TWI735315B

TWI735315B - 偵測晶圓位置的方法及設備

Info

Publication number: TWI735315B
Application number: TW109128544A
Authority: TW
Inventors: 陳彥羽; 呂明修
Original assignee: 上銀科技股份有限公司
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2021-08-01
Also published as: DE102021109711B4; US20220059382A1; TW202209537A; JP2022035968A; US11721573B2; JP7150930B2; KR102452730B1; DE102021109711A1; KR20220023688A

Abstract

一種偵測晶圓位置的方法和系統。旋轉台以較快的轉速在一方向上旋轉，以帶動被放置在旋轉台上且外緣包含一對位特徵的一待測晶圓旋轉，同時偵測器偵測待測晶圓的外緣，以產生偵測結果給控制器，每一偵測結果對應旋轉台的一旋轉角度。當對位特徵經過偵測器後，旋轉台以較慢的轉速反向旋轉，以帶動待測晶圓反向旋轉，同時偵測器偵測反向旋轉的待測晶圓的外緣，以產生偵測結果給控制器。當對位特徵再次經過偵測器時，旋轉台停止旋轉，控制器根據累積的偵測結果和對應的旋轉角度，推估待測晶圓的偏心位置以及對位特徵的位置。藉此節省偵測時間。

Description

偵測晶圓位置的方法及設備

本發明涉及一種晶圓對位設備，特別是指一種偵測晶圓位置的方法及設備。

一般晶圓在進入半導體製程設備前，會先利用晶圓尋邊器(Wafer Aligner)進行偏心校正，也就是將晶圓放置在晶圓尋邊器旋轉台上，並對晶圓進行對位程序，即將晶圓的圓心對準旋轉台的旋轉中心。

日本公告專利編號JP2729297揭露一種將半導體晶圓置中的設備，此設備包含用以放置晶圓的一旋轉台以及由一光投射器和一光接收器組成的一檢測器。此設備藉由驅動放置有晶圓的旋轉台以較快的轉速旋轉一周，並且控制檢測器以非接觸式的方式在晶圓旋轉的同時概略地檢測晶圓的外緣輪廓的變化，以找出晶圓的外緣上的缺口的位置。接著，驅動旋轉台轉動，使外緣的缺口回到檢測器的檢測區的邊緣，然後再驅動旋轉台以較低的轉速旋轉，讓檢測器詳細地檢測此缺口的輪廓變化。最後，此設備根據累積的檢測結果推算出此晶圓的偏心量、偏心方向和缺口中心的方位。

日本公告專利編號JP3223584揭露一種將半導體晶圓置中的設備和方法。首先，此設備驅動旋轉台旋轉一周，並控制檢測器檢測放置在旋轉台上的晶圓的外緣。接著，驅動旋轉台依序以0度、90度、180度和270度為旋轉角度旋轉，並控制檢測器檢測此晶圓的外緣。最後，再根據累積的檢測結果推算出此晶圓的偏心量、偏心方向和缺口中心的方位。

日本公告專利編號JP4226241揭露一種晶圓定位裝置及方法。同樣地，晶圓定位裝置也是驅動旋轉台旋轉一周，並控制線感測器偵測放置在旋轉台上的晶圓的外緣。接著，根據線感測器的偵測結果及旋轉台的旋轉角度計算出晶圓的圓心偏離旋轉台的旋轉中心的程度以及缺口的方位。

然而，這些偵測晶圓位置偏離的現有作法都需要偵測晶圓的完整外緣才能計算出晶圓的圓心偏離旋轉台的旋轉中心的程度以及缺口的方位，因此相當耗時，不利批量的晶圓進行後續製程。

為此，本發明的主要目的是提供一種偵測晶圓的部分外緣即可得知晶圓偏心位置的偵測晶圓位置的方法及設備。

本發明根據一實施例所提供的一種偵測晶圓位置的方法，包含：將一待測晶圓放置在一旋轉台上，該待測晶圓的外緣包含一對位特徵；經由一控制器驅動該旋轉台以一第一轉速在一第一方向上旋轉，以帶動該待測晶圓以該第一轉速在該第一方向上旋轉；藉由一偵測器偵測以該第一轉速在該第一方向旋轉的該待測晶圓的該外緣，以產生對應該外緣上當前被偵測的各別位置的一外緣數據給該控制器，該外緣數據關聯於該待測晶圓的該外緣至該旋轉台的旋轉中心的相對距離，且對應該旋轉台的一旋轉角度；當該控制器根據該外緣數據判斷出該對位特徵在該第一方向上經過該偵測器時，驅動該旋轉台以一第二轉速在一第二方向上旋轉，以帶動該待測晶圓以該第二轉速在該第二方向上旋轉，且該第二方向相反於該第一方向；藉由該偵測器偵測以該第二轉速在該第二方向上旋轉的該待測晶圓的該外緣，以產生對應該外緣上當前被偵測的各別位置的新增的一外緣數據給該控制器；以及當該控制器根據該外緣數據判斷出該對位特徵在該第二方向上經過該偵測器時，藉由該控制器控制該旋轉台停止旋轉，並根據累積的該些外緣數據和每個該外緣數據對應的該旋轉角度，推估該待測晶圓的偏心位置以及該對位特徵的位置。

本發明根據一實施例所提供的一種偵測晶圓位置的設備，包含：一旋轉台，用以承載一待測晶圓，該待測晶圓的外緣包含一對位特徵；一偵測器，設置於該旋轉台附近；以及一控制器，電性連接該旋轉台和該偵測器，用以執行一偵測晶圓位置的方法，該偵測晶圓位置的方法包含：該控制器驅動該旋轉台以一第一轉速在一第一方向上旋轉，以帶動該待測晶圓以該第一轉速在該第一方向上旋轉；該偵測器偵測以該第一轉速在該第一方向旋轉的該待測晶圓的該外緣，以產生對應該外緣上當前被偵測的各別位置的一外緣數據給該控制器，該外緣數據關聯於該待測晶圓的該外緣至該旋轉台的旋轉中心的相對距離，且對應該旋轉台的一旋轉角度；當該控制器根據該外緣數據判斷出該對位特徵在該第一方向上經過該偵測器時，驅動該旋轉台以一第二轉速在一第二方向上旋轉，以帶動該待測晶圓以該第二轉速在該第二方向上旋轉，且該第二方向相反於該第一方向；該偵測器偵測以該第二轉速在該第二方向上旋轉的該待測晶圓的該外緣，以產生對應該外緣上當前被偵測的各別位置的新增的一外緣數據給該控制器；以及當該控制器根據該外緣數據判斷出該對位特徵在該第二方向上經過該偵測器時，控制該旋轉台停止旋轉，並根據累積的該些外緣數據和每個該外緣數據對應的該旋轉角度，推估該待測晶圓的偏心位置以及該對位特徵的位置。

藉此，本發明所提供的偵測晶圓位置的方法和使用此方法的設備由於只需偵測晶圓的部分外緣，即可獲得在可接受誤差範圍內的偵測結果，因而可大幅縮短偵測所需耗費的時間。

10:系統

11:基座

12:旋轉台

13:移動平台

131:第一移動機構

132:第二移動機構

14:偵測器

141:偵測範圍

15:控制器

16:儲存裝置

20:待測晶圓

21:外緣

22:對位特徵

23:極點

AT:量測角度總和

D1:第一方向

D2:第二方向

ET:量測閥值

P1:波峰

P2:波峰

V1:第一轉速

V2:第二轉速

θ:角度

在結合以下附圖研究了詳細描述之後，將發現本發明的其他方面及其優點：圖1係為根據本發明一實施例所繪製的偵測晶圓位置的系統的示意圖；圖2係為圖1中偵測晶圓位置的系統的上視圖；圖3係為根據本發明一實施例所繪製的偵測晶圓位置的系統的功能方塊圖；圖4A至4B呈現根據本發明一實施例所繪製的偵測晶圓位置的方法的流程圖；圖5A至5D呈現根據本發明一實施例所繪製在執行偵測晶圓位置的方法中，偵測待測晶圓的外緣的狀態示意圖；圖6係為根據本發明一實施例所繪製判斷對位特徵經過偵測器的方法的流程圖；圖7A係為根據本發明一實施例所繪製用來呈現一維的外緣數據被轉換成二維資訊的曲線圖；圖7B係為圖7A中外緣數據轉換成瞬時變化量的曲線圖；圖8係為根據本發明一實施例所繪製的第一補償方案的流程圖；圖9A至9E呈現根據本發明一實施例所繪製在執行第一補償方案時，偵測器偵測待測晶圓的外緣的狀態示意圖；圖10係為根據本發明一實施例所繪製的第二補償方案的流程圖；圖11A至11E呈現根據本發明一實施例所繪製在執行第二補償方案時，偵測器偵測待測晶圓的外緣的狀態示意圖；圖12係為根據本發明一實施例所繪製推估待測晶圓的偏心位置以及對位特徵的位置的方法的流程圖；圖13係為根據本發明一實施例所繪製將累積的外緣數據擬合成圓曲線的曲線圖；圖14A係為根據本發明一實施例所繪製第一測試結果的圓曲線的曲線圖；圖14B係為根據本發明一實施例所繪製第二測試結果的圓曲線的曲線圖；圖14C係為根據本發明一實施例所繪製第三測試結果的圓曲線的曲線圖；以及圖14D係為根據本發明一實施例所繪製第四測試結果的圓曲線的曲線圖。

在下面的詳細描述中，闡述了許多具體細節以便提供對本發明的透徹理解。但是，本領域普通技術人員將理解，可以在沒有這些具體細節的情況下實踐本發明。在其他情況下，沒有詳細描述眾所周知的方法，過程和/或元件，以免使本發明不清楚。

請參考圖1至3所示，本發明根據一實施例所提供的一種偵測晶圓位置的系統10係適於設置於一晶圓對位設備，偵測晶圓位置的系統10包含一基座11、一旋轉台12、一移動平台13、一偵測器14、一控制器15和一儲存裝置16。旋轉台12、移動平台13和偵測器14設置於基座11，且控制器15電性連接旋轉台12、移動平台13、偵測器14和儲存裝置16，以執行一偵測晶圓位置的方法。

旋轉台12用以承載一待測晶圓20。旋轉台12受控於控制器15而可以不同的轉速旋轉，也可以一第一方向(例如順時針方向)旋轉以及以一第二方向(例如逆時針方向)旋轉，第一方向相反於第二方向。藉由旋轉台12的旋轉可帶動被放置在旋轉台12上的待測晶圓20以相同的轉速及方向旋轉。

移動平台13包含一第一移動機構131和一第二移動機構132。第一移動機構131和第二移動機構132可活動地設置於基座11。第一移動機構131可沿一第三方向(例如X軸方向)移動，第二移動機構132則可沿一第四方向(例如Y軸方向)移動，第三方向垂直於第四方向。因此，當旋轉台12設置於移動平台13上時，第一移動機構131與第二移動機構132搭配可讓旋轉台12在一平面上沿第三方向、第四方向或前述兩者移動。

偵測器14設置於旋轉台12附近。偵測器14可例如為光學偵測器，例如藉由至少一光發射器搭配至少一光接收器來偵測待測晶圓20的外緣21的輪廓。偵測器14具有一偵測範圍141。以一光發射器搭配一光接收器所實現的偵測器14的例子來說，此偵測範圍141可例如為此光發射器和光接收器之間的光線涵蓋的區域。為了讓偵測器14的偵測範圍141可涵蓋待測晶圓20的外緣21的其中一部分，使偵測器14能偵測待測晶圓20的外緣21的輪廓，控制器15可藉由控制移動平台13的第一移動機構131和第二移動機構132的至少其中之一移動，使設置在移動平台13上的旋轉台12能靠近偵測器14，讓旋轉台12上的待測晶圓20的外緣21可以進入偵測器14的偵測範圍141內，例如圖5A所示，偵測器14的偵測範圍141重疊於待測晶圓20的外緣21的一部分。

儲存裝置16用以儲存偵測晶圓位置的系統10運作所需的各式程式指令、參數和閥值，以供控制器15存取，進而執行偵測晶圓位置的方法。

以下將舉例說明偵測晶圓位置的系統10如何執行偵測晶圓位置的方法。請進一步參考圖4A、4B和5A至5D，偵測晶圓位置的方法包含以下步驟。

首先，將一待測晶圓20放置在旋轉台12上，如步驟S1和圖5A所示，此待測晶圓20的外緣21包含一對位特徵22。對位特徵22可例如是一凹口、一凸緣或一切口。接著，控制器15驅動旋轉台12以一第一轉速V1在一第一方向D1上旋轉，如步驟S2所示，以帶動待測晶圓20以相同的速度和相同的方向旋轉，如圖5B所示。

在旋轉台12旋轉的同時，控制器15控制偵測器14偵測以第一轉速V1和第一方向D1的條件旋轉的待測晶圓20的外緣21的輪廓，以產生提供對應外緣21上當前被偵測的各別位置的一外緣數據，並傳送給控制器15，如步驟S3所示。並且，控制器15會記錄取得各別外緣數據時旋轉台12當下的旋轉角度，如步驟S4所示。外緣數據係關聯於待測晶圓20的外緣21至旋轉台12的旋轉中心的相對距離。

接著，控制器15根據獲得的外緣數據判斷對位特徵22是否已經通過偵測器14的偵測範圍141，如步驟S5。根據獲得的外緣數據判斷對位特徵22是否已經通過偵測器14的偵測範圍141的方式舉例說明如下。請參考圖6、7A和7B所示。每偵測外緣21上的一位置時所產生一筆外緣數據對應有旋轉台12的一旋轉角度，即對應待測晶圓20的一旋轉角度。偵測器14的偵測結果如圖7A所示，橫軸表示旋轉台12(即待測晶圓20)的旋轉角度，縱軸表示外緣數據的數值。每當獲得一筆外緣數據時，控制器15會計算此筆外緣數據的一瞬時變化量，如步驟S501所示。控制器15例如藉由微分處理的方式計算出此外緣數據的瞬時變化量，如圖7B所示。圖7B中，橫軸表示旋轉台12(即待測晶圓20)旋轉的角度，縱軸表示外緣數據的瞬間變化量。

然後，每獲得一筆瞬時變化量，控制器15會進一步判斷此瞬時變化量是否大於或等於一量測閥值，如步驟S502所示。此量測閥值為一預設值，代表待測晶圓20的邊緣21上此時被量測到的位置為對位特徵22的位置。當此瞬時變化量大於或等於量測閥值時，控制器15判定對位特徵22已通過偵測器14的偵測範圍141，如步驟S503和圖5C所示。相較於偵測到待測晶圓20的外緣21的其他區域，當待測晶圓20的邊緣21上的對位特徵22通過偵測器14的偵測範圍141時，控制器15獲得的瞬時變化量會有劇烈變化，例如圖7B所示曲線上出現的波峰P2，此波峰P2的數值大於預設的量測閥值 ET。相反地，當此瞬時變化量小於量測閥值時，控制器15則判定對位特徵22尚未通過偵測器14的偵測範圍141，如步驟S504和圖5B所示。

當控制器15判斷出待測晶圓20的對位特徵22尚未通過偵測器14的偵測範圍141時，控制器15會回到步驟S2並重複執行步驟S2至步驟S5，直到在步驟S5中，對位特徵22已經通過偵測器14的偵測範圍141為止。

在步驟S5中，當對位特徵22通過偵測器14的偵測範圍141時，控制器15進一步驅動旋轉台12以一第二轉速V2在一第二方向D2上旋轉，如步驟S6所示，使待測晶圓20也以相同轉速和方向旋轉，如圖5D所示。第二轉速V2可例如小於第一轉速V1，且第二方向D2相反於第一方向D1。在旋轉台12旋轉的同時，控制器15控制偵測器14偵測在第二轉速V2和第二方向D2的條件下旋轉的待測晶圓20的外緣21的輪廓，以產生對應外緣21上當前被偵測的各別位置的一外緣數據，並提供給控制器15，如步驟S7和圖5D所示，並且控制器15記錄對應此外緣數據的旋轉台12的旋轉角度，如步驟S8所示。詳細來說，由於第二轉速V2小於第一轉速V1，因此可更詳細地掃描在第二轉速V2下旋轉的待測晶圓20的外緣21，以獲得更多更完整的外緣數據，尤其是關於對位特徵22的外緣數據。在本實施例或其他實施例中，此時的旋轉台12是在反轉，偵測器14會重複偵測待測晶圓20的外緣21上的某些位置，使得以第二轉速V2和第二方向D2的條件下偵測獲得的多筆外緣數據中可能有部分會重複於以第一轉速V1和第一方向D1的條件下偵測獲得的某些外緣數據。在此情況下，對應待測晶圓20的外緣21上的相同位置的新舊外緣數據中，新的外緣數據可例如取代舊的外緣數據、與舊的外緣數據一同被保留或者被忽略。

此外，控制器15也會根據獲得的外緣數據判斷對位特徵22是否再次通過偵測器14的偵測範圍141，如步驟S9所示。判斷對位特徵22是否再次通過偵測器14的偵測範圍141的方式可參考上述關於步驟S5的說明，於此不再贅述。或者，判斷對位特徵22是否再次通過偵測器14的偵測範圍141的方式也可藉由判斷旋轉台12在第二轉速V2和第二方向D2的條件下旋轉的角度θ是否大於或等於一第二角度閥值來決定。

當對位特徵22尚未通過偵測器14的偵測範圍141時，回到步驟S6，重複執行步驟S6至S9，直到對位特徵22通過偵測器14的偵測範圍141為止。當對位特徵22通過偵測器14的偵測範圍141時，控制器15推估當前的量測角度總和AT，如步驟S10。量測角度總和AT可例如是指旋轉台12旋轉使偵測器14在待測晶圓20的外緣21上已偵測的範圍所對應的角度。因此，控制器15可藉由已累積的外緣數據所對應的旋轉角度計算出量測角度總和AT。

然後，控制器15進一步判斷此量測角度總和AT是否大於或等於一第一角度閥值，如步驟S11。第一角度閥值可為一預設值，例如是足以計算出在一可接受的誤差範圍下的偏差量所需的外緣數據的資料量所對應的角度，且此資料量是基於此待測晶圓20的規格，也就是為了要計算出可接受的誤差範圍內的偏差量，偵測器14在待測晶圓20的外緣21上應偵測的範圍所對應的角度。第一角度閥值小於360度。

當目前的量測角度總和AT大於或等於第一角度閥值時，表示目前累積的外緣數據的資料量(或稱總筆數)足以計算出誤差範圍內的偏差量。此時，控制器15便可控制旋轉台12停止旋轉以及偵測器14停止偵測，如步驟S16。相反地，當目前的量測角度總和AT小於第一角度閥值時，表示目前累積的外緣數據的資料量仍不足以計算出誤差範圍內的偏差量，此時需要將資料量缺額補足。為此，本實施例或其他實施例中，偵測晶圓位置的系統10可進一步提供一或多個補償方案供控制器15選擇。此時，控制器15可根據目前的量測角度總和AT以及預設的第一角度閥值，預先評估執行各別的補償方案所需花費的時間，如步驟S12所示。然後，控制器15根據預估的結果選擇較省時的一補償方案，如步驟S13所示；並且，執行選擇的補償方案，如步驟S14所示，以補足資料量差額。以下列舉二個補償方案作為範例來說明。

請參考圖8和9A至9E所示的第一補償方案。在執行圖4A、4B中步驟S1至S11(對應圖9A至圖9D中待測晶圓20的流程)後，控制器15執行第一補償方案如下。首先，控制器15接續驅動旋轉台12以第一轉速V1在第一方向D1上旋轉，如步驟S241所示，使待測晶圓20以相同轉速和相同方向旋轉，如圖9E所示。在旋轉台12旋轉的同時，控制器15控制偵測器14偵測待測晶圓20的外緣21，以產生對應待測晶圓20當前被偵測的位置的外緣數據，如步驟S242所示。並且，控制器15記錄產生此外緣數據時旋轉台12的旋轉角度，如步驟S243所示。最後，根據累積的外緣數據推估新的量測角度總和AT，如步驟S244所示。

執行第一補償方案所需的時間可例如由以下公式(1)推估：

其中T1表示執行第一補償方案所需的時間；C1表示目標資料量；C1’表示目前累積的資料量；V1表示粗略偵測外緣21時採用的第一轉速；以及△t1 表示旋轉台12從在第二轉速V2和第二方向D2的條件下旋轉轉成以第一轉速V1和第一方向D1的條件下旋轉所需的時間。

請參考圖10和11A至11E所示的第二補償方案。在執行圖4A、4B中步驟S1至S11(對應圖11A至圖11D中待測晶圓20的流程)後，控制器15執行第二補償方案如下。首先，控制器15接續驅動旋轉台12以第一轉速V1在第二方向D2上旋轉，如步驟S341所示，使待測晶圓20以相同轉速和相同方向旋轉，如圖11E所示。在旋轉台12旋轉的同時，控制器15控制偵測器14偵測待測晶圓20的外緣21，以產生對應待測晶圓20當前被偵測的位置的外緣數據，如步驟S342所示。並且，控制器15記錄產生此外緣數據時旋轉台12的旋轉角度，如步驟S343所示。最後，根據累積的外緣數據推估新的量測角度總和AT，如步驟S344所示。

執行第二補償方案所需的時間可例如由以下公式(2)推估：

其中T2表示執行第二補償方案所需的時間；C1表示目標資料量；C1’表示目前累積的資料量；V1表示粗略偵測外緣21時採用的第一轉速；以及△t2表示旋轉台12從在第二轉速V2和第二方向D2的條件下旋轉轉成以第一轉速V1和第二方向D2的條件下旋轉所需的時間。

因此，控制器15可根據目前的量測角度總和AT與第一角度閥值，即目前累積的資料量和目標資料量，推估執行每個補償方案所需要的時間，並根據根據預估的結果選擇較省時的補償方案。

在此實施例或其他實施例中，在只提供一個補償方案的情況下，上述的步驟S12至S13可省略，亦即在步驟S11中，當量測角度總和AT小於第一角度閥值時，控制器15直接執行此補償方案。

在獲得更新的量測角度總和AT後，控制器15判斷更新的量測角度總和AT是否大於或等於第一角度閥值，如步驟S15所示。當更新的量測角度總和AT仍是小於第一角度閥值時，則回到步驟S14並重複執行步驟S14至S15，直到更新的量測角度總和AT大於或等於第一角度閥值為止。

當在步驟S15中更新的量測角度總和AT大於或等於第一角度閥值時，表示目前累積的資料量已經達到目標資料量的程度，控制器15即可控制旋轉台12停止旋轉以及偵測器14停止偵測，如步驟S16所示。此時，控制器15便可根據累積的外緣數據和對應的旋轉角度，推估待測晶圓20的偏心位置及對位特徵22的位置，如步驟S17所示。

推估待測晶圓20的偏心位置及對位特徵22的位置舉例說明如下。請參考圖12所示，以對位特徵22為凹口作為範例來說明。首先，將每筆獲得的外緣數據和其對應的旋轉角度映射成如圖7A所示的二維資訊，如步驟S1701所示。詳細來說，控制器15可利用以下公式(3)將一維的外緣數據映射成二維數資訊：

其中Xi表示第i個映射的X座標；Yi表示第i個映射的Y座標；Si表示偵測器14偵測外緣所產生的第i筆外緣數據；以及θi表示獲得第i筆偵測資料時，旋轉台12的旋轉角度。

接著，控制器15將二維資訊擬合成如圖14A至14D的任一者所示的一圓曲線，如步驟S1702所示。舉例來說，控制器15可利用下列公式(5)將二維資訊擬合成圓曲線：

其中n表示瞬時變化量的總數；Xi表示第i筆瞬時變化量的X座標；Yi表示第i筆瞬時變化量的Y座標；△X表示X軸上的圓心偏差；△Y表示Y軸上的圓心偏差；以及R表示圓形曲線的半徑。擬合出圓曲線後，控制器15即可計算出此圓曲線的圓心作為待測晶圓20的偏心位置，如步驟S1703所示。

接著，控制器15從累積的外緣數據中定義最小值的外緣數據作為對位特徵22的極點23的外緣數據，如步驟S1704所示。最後，控制器15便可根據圓曲線的圓心與對位特徵22的極點23的外緣數據於圓曲線上的位置推算出對位特徵22的位置，如步驟S1705所示。

藉此，晶圓對位設配便可根據待測晶圓20的偏心位置、對位特徵22的位置以及旋轉台12的旋轉中心的位置，推估出待測晶圓20的中心偏差以及對位特徵22的角度偏差，以進一步補償這些偏差，使待測晶圓20的圓心對準旋轉台12的旋轉中心。

此外，在本實施例中取得上述量測閥值ET和第一角度閥值的方式可例如藉由現有的偵測晶圓位置的方法，例如日本公告專利編號JP2729297、日本公告專利編號JP3223584、日本公告專利編號JP4226241或其他現有作法，對一晶圓範本的整個外緣進行邊緣偵測，以獲得測試結果。所採用的晶圓範本是與上述待測晶圓20一樣的晶圓，因此此晶圓範本有一樣的外緣21及一樣的對位特徵22。

在偵測完晶圓範本的完整外緣21後，控制器15可計算每筆外緣數據的瞬時變化量，並從這些瞬時變化量中選擇至少一個峰值，如圖7B中波峰P1和P2的峰值，以根據選擇的峰值定義量測閥值ET。以選擇波峰P2的峰值為例，量測閥值ET可例如小於或等於波峰P2的峰值，但大於曲線上除了兩波峰P1和P2以外的其他數值。

此時，由於已經知道偵測晶圓範本的整個外緣21所產生的外緣數據的總筆數，因此控制器15可根據累積的外緣數據、可接受的誤差範圍(例如為±0.1mm)以及晶圓範本的規格(例如12吋晶圓的規格)來進行不同的測試，以推估要計算出誤差範圍內的偏心所需的資料量比例。然後，控制器15再根據資料量比例，推估出第一角度閥值。舉例來說，如表一所示，以同一個晶圓範本以及圖4A中步驟S1至S9的偵測流程為基礎來進行測試，並獲得以下測試結果。首先，將偵測晶圓範本的整個外緣21所產生的外緣數據的總筆數的資料量比例設為100%，這些外緣數據所對應的角度為360度，如圖13所示，因此將量測整個外緣21的第一角度閥值定義為360度。接著，取不同資料量比例來進行測試，以找出此晶圓規格所需的最低資料量比例，且偏心計算結果的誤差能維持在一許可範圍內。例如，在只取得35%的資料量的情況下(即偵測器14只偵測晶圓範本的外緣上126度(360 x 35%=126)所涵蓋的區域)的第一測試結果中，根據收集到的外緣數據所擬合出的圓曲線如圖14A所示，並且偏心計算結果的誤差(即X軸誤差和Y軸誤差)在允許的誤差範圍(例如為±0.1mm)內。再次以取得35%的資料量為測試條件的第二測試結果中，根據收集到的瞬時變化量所擬合出的圓形曲線如圖14B所示，並且偏心計算結果的誤差仍在允許的誤差範圍(例如為±0.1 mm)內。在改以取得23.5%的資料量為測試條件的第三測試結果中，根據收集到的瞬時變化量所擬合出的圓形曲線如圖14C所示，雖然偏心計算結果的誤差稍大於第一和第二測試結果(亦即計算精確度較低)，但仍在允許的誤差範圍(例如為±0.1mm)內。再次以取得23.5%的資料量為測試條件的第四測試結果中，根據收集到的瞬時變化量所擬合出的圓形曲線如圖14D所示，並且偏心計算結果的誤差也是仍在允許的誤差範圍(例如為±0.1mm)內。

由上述的測試結果可知，可基於同一個晶圓範本，反覆試驗出在容許誤差範圍內的最低資料量比例，以及根據不同的資料量比例擬定不同的外緣量測方案，即不同的第一角度閥值。舉例來說，以資料量比例23.5%和35%分別擬定出84.96度(360x23.5%=84.96)的第一角度閥值以及126度(360x35%=126)的第一角度閥值供測試人員選擇。當選擇其中一個第一角度閥值後，在後續偵測與此晶圓範本的規格相同的每一個待測晶圓20時，控制器15便可直接根據對第一角度閥值的設定，來偵測待測晶圓20的外緣21。

同理，由於上述第二角度閥值是關聯於待測晶圓20的對位特徵22由偵測器140的偵測範圍141的一側移動到相對另一側所需旋轉的角度，因此亦可透過相同的晶圓範本經過反覆試驗而歸納出讓偏心計算結果的誤差在容許誤差範圍內的第二角度閥值。

雖然上述的實施態樣是以第一轉速V1大於第二轉速V2作為範例來說明，然而本發明並不限於此。在本發明其他實施例中，第一轉速V1可實質地等於第二轉速V2，並且用來補足資料量的補償方案中的旋轉方向可根據轉速的設計來調整，以提供更多補償方案或效率更佳的補償方案。

綜上所述，本發明所提供的偵測晶圓位置的方法及系統是藉由先讓晶圓以較快的第一轉速旋轉並偵測晶圓的外緣，然後在當晶圓的對位特徵經過偵測器的偵測範圍時，再使晶圓以較慢的第二轉速反轉並偵測晶圓的外緣，最後當對位特徵再次經過偵測器的偵測範圍時，即可根據累積的偵測結果及旋轉台的旋轉角度推估出晶圓的偏心位置以及對位特徵的位置。由於無需讓晶圓旋轉完一周，因此可以減少偵測器重複偵測外緣的範圍，使得偵測所需的時間可大幅縮短，進而提升晶圓製程的整體效率。並且，本發明更進一步提供一或多個補償方案，使得用來計算晶圓的偏心位置以及對位特徵的位置所需的資料量能保持足量。此外，本發明更提供對應不同計算精確度的待收集資料的資料量比例作為外緣量測方案的選項，並且無論是哪個選項，計算獲得的晶圓的中心偏差以及對位特徵的角度偏差都仍能維持在可接受的誤差範圍內。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然而這些實施例並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動、潤飾與各實施態樣的組合，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

Claims

一種偵測晶圓位置的方法，包含以下步驟：將一待測晶圓放置在一旋轉台上，該待測晶圓的外緣包含一對位特徵；經由一控制器驅動該旋轉台以一第一轉速在一第一方向上旋轉，以帶動該待測晶圓以該第一轉速在該第一方向上旋轉；藉由一偵測器偵測以該第一轉速在該第一方向旋轉的該待測晶圓的該外緣，以產生對應該外緣上當前被偵測的各別位置的一外緣數據給該控制器，該外緣數據關聯於該待測晶圓的該外緣至該旋轉台的旋轉中心的相對距離，且對應該旋轉台的一旋轉角度；當該控制器根據該外緣數據判斷出該對位特徵在該第一方向上經過該偵測器時，驅動該旋轉台以一第二轉速在一第二方向上旋轉，以帶動該待測晶圓以該第二轉速在該第二方向上旋轉，且該第二方向相反於該第一方向；藉由該偵測器偵測以該第二轉速在該第二方向上旋轉的該待測晶圓的該外緣，以產生對應該外緣上當前被偵測的各別位置的新增的一外緣數據給該控制器；以及當該控制器根據該外緣數據判斷出該對位特徵在該第二方向上經過該偵測器時，藉由該控制器控制該旋轉台停止旋轉，並根據累積的該些外緣數據和每個該外緣數據對應的該旋轉角度，推估該待測晶圓的偏心位置以及該對位特徵的位置。
根據請求項1所述的偵測晶圓位置的方法，其中藉由該控制器根據累積的該些外緣數據以及每個該外緣數據對應的該旋轉角度，推估該待測晶圓的該偏心位置的該步驟包含：藉由該控制器根據每個該外緣數據以及每個該外緣數據對應的該旋轉角度擬合成一圓曲線，該圓曲線對應該待測晶圓的該外緣；以及藉由該控制器推估該圓曲線的圓心作為該待測晶圓的該偏心位置。
根據請求項2所述的偵測晶圓位置的方法，其中藉由該控制器根據累積的該些外緣數據以及每個該外緣數據對應的該旋轉角度，推估該對位特徵的該位置的該步驟包含：藉由該控制器將該些外緣數據中的最小者定義為該對位特徵的極點的外緣數據；以及藉由該控制器根據該圓曲線的該圓心位置和該極點的位置，推估該對位特徵的該位置。
根據請求項1所述的偵測晶圓位置的方法，其中該控制器計算該外緣數據的一瞬時變化量，當該控制器判斷該瞬時變化量大於或等於一量測閥值時，判定該對位特徵經過該偵測器。
根據請求項1所述的偵測晶圓位置的方法，更包含以下步驟：藉由該控制器根據累積的該些外緣數據以及每個該外緣數據對應的該旋轉角度，推估該待測晶圓當前的一量測角度總和，該量測角度總和關聯於該待測晶圓的該外緣上已被偵測的範圍所對應的角度；藉由該控制器判斷該量測角度總和是否大於或等於一第一角度閥值；以及當該控制器根據該外緣數據判斷出該對位特徵在該第二方向上經過該偵測器，且該量測角度總和大於或等於該第一角度閥值時，藉由該控制器控制該旋轉台停止旋轉，並根據該些外緣數據和每個該外緣數據對應的該旋轉角度推估該待測晶圓的該中心偏差以及該對位特徵的該角度偏差。
根據請求項5所述的偵測晶圓位置的方法，更包含以下步驟：當該量測角度總和小於該第一角度閥值時，藉由該控制器執行一第一補償方案，該第一補償方案包含以下步驟：藉由該控制器驅動該旋轉台再次以該第一轉速在該第一方向上旋轉，以帶動該待測晶圓再次以該第一轉速在該第一方向上旋轉；藉由該偵測器偵測以該第一轉速在該第一方向上再次旋轉的該待測晶圓的該外緣，以提供對應該外緣上當前被偵測的各別位置的新增的一外緣數據給該控制器；以及藉由該控制器根據累積的該些外緣數據以及每個該外緣數據對應的該旋轉角度更新該量測角度總和，以重新判斷該量測角度總和是否大於或等於該第一角度閥值。
根據請求項5所述的偵測晶圓位置的方法，更包含以下步驟：當該量測角度總和小於該第一角度閥值時，藉由該控制器執行一第二補償方案，該第二補償方案包含以下步驟：藉由該控制器驅動該旋轉台以該第一轉速繼續在該第二方向上旋轉，以帶動該待測晶圓以該第一轉速繼續在該第二方向上旋轉；藉由該偵測器偵測以該第一轉速在該第二方向上旋轉的該待測晶圓的該外緣，以提供對應該外緣上當前被偵測的各別位置的新增的一外緣數據給該控制器；以及藉由該控制器根據累積的該些外緣數據以及每個該外緣數據對應的該旋轉角度更新該量測角度總和，以重新判斷該量測角度總和是否大於或等於該第一角度閥值。
根據請求項5所述的偵測晶圓位置的方法，更包含以下步驟：當該量測角度總和小於該第一角度閥值時，藉由該控制器根據該量測角度總和以及該第一角度閥值，推估執行多個補償方案中每個該補償方案所需要的時間，該些補償方案關聯於該旋轉台的旋轉方向及旋轉速度；以及根據執行每個該補償方案所需要的該時間，藉由該控制器決定執行其中一個該補償方案，使該待測晶圓的該外緣上已被偵測的該範圍增加，進而更新該量測角度總和，以重新判斷該量測角度總和是否大於或等於該第一角度閥值。
根據請求項1所述的偵測晶圓位置的方法，其中該第二轉速小於該第一轉速。
一種偵測晶圓位置的設備，包含：一旋轉台，用以承載一待測晶圓，該待測晶圓的外緣包含一對位特徵；一偵測器，設置於該旋轉台附近；以及一控制器，電性連接該旋轉台和該偵測器，用以執行一偵測晶圓位置的方法，該偵測晶圓位置的方法包含：該控制器驅動該旋轉台以一第一轉速在一第一方向上旋轉，以帶動該待測晶圓以該第一轉速在該第一方向上旋轉；該偵測器偵測以該第一轉速在該第一方向旋轉的該待測晶圓的該外緣，以產生對應該外緣上當前被偵測的各別位置的一外緣數據給該控制器，該外緣數據關聯於該待測晶圓的該外緣至該旋轉台的旋轉中心的相對距離，且對應該旋轉台的一旋轉角度；當該控制器根據該外緣數據判斷出該對位特徵在該第一方向上經過該偵測器時，驅動該旋轉台以一第二轉速在一第二方向上旋轉，以帶動該待測晶圓以該第二轉速在該第二方向上旋轉，且該第二方向相反於該第一方向；該偵測器偵測以該第二轉速在該第二方向上旋轉的該待測晶圓的該外緣，以產生對應該外緣上當前被偵測的各別位置的新增的一外緣數據給該控制器；以及當該控制器根據該外緣數據判斷出該對位特徵在該第二方向上經過該偵測器時，控制該旋轉台停止旋轉，並根據累積的該些外緣數據和每個該外緣數據對應的該旋轉角度，推估該待測晶圓的偏心位置以及該對位特徵的位置。