CN107153065B - 一种晶圆颗粒检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆颗粒检测系统及方法，包括承载晶圆的托盘、用于记录托盘旋转角度的角度传感器、激光模组和控制器，当晶圆旋转时，利用入射激光照射晶圆，遇到颗粒时反射激光的强度会变化，此时通过角度传感器来获得晶圆颗粒的角度信息，并通过光电照相机来获得晶圆颗粒距离晶圆圆心的距离信息，进而能够实时获得颗粒位置的极坐标，便于标识晶圆颗粒位置，提高了检测效率。

Description

一种晶圆颗粒检测系统及方法

技术领域

本发明半导体制造领域，尤其涉及一种晶圆颗粒检测系统及方法。

背景技术

在半导体工艺中，晶圆表面的清洁度是影响半导体器件可靠性的重要因素之一。尤其是在光刻机作业时，光刻机台会因为晶背颗粒的存在造成工作异常，可能触发聚焦光斑或者连续多片聚焦差异，严重时可造成晶圆的返工和机台的宕机，因此，对晶圆颗粒的实时监测非常重要。

目前，常用的晶圆颗粒检测方法有两种：人工检测法，在无菌、无尘条件下依靠显微镜对晶圆颗粒进行人工检测，及时检测出晶圆表面上的缺陷和颗粒，防止清洁度不够的晶圆进入机台，以保障晶圆制造的工艺品质，但是人工检测具有效率低、误差大的缺点；光学检测方法，通过使用光学散射强度测量技术来探测晶圆表面颗粒的有无、颗粒在晶圆表面的空间分布等具有不破坏晶圆表面的清洁度、可实时检测等的优点，越来越受到半导体制造商的青睐，成为最常用的晶圆检测方法之一。通常在光学检测装置中，激光器发出的检测光照射到晶圆上，在晶圆表面会形成椭圆形光斑，通过晶圆卡盘的移动，使所述椭圆形光斑扫描整片晶圆，检测光在晶圆表面发生反射，如果检测光投射到颗粒上，会被颗粒散射，反射光的强度会变小，以获取晶圆表面颗粒的位置信息。通常情况下，上述晶圆表面光斑的最大直径为3微米至15微米，而晶圆的直径为200毫米至500毫米不等，因此所述椭圆形光斑如扫描整个晶圆，会花费较长的检测时间，效率低下。

综上所述，现有的晶圆颗粒检测技术中，采用人工检测时，较为依赖人工，且存在较大的系统误差；采用光学检测法，检测的速度较慢，进而影响了晶圆的加工效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆颗粒检测系统及方法，以解决现有技术中晶圆颗粒检测速度较低的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种晶圆颗粒检测系统，包括：

用于承载晶圆的托盘，所述托盘能够绕其轴线自转；

用于测定所述托盘旋转角度的角度传感器，所述角度传感器与一控制器连接；

激光模组，所述激光模组包括激光发射器和与所述激光发射器相匹配的激光接收器，所述激光发射器用于发射入射激光至所述晶圆，所述激光接收器用于接收所述晶圆反射的反射激光，所述激光发射器和所述激光接收器能够沿着所述晶圆的径向做直线运动，所述激光发射器和所述激光接收器均与所述控制器连接；

用于拍摄所述晶圆图像的光电相机，所述光电相机与所述控制器连接。

进一步的，所述托盘由光吸收材料制成，所述托盘具有一个与所述晶圆形状相匹配的槽。

进一步的，所述激光模组至少为两组。

进一步的，所述入射激光照射所述晶圆的入射角为45°。

进一步的，所述入射激光照射在所述晶圆上的光斑最大直径为r，以第一方向为Y轴、以第二方向为X轴、以所述第一方向和所述第二方向的交点为原点O建立XOY坐标系，所述第一方向为所述晶圆的径向，所述第一方向与所述第二方向相互垂直，所述光斑的最大直径两端点的坐标为(0，0)、(0，r)，(0，r)、(0,2r)，……(0，(n-1)r)、(0，nr)，n≥2。

进一步的，所述入射激光的波长在100nm至500nm的范围内。

进一步的，所述光电相机置于所述托盘承载有所述晶圆的一侧，所述光电相机与所述XOY坐标系原点O的连线垂直于所述晶圆平面。

进一步的，所述托盘旋转的角速度为ω，所述激光发射器和所述激光接收器沿着所述晶圆的径向做直线运动的步长为2r、周期为2π/ω。

进一步的，本发明还公开了一种晶圆颗粒检测的方法，包括：

S1：将所述入射激光对准所述晶圆的圆心，当所述晶圆表面存在颗粒时，所述激光接收器接收所述反射激光的强度变小，所述激光接收器将信号传送给所述控制器，所述控制器记录此时所述角度传感器的角度数据θ₁，所述控制器控制所述光电相机打开，拍摄所述晶圆的图像，获得此时所述入射激光照射点与所述晶圆圆心的距离r₁，得到所述颗粒的极坐标d₁(r₁，θ₁)；

S2：旋转所述托盘一周，获得第一检测周期检测区域内所述颗粒的极坐标，沿着所述晶圆的晶向直线移动所述激光发射器和所述激光接收器，旋转所述托盘一周，获得下一个检测周期检测区域内所述颗粒的极坐标。

进一步的，所述的晶圆颗粒的检测方法还包括S3：当所述入射激光照射在所述托盘上时，所述激光接收器接收不到所述反射激光，停止所述托盘旋转、关闭所述激光模组和所述光电相机。

与现有技术相比，本发明公开的一种晶圆颗粒检测系统及方法，具有以下的有益效果：

1、减少了对非晶圆区域的激光照射，提高了激光扫描晶圆的速度，进而提高了检测速度。

2、通过角度传感器来获得晶圆颗粒的角度信息，通过光电照相机来获得晶圆颗粒距离晶圆圆心的距离信息，进而能够实时获得颗粒位置的极坐标，便于标识晶圆颗粒位置，提高了检测效率。

附图说明

图1为本发明公开的一种晶圆颗粒检测系统结构示意图；

图2为本发明公开的一种晶圆颗粒检测系统第n检测周期示意图；

图3为本发明公开的一种晶圆颗粒检测方法的流程图。

其中，1-托盘，11-角度传感器，2-晶圆，31-激光发射器，32-激光接收器，31a-入射激光，32a-反射激光，311-第一检测周期检测区域，31N-第N检测周期检测区域，4-控制器，5-光电相机，6-光斑。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参阅图1，图1为本发明公开的一种晶圆颗粒检测系统结构示意图，包括：

用于承载晶圆2的托盘1，托盘1能够绕其轴线自转；用于测定托盘1旋转角度的角度传感器11，角度传感器11与一控制器连接4；激光模组，激光模组包括激光发射器31和与激光发射器31相匹配的激光接收器32，激光发射器31用于发射入射激光31a至晶圆2，激光接收器32用于接收晶圆2反射的反射激光32a，激光发射器31和激光接收器32能够沿着晶圆2的径向做直线运动，激光发射器31和激光接收器32均与控制器4连接；用于拍摄晶圆2图像的光电相机5，光电相机5与控制器4连接。采用此设计，不仅简化了测量系统的结构，而且能够实时获取晶圆2上附着颗粒的角度信息和颗粒距离晶圆2圆心的位置信息。

优选地，托盘1由光吸收材料制成，托盘1具有一个与晶圆2形状相匹配的槽。采用此设计，当入射激光31a照射到托盘1未承载晶圆2的区域时，由于入射激光31a被托盘1表面吸收或者散射，产生的反射激光32a强度大大地下降，因此激光接收器32能够响应并将此反馈给控制器4，控制器4停止托盘1、激光模组、光电相机5的工作，减少了对非工作区域的激光照射，提高了检测的效率。

优选地，激光模组至少为两组，采用多组激光模组，增大了单个测量周期内晶圆2检测的检测面积，减少了检测时间，提高了检测效率。

优选地，入射激光31a照射晶圆2的入射角为45°，采用此角度，为发明人试验得出的一个优选值，当入射激光31a的入射角为45°时，激光接收器32能够更加灵敏地接受反射激光32a的强度变化，提高检测的精确度。

优选地，入射激光31a照射在晶圆2上的光斑6最大直径为r，以第一方向为Y轴、以第二方向为X轴、以第一方向和第二方向的交点为原点O建立XOY坐标系，第一方向为晶圆2的径向，第一方向与第二方向相互垂直，光斑6的最大直径两端点的坐标为(0，0)、(0，r)，(0，r)、(0,2r)，……(0，(n-1)r)、(0，nr)，n≥2。

优选地，入射激光31a的波长在100nm至500nm的范围内，采用此设计，由于在晶圆的加工中，一般100nm以上的颗粒会对晶圆的加工产生严重的影响，因此常用g线(波长436nm)、i线(波长365nm)、KrF(波长248nm)、ArF(波长193nm)进行晶圆颗粒的检测。

优选地，光电相机5置于托盘1承载有晶圆2的一侧，光电相机5与XOY坐标系原点O的连线垂直于晶圆2平面。采用此设计，当激光接收器32接受反射激光32a的强度降低时，激光接收器32将信号反馈给控制器4，控制器4控制光电相机5的打开，获取此时晶圆2的图像，经过图像处理，可获得光斑6与晶圆2圆心之间的距离，进而达到实时获取晶圆2上附着的颗粒与晶圆2的圆心之间距离的目的。

优选地，托盘1旋转的角速度为ω，激光发射器31和激光接收器32沿着晶圆2的径向做直线运动的步长为2r、周期为2π/ω。

优选地，本发明还公开了一种晶圆2颗粒检测的方法，请参阅图2和图3，包括：

S1：将入射激光31a对准晶圆2的圆心，当晶圆2表面存在颗粒时，激光接收器32接收反射激光32a的强度变小，激光接收器32将信号传送给控制器4，控制器4记录此时角度传感器11的角度数据θ₁，控制器4控制光电相机5打开，拍摄晶圆2的图像，获得此时入射激光31a照射点与晶圆2圆心的距离r₁，得到颗粒的极坐标d₁(r₁，θ₁)；

S2：旋转托盘1一周，获得第一检测周期检测区域311内颗粒的极坐标，沿着晶圆2的径向移动激光发射器31和激光接收器32，因此光斑6沿着Y轴的方向直线移动，旋转托盘1一周，获得第2检测周期检测区域内颗粒的极坐标，依次扫描，获得第N检测周期检测区域31N内颗粒的极坐标，N≥2。

优选地，上述晶圆2颗粒的检测方法还包括S3：当入射激光31a照射在托盘1上时，激光接收器32接收不到反射激光32a，停止托盘1旋转、关闭激光模组和光电相机5。采用此设计，以托盘1与晶圆2的交界处为检测区域的边界，有效地减少了激光扫描的检测次数，不仅提高了检测效率，而且防止入射激光31a照射到托盘1时出现错误反馈产生的光电相机5持续拍照的现象发生。

综上，在本发明实施例提供的一种晶圆颗粒检测系统及方法中，包括承载晶圆的托盘、用于记录托盘旋转角度的角度传感器、激光模组和控制器，当晶圆旋转时，利用入射激光照射晶圆，遇到颗粒时反射激光的强度会变化，此时通过角度传感器来获得晶圆颗粒的角度信息，并通过光电照相机来获得晶圆颗粒距离晶圆圆心的距离信息，进而能够实时获得颗粒位置的极坐标，便于标识晶圆颗粒位置，提高了检测效率。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种晶圆颗粒检测系统，其特征在于，包括：

用于承载晶圆的托盘，所述托盘能够绕其轴线自转；

用于测定所述托盘旋转角度的角度传感器，所述角度传感器与一控制器连接；

激光模组，所述激光模组包括激光发射器和与所述激光发射器相匹配的激光接收器，所述激光发射器用于发射入射激光至所述晶圆，所述激光接收器用于接收所述晶圆反射的反射激光，所述激光发射器和所述激光接收器能够沿着所述晶圆的径向做直线运动，所述激光发射器和所述激光接收器均与所述控制器连接；

所述入射激光照射在所述晶圆上的光斑最大直径为r，以第一方向为Y轴、以第二方向为X轴、以所述第一方向和所述第二方向的交点为原点O建立XOY坐标系，所述第一方向为所述晶圆的径向，所述第一方向与所述第二方向相互垂直，所述光斑的最大直径两端点的坐标为(0，0)、(0，r)，(0，r)、(0,2r)，……(0，(n-1)r)、(0，nr)，n≥2；

用于拍摄所述晶圆图像的光电相机，所述光电相机与所述控制器连接。

2.如权利要求1所述的一种晶圆颗粒检测系统，其特征在于，所述托盘由光吸收材料制成，所述托盘具有一个与所述晶圆形状相匹配的槽。

3.如权利要求1所述的一种晶圆颗粒检测系统，其特征在于，所述激光模组至少为两组。

4.如权利要求3所述的一种晶圆颗粒检测系统，其特征在于，所述入射激光照射所述晶圆的入射角为45°。

5.如权利要求1所述的一种晶圆颗粒检测系统，其特征在于，所述入射激光的波长在100nm至500nm的范围内。

6.如权利要求5所述的一种晶圆颗粒检测系统，其特征在于，所述光电相机置于所述托盘承载有所述晶圆的一侧，所述光电相机与所述原点O的连线垂直于所述晶圆平面。

7.如权利要求5所述的一种晶圆颗粒检测系统，其特征在于，所述托盘旋转的角速度为ω，所述激光发射器和所述激光接收器沿着所述晶圆的径向做直线运动的步长为2r、周期为2π/ω。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种晶圆颗粒检测系统进行颗粒检测的方法，其特征在于，包括：

S1：将所述入射激光对准所述晶圆的圆心，当所述晶圆表面存在颗粒时，所述激光接收器接收所述反射激光的强度变小，所述激光接收器将信号传送给所述控制器，所述控制器记录此时所述角度传感器的角度数据θ₁，所述控制器控制所述光电相机打开，拍摄所述晶圆的图像，获得此时所述入射激光照射点与所述晶圆圆心的距离r₁，得到所述颗粒的极坐标d₁(r₁，θ₁)；

S2：旋转所述托盘一周，获得第一检测周期检测区域内所述颗粒的极坐标，沿着所述晶圆的径向直线移动所述激光发射器和所述激光接收器，旋转所述托盘一周，获得下一个检测周期检测区域内所述颗粒的极坐标。

9.如权利要求8所述的一种晶圆颗粒检测方法，其特征在于，还包括S3：当所述入射激光照射在所述托盘上时，所述激光接收器接收不到所述反射激光，停止所述托盘旋转、关闭所述激光模组和所述光电相机。