德国专利DE102004025150A1 Lagebestimmung eines Halbleitersubstrats auf einer Rotationsvorrichtung

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Vorrichtung zur Lagebestimmung eines Halbleitersubstrats auf einer Rotationsvorrichtung mit einer Rotationsachse, mit einer Drehrichtungserfassungseinheit zur Bestimmung des Drehzustandes der Rotationsvorrichtung, mit wenigstens einer Lichtquelle und wenigstens einem für das Licht der Lichtquelle lichtempfindlichen Empfänger, wobei wenigstens ein von der Lichtquelle emittiertes Lichtbündel auf den Rand des Halbleitersubstrats gerichtet ist und diesen wenigstens teilweise passiert. Das wenigstens teilweise passierte Licht des Lichtbündels wird vom Empfänger wenigstens teilweise erfasst. Lichtquelle, Empfänger und Rotationsvorrichtung bilden eine Exzentrizitätsmessanordnung für ein auf die Rotationsvorrichtung aufgelegtes Halbleitersubstrat, wobei über ein Verfahren die Lage des Halbleitersubstrats auf der Rotationsvorrichtung erfasst wird, indem wenigstens ein Lichtbündel den Rand des Halbleitersubstrats wenigstens teilweise passiert, und dann das wenigstens teilweise passierte Licht des Lichtbündels wenigstens teilweise mit einem Empfänger erfasst wird.
公开号:DE102004025150A1
申请号:DE200410025150
申请日:2004-05-21
公开日:2005-12-15
发明作者:Ottmar Graf；Michael Grandy
申请人:Mattson Thermal Products GmbH；
IPC主号:H01L21-00

专利说明:
[0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahrenzur Lagebestimmung eines Halbleitersubstrats auf einer Rotationsvorrichtungmit einer Rotationsachse.
[0002] DieHalbleitersubstrate sind vorzugsweise als etwa runde, scheibenförmige Substrateausgebildet. Zur Kennzeichnung der Kristallrichtung umfasst dieScheibe einen Notch oder wenigstens ein Flat, wodurch das Substratvon seiner runden Scheibenform abweicht. Das Notch ist eine am Randdes Halbleitersubstrats (das auch als Wafer bezeichnet wird) angebrachtekleine Kerbe, das Flat ist eine am Waferrand angebrachte Abflachung.Bei bestimmten Waferarten könnenauch zwei solcher Abflachungen, die unter einem Winkel zueinanderangeordnet sind, angebracht sein. In der Siliziumtechnologie werden heuteHalbleitersubstrate bis zu etwa 300 mm Durchmesser verwendet.
[0003] Während dervielen Bearbeitungsschritte zur Herstellung elektronischer Schaltkreiseauf einem Halbleitersubstrat, muss dieses auch auf Rotationsvorrichtungenpositioniert werden. Dabei sind die Rotationsvorrichtungen vorzugsweiseinnerhalb von Prozesskammern angeordnet, um das Halbleitersubstratwährenddes Prozessierens in Rotation versetzten zu können, um z.B. die Prozessergebnissehinsichtlich der Gleichförmigkeit über denWaferquerschnitt zu verbessern. Die Rotationsdrehzahlen innerhalbvon Prozesskammern betragen heute bei Halbleitersubstraten mit 300mm Durchmesser prozessabhängig(z.B. bei Schnellheizanlagen oder so genannten RTP-Anlagen) biszu 150 Umdrehungen pro Minute. Das Halbleitersubstrat wird vorzugsweise mittelseines Roboterarms auf der Rotationsvorrichtung abgelegt. Dabei liegtdas Halbleitersubstrat vorzugsweise auf drei mit der Rotationsvorrichtungverbundenen Quarzstiften auf, die ein Dreibein bilden und je nachProzessanforderungen unterschiedlich ausgebildet sein können. Alternativwird der Wafer auf einem mit der Rotationsvorrichtung verbundenen Trägerring,einem so genannten Susceptor, abgelegt. Mögliche Ausgestaltungen derQuarzstifte sind z.B. in der auf den Anmelder zurückgehendendeutschen Patentanmeldung DE100 03 639.2 beschrieben. Einige weitere Beispiele vonHaltevorrichtungen fürdas Halbleitersubstrat wie z.B. Susceptoren sind in EP 0821403 , US 5683518 , US 5121531 und US 5,252,132 dargestellt.
[0004] Beizunehmenden Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit und Reproduzierbarkeitvon Prozessergebnissen ist es wichtig, das Halbleitersubstrat (denWafer) möglichstgenau auf der Rotationsvorrichtung zu positionieren. Um dieses zuerreichen, werden heute verschiedene Methoden und Techniken eingesetzt,wobei im Allgemeinen der Wafer mittels Roboter transportiert undpositioniert wird. Verfügtder Roboterarm überkeine Sensorik, so muss der Roboter manuell programmiert werden,sodass er den Wafer an der richtigen Position auf der Rotationsvorrichtungablegt und wieder entnimmt. Dabei werden von einer Bedienpersonin Testläufensolange Wafer positioniert und entnommen, wobei die Steuerungskoordinatendes Roboters verändertwerden, bis das Ergebnis den Anforderungen entspricht. Dies istinsbesondere in Anlagen, bei denen die Bedienperson keinen direktenZugang zur Rotationsvorrichtung hat, sehr zeitaufwendig, wie z.B.wenn die Rotationsvorrichtung von einer Prozesskammer umgeben ist.
[0005] Nebender manuellen Programmierung des Roboters sind auch Systeme im Einsatz,die mittels einer Sensorik die Umgebung vermessen, um mit den Messdatenden Wafer in die gewünschtePosition zu bringen. Andere Systeme tasten die Umgebung mittelsdes Roboterarms bzw. des Endeffektors (eine am Roboterarm angebrachteWaferhaltevorrichtung, um den Wafer beim Transport mittels des Roboterszu halten) ab, indem dieser langsam gegen definierte Kanten oderObjekte fährt,um dann bei Berührungden Stromanstieg der Motorströmezu erfassen. Beim Erreichen eines Motorstromschwellwerts wird diePosition des Roboterarms bzw. des Endeffektors gespeichert. Damitist ein Vermessen der Roboterumgebung und ein Abgleich der Roboterbewegunginnerhalb einer bekannten Umgebung möglich, sodass eine manuelleEinstellung entfallen kann.
[0006] Dieoben beschriebenen Vorgehensweisen der Roboterprogrammierung weiseneinige Nachteile auf. So ist z.B. die Fehlerrate bei der manuellenProgrammierung sehr hoch und hängtwesentlich von der Erfahrung der Bedienperson ab. Bei den automatisiertenSystemen, die mittels Sensoren oder über das Ansteigen von Motorströmen desRoboters die Umgebung vermessen, ist im Allgemeinen ein Zugang zumObjekt, hier zu der Rotationsvorrichtung, erforderlich. Dies istin der Praxis nicht immer gegeben, z.B., wenn sich das Objekt innerhalbeiner Prozesskammer wie z.B. einer RTP-Kammer befindet. Ein weitererentscheidender Nachteil ist, dass mittels der genannten Vorgehensweisenlediglich eine statische Vermessung der Roboterumgebung erfolgen kann,d.h. die genaue Lage einer Rotationsachse bezüglich fester Bezugspunkte,wie z.B. Kammerwändeneiner Prozesskammer, lässtsich damit im Allgemeinen nicht bestimmen. Im Allgemeinen setztdie Bestimmung einer Rotationsachse das Rotieren der Rotationsvorrichtungund damit einen Betrieb der Anlage voraus. Die genaue Lage der Rotationsachse lässt sichalso mit den genannten statischen Vorgehensweisen nicht ermitteln,da bei der Vermessung der Roboterumgebung die Rotationsvorrichtung üblicherweisenicht in Betrieb sein darf. Damit ist aber auch die relative Lagezwischen Wafer und Rotationsachse unbestimmt, was zu nachteiligenProzessergebnissen und zu Störungenim Dauerbetrieb führenkann.
[0007] Esist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die genannten Nachteilebei der Ermittlung der Position des Halbleitersubstrats auf einerRotationsvorrichtung zu beseitigen und eine Vorrichtung und einVerfahren anzugeben, welches eine automatische Lagebestimmung desHalbleitersubstrats auf der Rotationsvorrichtung erlaubt.
[0008] DieAufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durcheine Vorrichtung zur Lagebestimmung eines Halbleitersubstrats aufeiner Rotationsvorrichtung mit einer Rotationsachse, die eine Drehrichtungserfassungseinheitzur Bestimmung des Drehzustandes der Rotationsvorrichtung umfasst,ferner wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens einen für das Licht derLichtquelle lichtempfindlichen Empfänger, wobei wenigstens einvon der Lichtquelle emittiertes Lichtbündel auf den Rand des Halbleitersubstratsgerichtet ist und diesen Rand wenigstens teilweise passiert, undwobei das wenigstens teilweise passierte Licht des Lichtbündels vomEmpfängerwenigstens teilweise erfasst wird.
[0009] Durchdie erfindungsgemäße Vorrichtung kannvorteilhaft die Position des Halbleitersubstrats relativ zur Rotationsachseder Rotationsvorrichtung ermittelt werden. Dabei kann die Rotationsvorrichtungauch an einer füreine Bedienperson unzugänglichen Stelle,wie z.B. innerhalb einer Prozesskammer einer Schnellheizanlage sein.Prozesskammern und Rotationsvorrichtungen von Schnellheizanlagen sindz.B. in den auf den Anmelder zurückgehenden Patentschriften US 5,870,526 ; US 6,005,226 , US 6,449,428 , und in den Patentanmeldungen DE 19821007.8 und DE 199 52 017.8 beschrieben.
[0010] Beider erfindungsgemäßen Vorrichtungbestrahlt eine Lichtquelle, vorzugsweise eine Laserlichtquelle wiez.B. eine Laserdiode oder allgemein eine Leuchtdiode den Rand desHalbleitersubstrats mit einem Lichtbündel so, dass ein Teil desLichtbündelsden Rand passiert und ein Teil auf das Halbleitersubstrat triff.Vorzugsweise kommt nahezu paralleles Licht mit kleinem Öffnungswinkel,z.B. kleiner als 15° zumEinsatz. Der Querschnitt des Lichtbündels am Waferrand beträgt vorzugsweisezwischen 2 mm und 6 mm. Der Lichtquelle kann ferner eine geeigneteoptische Vorrichtung aus Linsen, Spiegeln, Prismen und/oder optischenGittern folgen, die z.B. eine Wellenlängenselektion, eine Strahlaufweitung und/odereine Strahlkollimation bewirkt. Der Teil des Lichtbündels, derden Rand des Halbleitersubstrats passiert, wird von einem geeignetenEmpfängererfasst, vor welchem ebenfalls eine geeignete optische Vorrichtungaus den genannten Elementen angebracht sein kann. Als Empfänger werdenvorzugsweise lichtempfindliche Halbleiterelemente eingesetzt, dieneben der Lichtintensitätauch die Lage und/oder die Ausdehnung der beleuchteten Sensorstelleermitteln können,wie dies z.B. bei CCD-Zeilen oder CCD-Elementen der Fall ist. Es ist nichtnotwendig, das der Empfängeralles Licht das den Waferrand passiert erfasst, es genügt eineteilweise Erfassung.
[0011] Beieiner zur Rotationsachse der Rotationsvorrichtung zentrischen Lagedes Halbleitersubstrats, passiert aufgrund der zentrischen Lagebei Rotation des Wafers stets derselbe Bruchteil des auf den Waferrandgerichteten Lichtbündelsdiesen, wodurch der Empfängerein von der Rotationsgeschwindigkeit unbeeinflusstes konstantesIntensitätssignal misst.Es sei jedoch erwähnt,dass ein sich am Rand des Halbleitersubstrats befindlicher Notchoder ein Flat (bzw. zwei Flats) das Signal des Empfängers bei jederWaferumdrehung etwas von seinem sonst konstanten Wert abweichenlässt.Diese Abweichung zeichnet sich lediglich durch eine Abweichung aufeinem dem Notch oder dem Flat entsprechenden Drehwinkelbereich aus,wodurch eine solche Wafermarkierung erkannt werden kann. Gewöhnlich istes ausreichend, dass der Empfängerdas den Waferrand teilweise passierende Licht wenigstens teilweiseerfasst. Hierdurch kann im Allgemeinen bereits eine Abweichung derWaferlage von der bezüglichder Rotationsachse zentrischen Lage ermittelt werden.
[0012] Mitder Drehrichtungserfassungseinheit wird der Drehzustand, d.h. dieDrehrichtung, die Drehzahl und eventuell der Drehwinkel ermittelt.Dies kann z.B. übereine Lichtschranke oder ein Lichtschrankensystem an der Rotationsvorrichtungmit überwiegendoptischen Mitteln erfolgen, oder über einen entsprechenden Impulsgeber(arbeitend auf elektrischer, magnetischer und/oder mechanischerBasis), der an der Rotationsachse befestigt ist. Im Stand der Techniksind zahlreich Möglichkeitenvon Drehrichtungserfassungseinheiten bekannt. Die Anwendung von Lichtschrankenist z.B. in dem auf den Anmelder zurückgehenden Patent US 6,449,428 beschrieben.
[0013] Weichtdie Lage des Halbleitersubstrats von der bezüglich der Rotationsachse zentrischenLage ab, so misst der Empfängerein sich zeitlich änderndesIntensitätssignal,das mit der Dreh- (Winkel-)geschwindigkeit variiert. Dabei ist dieSignaländerung einMaß für die Abweichungder Lage des Halbleitersubstrats von der bezüglich der Rotationsachse zentrischenLage. Diese zeitliche Änderungdes Intensitätssignalslässt sichvon der durch einen Notch oder durch ein Flat hervorgerufenen Änderungdadurch unterscheiden, dass sich die Änderung über den gesamten Winkelbereicheiner Umdrehung erstreckt, und nicht wie oben erwähnt, aufden engen Winkelbereich des Notch oder Flats begrenzt ist.
[0014] Wirddas Empfängersignal,bzw. seine zeitlichen Änderungen,mit der Drehwinkelinformation der Drehrichtungserfassungseinheitkorreliert, so lässt sichdie relative Verschiebung der Achse des Halbleitersubstrats zurRotationsachse winkelabhängigermitteln. Die so gewonnenen Daten können zur Korrektur der Lagedes Halbleitersubstrats auf der Rotationsvorrichtung verwendet werden.
[0015] Durchdie erfindungsgemäße Vorrichtung lassensich die oben genannten Nachteile beseitigen, insbesondere, wenndas Halbleitersubstrat und/oder die Rotationsvorrichtung (oder Teiledieser) von einer Prozesskammer umgeben ist, wie z.B. in RTP-Anlagen, in denendie Erfindung bevorzugt eingesetzt werden kann. Die Prozesskammerumfasst üblicherweiseeine verschließbare Öffnung zumBe- und Entladen des Halbleitersubstrats, wobei im Allgemeinen dasSubstrat mittels eines Roboters durch die Öffnung transportiert wird.
[0016] Besondersvorteilhaft kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lagebestimmungin Anlagen eingesetzt werden, die es erforderlich machen, wenigstensein Lager der Rotationsachse der Rotationsvorrichtung innerhalbder Prozesskammer anzuordnen, wie dies z.B. bei dem auf den AnmelderzurückgehendenPatent US 6,449,428 gezeigtist. Hierbei wird der Halbleiterwafer mittels drei Quarzstiftenauf einem ebenfalls aus Quarz bestehenden Rotationsteller von diesembeabstandet gehalten. Der Rotationsteller ist vorzugsweise zweiteiligausgebildet, um thermische Spannungen und damit eine Deformationdes Rotationstellers zu vermeiden bzw. zu minimieren. Er bestehtaus einem Außenring,der den Durchmesser des Halbleitersubstrats übersteigt und etwa 400 mm beträgt. Innerhalbdieses Außenrings istetwa zentrisch eine innere Quarzscheibe mittels dreier Auflageelementeangeordnet, sodass der Außenringdie innere Scheibe trägt.Die innere Scheibe hat etwa einen Durchmesser von 300 mm und trägt die Quarzstifte,auf die der Wafer abgelegt wird. Der Außenring wird von drei Luftkissenlagernim Betrieb etwas angehoben, sodass er zusammen mit der inneren Quarzscheibeund dem Wafer nahezu reibungsfrei in Rotation versetzt werden kann.Zur Zentrierung des Rotationstellers ist an der inneren Scheibezentrisch eine Achse angebracht, die in ein Lager eingreift. DasLager zur Scheibenlagerung befindet sich ebenfalls auf einer Quarzglasplatte,die unterhalb des Rotationstellers angeordnet ist, ferner die Luftkissenlagerfixiert und eine untere Begrenzung der Prozesskammer bildet. DieseKonstruktion erlaubt vorteilhaft ein Heizen des Wafers mittels Lampenauch von unten durch den Rotationsteller hindurch, der mittels Gasdüsen beschleunigtoder verzögertwird. Als Drehrichtungserfassungseinheit dient ein Lichtschrankensystem,das am äußeren Umfangdes Rotationstellers mittels dort angebrachter Strukturen, vorzugsweiseZähne,den Drehzustand der Rotationsvorrichtung ermittelt. Mit der beschriebenenKonstruktion kann vorteilhaft ein doppelseitiges Heizen des Waferserfolgen, indem dieser von oben, ebenfalls durch eine die Prozesskammer begrenzendeobere Quarzglasplatte hindurch, und von unten mittels z.B. Wolfram-Halogenlampen durchderen Strahlung erhitzt wird.
[0017] Dadie Quarzglasplatten etwa eine Größe von 50 × 50 cm haben, sind diese sehrteuer und müssendeshalb vor zerstörendenthermischen Spannungen geschütztwerden, die bei diesen Plattengrößen beifest eingespannten Platten in einer RTP-Anlage unvermeidbar wären. Ausdiesem Grunde werden die Quarzglasplatten nicht fest mit den Kammerseitenwänden, dieaus Metall (vorzugsweise Aluminium) bestehen, verbunden, sonderndie Platten werden zwischen aufblasbaren Dichtungen gehaltert, wobeidiese Dichtungen Raum fürWärmedehnungenzulassen. Die Quarzplatten sind also bei gasdichter Prozesskammerin Grenzen schwimmend gelagert. Dies reduziert die Bruchgefahr derQuarzplatten erheblich. Die genaue technische Ausführung derPlattenhalterung ist in dem auf den Anmelder zurückgehenden Patent US 5,870,526 beschrieben.
[0018] Aufgrundder genannten schwimmenden Halterung der Quarzplatten, insbesondereder unteren Platte, die das Zentrierlager der Rotationsvorrichtungumfasst, kann sich aufgrund thermischer Ausdehnungseffekte oderSpannungen eine Verschiebung des Zentrierlagers ergeben. Dies hatzur Folge, dass der Wafer durch den Roboter nicht mehr zentrischauf dem Rotationsteller abgelegt wird, d.h., dass der Wafermittelpunktnicht auf der Rotationsachse liegt, da der Roboter die Verschiebungdes Zentrierlagers zunächstnicht berücksichtigt.Die Folge wäredann eine Unwucht bei Rotation, die bei höheren Rotationsdrehzahlen dazuführenkann, dass der Wafer vom Rotationsteller geschleudert wird.
[0019] Durchdie erfindungsgemäße Vorrichtung kanneine solche Verschiebung des Zentrierlagers ebenfalls erfasst werden,da der Empfängerdann ein mit der Rotationsfrequenz variierendes Signal ermittelt.Denn durch die Abweichung von Wafer- und Rotationsachse variiert das denWaferrand passierende Lichtbündel.Mittels der Stärkeder Variation und mittels der Winkelabhängigkeit kann (wie oben bereits dargestellt)die Waferlage relativ zur Rotationsachse ermittelt werden. Mit Kenntnisdieser Daten kann der Roboter dann so korrigiert werden, dass dernächste Waferwieder zentriert abgelegt wird.
[0020] EineAbweichung der Waferachse von der Drehachse der Drehvorrichtungerzeugt nicht nur eine mechanische Instabilität mit der Gefahr das der Wafervon der Rotationsvorrichtung geschleudert wird, sondern wirkt sichauch auf die Prozessresultate aus. So lassen sich bereits Verschiebungenvon Rotations- und Waferachse von ca. 0,2 mm bei manchen Prozessenim Prozessergebnis erkennen. Es ist deshalb auch wünschenswert,eine möglichstgute Übereinstimmungder Achsen zu garantieren, um reproduzierbare Prozessergebnissezu gewährleisten. Mitder erfindungsgemäßen Vorrichtunglässt sich diesvorteilhaft erreichen, indem z.B. die Lage des Wafers relativ zurRotationsachse der Rotationsvorrichtung vor, während und/oder nach der Durchführung desProzesses ermittelt wird.
[0021] Ineiner bevorzugten Ausführungsformder Erfindung ist die Lichtqelle und der Empfänger außerhalb der Prozesskammer angeordnet,wobei wenigstens ein Teil des von der Lichtquelle emittierten Lichtbündels durchwenigstens eine fürdas Licht des Lichtbündelsoptisch transparente Öffnungzur wenigstens teilweisen Passierung des Rands des Halbleitersubstratsin die Prozesskammer geleitet wird. Durch diese Anordnung erreichtman, dass Lichtquelle und Empfängervon etwaigen Positionsveränderungender Rotationsvorrichtung innerhalb der Prozesskammer entkoppeltsind, und dass diese durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erkannt werden können. Damitlässt sichdie Veränderungder Lage der Rotationsvorrichtung innerhalb einer Prozesskammerals auch die Lage des Wafers (Halbleitersubstrats) relativ zur Rotationsachseder Rotationsvorrichtung getrennt ermitteln. Ein daraus resultierenderVorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist,dass bei Ermittlung der Waferlage und der Achslage der Rotationsvorrichtungz.B. nach der Prozessierung des Wafers, diese Positionen bei derEntnahme des Wafers durch den Roboter so berücksichtigt werden können, dassder Wafer definiert mit bekannter Lage aus der Prozesskammer entnommenund zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden kann, ohne dassein erneutes Vermessen des Wafers hinsichtlich seiner Lage bezüglich desRoboterarms oder einer daran befestigten Waferhaltevorrichtung (wieeinen Endeffektor) erfolgen muss. Verfahren und Vorrichtungen, dieden Wafer (das Waferzentrum) hinsichtlich seiner Lage bezüglich z.B.des Roboterarms oder bezüglicheines daran angebrachten Endeffektors vermessen, sind z.B. in denPatentschriften US 6,405,101 und US 6,327,517 beschrieben.Auf derartige Verfahren kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtungverzichtet werden. Ferner bietet die getrennte Ermittlung einermöglichenPositionsänderungder Rotationsachse innerhalb der Kammer und einer möglichenPositionsänderungdes Wafers relativ zur Rotationsachse zusätzliche Möglichkeiten der Fehlerdiagnosemit anschließender Korrekturdes Roboters. So könnenz.B. mechanische Abstandsänderungenzwischen Prozesskammer und Roboter getrennt vom Verschieben derRotationsachse innerhalb der Prozesskammer erfasst werden. Diesist insbesondere hilfreich bei Produktionsanlagen, die nahezu imDauerbetrieb betrieben werden, um eine hohe Reproduzierbarkeit derProzessergebnisse zu garantieren.
[0022] DieVeränderungder Lage der Rotationsvorrichtung, die auch eine Verschiebung derRotationsachse zur Folge hat, kann beim Einsatz von ortsauflösenden Empfängern mitortsauflösendenElementen, wie z.B. CCD-Elementen, die eine Ortsauflösung inwenigstens eine Richtung erlauben, quantitativ erfasst werden. Beirotierendem Wafer kann bei ortsauflösendem Empfänger sowohl eine Verschiebung derRotationsachse (bezogen auf die Empfänger- und/oder Lichtquellenposition)als auch eine relative Verschiebung von Waferzentrum und Rotationsachseermittelt werden, wobei beide Verschiebungen einfach voneinandersepariert werden können.
[0023] Damitkönnendie z.B. durch thermische Ausdehnung bedingten Veränderungender Rotationsachse innerhalb der Prozesskammer (oder bezüglich einesanderen festen Bezugspunktes) aber auch Änderungen der Position desWafers auf der Rotationsvorrichtung bei der Korrektur der Roboterbewegungenberücksichtigtwerden. Letztere sind ebenfalls im Wesentlichen durch thermischeAusdehnung von Wafer und Rotationsvorrichtung bedingt, denn bei heißen Prozessen,in denen der Wafer innerhalb von Sekunden auf über 1000°C aufgeheizt wird, dehnt sichein 300-mm-Waferum etwa 1 mm aus und schrumpft etwa um diesen Betrag wieder, wenner bei niedriger Temperatur zwischen 300°C und 700°C aus der Prozesskammer entnommenwird.
[0024] Wieoben bereits erwähntwird die erfindungsgemäße Vorrichtungvorzugsweise in Anlagen eingesetzt, bei denen ein Roboterarm miteiner Haltevorrichtung fürdas Halbleitersubstrat dieses auf der Rotationsvorrichtung positioniertund auch wieder entfernt. Dabei können auch mehr als ein Roboterdie Rotationsvorrichtung mit Halbleitersubstraten beschicken oderein Roboter (bzw. Roboterarm) ist für das Beladen und ein andererfür dasEntladen zuständig.Vorzugsweise wird beim Entladen aus der Prozesskammer einer RTP-Anlageeine andere Waferhaltevorrichtung eingesetzt als beim Beladen der Prozesskammer.Dies ermöglichtz.B. ein Entladen bei wesentlich höherer Wafertemperatur (biszu 700°C)indem z.B. die Haltevorrichtung ein Endeffektor aus Quarz oder Saphirist, währendbeim Beladen der Kammer der Wafer üblicherweise kalt ist oder Temperaturenkleiner als 300°Caufweist. Fürdiesen Fall kann z.B. ein Randgreifer aus Metall (z.B. Aluminium)eingesetzt werden, wie er in der noch nicht veröffentlichten vorläufigen PatentanmeldungUS 60/483,425 des Anmelders beschrieben ist.
[0025] Vorzugsweiseist das Halbleitersubstrat wenigstens Abschnittsweise, bevorzugtjedoch ganz von einem etwa ringförmigenObjekt umgeben, dem so genannten Guardring, der bei der Prozessierung vonSiliziumwafern vorzugsweise ebenfalls aus Silizium besteht, welcheseine zusätzlicheBeschichtung aufweist. Das ringförmigeObjekt ist vorzugsweise in der Prozesskammer starr angeordnet, sodassder Wafer relativ zu diesem Objekt rotiert. Vorzugsweise beträgt der Abstandzwischen dem Waferrand und dem ringförmigen Objekt einige Millimeter,wobei das ringförmigeObjekt üblicherweisein einer Ebene in der Näheder Ebene des Wafers und parallel zu dieser angeordnet ist. Dasden Rand des Halbleitersubstrats passierende Lichtbündel strahltvorzugsweise zwischen dem Halbleitersubstrat und dem ringförmigen Objekthindurch auf den Empfänger.
[0026] Alternativzu den oben beschriebenen Quarzstiften kann das Halbleitersubstratauf dem ringförmigenObjekt gehalten werden, auf dem es mit seinem Randbereich aufliegt.Dabei spricht man von einem Susceptor, der als Waferauflage dientund in diesem Falle mit der Rotationsvorrichtung in Rotation versetztwird. Der Susceptor ist mit der Rotationsvorrichtung verbunden.Da der Susceptor im Allgemeinen mit dem Rand des Halbleitersubstrats überlappt, wirdder Empfängerder erfindungsgemäßen Vorrichtungvorzugsweise auf der gleichen Seite des Halbleitersubstrats angeordnetwie die Lichtquelle. Der Empfängermisst dann im Wesentlichen das vom Halbleitersubstratrand und/odervon dem Susceptor reflektierte Licht. Auch in diesem Fall kann ähnlich wieoben dargestellt eine Verschiebung der Rotationsachse (innerhalbder Kammer) und/oder eine relative Verschiebung des Wafers bezüglich derRotationsachse ermittelt werden, wobei die Daten dann zur Korrekturder Waferpositionierung mittels des Roboters verwendet werden können.
[0027] Ineiner weiteren vorzugsweisen Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtungeine Modulationsvorrichtung, die ein zeitlich z.B. in seiner Intensität gezieltvariierendes Lichtbündel erzeugt,wobei dass Empfängersignalvon dem durch den Empfängererfassten Lichtbündelmittels einer Demodulationsvorrichtung demoduliert wird. Durch dieModulation kann das Licht der Lichtquelle von anderen, die MessungstörendenQuellen unterschieden werden. StörendeQuellen könneninsbesondere die Halogenlampen sein, die zur Heizung der Schnellheizanlagedienen. Vorzugsweise wird eine Modulationsfrequenz für die Lichtquellegewählt,die in der Anlage anderweitig nicht auftritt und ebenfalls von derRotationsfrequenz verschieden ist.
[0028] Ineiner weiteren vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung umfasstdie Vorrichtung eine Verarbeitungseinheit, die ein vom Empfänger erzeugtesEmpfängersignalaufnimmt, welches mit dem von ihm erfassten Lichtbündel inBeziehung steht, wobei die Verarbeitungseinheit ein Ausgangssignalermittelt, welches ein Maß für die Lagedes Halbleitersubstrats relativ zur Rotationsvorrichtung ist, und/oderein Maß für die Lageder Rotationsachse relativ zur Lage der Lichtquelle (bzw. des Empfängers) odereines anderen Bezugspunktes darstellt. Wie oben beschrieben, kanndurch die Verarbeitungseinheit mittels einer Steuereinheit ein Roboter zumTransportieren der Halbleitersubstrate entsprechend dem Ausgangssignalgesteuert werden. Allgemein kann eine Korrektur einer Substrattransport- und/oderSubstrathaltevorrichtung bewirkt werden. Andere Einheiten wie z.B.die Rotationsvorrichtung selbst können ebenfalls mit dem Ausgangssignalgesteuert und/oder geregelt werden.
[0029] Ineiner weiteren vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung werdenwenigstens zwei Empfängerrelativ zur Rotationsachse der Rotationsvorrichtung (entlang derDrehrichtung) unter einem Winkel angeordnet. Damit können z.B.bei nichtortsauflösendenEmpfängernVerhältnisseder Empfängersignaleermittelt werden, die ein Maß für eine etwaigeVeränderungder Position der Rotationsachse darstellen. Bei ortsauflösenden Empfängern kann eineVerschiebung der Rotationsachse quantitativ in einer Ebene senkrechtzur Rotationsachse ermittelt werden, wobei dann bei zwei Empfängern diesevorzugsweise unter 90° angeordnetwerden.
[0030] Ineiner weiteren vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung erfolgtdie Aufteilung des von der Lichtquelle emittierten Lichtbündels mitwenigstens einem Strahlteilermittel in wenigstens zwei Teillichtbündel. DieseAusführungsformwird z.B. bevorzugt, wenn mit den Empfängersignalen eine Verhältnisbildungerfolgt, wie dies bei der letzten Ausführungsform zur Ermittlung derVerschiebung der Rotationsachse beschreiben wurde.
[0031] Alternativoder zusätzlichzur Erzeugung von Teillichtbündelnkönnenweitere Lichtquellen-Empfänger-Paareeingesetzt werden, sodass wenigstens zwei solcher Paare vorhandensind, die relativ zur Rotationsachse (in Drehrichtung) unter einemWinkel angeordnet sind.
[0032] Ineiner weiteren vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung umfasstdiese wenigstens eine aus Sender und Empfänger bestehende Detektionseinheit,die von der Rotationsvorrichtung derart beabstandet ist, dass sievon einem auf der Rotationsvorrichtung positionierten Halbleitersubstratnicht beeinflusst wird. Derartige Detektionseinheiten können wiein den Patenten US 6,405,101 und US 6,327,517 beschriebenzur Ermittlung des Waferzentrums dienen, insbesondere zur Bestimmungder Lage des Wafers auf einer Wafertransportvorrichtung wie z.B.einem Roboterarm (mit eventuellem Endeffektor). Dabei ist die Detektionseinheitvorzugsweise so angeordnet, dass das Halbleitersubstrat beim Be- und/oderEntladen der Rotationsvorrichtung die Detektionseinheit so passiert,dass diese durch das passierende Halbleitersubstrat wenigstens einSignal erzeugt. Mittels dieses Signals kann dann die Lage des Wafersoder das Waferzentrum auf der Wafertransportvorrichtung ermitteltwerden. Damit kann der Wafer mittels der Wafertransportvorrichtunginnerhalb weiterer Prozesskammern präzise positioniert werden.
[0033] Beiden bisher beschriebenen Ausführungsformender Erfindung ist es wesentlich, dass der Einfallswinkel des Lichtbündels aufden Empfängerdefiniert ist, d.h., dass sich dieser Einfallswinkel zumindest während einerMessung nicht ändert,oder zumindest nur in bekannter Art und Weise ändert. Ähnliches gilt für die Intensität des Lichtbündels, essollte währendder Messung ein definiertes Strahlprofil aufweisen. Als Strahlprofilsoll die Intensitätsverteilung über einenQuerschnitt des Lichtbündelsverstanden werden. Dieses Strahlprofil ist während der Messung vorzugsweise konstant,oder aber eine möglichezeitliche oder räumlicheVariation muss bekannt sein (wie dies z.B. bei einer Modulationder Intensitätder Fall ist).
[0034] Fernerwird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch das erfindungsgemäße Verfahrengelöst,bei dem zur Bestimmung der Lage eines Halbleitersubstrats auf einerRotationsvorrichtung mit einer Drehrichtungserfassungseinheit zurBestimmung des Drehzustandes der Rotationsvorrichtung, wenigstens einLichtbündelden Rand des Halbleitersubstrats wenigstens teilweise passiert,und wobei das wenigstens teilweise passierte Licht des Lichtbündels wenigstensteilweise mit einem Empfängererfasst wird.
[0035] Vorzugsweiseist zumindest währenddes Erfassens der Lage des Halbleitersubstrats das Lichtbündel bezüglich seinesEinfallswinkels auf den Empfängerund bezüglichseines Strahlprofils definiert.
[0036] Vorzugsweisewird währenddes Erfassens des teilweisen passierten Lichtbündels das Halbleitersubstratdurch die Rotationsvorrichtung wenigstens eine Umdrehung gedreht.Ist das Halbleitersubstrat in einer Prozesskammer positioniert,so wird vorzugsweise seine Lage vor und/oder während und/oder nach Ausführung einesProzesses durch das wenigstens teilweise Erfassen des Lichtbündels mitdem Empfängerermittelt. Vorzugsweise wird eine Halbleitertransportvorrichtungwie z.B. ein Roboter basierend auf den Werten des Empfängers hinsichtlichder Transportbahn des Halbleitersubstrats korrigiert.
[0037] Dievorliegende Erfindung wird nachfolgend mittels der folgende Figurenanhand von speziellen Ausführungsbeispielenbeschrieben. Dabei zeigt
[0038] 1:einen schematischen Querschnitt einer RTP-Kammer mit einer vorzugsweisenAnordnung der Lichtquelle und des Empfängers zur Lagebestimmung einesWafers auf einer Rotationsvorrichtung;
[0039] 2:eine schematische Darstellung einer Doppelkammer-RTP-Anlage mitSignalflüssenvon Lichtquellen- und Empfängersignalen,sowie Drehrichtungserfassungseinheiten; und
[0040] 3: alternative Anordnungen der Lichtquelleund des Empfängers,um bei Verwendung eines Susceptors einen Exzentrizitätssensorzu bilden,
[0041] 4:eine schematische Draufsicht auf einen auf einer Rotationsvorrichtungliegenden Wafer mit Empfängerund Lichtbündelquerschnitt;
[0042] 5:eine schematische Darstellung eines vom Empfänger aufgezeichneten Signalsfür den Fall,dass der Wafer zentrisch bzw. nicht zentrisch zur Rotationsachseangeordnet ist.
[0043] 1 zeigteinen schematischen Querschnitt durch eine Kammer 1 einerRTP-Anlage (Schnellheizanlage)mit oberer Lampenbank 10, unterer Lampenbank 11,der Prozesskammer 100, der Lichtquelle 20 unddem Empfänger 21 zurErmittlung der Lage eines Halbleitersubstrats (Wafers) 2 aufeiner Rotationsvorrichtung 3.
[0044] DieProzesskammer 100 und die Lampenbänke 10 und 11 sindvon einer äußeren Kammer 4 umgeben.Die Lampenbänke 10 und 11 umfassen mehrereWolfram-Halogenlampen,die zum Aufheizen des Wafers dienen. Der Wafer befindet sich innerhalbeiner Prozesskammer 100, die oben und unten durch die Quarzplatten 101 und 102 begrenzt wird.Die Quarzplatten sind fürdie Strahlung der Lampen der Lampenbänke transparent, sodass der Waferdurch diese Strahlung gezielt einem Temperatur-Zeit-Prozess in einereinstellbaren Gasatmosphäreunterzogen werden kann. Die Prozesskammer 100 definiertein möglichstkleines Prozessvolumen, um z.B. die Menge möglicher Prozessgase beim Prozessierendes Wafers gering zu halten, und mögliche Verunreinigungen zuminimieren. Ferner sind in der Prozesskammer 100 nur diefür dasProzessieren absolut notwendigen Vorrichtungen enthalten, um einerseitsdie Verunreinigungen der Wafer zu reduzieren, andererseits das denextremen Prozessbedingungen ausgesetzte Material zu minimieren.Die Lampenbänke 10, 11 sinddeshalb außerhalbder Prozesskammer 100 angebracht. Durch die Lampenstrahlungder Lampenbänke 10, 11 erhitzensich auch die obere und untere Quarzplatte 101 und 102. Damitin diesen Platten keine thermischen Spannungen entstehen können, waseine Zerstörungder Platten zur Folge haben könnte,sind die Platten 101 und 102 mittels aufblasbarerDichtungen (nicht dargestellt) an ihrem Randbereich mit der Kammer 1 verbunden.Diese Dichtungen dichten die Prozesskammer nach innen und außen ab undbewirken eine Art schwimmende Lagerung der Platten, sodass etwaige Wärmedehnungender Platten oder der Kammer 1 durch diese Dichtungen ausgeglichenwerden. Zur Abkürzungder Beschreibung bezüglichder Verwendung solcher aufblasbarer Dichtungen wird auf die aufden Anmelder zurückgehendePatentschrift US 5,870,526 verwiesen.
[0045] Seitlichwird die Prozesskammer 100 durch einen Metallring 103 begrenzt,der zum Be- und Entladen der Prozesskammer 100 über wenigstenseine verschließbare Öffnung 104 verfügt, diewährenddes thermischen Prozessierens eines Wafers geschlossen ist.
[0046] Innerhalbder Prozesskammer 100 ist eine Rotationsvorrichtung 3 angebracht,die einen Rotor 5 umfasst der mittels eines die Rotationsachse 9 bestimmendenZentrierlagers 6 auf der unteren Quarzplatte 102 zentriertgelagert ist. Im Randbereich des Rotors befinden sich Luftkissenlager(nicht dargestellt) die den Rotor bei Rotation auf Luftkissen schwebendlagern. Die Luftkissenlager sind ebenfalls auf der unteren Platte 102 angebracht.Ferner ist der Rotor bei Anlagen zur Prozessierung von 300-mm-Wafern üblicherweisezweigeteilt (nicht dargestellt) und umfasst einen Außenring,der eine innere Scheibe trägt,auf der sich Quarzstifte 7 zur Aufnahme des Wafers 2 befinden.Diese Teilung des Rotors verringert die durch thermische Spannungen hervorgerufenenDeformationen des Rotors, insbesondere im Bereich der Luftkissenlager,sodass deren Funktion nicht beeinträchtigt wird. Zur Abkürzung derBeschreibung wird auf die auf den Anmelder zurückgehende Patentschrift US 6,449,428 verwiesen, inder die Rotationsvorrichtung näherbeschrieben ist.
[0047] ZurVerbesserung der Homogenitätder Prozessergebnisse ist der Wafer 2 an seinem Umfang voneinem ringförmigenObjekt 8 (dem Guardring 8) umgeben. Der Guardring 8 nimmt üblicherweisenicht an der Rotation teil und ist etwa 2 mm vom Wafer 2 beabstandetin der Näheseines Rands angebracht. Der Guardring 8 muss nicht inderselben Ebene wie der Wafer 2 liegen, er ist aber vorzugsweisein einer Ebene parallel zur Waferebene angeordnet.
[0048] Diein 1 gezeigte RTP-Kammer 1 umfasst fernereine Lichtquelle 20 und einen für das Licht der Lichtquelle 20 empfindlichenEmpfänger 21. Lichtquelle 20 undEmpfänger 21 dienenzur Lagebestimmung des Wafers 2 auf der Rotationsvorrichtung 3 undzur Bestimmung möglicherLageänderungen derRotationsachse 9. Die Lichtquelle 20 und der Empfänger 21 sindvorzugsweise an der Kammer 1 befestigt und bilden einenExzentrizitätssensor.Die Kammer 1 weist Öffnungenzum Eintritt und Austritt des von der Lichtquelle 20 emittiertenLichts 22 auf, sodass wenigstens ein von der Lichtquelle 20 emittiertesLichtbündel 22 aufden Rand des Wafers 2 strahlt und diesen wenigstens teilweisepassieren kann, wobei das wenigstens teilweise passierte Licht desLichtbündels 22 vomEmpfänger 21 wenigstens teilweiseerfasst wird. In der in 1 dargestellten Ausführungsformstrahlt das Lichtbündel 22 durch denSpalt zwischen Wafer 2 und Guardring 8, wobei dasLichtbündel 22 vorzugsweiseeinen Durchmesser von etwa 5 mm an der Stelle des Wafers aufweist, derAbstand zwischen Guardring und Wafer aber nur etwa 2 mm bis 3 mmbeträgt.
[0049] Liegtder Wafer 2 zentrisch zur Rotationsachse 9, soverändertsich der Abstand zwischen Wafer 2 und Guardring 8 beiRotation nicht. Dadurch kommt am Empfänger bei bekanntem Intensitätsverlaufdes emittierten Lichtbündels 22 stetsder gleiche Bruchteil des emittierten Intensitätsverlaufs an. Dieser Bruchteilder emittierten Intensitätwird dann vom Empfänger 21 mittelseiner Übertragungsfunktionin ein elektrisches Signal umgewandelt. Vorzugsweise ist diese Übertragungsfunktioneine lineare Funktion, die eine auf den Empfänger 21 fallende Lichtintensität linearin z.B. ein elektrisches Spannungssignal umwandelt.
[0050] Emittiertdie Lichtquelle 20 ein bezüglich seiner Intensität konstantesLichtbündel,so misst der Empfänger 21 stetseinen Bruchteil der von der Lichtquelle emittierten Intensität. Der Bruchteilwird im Wesentlichen durch die Blendenwirkung des Wafers 2 unddes Guardrings 8 bestimmt, da diese Elemente das Lichtbündel 22 inseinem Querschnitt begrenzen. Ferner wirken sich auch die Abschwächung des Lichtbündels beiDurchgang durch die Öffnungenin der Kammer 1, durch die Quarzplatten 101 und 102, sowiebeim Durchgang durch den aus Quarz bestehenden Rotor 5 geringfügig aufden am Empfänger ankommendenIntensitätsbruchteilaus. Diese Einflüssereduzieren die am Empfängerankommende Intensitätunabhängigvon der Lage des Wafers auf der Rotationsvorrichtung stets um einenkonstanten Betrag.
[0051] Emittiertdie Lichtquelle 20 ein bezüglich seiner Intensität moduliertesLichtbündel,um das Licht der Lichtquelle 20 von etwaiger Hintergrundstrahlung unterscheidenzu können,so kommt bei zentrierter Lage des Wafers am Empfänger 21 ein Bruchteildes emittierten Lichtbündelsan, wie dies oben bereits beschrieben wurde, jedoch folgt diesesLicht ebenfalls dem Intensitätsverlaufdes emittierten Lichtbündels. Entsprechendder Übertragungsfunktiondes Empfängers 21 wirddieser Intensitätsverlaufin ein elektrisches Signal umgewandelt. Bei einer linearen Übertragungsfunktionfolgt also z.B. die elektrische Spannung des Empfängers 21 derModulation des Lichtbündels 22,bzw. der Lichtquelle 20.
[0052] Liegtder Wafer 2 bezüglichder Rotationsachse 9 nicht zentriert auf der Rotationsvorrichtung 3, so ändert sichbei Drehung des Wafers 2 durch die Rotationsvorrichtung 3 derAbstand zwischen dem Waferrand und dem Guardring 8 im Bereichdes Lichtbündels 22,sodass dieses eine mit der Rotationsfrequenz des Wafers 2 sich änderndeBegrenzung erfährt.Infolge dessen kommt am Empfänger 21 einmit der Rotationsfrequenz variierender Bruchteil der durch die Lichtquelle 20 emittiertenIntensität an.Dabei ist die Größe der Amplitudedes variierenden Bruchteils ein Maß für die Stärke der Exzentrizität, bzw.ein Maß für die Abweichungdes Wafers aus seiner zentrierten Position. Damit lässt sichdie Lage des Wafers 2 relativ zur Rotationsachse 9 derRotationsvorrichtung 3 ermitteln. Allerdings sei erwähnt, dasszur Ermittlung der Lage des Wafers auch auf den Guardring 8 verzichtetwerden kann. In diesem Falle wird der Querschnitt des von der Lichtquelle 20 emittiertenLichtbündels 22 nurdurch den Wafer begrenzt.
[0053] Erfolgtwährenddes Betriebs der Anlage z.B. eine Verschiebung der Rotationsachse 9 dadurch, dasssich das Zentrierlager 6 aufgrund thermischer Ausdehnungenvon Kammer 1 und/oder unterer Quarzplatte 102 verschiebt,so kann auch eine solche Verschiebung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtungerfasst werden. Eine solche Verschiebung ist insbesondere durchdie oben erwähnteschwimmende Lagerung der Quarzplatten 101, 102 mittels deraufblasbaren Dichtungen möglich.Tritt eine Verschiebung der Rotationsachse 9 innerhalbder Kammer 1 auf, so hättedies beim Auflegen eines Wafers 2 eine Abweichung von derzentrischen Lage zur Folge, wenn der Roboter, der den Wafer 2 positioniert keineentsprechende Korrektur durchführenwürde.
[0054] Wirdals Empfänger 21 einortsauflösender Empfänger wiez.B. ein CCD-Empfängerverwendet, so lässtsich bei einem auf der Rotationsvorrichtung 3 zentriertenWafer 2 eine Verschiebung der Rotationsachse 9 durcheine Veränderungder beleuchteten Empfängeroberfläche nachweisenund quantitativ bestimmen. Der beleuchtete Querschnitt auf der Empfängeroberfläche nimmtje nach Verschiebung der Achse 9 zu oder ab. Daraus lassensich Rückschlüsse über dieVerschiebung der Rotationsachse ermitteln. Erfolgt die Verschiebungder Achse 9 in radialer Richtung bezogen auf das Lichtbündel 22,so hat die in 1 dargestellte Anordnung vonLichtquelle 20 und Empfänger 21 diegrößte Empfindlichkeitzur Messung einer solchen Verschiebung. Erfolgt die Verschiebungbezogen auf das Lichtbündel 22 in tangentialerRichtung, so hat die in 1 dargestellte Anordnung vonLichtquelle 20 und Empfänger 21 die kleinsteEmpfindlichkeit. Um auch fürdiese Verschiebungsrichtung der Achse 9 empfindlich zusein, kann eine zweite Messanordnung von Lichtquelle und Empfänger untereinem Winkel (vorzugsweise von 90° bezogenauf die Rotationsachse 9) zur ersten Messanordnung ausLichtquelle 20 und Empfänger 21 angebrachtwerden. Alternativ zu zwei getrennten Messanordnungen kann auchnur eine Lichtquelle 20 verwendet werden, deren emittierterLichtstrahl geteilt wird und dann auf zwei unter 90° zueinanderentlang des Umfangs des Wafers 2 angeordnete Empfänger 21 treffen.Allerdings kann auch ein beliebiger anderer Winkel gewählt werden.Allgemein können auchmehr als zwei Empfänger 21 bzw.Lichtquellen-Empfänger-Einheiten 20-21 entlangdes Umfangs des Wafers 2 angeordnet werden.
[0055] Liegtder Wafer 2 nicht zentrisch auf der Rotationsvorrichtung 3 auf,und erfolgt eine Verschiebung der Rotationsachse 9, sonimmt der beleuchtete Querschnitt auf der Empfängeroberfläche wie oben beschreiben zuoder ab, jedoch ist die Zunahme oder Abnahme noch durch eine derRotationsfrequenz entsprechenden periodischen Zu- und Abnahme überlagert.
[0056] Wirdnur ein intensitätsempfindlicherSensor ohne ortsauflösendeElemente verwendet, so kann eine Verschiebung der Rotationsachse 9 durchgenaues Bestimmen des Absolutwerts der gemessen Intensität ermitteltwerden. Da die Achsverschiebungen sehr klein sind (im Bereich voneinigen Zehnteln eines Millimeters) sind hierfür allerdings sehr genaue Messungenerforderlich, die aufgrund von Störeinflüssen nur eine sehr ungenaueAussage zulassen. Wird allerdings das von der Lichtquelle 20 emittierte Lichtbündel z.B.mittels Strahlteiler in wenigstens zwei Teillichtbündel geteiltund diese dann auf zwei bezüglichder Rotationsachse 9 unter einem Winkel angeordnete intensitätsempfindlicheEmpfängergegeben, so kann (bei zentriertem Wafer) bei Änderung des Verhältnissesder auf die Empfängerfallenden Teillichtbündelauf eine Verschiebung der Rotationsachse 9 geschlossenwerden. Bei zwei Teillichtbündelnist der Winkel vorzugsweise 180, d.h. die Teillichtbündel sindbezüglichder Rotationsachse 9 einander gegenüberliegend angeordnet. Um die Richtungder Achsverschiebung genauer ermitteln zu können, können mehrere Teillichtbündel erzeugtwerden, die dann jeweils auf eigene Empfänger 21 gerichtetsind, die entlang des Umfangs des Wafers 2 angeordnet sind.Durch Verhältnisbildungder gemessenen Intensitätswertelässt sichdann die Verschiebung der Rotationsachse ermitteln.
[0057] 2 zeigtschematisch eine Doppelkammer-RTP-Anlage 200 mit Signalflüssen vonden aus Lichtquellen und Empfängernbestehenden Exzentrizitätssensoren 21a, 21b sowieDrehrichtungserfassungseinheiten 24. Die Doppelkammer-RTP-Anlage 200 umfasstzwei Prozessmodule mit den Kammern 1a und 1b,mit jeweils einer Rotationsvorrichtung auf denen jeweils ein Wafer 2a und 2b positioniertwerden kann. Ebenfalls dargestellt sind die Guardringe 8a und 8b inden jeweiligen Kammern 1a und 1b. Ferner sinddie Drehrichtungserfassungseinheiten 24 dargestellt, welcheden Drehzustand (wie z.B. Winkelgeschwindigkeit, Winkelbeschleunigungund Winkel) der jeweiligen Rotationsvorrichtungen ermitteln. JedesProzessmodul wird mittels eines eigenen Controllers (MMC1 und MMC2) 26a, 26b gesteuert,sodass in jedem Prozessmodul ein eigenständiger Prozess, z.B. eine Temperatur-Zeit-Behandlungdes jeweiligen Wafers durchgeführtwerden kann. Die beiden Controller 26a, 26b sindmit einer Robotersteuerung 27 verbunden. Ferner sind Robotersteuerung 27 unddie Controller 26a, 26b an einer zentralen Recheneinheit(nicht dargestellt) angeschlossen. Der Datenaustausch zwischen deneinzelnen Einheiten erfolgt vorzugsweise über Ethernet.
[0058] Dievon den Empfängernder Exzentrizitätssensoren 21a, 21b ermitteltenelektrischen Signale werden z.B. mittels Verstärker 25a, 25b verstärkt (um z.B.Spannungssignale im Bereich zwischen 0 V und 5 V zu erhalten) undan die jeweiligen Modul-Controller 26a, 26b weitergegeben.Ebenso werden die vom Drehrichtungssensor ermittelten Daten bezüglich des Drehzustandesder einzelnen Drehvorrichtungen an die jeweiligen Controller 26a, 26b übermittelt.Dort werden dann die Daten der Exzentrizitätssensoren mit denen der Drehrichtungssensorenverknüpft,sodass man die Lage der Wafer 2a, 2b auf den Rotationsvorrichtungenerhält.Ebenso werden etwaige Verschiebungen der jeweiligen Rotationsachsenermittelt. Diese Daten werden dann der Robotersteuerung 27 zugeführt, diedann eine Korrektur derart vornimmt, dass die Wafer wieder sicheraus den Kammern 1a, 1b entladen werden können, unddass beim Beladen der Kammern 1a, 1b die Wafermöglichst zentrischrelativ zu den Rotationsachsen positioniert werden.
[0059] Beiden bisher besprochenen Ausführungsbeispielen,werden die Exzentrizitätssensorenim Durchlichtbetrieb eingesetzt, d.h. die Lichtquelle 20 undder Empfänger 21 sindbezüglichder Waferebene einander gegenüberliegendangeordnet, wobei das von der Lichtquelle emittierte Lichtbündel 22 den Waferrandwenigstens teilweise ungehindert passiert. Wird der Wafer 2 nichtauf Quarzstiften sondern auf einem Susceptor gelagert, so ist imAllgemeinen kein Durchlichtbetrieb mehr möglich.
[0060] 3 zeigt alternative Anordnungen von Lichtquelle 20 undEmpfänger 21,um bei Verwendung eines Susceptors 15 einen Exzentrizitätssensor zubilden. Der Susceptor 15 ist mit einer Haltevorrichtung 16 mitder Rotationsvorrichtung 3 verbunden. Der Wafer 2 istauf dem ringförmigenSusceptor 15 gelagert. Dabei überlappen sich Wafer 2 undSusceptor 15 im Randbereich des Wafers 2, da derSusceptor 15 den Wafer 2 dort abstützt.
[0061] In 3a wirdein von der Lichtquelle 20 emittiertes Lichtbündel 22a aufden Waferrandbereich gerichtet, sodass ein Teil des Lichtbündels 22a denWaferrand in Richtung Susceptor 15 passiert. Dabei wirdder Einfallswinkel des Lichtbündels 22a sogewählt,dass die am Wafer 2 und am Susceptor 15 reflektiertenAnteile 22b des Lichtbündels 22a auf einenEmpfänger 21 gelangen.Da sich nun im Allgemeinen Wafer 2 und Susceptor 15 inihren Reflexionseigenschaften unterscheiden, ergibt sich qualitativam Empfängerdas gleiche Signalverhalten wie im oben dargestellten Durchlichtbetrieb.
[0062] 3b zeigtein weiteres Ausführungsbeispielfür eineerfindungsgemäße Vorrichtungzur Bestimmung der Lage eines Wafers 2 auf einer Rotationsvorrichtung 3.Dabei wird das von der Lichtquelle 20 emittierte Lichtbündel 22a etwasenkrecht zur Waferebene in Richtung auf den Waferrand gestrahlt, sodassein Teil des Lichtbündelsdiesen teilweise passiert und den Susceptor 15 erreicht.Mittels einer optischen Umlenkvorrichtung (z.B. einem teildurchlässigen Spiegel)wird das etwa senkrecht zurückreflektierteLicht 22b des Lichtbündels 22a aufeinen Empfänger 21 gelenkt,der dieses quantitativ erfasst. Wie oben bereits ausgeführt, unterscheidensich im Allgemeinen der Wafer 2 und der Susceptor 15 bezüglich ihrerReflexionseigenschaften, sodass sich im reflektierten Strahl analogzum Durchlichtbetrieb die Lage des Wafers 2 relativ zurRotationsachse 9 ermitteln lässt. Eine Verschiebung derRotationsachse 9 kann ebenfalls analog zum Durchlichtbetriebermittelt werden, indem man anstatt des direkt durchgehenden Lichtsein reflektiertes Lichtbündelauf den Empfängerleitet. Die Ausführungsformnach 3b hat den Vorteil, dass in der Kammer 1 nureine Öffnungzum Einspeisen und Auskoppeln des Lichtbündels 22a und 22b erforderlichist.
[0063] ZurErmittlung der Lage des Wafers 2 auf der Rotationsvorrichtung 3 vorund nach einem Prozess ist es im Allgemeinen ausreichend den Rotorder Rotationsvorrichtung ca. 2 Umdrehungen bei eingeschalteter Lichtquelle 20 rotierenzu lassen. Damit lässtsich einfach feststellen, ob der Wafer 2 vor Beginn einesProzesses in der richtigen Position bezüglich der Rotationsvorrichtung 3 ist.Liegt der Wafer 2 außerhalbeines Toleranzbereichs, so kann er mittels des Roboters erneut aufdie Rotationsvorrichtung 3 mit korrigierten Roboterkoordinatenaufgebracht werden. Bei korrekter Positionierung des Wafers 2 kann dannder Prozess, z.B. ein Hochtemperaturprozess in einer RTP-Anlage,gestartet werden.
[0064] Nachdem Prozess kann die Position des Wafers 2 ebenfalls wiederermittelt werden, um den Wafer 2 dann definiert mit demRoboter zu entnehmen. Dies hat den Vorteil, dass die Lage des Wafers 2 für spätere Bearbeitungsschrittebekannt ist, sodass der Wafer z.B. zentrisch in eine zweite Kammer zurWeiterbearbeitung gelegt werden kann.
[0065] In 4 istein Wafer 2 dargestellt, der auf einer Rotationsvorrichtung(nicht dargestellt) aufgebracht ist. Dabei ist die Rotationsachseder Rotationsvorrichtung mit 9 bezeichnet, das Waferzentrum mit 2z.Rotationsachse 9 und Waferzentrum 2z fallen imgezeigten Beispiel nicht zusammen, sodass sich ein zeitlich variierendesSignal am Empfänger 21 ergibt.Zusätzlichist der Notch 2n am Waferrand dargestellt, der ebenfallseine zeitliche Änderungdes Empfängersignalsbewirkt. Das Lichtbündel 22 istmit einem etwa elliptischen Querschnitt dargestellt. Allgemein kannder Querschnitt beliebig sein, das Lichtbündel 22 muss jedochvom Wafer 2 auf seinem Weg zum Empfänger 21 begrenzt werden.Der Empfänger 21 isthier als ortsauflösenderEmpfängerdargestellt, der wenigstens eine CCD-Zeile 21z umfasst,die etwa radial zum Wafer angeordnet ist. Vorzugsweise sind mehrereCCD-Zeilen parallel anbebracht, bzw. es wird ein matrixförmiges CCD-Elementals Empfängerverwendet.
[0066] In 5 istdas Empfängersignalals Funktion des Drehwinkels der Rotationsvorrichtung (bzw. desWafers) wiedergegeben. Dabei erhältman bei exzentrischer Lage des Wafers bezüglich der Rotationsachse 9,wie dies in 4 angedeutet ist, ein etwa sinusförmiges Signal 21s.Der Einfluss des Notch ist durch 21sn wiedergegeben. Erfolgteine zentrierte Auflage des Wafers 2 auf der Rotationsvorrichtung,so erhältman ein zeitlich nahezu konstantes Signal 21c, welcheslediglich durch den Einfluss des Notch leichte, auf einen engenWinkelbereich begrenzte Variationen 21cn aufweist. Vorzugsweise wirdder Empfängerz.B. mittels einer Kalibration so kalibriert, dass eine mögliche Exzentrizität z.B. gleich inMillimeter ermittelt wird, wobei im dargestellten Beispiel ein Offsetvon 2 mm eingestellt ist.
[0067] WerdenortsauflösendeEmpfänger 21 verwendet,so wird eine Ortsauflösungvon etwa 0,01 mm oder besser gewählt.
[0068] Diezur Steuerung der Anlage erforderlichen Datenverarbeitungssequenzen(Programmeinheiten) umfassen vorzugsweise die folgenden Elemente: Eswerden vorzugsweise drei Schwellwerte definiert, die den weiterenProgrammablauf steuern. 1. die Abweichung desWafers (Fehlpositionierung) von der zentrischen Position ist innerhalb desToleranzbereich oder außerhalbdieses Bereichs. 2. die Fehlpositionierung erfordert eine Korrektur der Waferlage. 3. die Rotation muss gestoppt werden, da die Fehlpositionierungzu groß ist. 4. als Mass fürdie Exzentrizitätdes Wafers (für dieFehlpositionierung) dient die relative Variation des Empfängersignals,nicht deren absoluter Wert. 5. die Variation des Empfängersignalswird mit dem Drehwinkel der Drehvorrichtung korreliert, wobei derNullpunkt des Drehwinkels ebenfalls festgelegt wird. 7. der Einfluss von Notch oder Flat wird korrigiert. 8. Datenspeicherung zur Analgenanalyse und zur automatischenKorrektur der Anlage (z.B. des Roboters). 9. Justiersequenz fürden Roboter unter Anwendung der Daten über die Variation des Empfängersignalsals Funktion des Drehwinkels.
[0069] Dieautomatische Justiersequenz fürden Roboter kann z.B. nach den folgenden Punkten ablaufen:
[0070] Dieoben genannten Ausführungsformender Erfindung könnendurch solche ergänztwerden, die durch Austausch und Kombination von Merkmalen der einzelnenAusführungsformenhervorgehen.

权利要求:
Claims (23)
[1] Vorrichtung zur Lagebestimmung eines Halbleitersubstratsauf einer Rotationsvorrichtung mit einer Rotationsachse, einer Drehrichtungserfassungseinheitzur Bestimmung des Drehzustandes der Rotationsvorrichtung, mit wenigstenseiner Lichtquelle und wenigstens einem für das Licht der Lichtquelle lichtempfindlichenEmpfänger,wobei wenigstens ein von der Lichtquelle emittiertes Lichtbündel aufden Rand des Halbleitersubstrats gerichtet ist und diesen wenigstensteilweise passiert, und dass das wenigstens teilweise passierteLicht des Lichtbündelsvom Empfängerwenigstens teilweise erfasst wird.
[2] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Halbleitersubstrat von einer Prozesskammer mit einer Öffnung zumBe- und/oder Entladen des Halbleitersubstrats umgeben ist.
[3] Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Rotationsachse wenigstens ein Lager innerhalb der Prozesskammerumfasst.
[4] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Lichtquelle und der Empfänger außerhalb der Prozesskammer angeordnetsind, und dass wenigstens ein Teil des emittierten Lichtbündels durchwenigstens eine fürdas Licht des Lichtbündelsoptisch transparente Öffnung zurwenigstens teilweisen Passierung des Rands des Halbleitersubstratsin die Prozesskammer gelangt.
[5] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass ein Roboterarm mit einer Haltevorrichtung für das Halbleitersubstratdieses auf der Rotationsvorrichtung positioniert.
[6] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat wenigstens Abschnittsweisevon einem ringförmigenObjekt umgeben ist.
[7] Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass das ringförmigeObjekt vom Halbleitersubstrat beabstandet ist.
[8] Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass das Halbleitersubstrat auf dem ringförmigen Objekt gehalten wird.
[9] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass eine Modulationsvorrichtung ein zeitlich gezieltvariierendes Lichtbündelerzeugt, und dass ein Empfängersignal vondem durch den Empfängererfassten Lichtbündel mittelseiner Demodulationsvorrichtung demoduliert wird.
[10] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass eine Verarbeitungseinheit ein vom Empfänger erzeugtes Empfängersignalaufnimmt, welches mit dem von ihm erfassten Lichtbündel inBeziehung steht, und dass die Verarbeitungseinheit ein Ausgangssignalermittelt, welches ein Maß für die Lagedes Halbleitersubstrats relativ zur Rotationsvorrichtung und/oder derRotationsachse relativ zur Lage der Lichtquelle (bzw. des Empfängers) odereines anderen Bezugspunktes ist.
[11] Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durcheine Steuereinheit zur Verarbeitung des Ausgangssignals, wobei dieSteuereinheit entsprechend dem Ausgangssignal eine Korrektur einer Substrattransport-und/oder Substrathaltevorrichtung bewirkt.
[12] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass wenigstens zwei Empfänger relativ zur Rotationsachseunter einem Winkel angeordnet sind.
[13] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnetdurch wenigstens ein Strahlteilermittel zur Aufteilung des von derLichtquelle emittierten Lichtbündelsin wenigstens zwei Teillichtbündel.
[14] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnetdurch wenigstens zwei Lichtquellen-Empfänger-Paare, die relativ zurRotationsachse unter einem Winkel angeordnet sind.
[15] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass wenigstens eine aus Sender und Empfänger bestehende Detektionseinheitvon der Rotationsvorrichtung derart beabstandet ist, dass sie voneinem auf der Rotationsvorrichtung positionierten Halbleitersubstrat nichtbeeinflusst wird.
[16] Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,dass das Halbleitersubstrat beim Be- und/oder Entladen der Rotationsvorrichtungdie Detektionseinheit so passiert, dass diese durch das passierendeHalbleitersubstrat wenigstens ein Signal erzeugt.
[17] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der EmpfängerortsauflösendeElemente umfasst.
[18] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Einfallswinkel des Lichtbündels aufden Empfängerdefiniert ist und das Lichtbündelein definiertes Strahlprofil aufweist.
[19] Verfahren zur Bestimmung der Lage eines Halbleitersubstratsauf einer Rotationsvorrichtung mit einer Drehrichtungserfassungseinheitzur Bestimmung des Drehzustandes der Rotationsvorrichtung, wobeiwenigstens ein Lichtbündelden Rand des Halbleitersubstrats wenigstens teilweise passiert, undwobei das wenigstens teilweise passierte Licht des Lichtbündels wenigstensteilweise mit einem Empfängererfasst wird.
[20] Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,dass währendder Bestimmung der Lage des Halbleitersubstrats das Lichtbündel bezüglich seinesEinfallswinkels auf den Empfängerund bezüglichseines Strahlprofils definiert ist.
[21] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet,dass währenddes Erfassens des teilweisen passierten Lichtbündels das Halbleitersubstratdurch die Rotationsvorrichtung wenigstens eine Umdrehung gedrehtwird.
[22] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet,dass das Halbleitersubstrat in einer Prozesskammer positioniertist, und dass seine Lage vor und/oder während und/oder nach Ausführung einesProzesses durch das wenigstens teilweise Erfassen des Lichtbündels mitdem Empfängerermittelt wird.
[23] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet,dass eine Halbleitertransportvorrichtung basierend auf den Wertendes Empfängershinsichtlich der Transportbahn des Halbleitersubstrats korrigiertwird.

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优先权:

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