TWI404077B - 晶圓輸送系統中晶圓對位的校正系統及方法與晶圓盒 - Google Patents

Description

晶圓輸送系統中晶圓對位的校正系統及方法與晶圓盒

本發明係有關於一種半導體元件之製造，特別係有關於一種用以校正和對準晶圓輸送系統的方法和裝置。

在半導體製造產業中，機械設備(robotics)常被用來在廠區內輸送半導體晶圓，例如基板。一般的晶圓盒(wafer cassette)係用以保存被大量且整體地交付的複數晶片。在整個晶片的製造過程中，晶圓必須多次的從晶圓盒中被取出或被置入晶圓盒中。有多種機械式的晶圓輸送系統會被使用到。在很多情況中，當半導體晶圓進出晶圓盒之輸送發生時，晶圓盒被設置於如前開式晶圓輸送模組(Front Opening Unified Pod，FOUP)之晶圓輸送模組之內。機械式的系統通常使用晶圓輸送葉片(blade)用以將個別的晶片從晶圓盒取出或置入晶圓盒。在輸送過程中，半導體晶圓被準確地對準晶圓插槽是重要的。若半導體晶圓未被準確地對準晶圓插槽，晶圓可能被刮傷甚至碎裂，而碎裂的破片將汙染此批次所有其他的晶圓、晶圓盒本身、晶圓輸送模組、晶圓輸送系統本身，以及相關的半導體處理設備。

隨著晶圓的尺寸從直徑6英吋到8、10、12英吋或12英吋以上，準確的對位是關鍵且富有挑戰性的，並且當晶圓被置入設置於晶圓輸送模組之上的晶圓盒中時，晶圓盒與如前開式晶圓輸送模組之晶圓輸送模組之間也 有其他的對位問題存在。機械式的系統提供晶圓輸送葉片用以輸送晶圓進出晶圓盒，晶圓盒係由許多滑輪(pulleys)和傳動皮帶(belts)、多種氣動系統(pneumatic systems)以及其他定位裝置(positioning devices)所組成。因此，確保機械式的系統的許多元件能夠一致的作動用以產生準確的定位是一項挑戰。當把晶圓置入晶圓盒的晶圓插槽時，要確定晶圓在晶圓盒內之X方向、Y方向及Z方向被正確的對位亦為一項挑戰。

目前已經有習知的方法，用以校正與調整晶圓輸送葉片的對位，使晶圓在晶圓盒之晶圓插槽中能有精確的對位，然而，這些習知的校正/對位方法通常是耗費時間和精力的。許多習知的校正/對位技術需要在過程中多次測量晶圓輸送葉片。然後根據多次測量的結果，使用複雜的演算法被來估計對位。執行上述量測經常要局部地拆開前開式晶圓輸送模組，用以校正儀器。一般而言，必需開啟前開式晶圓輸送模組的側蓋(side door)。複數資料點被分析並根據分析的結果，用以產生調整機器位置的指令。需要6小時來完成(習知方法)建議的對位處理。此外，許多對位處理需要供應商提供量側工具和/或儀器。再者，在如前開式晶圓輸送模組之晶圓輸送模組被開啟用以檢查定位及對位之後，必須進行污染物(particle)的測試，方能讓晶圓輸送模組再回到生產線上。若晶圓輸送模組不能通過污染物的測試，晶圓輸送系統將不能被使用，並且伴隨著財務上的衝擊及大幅增加半導體元件製造的週期時間(cycle time)。

因此，亟需一種可、有效且快速的方法，用以校正晶圓輸送系統的對位。

有鑑於此，為了滿足上述及其他需求，本發明提供一種校正方法，用以校正包括晶圓輸送葉片之晶圓輸送系統之晶圓對位，上述校正方法包括：提供具有複數水平方向之晶圓插槽的晶圓盒，其中晶圓插槽之每一者包括複數對側溝槽，並且每一對側溝槽包括上表面、側表面，以及下表面；將導電材料安置於晶圓插槽之第一晶圓插槽之對側溝槽的每一上表面上，導電材料用以與偵測器進行電性通訊(electrical communication)，而偵測器係用以偵測晶圓何時接觸到導電材料；將放置於晶圓輸送葉片之一晶圓輸送至第一晶圓插槽中；以及判斷在第一晶圓插槽內的晶圓是否對位不準。

根據另一實施例，本發明提供一種系統，用以校正晶圓輸送系統之晶圓對位，上述系統包括晶圓盒、導電材料、偵測器、晶圓輸送葉片以及控制器。晶圓盒具有複數水平設置之晶圓插槽，其中晶圓插槽之每一者包括複數對側溝槽，並且對側溝槽之每一者包括上表面、側表面，以及下表面。導電材料位於晶圓插槽之至少一第一晶圓插槽之對側溝槽之上表面之上。偵測器用以偵測晶圓何時接觸到導電材料，並與導電材料進行電性通訊。晶圓輸送葉片用以輸送晶圓至每一晶圓插槽。控制器用以根據偵測器所發出且用以指出上述晶圓之位置的 信號，對晶圓輸送葉片進行校正。

根據另一實施例，本發明提供一種晶圓盒，用以校正晶圓輸送系統之晶圓對位，晶圓盒包括複數晶圓插槽，晶圓插槽包括第一晶圓插槽，第一晶圓插槽包括至少一導電表面，導電表面電性耦接至偵測器，偵測器係用以偵測晶圓何時接觸到導電材料。

本發明提供一種可以與半導體製造產業之多種機械式晶圓輸送系統相結合的對位及校正系統。校正處理發生於當晶圓被置入水平方向放置的晶圓盒時，且晶圓盒之晶圓插槽及被置入晶圓盒的晶圓係被水平設置。較佳實施例將於說明書中描述並且代表所描繪之圖式的情況，但應改了解的是：本發明之動作原理亦可同樣地應用於將晶圓置入垂直方向的晶圓盒或其他方向的晶圓盒。水平方向的晶圓盒可以被安置於任何位置，例如與一半導體製程設備相關之一接收位置(receive position)。根據一具體實施例，半導體晶圓係較佳地被安置於一晶圓輸送模組(例如一前開式晶圓輸送模組)之內，即被安置於裝載組件(loading assembly)或半導體製程設備上之接收位置內。本發明之系統及方法可用於X、Y和Z方向對位的校正。

第1圖係為根據本發明之一晶圓輸送系統的平面圖，此晶圓輸送系統包括具有晶圓3在晶圓輸送葉片5之上的晶圓輸送機器(robot)1。晶圓3可以是任意半導體 或是半導體製造產業中所使用的晶圓，並且可以是半導體產業中所使用之任意大小的晶圓。根據許多具體實施例，晶圓3之直徑的範圍由3英吋至14英吋。晶圓輸送葉片5是一種常見的構件，用以將晶圓3從許多地點取回或遞送至許多地點。晶圓3的下表面通常設置於晶圓輸送葉片5的上表面。在一些實施例中，晶圓輸送葉片5可以利用真空吸引的方式抓住(gripping)晶圓3。側壁7代表晶圓輸送盒之晶圓插槽的邊緣，並且晶圓位置9代表晶圓3大致上被安置於正確的位置，即在X和Y方向被正確地對位。晶圓插槽也包括複數表面11，用以當晶圓輸送葉片5移走後，讓晶圓3可以置於表面11之上。虛線代表的是當晶圓3是對位不準時的晶圓位置15及晶圓輸送葉片位置17，其中對位不準是相對於由側壁7所定義及侷限之晶圓插槽而言。

第2圖係為根據本發明之一晶圓輸送系統的局部截面前視圖，其中晶圓3藉由晶圓輸送葉片5被置入晶圓盒19之晶圓插槽23內的晶圓位置。晶圓盒19包括用以容納複數晶圓3之複數晶圓插槽23。晶圓輸送葉片5是晶圓輸送機器1的一部份，晶圓輸送機器1未顯示於第2圖中。每一晶圓插槽23包括一對側溝槽(opposed grooves)，用以作為一晶圓之兩側邊的插座(recetacles)，第2圖所示之對側溝槽之每一個溝槽(groove)係由上表面27、側表面29以及下表面31所定義而成。側表面29代表水平設置之上述對側溝槽之空的區域(void area)的縱向(lateral)邊界，並用以組合形成晶圓插槽23。在第2圖 中，晶圓3是大致上被準確地對位，並且被設置於第一晶圓插槽23之一對相對的下表面31之上。在本實施例中，晶圓插槽23是晶圓盒19內最上面的晶圓插槽23。晶圓盒19可被安置於晶圓輸送模組43之內，而晶圓輸送模組43用以將一盒晶圓或多盒晶圓從一製程設備送到另一製程設備。在一具體實施例中，晶圓輸送盒43係為前開式晶圓輸送模組。導電材料25係被設置於每一上述對側溝槽之上表面27，其中對側溝槽用以組合成晶圓插槽23，而晶圓插槽23實質上提供導電表面給上表面27。導電材料25係為金屬薄片(foil)、金屬線(wire)或其他合適的導電材料，導電材料25用以與偵測器41作電性通訊(electrical communication)，而偵測器41用以偵測晶圓何時碰觸(contacts)到導電材料25。在第2圖所示之具體實施例中，金屬線33和47電性耦接其個別的導電材料25至偵測器41，但是根據其他具體實施例，無線或其他電性通訊模式亦可用於提供偵測器41與導電材料25之間的電性通訊。在所示的實施例中，晶圓3係為測試晶圓並包括導電薄膜21於其上。晶圓3之導電薄膜21也藉由金屬線45耦接至偵測器41，其中在不同的實施例中，金屬線45可由其他的電性通訊模式所取代。

多種常見的偵測器可以用以作為偵測器41，偵測器41可以偵測晶圓3與導電材料25之間的電性接觸，導電材料25係被設置於晶圓盒19之對側溝槽之一者或二者之上，對側溝槽係被設置於晶圓盒19的對側(opposed sides)並用以形成晶圓插槽23。在一具體實施例中，偵測 器41包括蜂鳴器(audio buzzer)35，蜂鳴器35用以指出晶圓3與對側的導電材料25之一者間的電性接觸。連結至晶圓插槽23內之對側溝槽上的導電材料之不同電性連結，例如金屬線33及金屬線47，用以使得偵測器可以指出晶圓3與對側溝槽的哪一側有電性接觸。在第2圖所示之情況下，偵測器41之左指示燈37與右指示燈39係分別與晶圓插槽23之上述對側溝槽之左側與右側有關。根據一具體實施例，若晶圓3之導電薄膜21僅與設置於晶圓插槽23之對側溝槽之左側的導電材料25有電性接觸，則只有左指示燈37會發光。換言之，偵測器41可以個別地偵測晶圓3與對側溝槽之任一側上的導電材料25間的電性接觸，對側溝槽與導電材料25共同形成晶圓插槽23。

晶圓盒19可由半導體製造產業中所使用的合適材料所形成，包括多種塑膠材料，或其他電性絕緣且能夠抵抗靜電放電傷害(electrostatic discharge damage)的材料。雖然第2圖所示之晶圓盒19僅包括三個完整的晶圓插槽23，但是，晶圓盒19可以包括多種數量的插槽應該是可以被了解的，晶圓盒19通常包括二十五個晶圓插槽。晶圓盒19的其他組態可用於其他多種的實施例。

第3圖顯示當第2圖所示之實施例由於晶圓3被晶圓輸送系統在晶圓插槽23之內被放置的太高，而使得晶圓3是對位不準的一種情況。根據第1圖之笛卡爾座標(Cartesian coordinates)所示，對位不準係在Z方向產生。根據第3圖所示之實施例，晶圓3之上表面(即導電薄膜 21)會電性接觸到於晶圓插槽23之兩個相對側的上表面27上所設置的導電材料25。根據本具體實施例，左指示燈37與右指示燈39都會發光，並且蜂鳴器35發出聲響用以指出不合適的對位。舉例而言，晶圓輸送系統之晶圓輸送葉片5在晶圓插槽23內將晶圓3放置的太高。

第4圖顯示晶圓3相對於晶圓插槽23係對位不準的另一種情況。特別的是，在晶圓插槽23中晶圓3是傾斜的。根據本具體實施例，只有晶圓3之右側會電性接觸到晶圓插槽23之對側溝槽之右側的上表面27上所設置的導電材料25。在所示之實施例的左側，晶圓3並未電性接觸晶圓插槽23之上表面27。根據此處所述之實施例，如晶圓輸送機器1之晶圓輸送系統將晶圓3相對於水平傾斜一個角度55，並且根據此具體實施例，只有右指示燈39會發光而左指示燈37則不會發光。金屬線51會發送一輸出訊號，如後所述。

第5圖描繪晶圓3係如同第2圖之所示而大致上合適地被對位，並顯示根據本發明之晶圓輸送系統之另一實施例。根據多種具體實施例，複數晶圓插槽23包括形成於其上之導電材料25，因此在晶圓盒19內之晶圓3的對位不準系可被偵測的。再者，在第5圖之實施例中，晶圓盒19之晶圓插槽23、23A及23B包括沿著其個別的表面29延伸的導電材料59。導電材料59可沿著表面29的全部長度而延伸，例如晶圓插槽23A所示；或是僅沿著表面29的部份長度，例如晶圓插槽23B所示。晶圓插槽23、23A及23B之表面29上之導電材料59允許水平 的(沿著如第1圖之X方向)對位不準被偵測器41所偵測。

根據前述每一實施例，當用以指出晶圓3之導電薄膜21與晶圓盒19之對側插槽23之每一者或兩者之電性材料25或59間有電性接觸的偵測器41偵測到電性接觸時，偵測器41產生聲音指示或視覺指示，並且用以指出晶圓3位置之外送(outgoing)訊號透過金屬線51被發送(見第4圖)。外送訊號係被發送至控制器(第5圖中未顯示)，而控制器提供回饋至晶圓輸送機器1，用以校正對準從而修正任何的對位不準。根據一具體實施例，在指出晶圓3位置之外送訊號被產生於第一晶圓插槽並透過金屬線51被發送至控制器之後，晶圓3被置入另一晶圓插槽或其他晶圓插槽，並針對每一個額外的晶圓插槽23產生對應的指出位置之外送訊號，並且透過金屬線51將該外送訊號發送至上述控制器。外送訊號共同地指出在整個晶圓輸送葉片之範圍內，晶圓3之對位的任意漂移。若有需要，控制器接著根據外送訊號提供回饋至晶圓輸送機器1用以校正對位。

前述僅用以說明本發明之作動原理。習知技藝者應能了解可由其中設計出多種安排，雖然上述安排在此處並未明確描述，具體化實現本發明之作動原理係被包括於本發明之精神與範疇之內。再者，所有例子及此處列舉之條件式用語係僅用於教導之目的從而幫助讀者了解本發明之作動原理以及由發明人所貢獻之概念，進而深入了解本技藝，並且能沒有侷限地了解此處特意列舉之例子與情況。再者，此處所有敘述列舉了本發明之作動 原理、型態以及實施例，亦列了本發明之特例，用以涵蓋本發明在結構上與功能上之等效物。此外，本發明之特例係用以使上述等效物涵括目前已知的以及未來被發展的等效物，舉例而言，用以執行相同功能的任何元件，而不論其結構。

此具體實施例之描述係用以被閱讀從而連結至所附之圖示，上述圖示係被認為所有書面描述之一部分。在上述描述中，相對的用語，例如”較低的”、”較高的”、”水平的”、”垂直的”、”在...之上”、”在...之下”、”向上”、”向下”、”最高的”、”最低的”，以及其衍生字(例如”水平地”、”向下地”、”向上地”等)應被理解成用以參考對照之情況說明，且上述情況說明在接續之討論中被描述或在圖示中被顯示。此等相對的用語係用於說明之方便，並非用以將本發明之裝置限制在上述情況說明下被架構或操作。特別的是，本發明之方法與裝置可用以將晶圓垂直地或以其他角度置入晶圓盒中。關於連結關係之用語“耦接至...”，以及類似的用語，例如”連接至...”與”互相連接於...”，係關聯於與兩者之附加關係，其中一結構透過介於一中間結構被直接或間接地附加至另一結構，除非特別地說明，上述附加關係也包括可移除或不可移除之附加關係。

雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，惟其並非用以限制本發明。更確切地說，所附之權利申請範圍係應被寬廣地理解，使習知技藝者可以在未脫離本發明之等效物之精神與範疇的情況下，用以包括本發明其他的變 動型式及實施例。

1‧‧‧晶圓輸送機器

3‧‧‧晶圓

5‧‧‧晶圓輸送葉片

7‧‧‧側壁

9、15‧‧‧晶圓位置

11‧‧‧表面

17‧‧‧晶圓輸送葉片位置

19‧‧‧晶圓盒

21‧‧‧導電薄膜

23、23A、23B‧‧‧晶圓插槽

25、59‧‧‧導電材料

27‧‧‧上表面

29‧‧‧側表面

31‧‧‧下表面

33、47、45、51‧‧‧金屬線

35‧‧‧蜂鳴器

37‧‧‧左指示燈

39‧‧‧右指示燈

41‧‧‧偵測器

43‧‧‧晶圓輸送模組

當本發明伴隨著圖式一起被閱讀時，本發明係由上述實施方式被充分了解。要強調的是，根據一般常識，圖式的多種特徵並未按照比例所繪。相對地，為了清楚地說明，得以任意延長或縮短多種特徵的尺度。在整個說明書及圖式中，相同的數字(元件)符號代表相同的特徵。圖式簡單說明包括下列圖式：第1圖係為根據本發明之一晶圓輸送系統的上視平面圖；第2圖係為根據本發明之一晶圓輸送系統的局部截面前視圖，用以顯示一晶圓大致上係準確地被對準的；第3圖係為根據本發明之一晶圓輸送系統的局部截面前視圖，用以顯示一晶圓係對位不準的；第4圖係為根據本發明之一晶圓輸送系統的局部截面前視圖，用以顯示一晶圓係對位不準的；以及第5圖係為一局部截面前視圖，用以顯示根據本發明之另一實施例之一晶圓輸送系統。

3‧‧‧晶圓

5‧‧‧晶圓輸送葉片

19‧‧‧晶圓盒

21‧‧‧導電薄膜

23‧‧‧晶圓插槽

25、59‧‧‧導電材料

27‧‧‧上表面

29‧‧‧側表面

31‧‧‧下表面

33、47、45‧‧‧金屬線

35‧‧‧蜂鳴器

37‧‧‧左指示燈

39‧‧‧右指示燈

41‧‧‧偵測器

43‧‧‧晶圓輸送模組

Claims (17)

1. 一種校正方法，用以校正包括一晶圓輸送葉片(wafer transfer blade)之一晶圓輸送系統之晶圓對位，上述校正方法包括：提供具有複數水平方向之晶圓插槽的一晶圓盒，其中上述晶圓插槽之每一者包括複數對側溝槽，並且每一上述對側溝槽包括一上表面、一側表面，以及一下表面；將一導電材料安置於上述晶圓插槽之一第一晶圓插槽之上述對側溝槽的每一上述上表面上，上述導電材料用以與一偵測器進行電性通訊(electrical communication)，而上述偵測器係用以偵測一晶圓何時接觸到上述導電材料；將放置於上述晶圓輸送葉片之上一晶圓輸送至上述第一晶圓插槽中；以及判斷在上述第一晶圓插槽內的上述晶圓是否對位不準，其包括上述偵測器分別地偵測上述對側溝槽之每一者與上述晶圓之間的電性接觸(contact)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之校正方法，更包括發送一對位不準之指示(indication)至一控制器，並且根據上述指示校正上述晶圓輸送葉片之對位。
3. 如申請專利範圍第1項所述之校正方法，其中上述提供上述晶圓盒的歩驟包括將上述晶圓盒放置在一晶圓輸送模組之內。
4. 如申請專利範圍第3項所述之校正方法，其中上述晶圓輸送模組包括一前開式晶圓輸送模組(Front Opening Unified Pod，FOUP)。
5. 如申請專利範圍第1項所述之校正方法，其中上述提供上述晶圓盒的歩驟包括將上述晶圓盒放置在位於一半導體製程設備之上的一接收位置(receive position)之內。
6. 如申請專利範圍第1項所述之校正方法，其中上述提供上述晶圓盒的歩驟包括將上述晶圓盒放置在一晶圓輸送模組之內，並且上述晶圓輸送模組係在一半導體製程設備之一接收位置之內。
7. 如申請專利範圍第1項所述之校正方法，更包括將上述導電材料設置在上述第一晶圓插槽之上述對側溝槽的各個上述側表面之上。
8. 如申請專利範圍第1項所述之校正方法，其中上述判斷在上述第一晶圓插槽內的上述晶圓是否對位不準的歩驟更包括發送一警訊(alarm)，上述警訊係為一聲音(audio)警訊及一視覺(visual)警訊之至少一者。
9. 如申請專利範圍第1項所述之校正方法，其中上述判斷在上述第一晶圓插槽內的上述晶圓是否對位不準的歩驟更包括發送一第一燈光以及一第二燈光之至少一者的光，上述第一燈光用以表示上述晶圓與上述第一晶圓插槽之上述對側溝槽之一第一溝槽之間的電性接觸，而上述第二燈光用以表示上述晶圓與上述第一晶圓插槽之上述對側溝槽之另一者之間的電性接觸。
10. 如申請專利範圍第1項所述之校正方法，其中上述導電材料包括金屬薄片(foil)或金屬導線(wire)。
11. 如申請專利範圍第1項所述之校正方法，更包括在上述晶圓之一表面上提供一導電材料，用以與上述偵測器作電性通訊。
12. 如申請專利範圍第2項所述之校正方法，其中上述複數晶圓插槽更包括一第二晶圓插槽，並且在上述輸送上述晶圓進入上述第一晶圓插槽之後，上述校正方法更包括：將上述晶圓輸送至上述第二晶圓插槽；判斷在上述第二晶圓插槽內的上述晶圓是否對位不準；發送在第二晶圓插槽內一對位不準之指示至上述控制器；以及根據上述指示校正上述晶圓輸送葉片之對位。
13. 一種校正系統，用以校正晶圓輸送系統之晶圓對位，上述系統包括：一晶圓盒，具有複數水平設置之晶圓插槽，其中上述晶圓插槽之每一者包括複數對側溝槽，並且上述對側溝槽之每一者包括一上表面、一側表面，以及一下表面；一導電材料，位於上述晶圓插槽之至少一第一晶圓插槽之上述對側溝槽之上述上表面之上；一偵測器，用以偵測一晶圓何時接觸到上述導電材料，上述偵測器用以與上述導電材料進行電性通訊；一晶圓輸送葉片，用以輸送上述晶圓至每一上述晶圓插槽；以及一控制器，用以根據上述偵測器所發出且用以指出 上述晶圓之位置的一信號，對上述晶圓輸送葉片進行校正；其中上述偵測器發送一視覺警訊，上述視覺警訊係為一第一燈光與一第二燈光中之至少一者的發光，上述第一燈光用以表示上述晶圓與上述第一晶圓插槽之上述對側溝槽之一第一溝槽之間的電性接觸，而上述第二燈光用以表示上述晶圓與上述第一晶圓插槽之上述對側溝槽之另一者之間的電性接觸。
14. 如申請專利範圍第13項所述之校正系統，其中上述導電材料包括金屬薄片(foil)或金屬導線(wire)。
15. 如申請專利範圍第14項所述之校正系統，更包括設置於上述第一晶圓插槽之上述對側溝槽之上述側表面之上的導電材料。
16. 一種晶圓盒，用以校正晶圓輸送系統之晶圓對位，上述晶圓盒包括複數水平設置之晶圓插槽，其中上述晶圓插槽之每一者包括一對對側溝槽，上述對側溝槽用以承接上述晶圓之各個對邊，上述晶圓插槽包括一第一晶圓插槽，上述第一晶圓插槽包括至少一導電表面，該導電表面係設於該第一晶圓插槽的該對側溝槽之一上表面，上述導電表面電性耦接至一偵測器，上述偵測器係用以偵測一晶圓何時接觸到上述導電表面。
17. 如申請專利範圍第16項所述之晶圓盒，其中上述導電表面包括金屬薄片(foil)或金屬導線(wire)。