 - Google Patents

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Description

軌跡微影工具中之晶圓置中情形的偵測方法與系統
一般而言，本發明係關於基板處理設備之領域。更特定言之，本發明係關於在一半導體處理裝置操作期間偵測晶圓的置中情形之方法與裝置。僅以實例說明之，本發明之方法及裝置已經被應用於裝配在一可平移台上之光學發射器及偵測器，以便在一軌跡微影工具之處理腔室內旋轉晶圓時，確定晶圓之位置。該方法及裝置可以被應用在用於半導體處理設備之其他處理裝置。
現代積體電路包含數百萬個別元件，該等元件之製造係藉由將構成半導體電路之材料(例如為矽、金屬及介電層)圖案化為特定尺寸，且該等尺寸通常為毫米之分數量級。在整個產業內，用於形成此等圖案之技術為光微影術(photolithography)。一典型光微影製程順序通常包括：在一基板之表面沉積一或多個均勻光阻(抗蝕劑)層；使沉積層乾燥固化；將該光阻層曝露在適於修改被曝露層之照射之下，從而圖案化該基板；以及接著顯影該被圖案化之光阻層。
在半導體產業內，許多與光微影製程相關之步驟都是在一多腔室處理系統(例如一群集式工具；cluster tool)中執行，該系統能夠以受控方式依序處理半導體晶圓。用於沉積(即塗佈)及顯影一光阻材料之群集式工具通常被 稱為“軌跡微影工具”。
軌跡微影工具通常包括一主框架，其容納多個腔室(該等腔室在本文中有時被稱為“台”)，專門用於執行各種與微影之前、之後處理相關之任務。在軌跡微影工具中通常還同時包括濕式處理腔室與乾式處理腔室。濕式處理腔室包括塗佈及/或顯影槽，而乾式處理腔室包括容納烘烤及/或冷卻盤之熱控制單元。軌跡微影工具還經常包括：一或多個盒裝配裝置，例如工業標準的FOUP(前開式晶圓盒)，以從淨化室接收基板及將基板返回淨化室；多個基板傳送機器手臂，用於在該軌跡工具之各台之間傳送基板；以及一介面，其允許該工具被可操作性地耦合至一微影曝光工具，用以將基板傳送至曝光工具之內，並且在該曝光工具內完成對基板之處理後，接收基板。
多年來，半導體產業內存在一種很強的推動力，以縮小半導體元件之尺寸。特徵尺寸縮小之後，使該產業對於製程可變性之耐受度變小，其亦又會導致半導體製造規範對於製程一致性及可重複性都具有更嚴格之要求。在軌跡微影製程順序中，將製程可變性最小化之一重要因素係：在執行製程步驟期間，必須確保基板或晶圓為適當地置中。在半導體元件處理過程期間，最好能夠準確地將晶圓置中在支撐台或吸座(chuck)上，從而確保晶圓在其整個處理表面受到均勻處理(例如，在光阻旋轉塗覆過程中之均勻光阻層)。此外，針對對於結晶定向或圖案對準為敏感之處理過程，晶圓上通常具有一凹口或平邊，用於指示該 基板之結晶定向或圖案對準。在處理步驟期間，利用該凹口或平邊對該晶圓進行對準係將該凹口或平邊放置在相對於該腔室組件之適當位置。
存在有晶圓置中裝置，其中，一光學發射器及一光學偵測器係放置在該晶圓之相對側面，且在該光學偵測器處量測通過該晶圓外邊緣之光線。可藉此確定晶圓在該吸座上之置中準確度。但是，在某些軌跡微影工具應用中，由於諸如光阻等流體之應用，從而使此種晶圓置中設計為不可行，其會在該等光學元件及處理流體之間導致多餘的接觸。
因此，該技術領域內需要經改進之方法與系統，用於在軌跡微影工具操作期間偵測晶圓之置中情形。
根據本發明之一具體實施例，係提供一種用於量測基板同心度之系統。該系統包括一基板支撐構件，該支撐構件係適以圍繞一實質垂直軸而旋轉一基板。該基板包括一裝配表面及一處理表面。該系統還包括：一位於該基板下方的旋轉杯；以及一可平移臂，其裝配在該基板之處理表面上方的一預定距離。該可平移臂係適以沿著該基板之半徑而平移。該系統更包括一裝配在該可平移臂上之光學發射器及一裝配在該可平移臂上之光學偵測器。在一特定具體實施例中，光學發射器係經定向，而以相對於基板之處理表面的一非垂直入射角度導引一入射光學照射束。
根據本發明之另一具體實施例，係提供一種用於量測基板同心度之方法。該方法包括：將該基板放置在一位於該旋轉杯之上的基板支撐件上；旋轉該基板；及導引一入射光學照射束而使其照射基板之處理表面。該方法還包括：偵測由該旋轉杯而反射出之第一反射光束；以及偵測由該基板之處理表面而反射出之第二反射光束。該方法更包括計算該基板之同心度。在一些具體實施例中，進行三角分析而使其作為該基板同心度計算過程之一部分。
根據一特定具體實施例，係提供一種用於量測基板同心度之方法。該方法包括：a)旋轉該基板，b)自一光學發射器提供一入射光束，及c)將該入射光束導引至該基板之處理表面。該方法還包括：d)在一光學偵測器處收集一系列訊號值，e)將該光學發射器朝向該基板之中心平移，及f)將該光學偵測器朝向該基板之中心平移。該方法更包括：g)將步驟d)至f)重複一預定次數，以提供一組系列訊號值，h)將該組系列訊號值以曲線擬合至一曲線組，以提供一組擬合曲線，i)選擇與該擬合曲線組中之兩者相關的幅度值，以及j)進行分析，以判定該基板之同心度。在一具體實施例中，判定該基板之同心度所進行之分析包括執行三角分析。
藉由本發明可獲得許多優於習知技術之優點。舉例而言，本發明之具體實施例提供了量測晶圓置中情形之系統，其能夠對抗光微影術之化學物質的污染。此外，由於該光學頭延伸至該基板處理表面上之一降低高度，因此該 等具體實施例之特徵在於具有相對於習知系統更小之形狀因素。根據該具體實施例，可達到一或多個此等優點，以及其他優點。下文將在本說明書中更詳盡地描述此等及其他優點，更具體而言，將結合隨附圖式進行描述。
第1圖係一軌跡微影工具之具體實施例的平面圖，在該工具中可以使用根據本發明之具體實施例。如第1圖所示，該軌跡微影工具包括一前端模組110(有時被稱為工廠介面)及一處理模組111。在其他具體實施例中，該軌跡微影工具包括一後端模組(未示出)，其有時被稱為掃描器介面。前端模組110通常包含一或多個盒式組合件或者FOUP(例如，組合件105A-D)，及前端機器手臂組合件115，該前端機器手臂組合件115包括一水平移動組合件116及一前端機器手臂117。該前端模組110還可包括前端處理架(未示出)。該等一或多個盒式組合件105A-D通常係適以容納一或多個晶圓盒106，該些晶圓盒106可以容納一或多個將在該軌跡微影工具中進行處理之基板或晶圓。該前端模組110還可包含一或多個穿過位置(未示出)，用於連接該前端模組110與該處理模組111。
處理模組111通常包含許多處理架120A、120B、130及136。如第1圖所示，處理架120A及120B分別包括一具有共用分配器之塗佈/顯影模組124。具有共用分配器之塗佈/顯影模組124包含兩個塗佈槽121，該些塗佈槽121 放置在一共用分配組122之相對側，該共用分配組122包含數個分配噴嘴123，其將處理液體(例如，底部抗反射塗層(BARC)液體、光阻、顯影劑及類似流體)提供給裝配在一位於該塗佈槽121中之基板支撐件127上的晶圓。在第1圖所示的具體實施例中，沿一軌跡126滑動之噴嘴定位構件125能夠從共用分配組122中拾起一分配噴嘴123，且將所選擇之分配噴嘴放置在該晶圓上方，以進行分配操作。在替代具體實施例中係提供具有專用分配組之塗佈槽。
處理架130包括一整合式熱單元134，其包括一烘烤盤131、一冷卻盤132及一晶圓傳送裝置(shuttle)133。烘烤盤131及冷卻盤132用於熱處理操作中，包括曝光後烘烤(PEB)、塗佈光阻後之烘烤，等等。在某些具體實施例中，晶圓傳送裝置133(其將晶圓在x方向上移動於該烘烤盤131及該冷卻盤132之間)被冷卻，以便在該晶圓從該烘烤盤131中移下之後且放置到該冷卻盤132上之前，為該晶圓提供一初始冷卻。此外，在其他具體實施例中，晶圓傳送裝置133係適以在z方向移動，以便使用在不同z高度上的烘烤及冷卻盤。處理架136包括一整合式烘烤及冷卻單元139，其具有由單一冷卻盤138進行配合之二個烘烤盤137A及137B。
一或多個機器手臂組合件(機器手臂)140係適以進出該前端模組110、係持於處理架120A、120B、130及136中之各種處理模組或腔室，及掃描器150。藉由在此等各 組件之間傳送基板，可以對該基板執行所期望之製程順序。第1圖所示之二機器手臂140係配置為一平行處理組態，且沿水平移動組合件142在x方向上移動。利用一桿結構(未示出)，該等機器手臂140亦適以垂直於該傳送方向而移動。利用三方向移動能力中之一或兩種能力，機器手臂140能夠將晶圓放置在保持於該等處理架之各處理腔室中，且可以在其之間傳輸晶圓，該等處理架沿傳輸方向對準。
參考第1圖，該第一機器手臂組合件140A及該第二機器手臂組合件140B係適以將基板傳送到包含於該處理架120A、120B、130及136中之各個處理腔室。在一具體實施例中，為了執行在該軌跡微影工具中傳送基板之過程，機器手臂組合件140A及機器手臂組合件140B係以類似方式配置，且包含至少一水平移動組合件142、一垂直移動組合件144，及一用以支撐機器手臂葉片145之機器手臂硬體組合件143。機器手臂組合件140與控制該系統之控制器160相互連通。在第1圖所示之具體實施例中，還提供一後部機器手臂組合件148。
該掃描器150係一微影投射裝置，其被用於例如積體電路之製造過程中。該掃描器150將沉積於該群集式工具中基板上之光敏材料曝露至某種形式之照射之下，以產生一電路圖案，而該電路圖案係對應於將要在該基板表面形成之積體電路的個別層。
該等處理架120A、120B、130及136之每一者包含多 個垂直堆疊排列之處理模組。即，該等處理架之每一者可以包含多個堆疊設置之具有共用分配器的塗佈/顯影模組124、多個堆疊設置之整合式熱單元134、多個堆疊設置之整合式烘烤及冷卻單元139或者其他適以執行一軌跡微影工具之各種所需處理步驟的模組。舉例來說，具有共用分配器之塗佈/顯影模組124可以用於沉積一底部抗反射塗層(BARC)及/或沉積及/或顯影光阻層。整合式熱單元134及整合式烘烤及冷卻單元139可執行烘烤及冷卻操作，該等操作係關於在施加或曝光之後的該底部抗反射塗層及/或光阻層之硬化。
在一具體實施例中，控制器160係用於控制該群集式工具中之全部元件及在其中執行之全部過程。控制器160通常係適於與該掃描器150連通、監視及控制在該群集式工具中所執行過程之各個態樣，以及適以控制整個基板製程順序之全部態樣。控制器160通常係一基於微處理器之控制器，其係配置以從一使用者及/或該處理腔室之一者中之各種感測器接收輸入，且根據各輸入以及儲存於該控制器記憶體之軟體指令而適當地控制該等處理腔室組件。該控制器160通常包含記憶體及一中央處理單元(未示出)，其可由該控制器用於儲存各種程式、處理該等程式及在需要時執行該等程式。該記憶體(未示出)係連接至該中央處理單元，並且可以為一或多個易用記憶體，例如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟或任意其他形式之數位儲存裝置，並且可為本機的或者遠端 的。軟體指令及數據可以被編碼且儲存於該記憶體內，用於向中央處理單元發出指令。支援電路(未示出)亦可連接至該中央處理單元，並以習知方式支援該處理器。該等支援電路包括：快速緩衝貯存區、供電電路、時鐘電路、輸入/輸出電路、子系統，以及該技術領域習知之類似電路。可由該控制器160讀取之程式(或電腦指令)決定哪些任務可以在該等處理腔室內執行。較佳地，該程式為可由控制器160讀取之軟體，包括用於根據已定義規則及輸入資料而監視及控制該過程之指令。
應理解，本發明之具體實施例並不限於與第1圖所述之軌跡微影工具一起使用，也可以用於任意軌跡微影工具中，該等工具包括許多不同工具組態，該些組態描述於2005年4月22日申請之美國專利申請案第11/112,281號，專利名稱為“處理基板之群集式工具架構”以及在2005年12月22日申請之第11/315,984號，專利名稱為‘‘卡式機器手臂群集式工具架構”，該等兩專利申請案均以引用之方式併入本文中，可用於任意目的。此外，本發明之具體實施例也可用於其他半導體處理設備中。
第2圖係根據本發明之一具體實施例之流體分配裝置之簡化示意平面視圖。儘管在第2圖中說明兩個適於分配光阻或其他流體之腔室，但本發明並不需要該雙槽配置。在2005年4月20日申請的美國專利申請案第11/111,353號中，對適於採用本發明之具體實施例之處理腔室進行了附加描述，該專利申請案被共同讓與，其全文以引用之方 式併入本文中，可用於所有目的。參考第2圖，製造杯240及241之材料具有適當硬度及抗溶劑之特徵。例如，在本發明之一些具體實施例中，製造杯240及241之材料係一塑膠材料(例如聚四氟乙烯(PTFE)、過氟烷氧基(PFA)、聚丙烯或聚偏二氟乙烯(PVDF))、一陶瓷材料、一塗佈有塑膠材料之金屬(例如塗佈有聚偏二氟乙烯、Halar【三氟氯乙烯與乙烯共聚物】等之鋁或不鏽鋼)或者其他能夠與該流體分配系統212所提供之處理流體相容的材料。
一升舉組合件(未示出)通常包含一致動器(未示出)，例如一氣缸或伺服馬達及一導向裝置(未示出)，例如一線性滾珠軸承滑道，該升舉組合件係適以將可旋轉吸座230及231升高及降低至期望位置。該升舉組合件因此適於在處理期間將裝配在杯中之可旋轉吸座上之基板定位，並且亦可將該基板升舉到該杯頂部的上方，以利用設置在該外殼200外部的外部機器手臂來交換基板。一附接至該外部機器手臂的機器手臂葉片(未示出)係透過該機器手臂進出閘門220及221而進入該裝置200。
如第2圖所示，一預濕噴嘴215係位於延伸臂組合件218之一遠端。下文將進行更完整之描述，該延伸臂係一套疊式伸縮臂，因此能夠可控制地將該預濕噴嘴215放置在距離該導軌機構219之一期望距離。另一方面，在該槽之一部分上包含有背側沖洗(backside rinse; BSR)噴嘴238，而該部分位於放置在該等旋轉吸座230及231上的基板之下。該等背側沖洗噴嘴提供一種溶劑，其在一清洗步 驟中而施加於該基板之背側。在一具體實施例中，在每一處理腔室之一角落提供有一邊緣球狀物去除(edge bead removel；EBR)臂270。如第2圖所示，該EBR臂270係圍繞一位於該EBR臂之一近端的樞軸272旋轉，以將該EBR臂270之一遠端定位於一裝設在該旋轉吸座上之基板的一邊緣上方之位置。經由位於該EBR臂270遠端的噴嘴而分配一EBR流體，藉以去除存在於該基板上之邊緣球狀物。
一氣流分配系統係適以將一均勻氣體流傳送通過該外殼200及處理腔室210及211。在一特定具體實施例中，該氣流分配系統係經由供應埠260而提供溫度及/或濕度受控之空氣。杯排氣口262係用於從該處理腔室內清除空氣。杯排水口264用於從杯中清除流體。如第2圖所示，共示出四個埠，其係關於溫度及/或濕度受控之空氣、杯排氣口及杯排水口。提供此說明係因為在某些具體實施例中，四個分配系統係垂直堆疊，以減少系統佔地面積(footprint)。因此，舉例而言，所示杯排氣口之每一者係耦接至該等四個分配系統之一者中之一杯。
該等兩腔室之每一者還包括一機器手臂進出閘門220/221，用於交替地為一進出口提供一密封，且為一機器手臂提供一穿過該進出口的通道。當一基板已就緒而進行處理，且該處理腔室可用於處理該基板時，則該機器手臂進出閘門開啟。其上支撐有一基板的一機器手臂(未示出)係移動穿過該進出口，以將該基板從該處理腔室外部之一 位置移動到該等旋轉吸座之一者上方的一個位置。利用熟習此項技術者所習知之方法，該機器手臂將該基板放置在該旋轉吸座上、離開該處理腔室，並且關閉該機械手臂進出閘門。
如第2圖所示，該等處理腔室之每一者亦包括：一分配臂進出閘門222及223，其各別位於該等旋轉吸座230及231之間；以及該中央流體分配組212。在一些具體實施例中，該分配臂進出閘門在該系統操作期間提供一屏蔽，以將該等處理腔室與該中央流體分配組隔離開。一般而言，塗佈處理包括：將該基板加速至一期望旋轉速率；分配該塗佈液體(例如，光阻)並持續數秒；以及繼續將該基板旋轉數十秒。僅以實例說明之，在本發明之一具體實施例中，該基板係經旋轉直至達到500RPMs(轉/分鐘)之速率，光阻係分配大約3秒，而該基板被保持在1800RPMs之旋轉速率，大約60秒。
該中央流體分配組212包含複數個噴嘴214，而該些噴嘴214包含於一或多個噴嘴固定組合件216中。如在2005年4月22日申請之美國專利申請案第11/112,281號中更全面之說明，用於該等塗佈或顯影模組之流體分配系統可以包含一或多個流體源組合件(未示出)，其將一或多種處理流體提供至裝配在該旋轉吸座230上之基板的表面上。在本發明之部分具體實施例中，該分配臂之初始位置(home position)位於該中央流體分配組區域中。因此，在通過機器手臂進出閘門220及221之裝載及卸載基板期 間，該分配臂位於該中央流體分配組區域中的初始位置。
如第2圖所示，在本發明之一具體實施例中提供兩個分配噴嘴組。包含在該等噴嘴固定組合件216中之每一噴嘴214通常連接到管線部件(包括一供應管、一幫浦、一過濾器、一回吸閥、一流體源等)，且每一噴嘴214係適以分配單一類型之處理流體。在一特定具體實施例中，該處理流體係一光阻、一溶劑、一塗層、一顯影劑，或類似流體。此技術領域之一般技術者可了解許多變化形式、更改或替代。由於該分配臂可以設置在左或右處理腔室內，每一中央流體分配組可以供應二處理腔室，因此可減少每一處理腔室所需要之重複裝置。
通常，光阻噴嘴係適以分配各種化學物，包括光阻、抗反射塗層及旋塗式材料(例如旋塗式玻璃【SOG】及旋塗式介電層【SOD】)。另一方面，一顯影噴嘴組通常包括一至三個噴嘴。在某些具體實施例中，一顯影噴嘴組中包含多於三個顯影噴嘴。此外，部分顯影噴嘴組根據特定應用之需要而包含有數種沖洗線路。
晶圓置中情形偵測組件包括一底座250、可移動延伸臂252、光學發射器254及光學偵測器256。如下文之更全面說明，光學發射器254及光學偵測器256係稱為一光學頭，其沿著支撐於該等旋轉杯240及241上方基板之半徑而在該等可移動延伸臂上平移。在一些具體實施例中，該等可移動延伸臂稱為一可平移延伸臂。儘管圖中顯示該光學發射器254及該光學偵測器256係設置在距離該基板中 心一固定徑向距離的弧上，但本發明之具體實施例並不要求如此。在一些具體實施例中，該光學發射器254及光學偵測器256可設置在不同徑向距離。此技術領域之一般技術者將了解多種變化形式、更改或替代。
儘管該等可移動或可平移延伸臂252係顯示為該腔室之一分離組件，但本發明並不要求如此。在某些替代具體實施例中，該光學發射器254及光學偵測器256安裝在其他可移動組件(包括該分配臂218)上。
第3圖係根據本發明之一具體實施例的晶圓置中情形偵測系統之組件的簡化側視圖。將在例如一光阻塗佈腔室內進行處理之晶圓係支撐在一可旋轉吸座上。在光阻處理期間，該晶圓位於該旋轉杯之內，如第3圖中所示。藉由量測與該吸座之旋轉軸的同心度(concentricity)，此較佳在該處理位置(其並非必須)進行量測。為簡化起見，未示出該腔室之部分及各種組件。此技術領域之一般技術者將了解多種變化形式、更改或替代。屬於部分之光學頭的光學發射器及光學偵測器係裝配於該可移動或可平移延伸臂上。在一具體實施例中，該可平移延伸臂係適以沿著該晶圓之半徑而在該晶圓之平面上平移、在該晶圓之部分的上方移動、或者移動至相鄰於該晶圓之位置，如第2圖所示。
參考第3圖，與某些習知設計不同，該光學發射器及偵測器(亦稱為感測器或接收器)係裝配於晶圓之同一側(即該晶圓之處理表面上)。在該偵測器所接收到之訊號係 為該光學頭相對於該晶圓之位置的函數，從而能夠偵測該晶圓邊緣。與發射器或偵測器裝配於該晶圓下側之設計不同，本文所述之具體實施例將兩組件均放置在該晶圓表面上，藉以防止流體、顆粒及類似物對其造成污染。另外，在一些不可能將發射器或偵測器安裝在該晶圓下方之應用中，本發明之具體實施例可提供置中情形之偵測的解決方案。
儘管在第3圖中示出單一光學發射器及偵測器，但本發明並不要求如此。在其他具體實施例中，可採用多個發射器及/或偵測器或單一/多個發射器/偵測器之組合。如第3圖所示，該等光束係經定向而使發射光束向下發光並射向晶圓，但存在一很小之角度，使所發出的光線覆蓋晶圓邊緣之下的區域。結果，當該發射器/偵測器單元距該晶圓中心之徑向距離大於該晶圓半徑時，由該旋轉杯反射之光至少部分地被該偵測器接收，此係因為被反射光中僅有部分被該晶圓阻擋。在許多習知設計中，該等感測器並未線性地或呈角度地偏移。本發明所提供之優點之一係由習知方法的角度及線性移位而使發射光經過晶圓之邊緣，並當發射器接近該晶圓邊緣時由該旋轉杯反射。相應地，有可能偵測出該光線至少部分地被該晶圓之邊緣阻擋。由於該感測器安裝在該晶圓上方，所以與習知設計相比，該感測單元之光學組件的高度被縮小。
在一些設計中，該感測器之最低部分係經裝設而使其不與該槽邊緣接觸。通常，在選擇該晶圓上方之槽邊緣高 度範圍時，需要考慮該範圍上端之空氣流以及在該範圍之下端容納該噴灑頭。因此，一特定具體實施例係裝配該感測器，而使該感測器與該基板上表面之間的距離介於大約3毫米～大約40毫米之間。在一特定具體實施例中，該感測器係設置於該晶圓表面上方22毫米處。熟習此項技術者應當明瞭，晶圓與感測器之間的間距越大，所偵測之訊號位準愈低。
第4圖係所偵測強度以時間為函數的曲線圖，且該曲線圖係利用本發明之一具體實施例所獲得。為收集如第4圖所示之資料，該偵測器以恆定速度而徑向移動數毫米之距離。該晶圓以一角速度旋轉，使該感測器每移動一毫米該晶圓大約旋轉7周。量測入射至該偵測器之光，且此量測值用訊號幅度來表示，單位為伏特。如下文之說明，在第4圖所示之量測中，該晶圓並未被適當地置中。此外，在所示量測期間，晶圓之上表面上被圖案化為一偏心圖案。
分析在第4圖所示出之資料，可以確定該光學頭(包含該偵測器)相對於該晶圓之位置，以及確定該晶圓置中情形的精確度。在第4圖中示出數種區域或情況。
光，學頭偏離晶圓
感測器位置小於-1毫米，則該偵測器或感測器距該晶圓中心之徑向距離大於該晶圓半徑。因此，所偵測之訊號僅來自偏離該旋轉杯之反射光。儘管存在較小之同心度誤差，但該晶圓中心至發射器/偵測器之距離使所發出的光不 會反射離開該晶圓表面。
光學頭位於晶圓邊緣
當該偵測器向該晶圓中心移動時，該偵測器接近該晶圓邊緣。所偵測光之大部分係由該旋轉杯反射，一部分光係由晶圓表面反射。第5圖係第4圖所示資料之第一放大部分。參考第5圖，主要訊號來自由該旋轉杯反射之光，但是，亦觀察到強度之局部峰值。此等峰值(例如，在大約-0.42、-0.3、-0.15及0.0處之峰值)與經由該晶圓凹口而通過該晶圓邊緣之光相關，且由該旋轉杯反射離開，並返回該偵測器。因此，當該晶圓凹口經過該偵測器時，所量測光之強度提高，這說明該訊號主要是由該晶圓下方之旋轉杯所反射的光產生的。該凹口可以被視為一很小之斷續視窗，在其中偵測到由該晶圓下方反射的額外光。
正如本說明書始終討論者，本發明提供之方法及系統偵測該基板之邊緣，而不是該斜面之頂部。由該旋轉杯之底部反射之後穿過該凹口之光線係提供一用於偵測該晶圓邊緣之訊號。藉由偵測由該旋轉杯反射之後穿過該凹口之光，且將該光與該晶圓邊緣阻擋之光進行對比，本發明之具體實施例能夠判定該晶圓邊緣之位置，而不僅僅是該斜面。當感測器進一步向內平移時，來自該晶圓頂部之反射最終會強於來自該槽底部之反射，部分原因係由於來自該底部之反射大部分被阻擋。相應地，演算法係適於停止使用過亮之所偵測資料，該等資料係與來自該晶圓頂部之反 射為相關聯。
光學頭位於晶圓斜面上方
再次參考第4圖，隨著該偵測器移動，使得其與晶圓中心之距離持續減少，該偵測器接近該晶圓邊緣，來自該晶圓上表面之反射光對於所偵測訊號之貢獻開始增大。在如第4圖所示之大約0.4毫米之距離處，在旋轉周期內，隨著該偏心晶圓交替地在該晶圓表面反射光，隨後並允許光線通過，從而使所偵測之訊號開始增大，因此，在第4圖中示出‘“感測器位於晶圓斜面上方”之標籤。
光學頭位於晶圓上方
當感測器移動距離大約為1毫米時，該偵測器係位於該晶圓半徑內的一徑向位置。因此，在大約0.4毫米與大約0.8毫米之間所觀察到之訊號的周期性減弱係大幅地縮小，而該周期性減弱係由於晶圓同心度之誤差導致。在感測器移動距離為大約1毫米時，在偵測器所量測到之訊號係實質來自該晶圓上表面所反射之光。第6圖係第4圖所示資料之第二放大部分。參考第6圖，主要訊號係來自由該晶圓上表面反射之光，但是，亦觀察到強度中之局部凹陷。
當該發射器發出之光穿過該凹口，然後被該旋轉杯反射時，在該晶圓邊緣阻擋該光線時所獲得之訊號周期性下降。與來自該晶圓表面之反射相比，來自該旋轉杯之反射 有效地導致被偵測訊號之下降，如第6圖中所示之“由於晶圓凹口產生之凹陷尖峰(dip)”標籤所示。對於介於大約1毫米至2.5毫米之間的感測器位置，該偵測器設置在該晶圓之光學邊緣球狀物去除(optical edge bead removal; OEBR)部分上方，來自該晶圓表面之反射被因為光穿過該凹口所產生之凹陷而周期性的中斷。
當該感測器移動距離接近大約2.7毫米時，所偵測訊號中之變化與在該晶圓圖案化部分上方移動之偵測器為相互關聯。觀察由該晶圓之上表面反射之光線，自較低反射係數圖案所反射之光線導致所量測訊號強度會周期性地降低。如下文更全面之說明，對第4圖所示資料之分析可用於相對於該晶圓旋轉組合件之旋轉軸而偵測該晶圓同心度。
本發明之具體實施例利用了當該凹口穿過該光束時在第5圖中所觀察到之短暫訊號提高，以確保所偵測到之光係來自晶圓下方，而不是該晶圓的表面。在許多習知系統中，該凹口訊號僅用於確定晶圓定向，或者用於獲得與晶圓角度位置相關之資訊。由本發明之具體實施例所提供之優點之一是：當光束部分位於該晶圓上方時，在經由旋轉杯反射之後穿過該凹口之光提供一短暫卻很強之訊號，從而使軟體可以確定對訊號進行分析的正確部分。如參考第6圖之討論，當感測器由其起始位置向內移動且經過該晶圓之邊緣時，由該感測器所偵測到之光線來自該晶圓上表面反射之光。利用穿過該凹口之光提供了晶圓邊緣過渡之 早期指示，從而允許對訊號進行正確分析。
本發明之具體實施例在晶圓通過時利用了訊號之一小部分，以確定和控制被反射光線之線性。逐漸以曲線擬合(curve-fitting)該些部分，從而允許獲得該晶圓之完全置中偏移。在一些習知方法中，藉由在該晶圓上方及下方同時提供一感測器，使整個晶圓周圍之訊號保持線性。此處，該感測器係適以偵測自該晶圓下方反射之光。在不需要一附加接收器之情況下，對其強度為非線性的反射光進行量測。因此，藉由對被反射光訊號之一小部分進行曲線擬合，則該曲線基本上被線性化。
以若干方式之一者來執行訊號分析，以確定晶圓之同心度。本文至少描述兩種訊號分析技術。在第一技術中，支撐該發射器/偵測器單元之可平移延伸臂在電腦控制之下而於回饋迴路中移動，使所偵測訊號保持恆定位準。在一具體實施例中，選擇所偵測強度之起始位準，使該凹陷尖峰出現。在第二技術中，對該訊號之一小部分應用一曲線擬合過程，其位置處於該晶圓邊緣向內或向外移動時。因為晶圓為圓的，所以該訊號之這一部分將大體為正弦訊號。藉由確定該臂在下一位置之移動幅度，該訊號之幅度可以被轉換為一絕對距離量測，以及確定該晶圓距中心之位置。
第7圖係一簡化流程圖，其說明根據本發明之一具體實施例用於確定晶圓置中情形之方法700。此方法僅作為一實例計算進行描述，無意於限制本發明具體實施例之範 圍。該方法包括在晶圓旋轉時收集來自該感測器之訊號(步驟710)。起始時，可平移延伸臂之位置係設定為N個位置之一，且在晶圓旋轉期間收集資料。接下來，該感測器以一第一增量而向該基板中心逐步移動。循環重複步驟710及712(如步驟符號713所示)，進行N次量測，分別為M=1…N。在N個位置處進行量測之後，該資料用於對步驟710及712所收集之資料執行一曲線擬合(步驟714)。
所量測資料值之N個序列中之每一者被擬合至一限幅正弦波(clipped sine wave)，提供幅度及相對於該凹陷尖峰之相移。因此，對於N個被量測資料集(與設置在N個位置之感測器為相關聯，且該等位置逐漸接近於該基板之中心)，N個限幅正弦曲線被擬合。第8圖示出六個限幅正弦波實例，其被擬合至在六個感測器位置所收集一偏心晶圓之量測資料。相鄰擬合曲線中相同幅度之位置給出兩個角度，在該等角度處，該幅度相同(兩者之間的步進距離已知)。熟習此項技術者應當理解，可以在將該感測器逐漸遠離該基板中心時執行該等量測。此技術領域之一般技術者將了解數種變化形式、更改或替代。
該等資料被擬合至一限幅正弦波，因為，隨著晶圓之旋轉，當感測器經過該晶圓之邊緣時，經過該晶圓側面之光線以正弦方式增大，當該感測器位於該晶圓上方時，該光線以均勻方式被反射(正弦波之限幅部分)。當感測器經過該第二邊緣部分時，光線再一次經過晶圓之側面。因此，在資料收集及曲線擬合過程期間，該正弦波之中心部分被 限幅。
選擇兩相鄰曲線，例如，第8圖中之藍色及綠色曲線，且選擇每一曲線之一特定幅值(步驟716)。在第8圖中，所選擇之每一曲線的幅度標記為"A"及"B"。從該圖線之橫座標讀取對應於所選擇幅度之角度(步驟718)。存在兩個角度，在該等角度處(對於一階近似)，該晶圓邊緣相對於旋轉軸之位置相同。
對該角度以及感測器由藍曲線向綠曲線之習知移動進行三角分析，以確定該晶圓中心之位置。下面將討論在此分析中所使用之一組等式。在相同角度，用該感測器頭移動時之幅度變化來校準局部敏感度，從而獲得半徑差r1 -r2 ，如第8圖中之點"C"及"D"所示。
本文所描述之三角分析提供了一種確定該晶圓相對中心之方法，其不需要使用伺服馬達來移動感測器，以保持訊號恆定。第9圖說明根據本發明之一具體實施例在執行三角分析時所用之幾何圖形。第9圖示出旋轉中心、偏心晶圓以及一圓之俯視圖，該圓之半徑等於感測器距旋轉軸之距離，且該圓之圓心位於該旋轉軸。
在執行本文所述之三角分析時，利用以下輸入：θ1 、θ1 -θ2 、r1 、r1 -r2 ，且產生以下輸出：xw 、yw 。參考第9圖，可適用以下幾何等式：
由餘弦定理：
合併等式(5)及(6)，展開，簡化後得到： 2x w (x 1 -x 2 )+2y w (y 1 -y 2 )=x 1 2 +y 1 2 -x 2 2 -y 2 2 　　　(9)
將等式(9)併入等式(1)及(2)，得到： 2x w (r 1 cosθ1-r 2 cosθ2 )+2y w (r 1 sinθ1 -r 2 sinθ2 )=r 1 2 -r 2 2 　(10)
既定輸入θ1 、θ1 -θ2 、r1 、r1 -r2 ，等式(8)及(10)具有兩個未知數：xw 及yw 。由於該等兩等式本質上為超越(transcendental)函數，所以可以對其進行疊代求解。
再次參考第7圖，在步驟710中進行量測時，該感測器位置不需要被固定。在替代具體實施例中，在量測過程期間，該可平移延伸臂持續移動，並在晶圓旋轉時收集資料。然後以一種類比方式執行三角計算，同時考慮該感測器在量測期間之移動。此技術領域之一般技術者將了解數種變化形式、更改或替代。
請注意，本發明之具體實施例係用於量測該基板邊緣相對於該旋轉吸座之同心度，而不是該斜面相對於該旋轉吸座之同心度。在一些習知過程中，係偵測該斜面並將其 用於確定基板同心度。但是，由於該斜面係在一研磨或類似過程中形成於該基板上，所以該斜面與該基板之邊緣不一定同心。因此，本發明之具體實施例量測相對於基板邊緣之基板同心度。
儘管已經結合本發明之特定具體實施例及特定實例對本發明進行了描述，但應當理解，其他具體實施例也可以屬於本發明之精神及範圍之內。因此，本發明之範圍應當參考隨附申請專利範圍及其等效物之完整範圍而確定。
105A-D‧‧‧盒式組合件/FOUP
106‧‧‧晶圓盒
110‧‧‧前端模組
111‧‧‧處理模組
115‧‧‧前端機器手臂組合件
116‧‧‧水平移動組合件
117‧‧‧前端機器手臂
120A‧‧‧處理架
120B‧‧‧處理架
121‧‧‧塗佈槽
122‧‧‧共用分配組
123‧‧‧分配噴嘴
124‧‧‧塗佈/顯影模組
125‧‧‧噴嘴定位構件
126‧‧‧軌跡
127‧‧‧支撐件
130‧‧‧處理架
131‧‧‧烘烤盤
132‧‧‧冷卻盤
133‧‧‧晶圓傳送裝置
134‧‧‧整合式熱單元
136‧‧‧處理架
137A‧‧‧烘烤盤
137B‧‧‧烘烤盤
138‧‧‧冷卻盤
139‧‧‧整合式烘烤及冷卻單元
140 (140A,140B)‧‧‧機器手臂組合件
142‧‧‧水平移動組合件
143‧‧‧機器手臂硬體組合件
144‧‧‧垂直移動組合件
145‧‧‧機器手臂葉片
148‧‧‧後部機器手臂組合件
150‧‧‧掃描器
160‧‧‧控制器
200‧‧‧裝置/外殼
210‧‧‧處理腔室
211‧‧‧處理腔室
212‧‧‧流體分配系統/流體分配組
214‧‧‧噴嘴
215‧‧‧預濕噴嘴
216‧‧‧噴嘴固定組合件
218‧‧‧延伸臂組合件/分配臂
219‧‧‧導軌機構
220‧‧‧閘門
221‧‧‧閘門
222‧‧‧進出閘門
223‧‧‧進出閘門
230‧‧‧吸座
231‧‧‧吸座
238‧‧‧背側沖洗(BSR)噴嘴
240‧‧‧杯
241‧‧‧杯
250‧‧‧底座
252‧‧‧可移動延伸臂
254‧‧‧光學發射器
256‧‧‧光學偵測器
260‧‧‧供應埠
262‧‧‧杯排氣口
264‧‧‧杯排水口
270‧‧‧邊緣球狀物去除臂/EBR臂
272‧‧‧樞軸
700‧‧‧方法
710,712,713,714,716,718,720‧‧‧步驟
第1圖係根據本發明之一具體實施例之軌跡微影工具之簡化平面視圖；第2圖係根據本發明之一具體實施例之流體分配裝置之簡化示意平面視圖；第3圖係根據本發明之一具體實施例之晶圓置中情形偵測系統之組件的簡化側視圖；第4圖係一所偵測強度以時間為函數之曲線圖，該曲線圖係利用本發明之一具體實施例所獲得；第5圖係第4圖所示資料之第一放大部分；第6圖係第4圖所示資料之第二放大部分；第7圖係一簡化流程圖，其說明根據本發明之一具體實施例而用於判定晶圓同心度之方法；第8圖示出擬合至一偏心晶圓之量測資料的限幅正弦波實例；以及 第9圖說明根據本發明之一具體實施例在執行一三角分析時所用之幾何圖形。

Claims (18)

  1. 一種用於量測基板同心度(concentricity)之系統，該系統包括：一基板支撐構件，係適以圍繞一實質垂直軸而旋轉一基板，該基板包括一裝配表面及一處理表面；一旋轉杯，位於該基板下方；一可平移臂，係裝配在該基板之該處理表面上方的一預定距離，其中該可平移臂係適以沿著該基板之一半徑而平移；一光學發射器，裝配在該可平移臂上；以及一光學偵測器，裝配在該可平移臂上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該旋轉杯之特徵在於其大於約50%之反射率。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該預定距離介於約3毫米~約40毫米之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中該預定距離為約22毫米。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該光學發射器包括一發光二極體。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該光學偵測器包括一矽偵測器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該光學發射器係經定向，而以相對於該基板之該處理表面的一非垂直入射角度導引一入射光學照射束。
  8. 一種用於量測基板同心度之方法，該方法包括：將該基板放置在位於一旋轉杯上方之一基板支撐件上；旋轉該基板；導引一入射光學照射束以照射該基板之一處理表面；偵測一第一反射光束，該第一反射光束係由該旋轉杯反射出；偵測一第二反射光束，該第二反射光束係由該基板之該處理表面反射出；以及計算該基板同心度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，更包括沿著該基板之一半徑而平移該入射光學照射束。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中上述之導引該入射光學照射束的步驟包括：以相對於該基板之該處理表面的一非垂直入射角度導引該入射光學照射束。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中上述之偵測該第一反射光束的步驟包括偵測通過該基板之一凹口的光。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中上述之偵測該第二反射光束的步驟包括偵測通過該基板之一凹口的光。
  13. 一種用於量測基板同心度之方法，該方法包括：a)旋轉該基板；b)提供來自一光學發射器之一入射光束；c)在該基板之一處理表面導引該入射光束；d)在一光學偵測器處收集一系列訊號值；e)將該光學發射器朝向該基板之一中心平移；f)將該光學偵測器朝向該基板之該中心平移；g)重複步驟d)至f)一預定次數，以提供一組之該系列訊號值；h)將該組之該系列訊號值以曲線擬合(curve fitting)至一曲線組，藉以提供一擬合曲線組；i)選擇與該擬合曲線組之二者相關的一幅度；以及j)執行一分析，以確定該基板同心度。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該分析包括一三角分析。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中上述之將該組之該系列訊號值以曲線擬合至一曲線組而藉以提供該擬合曲線組的步驟係對該系列訊號值之一部分執行。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該曲線組包括一組之限值正弦波(clipped sine waves)。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該些複數個訊號值包括由該旋轉杯反射之一第一部分，及由該基板之該處理表面反射之一第二部分。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中上述之將該光學發射器朝向該基板之該中心平移的步驟及將該光學偵測器朝向該基板之該中心平移的步驟係同時執行。
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