CN102386117A

CN102386117A - 晶圆位置的检测装置

Info

Publication number: CN102386117A
Application number: CN2010102751562A
Authority: CN
Inventors: 梁昕; 陶鹏; 穆建锋; 王张龙; 葛杰
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-09-01
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2030-09-01
Also published as: CN102386117B

Abstract

一种晶圆位置的检测装置，包括：发射单元、接收单元和控制单元；所述发射单元、接收单元设置于晶圆真空检测室的内部传送门上，所述发射单元配置为发射第一信号；所述接收单元配置为当晶圆位置未处于检测区域时接收所述发射单元发射的第一信号，并于接收到所述第一信号后产生并传送第二信号给所述控制单元；所述控制单元配置为在预定时间间隔内未接收到所述接收单元传送的第二信号时控制所述内部传送门保持开启状态。本发明能够实现对晶圆真空检测室中的晶圆位置进行检测，避免因晶圆位置的偏差而使晶圆报废，更保证了生产线的正常运行。

Description

晶圆位置的检测装置

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种晶圆位置的检测装置。

背景技术

扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope)，简称扫描电镜(SEM)。是一种利用电子束扫描样品表面从而获得样品信息的电子显微镜。它能产生样品表面的高分辨率图像，且图像呈三维，扫描电子显微镜能被用来鉴定样品的表面结构。在半导体制造中，经常会使用扫描电子显微镜对晶圆进行检测，以检查晶圆生产过程中产生的各种缺陷，例如颗粒、划伤、裂纹以及其他材料缺陷。尤其在对关键尺寸(CD，Critical Dimension)的测量上，扫描电子显微镜被广泛使用。

扫描电子显微镜的使用必须置于高真空的环境，在半导体制造流程中，当需要对晶圆进行检测时，将晶圆送入晶圆真空检测室进行检测。图1为晶圆真空检测室的结构示意图。如图1所示，晶圆真空检测室包括预真空室(loadlock)102a、预真空室102b、真空腔室104；预真空室102a设置有外部传送门101a，预真空室102b设置有外部传送门101b，预真空室102a、预真空室102b与真空腔室104之间分别设置有内部传送门103a和内部传送门103b；检测晶圆所用的扫描电子显微镜105置于真空腔室104中。晶圆在预真空室102a、预真空室102b、真空腔室104之间的传递则通过机械手(图中未示)来完成。整个晶圆检测的过程大致如下：

首先由将晶圆传递到所述晶圆真空检测室外，打开预真空室102a的外部传送门101a，机械手将晶圆传递至预真空室102a，然后将预真空室102a抽成真空后(接近真空腔室104中的真空度)，打开内部传送门103a，将晶圆传递进真空腔室104并置于扫描电子显微镜105的检测平台之上等待检测，然后关闭内部传送门103a，所述真空腔室104中的真空度约为10^-7托(torr)。当扫描电子显微镜105对晶圆检测后，对预真空室102b抽真空(接近真空腔室104中的真空度)，然后打开内部传送门103b，将晶圆传递至预真空室102b，关闭内部传送门103b，放入纯净氮气使预真空室102b的压力与外界压力相当后，打开外部传送门101b，由机械手取出晶圆，关闭外部传送门101b。

该过程中，所述预真空室102a和预真空室102b作为外界与真空腔室104的过渡地带，因其空间较小，抽成真空较容易。但是，扫描电子显微镜105对晶圆检测完之后从真空腔室104中传递至预真空室102b时，因预真空室102b的空间较小，偶尔会发生晶圆位置未放置准确(可能是由机械手的问题引起的)的情况，即晶圆的整体没有完全处于预真空室102b中，而是一部分仍处于真空腔室104，此时因探测不到晶圆位置的异常，内部传送门103b还是关闭下来，便会夹住晶圆，导致晶圆只能报废。由此带来的影响是，首先晶圆的报废造成成本的增加；其次，由于晶圆被夹坏，需要对预真空室、真空腔室以及相关工具进行清理等操作，需要较长时间才能重新恢复运作，导致整条生产线的晶圆检测不能正常进行，耽误了生产的进度。

相关技术还可参考专利号为6113165的美国专利，该专利公开了一种自感应晶圆保持器及其使用方法。

发明内容

本发明要解决的问题是现有技术中由于晶圆从真空腔室传递到预真空室时不能检测其是否放置准确，导致晶圆会被内部传送门夹住而报废，进而影响正常生产流程。

为解决上述问题，本发明提供了一种晶圆位置的检测装置，包括：

发射单元、接收单元和控制单元；

所述发射单元、接收单元设置于晶圆真空检测室的内部传送门上，所述发射单元配置为发射第一信号；所述接收单元配置为当晶圆位置未处于检测区域时接收所述发射单元发射的第一信号，并于接收到所述第一信号后产生并传送第二信号给所述控制单元；

所述控制单元配置为在预定时间间隔内未接收到所述接收单元传送的第二信号时控制所述内部传送门保持开启状态。

可选的，所述发射单元、接收单元为激光传感器，所述第一信号为激光信号。

可选的，所述发射单元和接收单元分别相对设置于内部传送门的顶部和底部。

可选的，所述晶圆位置的检测装置还包括反射单元，设置于所述内部传送门上，包括至少一组反射子单元，每组反射子单元由两块反射镜组成，用于将所述发射单元发射的第一信号反射至所述接收单元。

可选的，所述反射单元包括偶数组反射子单元，所述反射子单元依次设置于所述内部传送门的底部和顶部，所述发射单元和接收单元分别设置于所述内部传送门的顶部和底部。

可选的，所述反射单元包括奇数组反射子单元，所述反射子单元依次设置于所述内部传送门上的底部和顶部，所述发射单元和接收单元均设置于所述内部传送门的顶部或均设置于所述内部传送门的底部。

可选的，每组反射子单元的两块反射镜分别在水平向右方向呈45度和135度相对设置。

可选的，所述发射单元和接收单元均设置于所述内部传送门的底部，所述反射单元包括三组反射子单元，其中，

第一组和第三组反射子单元均设置于所述内部传送门的顶部，其各自包括的两块反射镜分别与水平向右方向呈45度和135度且相对设置；第二组反射子单元设置于所述内部传送门的底部，位于所述发射单元与接收单元之间，其包括的两块反射镜分别与水平向右方向呈135度和45度且相对设置；

第一组反射子单元中与水平向右方向呈45度的反射镜的入射信号为所述发射单元发送的第一信号，第三反射子单元中与水平向右方向呈135度的反射镜的反射信号由所述接收单元接收；

第一组反射子单元中与水平向右方向呈135度的反射镜与第二组反射子单元中与水平向右方向呈135度的反射镜在垂直方向上相对设置；第二组反射子单元中与水平向右方向呈45度的反射镜和第三组反射子单元中与水平向右方向呈45度的反射镜在垂直方向上相对设置。

可选的，所述发射单元和接收单元均设置于所述内部传送门的顶部，所述反射单元包括三组反射子单元，其中，

第一组和第三组反射子单元均设置于所述内部传送门的底部，其各自包括的两块反射镜分别与水平向右方向呈135度和45度且相对设置；第二组反射子单元设置于所述内部传送门的顶部，位于所述发射单元与接收单元之间，其包括的两块反射镜分别与水平向右方向呈45度和135度且相对设置；

第一组反射子单元中与水平向右方向呈135度的反射镜的入射信号为所述发射单元发送的第一信号，第三反射子单元中与水平向右方向呈45度的反射镜的反射信号由所述接收单元接收；

第一组反射子单元中与水平向右方向呈45度的反射镜与第二组反射子单元中与水平向右方向呈45度的反射镜在垂直方向上相对设置；第二组反射子单元中与水平向右方向呈135度的反射镜和第三组反射子单元中与水平向右方向呈135度的反射镜在垂直方向上相对设置。

可选的，所述第二组反射子单元所包括的两块反射镜之间的距离小于晶圆的直径。

可选的，所述第二组反射子单元所包括的两块反射镜之间的距离小于晶圆的半径。

可选的，还包括提示单元，配置为当所述控制单元在预定时间间隔内未接收到所述接收单元传送的第二信号时发出提示。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过在内部传送门上设置对晶圆位置进行检测的装置(发射单元、接收单元和控制单元)，可以保证生产线的正常运行，在检测到晶圆位置出现偏差后也可以马上进行处理，缩短了处置的时间；

避免因晶圆被内部传送门夹住而报废，降低了成本；

通过设置反射单元，不仅使检测的范围扩大，也加大了检测的成功率。

附图说明

图1是晶圆真空检测室的结构示意图；

图2是本发明晶圆位置的检测装置的一种结构示意图；

图3是图2所示发射单元与接收单元实施例示意图；

图4是本发明晶圆位置的检测装置的另一种结构示意图；

图5是图4所示发射单元、接收单元和反射单元的第一种实施例示意图；

图6至图7是图4所示发射单元、接收单元和反射单元的第二种实施例示意图；

图8是图4所示发射单元、接收单元和反射单元的第三种实施例示意图；

图9是图4所示发射单元、接收单元和反射单元的第二种实施例中反射单元的设置位置示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

如背景技术中所述的在晶圆真空检测室进行晶圆检测过程中，将晶圆从真空腔室传递至预真空室后，可能发生晶圆放置的位置不准确的情况，导致晶圆的整体没有完全处于预真空室中，而一部分仍处于真空腔室，此时会被真空腔室与预真空室之间的内部传送门夹住而报废，进而影响整个生产线的进度。因此，需要在此过程对晶圆位置进行检测。

图2是本发明的晶圆位置的检测装置的一种结构示意图。如图2所示，本发明提供的晶圆位置的检测装置包括：发射单元201、接收单元202和控制单元203；所述发射单元201、接收单元202设置于晶圆真空检测室的内部传送门上，所述发射单元201配置为发射第一信号；所述接收单元202配置为当晶圆位置未处于检测区域时接收所述发射单元201发射的第一信号，并于接收到所述第一信号后产生并传送第二信号给所述控制单元203；所述控制单元203配置为在预定时间间隔内未接收到所述接收单元202传送的第二信号时控制所述内部传送门保持开启状态。

在具体实施例中，所述发射单元201、接收单元202优选为激光传感器，所述第一信号为激光信号。当然，在其他实施例中，所述发射单元201、接收单元202可选择红外线传感器，所述第一信号为红外线信号。所述控制单元203为晶圆操控计算机(WHC，Wafer Handler Computer)，可以接收所述接收单元202产生并传送的第二信号，所述第二信号可以是通过有线或无线方式传送的电信号。参阅图1，机械手将晶圆从真空腔室104传递至预真空室102b后，当所述控制单元203能够持续接收到所述第二信号时，说明此时晶圆放置位置准确，于是内部传送门103b可以正常关闭；而当所述控制单元203在预定时间间隔内未接收到所述接收单元202传送的第二信号时，便说明此时晶圆放置位置出现了偏差，此时所述控制单元203便发出控制指令控制所述内部传送门103b保持开启状态，然后，可以通过操作机械手重新将晶圆位置进行调整，直至所述控制单元203能够持续接收到所述第二信号。当然，并非所有情况下都能通过机械手调整晶圆位置解决此问题，也有可能机械手发生了故障，所以可能还是需要操作人员去处理，但是因为没有发生晶圆被夹坏的情况出现，也就不需要去进行清理，可以节省大量的时间(实际情况中，如果出现问题，至少可以节省1/3左右的处理时间)。所述预定时间间隔可以预先进行设定，例如5秒钟、10秒钟等。当然，所述控制单元203也是可以直接控制所述内部传送门开启和关闭的。实际情况中，操作人员可以通过WHC直接操控内部传送门的开启和关闭，而并非需要等待某些条件成立才能触发对所述内部传送门控制。

需要说明的是，本实施例中，所述内部传送门103b包括顶部、底部和门体，所述发射单元201、接收单元202可以分别相对设置于所述内部传送门103b的顶部和底部，所述顶部和底部之间的区域构成了用于检测晶圆位置的检测区域，当晶圆从真空腔室104传递至预真空室102b后，由设置的发射单元201、接收单元202对晶圆位置进行检测，当在检测区域未检测到晶圆时，则可以关闭内部传送门103b，此时，关闭内部传送门103b是通过使所述门体将顶部和底部之间的区域封闭而达到的(具体地，可以通过将所述门体由汽缸自顶部下推至底部或自底部上推至顶部的自动化控制实现)；当在检测区域检测到晶圆时，则由控制单元203控制所述内部传送门处于开启状态，即让所述内部传送门103b的门体处于开启状态(具体地，可以通过将所述门体保持在顶部位置或保持在底部位置的自动化控制实现)。

图3是图2所示发射单元与接收单元实施例示意图。如图3所示，发射单元201、接收单元202相对设置于内部传送门的顶部和底部，图3中仅示出了发射单元201设置于所述内部传送门的顶部，接收单元202设置于所述内部传送门的底部，当然，也可以将两者位置调换进行设置，并不影响本发明的实施。在晶圆200从图1所示的真空腔室104传递至预真空室102b后，当位置放置准确情况下(此时，晶圆200不应该表示在图3上)，晶圆200没有任何部分处于检测区域中，发射单元201发射的激光信号是可以被接收单元202接收到的，所述接收单元202接收到激光信号后，便持续发送电信号给控制单元(图3中未示)；若晶圆200位置放置得有偏差，则晶圆200的一部分会处于检测区域中，便会阻挡住发射单元201发射的激光信号，于是接收单元202就不能接收到激光信号了，便停止发送电信号给所述控制单元，所述控制单元在预定时间间隔接收不到电信号，便控制内部传送门保持开启状态。

图4是本发明晶圆位置的检测装置的另一种结构示意图。如图4所示，本发明提供的晶圆位置的检测装置除了包括图2所示的发射单元201、接收单元202和控制单元203之外，还包括：反射单元204，设置于内部传送门的顶部或/和底部，用于将所述发射单元201发射的第一信号反射至所述接收单元202；提示单元205，用于当所述控制单元203在预定时间间隔内未接收到所述接收单元202传送的第二信号时发出提示。

在一具体实施例中，所述反射单元204包括至少一组反射子单元，每组反射子单元由两块反射镜组成，分别在水平向右方向呈45度和135度相对设置。设置反射单元204是因为如果只凭借发射单元201和接收单元202这样一组激光传感器依靠点对点形成的一条直线对晶圆的位置进行检测，并不能一定获得较好的检测效果(有可能晶圆的一部分虽然处于检测区域，但是并没有落在激光传感器依靠点对点形成的一条直线范围内，也就阻挡不住发射单元201发射的激光信号导致检测失效)，而设置多组激光传感器又会使成本上升，因此采用成本很小的反射镜，使原来一条直线变为多条直线，可以形成一道检测网。设置提示单元205是因为当晶圆的放置位置出现偏差时，还需要及时提醒操作人员进行处理，提示的方式通过在WHC的监控屏幕上出现警示标识或者同时配以警报声。在具体实施时，所述提示单元205与控制单元203可以都作为WHC的一个功能模块。

图5是图4所示发射单元、接收单元和反射单元的第一种实施例示意图。参阅图5，发射单元201、接收单元202均设置于内部传送门的底部，反射单元设置于内部传送门的顶部，所述反射单元包括有一组反射子单元，由两块反射镜组成，分别是反射镜301a和反射镜301b，分别在水平向右方向呈45度和135度相对设置。发射单元201发射的激光信号经反射镜301a和反射镜301b的反射，被接收单元202所接收。当晶圆的放置位置出现偏差时，只要阻挡了发射单元201至反射镜301a或者反射镜301b至接收单元202的激光信号时，接收单元202便停止向控制单元(图中未示出)发送电信号，所述控制单元就会控制内部传送门保持开启状态。

图6至图7是图4所示发射单元、接收单元和反射单元的第二种实施例示意图。如图6所示，发射单元201、接收单元202均设置于内部传送门的底部，反射单元设置于内部传送门的顶部和底部，所述反射单元包括有三组反射子单元，每组反射子单元由两块反射镜组成，分别是：反射镜302a和反射镜302b，分别在水平向右方向呈45度和135度相对设置于内部传送门的顶部；反射镜303a和反射镜303b，分别在水平向右方向呈135度和45度相对设置于内部传送门的底部，并且，处于所述发射单元201和接收单元202之间；反射镜304a和反射镜304b，分别在水平向右方向呈45度和135度相对设置于内部传送门的顶部；同时，反射镜302b和反射镜303a以及反射镜303b和304a在垂直方向上也呈相对设置。发射单元201发射的激光信号先后经过反射镜302a、反射镜302b、反射镜303a、反射镜303b、反射镜304a、反射镜304b的反射后，被接收单元202所接收。当晶圆的放置位置出现偏差时，只要阻挡了发射单元201至反射镜302a或者反射镜302b至反射镜303a或者反射镜303b至反射镜304a或者反射镜304b至接收单元202的激光信号时(如图7所示，晶圆200的一部分处于检测区域中，阻挡了反射镜303b至反射镜304a的激光信号)，接收单元202接收不到发射单元201发射的激光信号，便停止向控制单元(图中未示出)发送电信号，所述控制单元就会控制内部传送门保持开启状态。

以上对应于图4所示发射单元、接收单元和反射单元的两个实施例中，发射单元、接收单元都设置于内部传送门的底部，并且反射单元都包括奇数组反射子单元，在其他实施例中，可以将发射单元、接收单元都设置于内部传送门的顶部，仅需要调整反射单元的设置位置；或是将发射单元、接收单元分别设置于内部传送门的顶部和底部，然后设置偶数组反射子单元，将激光信号反射至接收单元。例如，图8是图4所示发射单元、接收单元和反射单元的第三种实施例示意图。如图8所示，发射单元201、接收单元202分别设置于内部传送门的底部和顶部，并设置两组反射子单元，每组反射子单元由两块反射镜组成，分别是：反射镜305a和反射镜305b，分别在水平向右方向呈45度和135度相对设置于内部传送门的顶部；反射镜306a和反射镜306b，分别在水平向右方向呈135度和45度相对设置于内部传送门的底部；同时，反射镜305b和反射镜306a在垂直方向上呈相对设置。具体实施过程类似于图4所示发射单元、接收单元和反射单元的第一种及第二种实施例，在此不再赘述。

最后，对反射单元的设置位置作简要说明。图9是图4所示发射单元、接收单元和反射单元的第二种实施例中反射单元的设置位置示意图。结合图6和图9，晶圆200从真空腔室104传递至预真空室102b，点a、点c、点d、点b分别是图6所示的发射单元201至反射镜302a、反射镜302b至反射镜303a、反射镜303b至反射镜304a、反射镜304b至接收单元202的激光信号位置的示意，点a到点b的区域即为检测区域，当晶圆200的放置位置出现偏差，晶圆200的一部分处于检测区域中，只要阻挡了点a、点c、点d、点b中任一点的激光信号，会使接收单元202接收不到发射单元201发射的激光信号，便停止向控制单元发送电信号，所述控制单元就会控制内部传送门103b保持开启状态。这里，对于反射单元的设置位置有一定的要求，当反射单元中的反射镜302b至反射镜303a的反射激光信号与反射镜303b至反射镜304a之间的反射激光信号之间的距离，相应于图9所示点c和点d之间的距离设置得过大，甚至大于晶圆的直径(根据晶圆的规格其直径大小有所不同，目前一般直径为300毫米)时，就几乎达不到检测的目的，所以，点c和点d之间的距离(实际上即为中间一组反射子单元所包括的两块反射镜303a、303b之间的距离，更具体地，是指激光信号入射至两块反射镜303a、303b的入射点之间的距离)至少应满足小于晶圆200的直径，而且需要小于晶圆200的半径才能取得较好的检测效果。在实际实施过程中，由于晶圆放置位置出现偏差的情况一般较多发生在图9所示的垂直方向上(水平方向上位置的偏差一般较小，影响不大)，因此，只要使点c和点d接近于内部传送门103b在水平方向的中心位置，并且点c和点d之间的距离小于晶圆200的半径，便能实现对晶圆位置的检测达到较高的成功率。另外，图9中所示的点a的位置对应发射单元201、反射镜302a的设置，点b的位置对应反射镜304b、接收单元202的设置，点a、点b并非局限于设置在内部传送门103b的两端，也可以设置在更向内部传送门103b在水平方向的中心位置靠近一些的位置。

综上，本发明提供的晶圆位置的检测装置，至少具有如下有益效果：

通过在真空腔室与预真空室之间的内部传送门设置激光传感器对晶圆位置进行检测，在检测到晶圆位置出现偏差后可以马上进行处理，缩短了处置的时间，可以保证生产线的正常运行；

避免因晶圆被内部传送门夹住而报废，降低了成本；

通过设置反射单元，不仅使检测的范围扩大，也加大了检测的成功率，并且其成本较低。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种晶圆位置的检测装置，其特征在于，包括：

发射单元、接收单元和控制单元；

2.根据权利要求1所述的晶圆位置的检测装置，其特征在于，所述发射单元、接收单元为激光传感器，所述第一信号为激光信号。

3.根据权利要求1所述的晶圆位置的检测装置，其特征在于，所述发射单元和接收单元分别相对设置于内部传送门的顶部和底部。

4.根据权利要求1所述的晶圆位置的检测装置，其特征在于，还包括反射单元，设置于所述内部传送门上，包括至少一组反射子单元，每组反射子单元由两块反射镜组成，用于将所述发射单元发射的第一信号反射至所述接收单元。

5.根据权利要求4所述的晶圆位置的检测装置，其特征在于，所述反射单元包括偶数组反射子单元，所述反射子单元依次设置于所述内部传送门的底部和顶部，所述发射单元和接收单元分别设置于所述内部传送门的顶部和底部。

6.根据权利要求4所述的晶圆位置的检测装置，其特征在于，所述反射单元包括奇数组反射子单元，所述反射子单元依次设置于所述内部传送门上的底部和顶部，所述发射单元和接收单元均设置于所述内部传送门的顶部或均设置于所述内部传送门的底部。

7.根据权利要求5或6所述的晶圆位置的检测装置，其特征在于，每组反射子单元的两块反射镜分别在水平向右方向呈45度和135度相对设置。

8.根据权利要求6所述的晶圆位置的检测装置，其特征在于，所述发射单元和接收单元均设置于所述内部传送门的底部，所述反射单元包括三组反射子单元，其中，

9.根据权利要求6所述的晶圆位置的检测装置，其特征在于，所述发射单元和接收单元均设置于所述内部传送门的顶部，所述反射单元包括三组反射子单元，其中，

10.根据权利要求8或9所述的晶圆位置的检测装置，其特征在于，所述第二组反射子单元所包括的两块反射镜之间的距离小于晶圆的直径。

11.根据权利要求8或9所述的晶圆位置的检测装置，其特征在于，所述第二组反射子单元所包括的两块反射镜之间的距离小于晶圆的半径。

12.根据权利要求1所述的晶圆位置的检测装置，其特征在于，还包括提示单元，配置为当所述控制单元在预定时间间隔内未接收到所述接收单元传送的第二信号时发出提示。