旋转机构的位置偏差预估方法及旋转机构的位置偏差预估系统

技术领域

本申请关于半导体设备领域，特别是一种旋转机构的位置偏差预估方法及旋转机构的位置偏差预估系统。

背景技术

快速热处理(RTP，rapid thermal processing)用于半导体元件的制造过程中。进一步而言，快速热处理为应用快速加热，使半导体元件的温度快速上升，并缩短半导体元件在高温的时间，以达到热处理的效果，从而改善半导体元件的电性(例如电阻)或物理特性(例如晶格排列)。

为了使半导体元件的受热均匀，通常会在快速热处理设备中搭配旋转机构来旋转晶圆，以提升晶圆的温度均匀性。然而，在快速热处理设备的实际操作中，常因旋转机构故障而导致晶圆偏离旋转机构的中心，使晶圆的受热不均匀而影响晶圆的电流饱和值、阻值等重要电性参数。

发明内容

根据前述，本申请提供一种旋转机构的位置偏差预估方法及旋转机构的位置偏差预估系统，解决晶圆在快速热退火设备中受热不均匀的问题。

基于上述目的，本申请提供一种旋转机构的位置偏差预估方法，用于包括核心元件及与晶圆接触的接触元件的旋转机构，包括：取得核心元件和晶圆之间的动摩擦因素及旋转机构的转速；以及根据动摩擦因素、转速以及重力加速度，计算对应旋转机构的位置偏差。

在本申请的实施例中，旋转机构的位置偏差预估方法更包括：取得核心元件的变形量；以及判断变形量是否大于位置偏差。

在本申请的实施例中，当变形量大于位置偏差时，标示核心元件为异常元件；当变形量不大于位置偏差时，标示核心元件为正常元件。

在本申请的实施例中，旋转机构的位置偏差预估方法更包括：根据变形量和核心元件的初始尺寸计算核心元件的耗损程度；判断耗损程度是否高于临界值。

在本申请的实施例中，旋转机构的位置偏差预估方法更包括：根据核心元件的种类和晶圆的种类寻找对应的动摩擦因素。

基于上述目的，本申请提供一种旋转机构的位置偏差预估系统，用于包括核心元件及与晶圆接触的接触元件的旋转机构，包括速度感测器、记忆体以及处理器。速度感测器测量旋转机构的转速。记忆体储存接触元件和晶圆之间的动摩擦因素。处理器连接记忆体及速度感测器，并根据动摩擦因素、转速以及重力加速度计算对应旋转机构的位置偏差。

在本申请的实施例中，旋转机构的位置偏差预估系统更包括测量器，测量器电性连接处理器并量测核心元件的变形量，处理器判断变形量是否大于位置偏差。

在本申请的实施例中，当变形量大于所述位置偏差时，处理器标示核心元件为异常元件；当变形量不大于位置偏差时，处理器标示核心元件为正常元件

在本申请的实施例中，处理器根据变形量和核心元件的初始尺寸计算核心元件的耗损程度，并判断耗损程度是否高于临界值。

在本申请的实施例中，动摩擦因素的数量为多个，处理器根据接触元件的种类和晶圆的种类从多个动摩擦因素寻找对应的动摩擦因素。

综上所述，本申请的旋转机构的位置偏差预估方法及旋转机构的位置偏差预估系统，透过计算旋转机构的位置偏差，可消除旋转机构对晶圆在热退火时所产生的受热不均匀的影响，从而减少晶圆报废的风险。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请较佳的实施例并配合附图对本申请进行详细说明。

附图说明

图1为根据一个例子绘示旋转机构的配置图。

图2A及图2B为根据另一个例子绘示旋转机构的配置图。

图3为根据本申请一实施例绘示旋转机构的位置偏差预估系统的方块图。

图4为根据本申请另一实施例绘示旋转机构的位置偏差预估系统的方块图。

图5为根据本申请一实施例绘示旋转机构的位置偏差预估方法的流程图。

图6为根据本申请另一实施例绘示旋转机构的位置偏差预估方法的流程图。

图7为根据本申请又另一实施例绘示旋转机构的位置偏差预估方法的流程图。

附图标记说明：

10：速度感测器

20：记忆体

30：处理器

40：测量器

AB1：空气轴承

AR1：加速单元

BC1：轴承圈

CA1：支架

DR1：减速单元

F1：固定件

P1：底板

PV1：枢轴

RT1：齿轮

RB1：橡胶圈

RM1、RM2：旋转机构

SB1：蓝宝石球

S11～S20：步骤

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所公开的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以互相组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于包覆不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

每个快速热处理设备所用的旋转机构不一致，每个旋转机构的作动原理也不同。在下文段落中，举例说明两个旋转机构，并叙述本申请的旋转机构的位置偏差预估方法及旋转机构的位置偏差预估系统如何应用于两个旋转机构。需说明的是，本申请的旋转机构的位置偏差预估方法及旋转机构的位置偏差预估系统也可应用于其他类型的旋转机构，前述所列举的两个旋转机构是为了方便阐述本申请的旋转机构的位置偏差预估方法及旋转机构的位置偏差预估系统的作动，而非限制本申请的所能应用的旋转机构类型。

请参阅图1，其为根据一个例子绘示旋转机构的配置图。如图1所示，旋转机构RM1包括橡胶圈RB1、4个固定件F1以及转子结构。橡胶圈位于承载台上，晶圆放置于橡胶圈RB1的穿孔，4个固定件F1与橡胶圈RB1接触，4个固定件F1固定转子结构的位置，转子结构位于承载台下并带动承载台转动，从而旋转晶圆。快速热处理设备为对晶圆进行快速升温程序，使橡胶圈RB1因长期高温而导致变形损坏；在本申请中，橡胶圈RB1可视为旋转机构的核心元件及接触元件。

请参阅图2A及图2B，其为根据另一个例子绘示旋转机构的配置图。如图2A及图2B所示，旋转机构RM2包括托盘、3个空气轴承AB1(air bearing)以及旋转元件。晶圆放置于托盘上，3个空气轴承AB1使托盘悬浮，晶圆和托盘之间有三个升降顶针(lifter Pins)。旋转元件包括加速单元AR1(acceleration unit)以及减速单元DR1(deceleration unit)，加速单元AR1及减速单元DR1透过气体流动方式旋转托盘。

进一步而言，加速单元AR1及减速单元DR1分别包括齿轮RT1以及主轴，主轴包括支架CA1(cage)、6个蓝宝石球SB1以及轴承套筒BC1。齿轮RT1具有枢轴P1，枢轴P1进入轴承套筒BC1的穿孔，轴承套筒BC1位于底板P1上；换句话说，轴承套筒BC1位于齿轮RT1和底板P1之间。支架CA1及6个蓝宝石球SB1皆位于轴承套筒BC1的穿孔内，透过气流方式移动6个蓝宝石球SB1来使齿轮RT1移动，进而转动托盘。在旋转轴转动的过程中，6个蓝宝石球SB1与支架CA1产生摩擦而耗损，6个蓝宝石球SB1的尺寸则因而变化；在本申请中，6个蓝宝石球SB1可视为旋转机构的核心元件，升降顶针可视为旋转机构的接触元件。

请参阅图3，其为根据本申请一实施例绘示旋转机构的位置偏差预估系统的方块图。如图3所示，本申请的旋转机构的位置偏差预估系统用于包括核心元件及与晶圆接触的接触元件的旋转机构，旋转机构可如图1或图2所示，当然旋转机构也可为其他类型而未局限于本申请所陈述的范围。

本申请的旋转机构的位置偏差预估系统包括速度感测器10、记忆体20以及处理器30。速度感测器10测量旋转机构的转速。记忆体20储存接触元件和晶圆之间的动摩擦因素。处理器30连接记忆体20及速度感测器10，并根据动摩擦因素、转速以及重力加速度计算对应旋转机构的位置偏差。

具体而言，速度感测器10设置于邻近旋转机构之处，处理器30及记忆体20设置于运算主机中。速度感测器10透过无线方式或有线方式连接运算主机并传送旋转机构的转速至处理器30，处理器30也从记忆体20取得接触元件和晶圆之间的动摩擦因素。因为核心元件和晶圆的类型众多，记忆体20所储存的动摩擦因素的个数为多个。

速度感测器10可为直流式速度感测器、交流式速度感测器或雷射速度感测器。记忆体20可为快闪(flash)记忆体、硬碟(HDD)、固态硬碟(SSD)或动态随机存取记忆体(DRAM)、静态随机存取记忆体(SRAM)。处理器30可为微控制器(microcontroller unit，MCU)或中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。然而，速度感测器10可为其他类型速度感测器，记忆体20可为其他非挥发性记忆体，处理器30可为其他类型处理器，而未局限于本申请所列举的范围。

请参阅图4，其为根据本申请另一实施例绘示旋转机构的位置偏差预估系统的方块图。如图4所示，本申请的旋转机构的位置偏差预估系统包括速度感测器10、记忆体20、处理器30以及测量器40，速度感测器10、记忆体20、处理器30的配置关系与图1所示的配置关系相同而不再重复叙述。

测量器40电性连接处理器30并量测核心元件的变形量。在一实施态样中，测量器40可例如为游标尺而与核心元件接触以取得核心元件的变形量。在另一实施态样中，测量器40可为光学式轮廓量测仪而不与核心元件接触以取得核心元件的变形量。

以图1所示的旋转机构RM1为例，橡胶圈RB1与4个固定件F1的接触位置数量为4个，测量器40测量能形成直径的两个接触位置之间的距离而取得两个直径，处理器30计算两个直径之间的差距并视前述差距为变形量。

以图2所示的旋转机构RM2为例，测量器40测量6个蓝宝石球SB1的直径，处理器30计算任两个直径之间的直径差并视前述直径差为变形量。

请参阅图5，为根据本申请一实施例绘示旋转机构的位置偏差预估方法的流程图。如图5所示，本申请的旋转机构的位置偏差预估方法包括步骤S11及步骤S12。图5所示的旋转机构的位置偏差预估方法可适用于图3所示的旋转机构的位置偏差预估系统，但不以此为限。以下示例性地以图3所示的旋转机构的位置偏差预估系统之运作来说明步骤S11及步骤S12。

步骤S11：取得核心元件和晶圆之间的动摩擦因素及旋转机构的转速。如前所述，处理器30从记忆体20取得核心元件和晶圆之间的动摩擦因素，并从速度感测器10取得图1或图2A所示旋转机构的转速。

步骤S12：根据动摩擦因素、转速以及重力加速度，计算对应旋转机构的位置偏差。具体而言，处理器30根据下列运算式取得旋转机构的位置偏差：

△R＝u.g/W

其中，△R为旋转机构的旋转半径的偏差，u为动摩擦因素，g为重力加速度，W为旋转机构的转速。晶圆的材料可包括二氧化硅(SiO

处理器30根据前述动摩擦因素中对应图1所示的旋转机构RM1的动摩擦因素、旋转机构RM1的转速(例如240rpm)及重力加速度计算旋转机构RM1的位置偏差，旋转机构RM1的位置偏差可例如为0.13mm。处理器30根据前述动摩擦因素中对应图2所示的旋转机构RM2的动摩擦因素、旋转机构RM2的转速(例如60rpm)及重力加速度计算旋转机构RM2的位置偏差，旋转机构RM2的位置偏差可例如为2.1mm。

在本实施例中，本申请的旋转机构的位置偏差预估方法可更包括：根据核心元件的种类和晶圆的种类寻找对应的动摩擦因素。具体而言，记忆体20储存多个核心元件和多个晶圆之间的多个动摩擦因素，一个核心元件和一个晶圆之间具有一个动摩擦因素，处理器30从输入装置(例如键盘)得知单个核心元件的种类及单个晶圆的种类，并根据单个核心元件的种类及单个晶圆的种类从多个动摩擦因素选择对应的动摩擦因素。透过此步骤，本申请的旋转机构的位置偏差预估方法可适用于不同类型的旋转机构及不同类型的晶圆。

请参阅图6，其为根据本申请另一实施例绘示旋转机构的位置偏差预估方法的流程图。如图6所示，本申请的旋转机构的位置偏差预估方法包括步骤S11～步骤S16，步骤S11及步骤S12与图1所示的步骤S11及步骤S12相同，于此不再重复叙述。图6所示的旋转机构的位置偏差预估方法可适用于图4所示的旋转机构的位置偏差预估系统，但不以此为限。以下示例性地以图4所示的旋转机构的位置偏差预估系统之运作来说明步骤S13～步骤S16。

步骤S13：取得核心元件的变形量。具体而言，以图1所示的旋转机构RM1为例，处理器30从测量器40取得橡胶圈RB1的两个直径并计算两个直径的差距作为变形量。以图2所示的旋转机构RM2为例，处理器30从测量器40取得6个蓝宝石球SB1的直径并计算任两个直径之间的直径差作为变形量。

步骤S14：判断变形量是否大于位置偏差。具体而言，以图1所示的旋转机构RM1为例，旋转机构RM1的位置偏差可为0.13mm，处理器30判断变形量是否大于0.13mm。以图2所示的旋转机构RM2为例，旋转机构RM2的位置偏差可为2.1mm，处理器30判断变形量是否大于2.1mm。前述位置偏差的数值仅为例举，但位置偏差的数值根据旋转机构RM2的类型而有所更动，于此并不限定位置偏差的数值。

当变形量大于位置偏差时，处理器30接续执行步骤S15；当变形量不大于位置偏差时，处理器30接续执行步骤S16。

步骤S15：标示核心元件为异常元件。具体而言，处理器30根据变形量和位置偏差的数值关系判断核心元件的状况异常并标示核心元件为异常元件，并发送及传送警示信息至与研发人员所携带的电子装置(例如手机或个人数位助理)，研发人员从警示信息得知核心元件需更换。

步骤S16：标示核心元件为正常元件。具体而言，处理器30根据变形量和位置偏差的数值关系判断核心元件的状况正常并标示核心元件为正常元件，核心元件则无需更换。

请参阅图7，其为根据本申请又另一实施例绘示旋转机构的位置偏差预估方法的流程图。如图7所示，本申请的旋转机构的位置偏差预估方法包括步骤S11～步骤S13及步骤S17～步骤S20，步骤S11～步骤S13与图6所示的步骤S11～步骤S13相同，于此不再重复叙述。

步骤S17：根据变形量和核心元件的初始尺寸计算核心元件的耗损程度。具体而言，处理器30从输入装置(例如键盘)得知核心元件的初始尺寸，并计算变形量和核心元件的初始尺寸的比值作为耗损程度。

步骤S18：判断耗损程度是否高于临界值。具体而言，处理器30判断耗损程度是高于临界值还是不高于临界值。研发人员在处理器30设定临界值或预先储存临界值在记忆体20，临界值可例如为90％，临界值乃根据实际核心元件的配置而有所改变，于此并不限定临界值的数值。

步骤S19：标示核心元件为异常元件。具体而言，处理器30根据耗损程度和临界值的数值关系判断核心元件的状况异常并标示核心元件为异常元件，并发送及传送警示信息至与研发人员所携带的电子装置(例如手机或个人数位助理)，研发人员从警示信息得知核心元件的耗损程度过高而需更换。

步骤S20：标示核心元件为正常元件。具体而言，处理器30根据耗损程度和临界值的数值关系判断核心元件的状况正常并标示核心元件为正常元件，核心元件虽有磨损但无需更换。

核心元件在使用时总会有耗损，但轻微摩擦的核心元件应还可使用而无需更换。透过步骤S17至步骤S20，得知核心元件的耗损程度，并能根据耗损程度适当地更换核心元件，而非每次核心元件耗损时就更换核心元件。

综上所述，本申请的旋转机构的位置偏差预估方法及旋转机构的位置偏差预估系统，透过计算旋转机构的位置偏差，可消除旋转机构对晶圆在热退火时所产生的受热不均匀的影响，从而减少晶圆报废的风险。