CN108155110A - 晶圆表面平坦度测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆表面平坦度测量系统，包括：托盘、夹片夹、机械手臂、测量腔室及传送装置；托盘内设有通孔，夹片夹位于通孔的侧壁上；测量腔室上设有与其内部相连通的入口；托盘处于竖直状态时远离机械手臂的一侧设有与通孔相连通的开口；测量腔室内对应于入口的位置由上至下依次设有第一传感器、第二传感器及第三传感器；控制器，与第一传感器、第二传感器及第三传感器相连接。通过在测量腔室内设置第一传感器及第三传感器，可以测量托盘处于竖直状态时与测量腔室入口的相对高度，并在托盘处于竖直状态时的高度有偏差时及时予以自动调整，以确保托盘可以顺利经由入口进入测量腔室，整个过程不需要人工操作，大大节省了人力，提高了工作效率。

Description

晶圆表面平坦度测量系统

技术领域

本发明属于半导体设备技术领域，特别是涉及一种晶圆表面平坦度测量系统。

背景技术

对于硅片表面的平坦度目前业内主要是用wafer sight机台进行检测，由于采用激光干涉远离进行测量，在测量的过程中，硅片需要保持竖直状态。对应的晶圆表面平坦度测量系统如图1及图2所示，所述晶圆表面平坦度测量系统包括：托盘11、夹片夹12、机械手臂13、测量腔室14、传送带15及限位传感器16；所述托盘11内设有通孔111，所述夹片夹12位于所述通孔111的侧壁上，适于夹持待测晶圆17；所述机械手臂13适于抓取放置有所述待测晶圆17的所述托盘11并将其旋转至竖直状态；所述测量腔室14上设有与其内部相连通的入口141；所述传送带15适于在所述托盘11处于竖直状态时带动所述机械手臂13将所述托盘11经由所述入口141传送至所述测量腔室14内。所述机械手臂13刚抓起放置有所述待测晶圆17的所述托盘11时的状态如图1所示，所述机械手臂13将放置有所述待测晶圆17的所述托盘11旋转为竖直状态时如图2所示。

然而，由于硅片加工过程中材料内部存在一定应力，在硅片被所述夹片夹12夹紧、翻转及传递的过程中，应力释放将会导致硅片的破裂，破裂的碎片16掉落在所述传送带15上，将会导致所述传送带15的磨损。现有的上述晶圆表面平坦度测量系统无法第一时间发现硅片已经破裂，所述传送带15在硅片破裂之后仍会继续运动，直至所述限位传感器16被激活，而此时，掉落的所述碎片16将会导致所述限位传感器16被挤压，使得所述限位传感器16被损坏，如图3所示。

另外，由于激光干涉对振动非常敏感，所述测量腔室14往往被置于所述气垫台19上，但所述气垫台19的高度受环境温度、气垫压力等因素影响，将导致所述测量腔室14的入口141与所述托盘11在竖直状态下的相对高度发生变化，如图4至图6所示，图4中为所述托盘11在竖直状态下与所述测量腔室14的相对高度为正常的示意图，图5为由于所述气垫台19的高度变高，所述托盘11在竖直状态下与所述测量腔室14的相对高度较低的示意图，图6为由于所述气垫台19的高度变低，所述托盘11在竖直状态下与所述测量腔室14的相对高度较高的示意图。其中，图5及图6两种情况下所述托盘11在所述传送带15的驱动下进入所述测量腔室14时所述托盘11会与所述测量腔室14发生碰撞，会对所述托盘11、所述测量腔室14及所述待测晶圆17造成损坏。为了避免上述情况发生，在装机过程中，操作人员需要通过肉眼仔细调整所述托盘11在竖直状态下的相对高度，以确保其能顺利进入所述测量腔室14，然而，这往往需要长期的练习和经验才能顺利完成该相对位置的校准，操作难度较大、操作比较耗时、效率较低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆表面平坦度测量系统，用于解决现有技术中的晶圆表面平坦度测量系统在待测晶圆掉落破碎时不能及时发现而导致的容易对传送带及纤维传感器造成损坏的问题，以及无法自动侦侧托盘与测量腔室入口的相对高度，需要人工校准而导致的操作难度大、操作耗时、效率较低等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆表面平坦度测量系统，所述晶圆表面平坦度测量系统包括：托盘、夹片夹、机械手臂、测量腔室及传送装置；所述托盘内设有通孔，所述夹片夹位于所述通孔的侧壁上，适于夹持待测晶圆；所述机械手臂适于抓取放置有所述待测晶圆的所述托盘并将其旋转至竖直状态；所述测量腔室上设有与其内部相连通的入口；所述传送装置适于在所述托盘处于竖直状态时带动所述机械手臂将所述托盘经由所述入口传送至所述测量腔室内；

所述托盘处于竖直状态时远离所述机械手臂的一侧设有与所述通孔相连通的开口；

所述测量腔室内对应于所述入口的位置由上至下依次设有第一传感器、第二传感器及第三传感器；所述第一传感器及所述第三传感器适于侦测处于竖直状态的所述托盘与所述入口的相对高度；所述第二传感器适于侦测处于竖直状态的所述托盘内是否夹持有所述待测晶圆；

控制器，与所述第一传感器、所述第二传感器及所述第三传感器相连接，适于在所述第一传感器或所述第三传感器未检测到所述托盘，或所述第二传感器未检测到所述待测晶圆二者任一种情况发生时控制所述传动装置停止所述托盘的传送，并在所述第一传感器或所述第三传感器未检测到所述托盘控制所述机械手臂调整所述托盘的高度。

作为本发明的晶圆表面平坦度测量系统的一种优选方案，所述第一传感器靠近所述入口的顶部，所述第三传感器靠近所述入口的底部，所述第一传感器与所述第三传感器的间距小于所述入口的高度且等于所述托盘处于竖直状态时的高度；所述第二传感器与所述第一传感器的间距等于所述托盘处于竖直状态时所述开口至所述托盘顶部的距离。

作为本发明的晶圆表面平坦度测量系统的一种优选方案，所述第一传感器、所述第二传感器及所述第三传感器均位于所述测量腔室与所述入口相对侧壁上。

作为本发明的晶圆表面平坦度测量系统的一种优选方案，所述第一传感器、所述第二传感器及所述第三传感器均为红外线传感器、声波传感器或激光传感器。

作为本发明的晶圆表面平坦度测量系统的一种优选方案，所述传送装置为传送带。

作为本发明的晶圆表面平坦度测量系统的一种优选方案，所述测量腔室底部还设有气垫台。

作为本发明的晶圆表面平坦度测量系统的一种优选方案，所述晶圆表面平坦度测量系统还包括第四传感器，所述第四传感器位于所述传送装置上方，且位于靠近所述测量腔室的所述托盘传送路径的一侧，所述第四传感器发出的探测信号的方向与处于竖直状态的所述托盘的表面相垂直，所述第四传感器与所述控制器相连接，适于在所述托盘进入所述测量腔室前侦测处于竖直状态的所述托盘内是否夹持有所述待测晶圆，并在侦测到处于竖直状态的所述托盘内没有夹持有所述待测晶圆时由所述控制器控制所述传动装置停止所述托盘的传送。

作为本发明的晶圆表面平坦度测量系统的一种优选方案，所述晶圆表面平坦度测量系统还包括限位传感器，所述限位传感器位于所述传送装置上方，且靠近所述测量腔室。

作为本发明的晶圆表面平坦度测量系统的一种优选方案，所述第四传感器及所述限位传感器均为红外线传感器、声波传感器或激光传感器。

如上所述，本发明的晶圆表面平坦度测量系统，具有以下有益效果：

通过在所述测量腔室内设置第一传感器及第三传感器，可以通过所述第一传感器及所述第三传感器测量托盘处于竖直状态时与所述测量腔室入口的相对高度，并在所述托盘处于竖直状态时的高度有偏差时及时予以自动调整，以确保所述托盘可以顺利经由所述入口进入所述测量腔室，整个过程不需要人工操作，大大节省了人力，提高了工作效率；

通过在所述测量腔室内设置第二传感器，并在所述托盘处于竖直状态时远离所述机械手臂的一侧设置开口，所述第二传感器可以在所述托盘传送的过程中实时侦测处于竖直状态的所述托盘内是否夹持有所述待测晶圆，在所述待测晶圆意外破碎时能够及时发现并停止所述托盘的传送，从而有效避免了破碎的碎片对传送装置及限位传感器的损坏。

附图说明

图1及图2显示为现有技术的晶圆表面平坦度测量系统的结构示意图；其中，图1中托盘处于水平状态，图2中托盘处于竖直状态。

图3显示为现有技术中的晶圆表面平坦度测量系统在托盘传送过程中出现碎片的结构示意图。

图4至图6显示为现有技术中的晶圆表面平坦度测量系统中的测量腔室的入口与托盘不同相对高度的局部结构示意图；其中，图4为托盘在竖直状态下与测量腔室入口的相对高度处于正常状态的示意图，图5为托盘在竖直状态下与所述测量腔室14的相对高度较低的示意图，图6为托盘在竖直状态下与所述测量腔室14的相对高度较高的示意图。

图7显示为本发明的晶圆表面平坦度测量系统的结构示意图。

图8至图10显示为本发明的晶圆表面平坦度测量系统中的测量腔室的入口与托盘不同相对高度的局部结构示意图；其中，图8为托盘在竖直状态下与测量腔室入口的相对高度处于正常状态的示意图，图9为托盘在竖直状态下与所述测量腔室14的相对高度较低的示意图，图10为托盘在竖直状态下与所述测量腔室14的相对高度较高的示意图。

图11显示为本发明的晶圆表面平坦度测量系统在待测晶圆出现碎片时的结构示意图。

元件标号说明

11 托盘

111 通孔

12 夹片夹

13 机械手臂

14 测量腔室

141 入口

15 传送带

16 限位传感器

17 待测晶圆

18 碎片

19 气垫台

21 托盘

211 通孔

212 开口

22 夹片夹

23 机械手臂

24 测量腔室

241 入口

25 传送装置

26 限位传感器

27 待测晶圆

271 碎片

281 第一传感器

282 第二传感器

283 第三传感器

284 第四传感器

29 气垫台

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图7至图11需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

请参阅图7，本发明提供一种晶圆表面平坦度测量系统，所述晶圆表面平坦度测量系统包括：托盘21、夹片夹22、机械手臂23、测量腔室24及传送装置25；所述托盘21内设有通孔211，所述夹片夹22位于所述通孔211的侧壁上，适于夹持待测晶圆27；所述机械手臂23适于抓取放置有所述待测晶圆27的所述托盘21并将其旋转至竖直状态；所述测量腔室24上设有与其内部相连通的入口241；所述传送装置25适于在所述托盘21处于竖直状态时带动所述机械手臂23将所述托盘21经由所述入口241传送至所述测量腔室24内；所述托盘21处于竖直状态时远离所述机械手臂23的一侧设有与所述通孔211相连通的开口212；所述测量腔室24内对应于所述入口241的位置由上至下依次设有第一传感器281、第二传感器282及第三传感器283；所述第一传感器281及所述第三传感器283适于侦测处于竖直状态的所述托盘21与所述入口241的相对高度；所述第二传感器282适于侦测处于竖直状态的所述托盘21内是否夹持有所述待测晶圆27；控制器(未示出)，所述控制器与所述第一传感器281、所述第二传感器282及所述第三传感器283相连接，适于在所述第一传感器281或所述第三传感器283未检测到所述托盘21，或所述第二传感器282未检测到所述待测晶圆27二者任一种情况发生时控制所述传动装置25停止所述托盘21的传送，即所述控制器在所述第一传感器281或所述第三传感器283未检测到所述托盘21时、所述第二传感器282未检测到所述待测晶圆27时或所述第一传感器281或所述第三传感器283未检测到所述托盘21，且所述第二传感器282未检测到所述待测晶圆27时控制所述传动装置25停止所述托盘21的传送；并在所述第一传感器281或所述第三传感器283未检测到所述托盘21时控制所述机械手臂23调整所述托盘21的高度，直至所述第一传感器281及所述第三传感器283均能检测到所述托盘21。

作为示例，所述第一传感器281靠近所述入口241的顶部，所述第三传感器283靠近所述入口241的底部，所述第一传感器281与所述第三传感器283的间距小于所述入口241的高度且等于所述托盘21处于竖直状态时的高度；所述第二传感器282与所述第一传感器283的间距等于所述托盘21处于竖直状态时所述开口212至所述托盘21顶部的距离。

作为示例，在保证前述条件的前提下，所述第一传感器281、所述第二传感器282及所述第三传感器283可以位于所述量测腔室24内的任意位置，优选地，本实施例中，所述第一传感器281、所述第二传感器282及所述第三传感器283均位于所述测量腔室24与所述入口241相对侧壁上。

作为示例，所述第一传感器281、所述第二传感器282及所述第三传感器283均可以为红外线传感器、声波传感器或激光传感器；优选地，本实施例中，所述第一传感器281、所述第二传感器282及所述第三传感器283均为红外线传感器。图7及后续图8至图11中带箭头的实线为所述第一传感器281、所述第二传感器282及所述第三传感器283发射出的红外线，带箭头的虚线为经反射后的红外线。

作为示例，所述传送装置25可以为但不仅限于传送带。

作为示例，所述测量腔室24底部还可以设有气垫台29，所述气垫台29可以位于所述测量腔室24的整个底部，也可以位于所述测量腔室24底部的四个顶角处。

作为示例，所述晶圆表面平坦度测量系统还包括第四传感器284，所述第四传感器284位于所述传送装置25上方，且位于靠近所述测量腔室24的所述托盘21传送路径的一侧，所述第四传感器284发出的探测信号的方向与处于竖直状态的所述托盘21的表面相垂直，所述第四传感器284与所述控制器相连接，适于在所述托盘21进入所述测量腔室24前侦测处于竖直状态的所述托盘21内是否夹持有所述待测晶圆27，并在侦测到处于竖直状态的所述托盘21内没有夹持有所述待测晶圆27时由所述控制器控制所述传动装置25停止所述托盘21的传送。所述第四传感器284作为所述托盘21进入所述测量腔室24之前的最后一道传感防线，当所述托盘21经过时，所述第四传感器284必须接收到一定时间的反射信号(即侦测到所述托盘21内夹持有所述待测晶圆27)才允许所述托盘21进入所述测量腔室24。

作为示例，所述晶圆表面平坦度测量系统还包括限位传感器26，所述限位传感器26位于所述传送装置25上方，且靠近所述测量腔室24。更为优选地，所述限位传感器26位于所述第四传感器824的下方。

作为示例，所述第四传感器284及所述限位传感器26均可以为红外线传感器、声波传感器或激光传感器；优选地，本实施例中，所述第四传感器284及所述限位传感器26均为红外线传感器。

本发明的所述晶圆表面平坦度测量系统的工作原理为：在所述传送装置25将夹持有待检测晶圆27且处于竖直状态的所述托盘21向所述测量腔室24传送的过程中，使用所述第一传感器281及所述第三传感器283实时侦测所述托盘21处于竖直状态时与所述测量腔室24的入口241的相对高度，若所述第一传感器281及所述第三传感器283均收到自身发出的探测信号的反射信号，则表明所述第一传感器281及所述第三传感器283均侦测到所述托盘21，所述托盘21处于竖直状态时与所述测量腔室24的入口241的相对高度正常，此时，使用所述第二传感器282实时侦测处于竖直状态的所述托盘21内是否夹持有所述待测晶圆27，若所述第二传感器282收到自身发出的探测信号的反射信号则表明处于竖直状态的所述托盘21内夹持有所述待测晶圆27，所述待测晶圆27没有破碎，如图8所示。在所述传送装置25将夹持有待检测晶圆27且处于竖直状态的所述托盘21向所述测量腔室24传送的过程中，若所述第一传感器281侦测不到所述托盘21，而所述第三传感器283侦测到所述托盘21，则表明所述托盘21处于竖直状态时与所述测量腔室24的入口241的相对高度较低，如图9所示，此时需要控制所述机械手臂23提高所述托盘21的高度，直至所述第一传感器281及所述第三传感器283均侦测到所述托盘21。在所述传送装置25将夹持有待检测晶圆27且处于竖直状态的所述托盘21向所述测量腔室24传送的过程中，若所述第一传感器281侦测到所述托盘21，而所述第三传感器283侦测不到所述托盘21，则表明所述托盘21处于竖直状态时与所述测量腔室24的入口241的相对高度较高，如图10所示，此时需要控制所述机械手臂23降低所述托盘21的高度，直至所述第一传感器281及所述第三传感器283均侦测到所述托盘21。在所述传送装置25将夹持有待检测晶圆27且处于竖直状态的所述托盘21向所述测量腔室24传送的过程中，在所述第一传感器281及所述第三传感器283均侦测到所述托盘21的前提下，若所述第二传感器282侦测不到所述待检测晶圆27，则表明在传送的过程中所述待检测晶圆27发生了破碎，此时所述传送装置25不满足移动条件，需要控制所述传送装置25立即停止传送，这样便可以避免产生的碎片271与所述传送装置25摩擦，保护所述传送装置25不被损坏；同时也避免了碎片271与所述限位传感器26之间产生挤压，进而避免了对所限位传感器26的损坏。所述第四传感器284作为所述托盘21进入所述测量腔室24前的最后一道传感防线，当所述托盘21经过时，所述第四传感器284必须接收到一定时间的反射信号(即侦测到所述托盘21内夹持有所述待测晶圆27)才允许所述托盘21进入所述测量腔室24，否则断定所述待检测晶圆27发生破碎，控制所述传送装置25停止对所述托盘21的传送，如图11所示。所述第四传感器284的存在，可以在所述托盘21进入所述测量腔室24之前提供最后一道检测屏障，同时可以在所述第二传感器282出现异常时，若所述待检测晶圆27发送破碎，仍能在所述托盘21进入所述测量腔室24之前及在碎片271挤压到所述限位传感器26之前及时侦测到，提供了双重保障。

综上所述，本发明提供一种晶圆表面平坦度测量系统，所述晶圆表面平坦度测量系统包括：托盘、夹片夹、机械手臂、测量腔室及传送装置；所述托盘内设有通孔，所述夹片夹位于所述通孔的侧壁上，适于夹持待测晶圆；所述机械手臂适于抓取放置有所述待测晶圆的所述托盘并将其旋转至竖直状态；所述测量腔室上设有与其内部相连通的入口；所述传送装置适于在所述托盘处于竖直状态时带动所述机械手臂将所述托盘经由所述入口传送至所述测量腔室内；所述托盘处于竖直状态时远离所述机械手臂的一侧设有与所述通孔相连通的开口；所述测量腔室内对应于所述入口的位置由上至下依次设有第一传感器、第二传感器及第三传感器；所述第一传感器及所述第三传感器适于侦测处于竖直状态的所述托盘与所述入口的相对高度；所述第二传感器适于侦测处于竖直状态的所述托盘内是否夹持有所述待测晶圆；控制器，与所述第一传感器、所述第二传感器及所述第三传感器相连接，适于在所述第一传感器或所述第三传感器未检测到所述托盘，或所述第二传感器未检测到所述待测晶圆二者任一种情况发生时控制所述传动装置停止所述托盘的传送，并在所述第一传感器或所述第三传感器未检测到所述托盘控制所述机械手臂调整所述托盘的高度。通过在所述测量腔室内设置第一传感器及第三传感器，可以通过所述第一传感器及所述第三传感器测量托盘处于竖直状态时与所述测量腔室入口的相对高度，并在所述托盘处于竖直状态时的高度有偏差时及时予以自动调整，以确保所述托盘可以顺利经由所述入口进入所述测量腔室，整个过程不需要人工操作，大大节省了人力，提高了工作效率；通过在所述测量腔室内设置第二传感器，并在所述托盘处于竖直状态时远离所述机械手臂的一侧设置开口，所述第二传感器可以在所述托盘传送的过程中实时侦测处于竖直状态的所述托盘内是否夹持有所述待测晶圆，在所述待测晶圆意外破碎时能够及时发现并停止所述托盘的传送，从而有效避免了破碎的碎片对传送装置及限位传感器的损坏。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种晶圆表面平坦度测量系统，包括：托盘、夹片夹、机械手臂、测量腔室及传送装置；所述托盘内设有通孔，所述夹片夹位于所述通孔的侧壁上，适于夹持待测晶圆；所述机械手臂适于抓取放置有所述待测晶圆的所述托盘并将其旋转至竖直状态；所述测量腔室上设有与其内部相连通的入口；所述传送装置适于在所述托盘处于竖直状态时带动所述机械手臂将所述托盘经由所述入口传送至所述测量腔室内；其特征在于，

所述托盘处于竖直状态时远离所述机械手臂的一侧设有与所述通孔相连通的开口；

所述测量腔室内对应于所述入口的位置由上至下依次设有第一传感器、第二传感器及第三传感器；所述第一传感器及所述第三传感器适于侦测处于竖直状态的所述托盘与所述入口的相对高度；所述第二传感器适于侦测处于竖直状态的所述托盘内是否夹持有所述待测晶圆；

控制器，与所述第一传感器、所述第二传感器及所述第三传感器相连接，适于在所述第一传感器或所述第三传感器未检测到所述托盘，或所述第二传感器未检测到所述待测晶圆二者任一种情况发生时控制所述传动装置停止所述托盘的传送，并在所述第一传感器或所述第三传感器未检测到所述托盘控制所述机械手臂调整所述托盘的高度。

2.根据权利要求1所述的晶圆表面平坦度测量系统，其特征在于：所述第一传感器靠近所述入口的顶部，所述第三传感器靠近所述入口的底部，所述第一传感器与所述第三传感器的间距小于所述入口的高度且等于所述托盘处于竖直状态时的高度；所述第二传感器与所述第一传感器的间距等于所述托盘处于竖直状态时所述开口至所述托盘顶部的距离。

3.根据权利要求1所述的晶圆表面平坦度测量系统，其特征在于：所述第一传感器、所述第二传感器及所述第三传感器均位于所述测量腔室与所述入口相对侧壁上。

4.根据权利要求1所述的晶圆表面平坦度测量系统，其特征在于：所述第一传感器、所述第二传感器及所述第三传感器均为红外线传感器、声波传感器或激光传感器。

5.根据权利要求1所述的晶圆表面平坦度测量系统，其特征在于：所述传送装置为传送带。

6.根据权利要求1所述的晶圆表面平坦度测量系统，其特征在于：所述测量腔室底部还设有气垫台。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的晶圆表面平坦度测量系统，其特征在于：所述晶圆表面平坦度测量系统还包括第四传感器，所述第四传感器位于所述传送装置上方，且位于靠近所述测量腔室的所述托盘传送路径的一侧，所述第四传感器发出的探测信号的方向与处于竖直状态的所述托盘的表面相垂直，所述第四传感器与所述控制器相连接，适于在所述托盘进入所述测量腔室前侦测处于竖直状态的所述托盘内是否夹持有所述待测晶圆，并在侦测到处于竖直状态的所述托盘内没有夹持有所述待测晶圆时由所述控制器控制所述传动装置停止所述托盘的传送。

8.根据权利要求7所述的晶圆表面平坦度测量系统，其特征在于：所述晶圆表面平坦度测量系统还包括限位传感器，所述限位传感器位于所述传送装置上方，且靠近所述测量腔室。

9.根据权利要求8所述的晶圆表面平坦度测量系统，其特征在于：所述第四传感器及所述限位传感器均为红外线传感器、声波传感器或激光传感器。