CN109724995A - 量测设备及其表面检测模块和检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种量测设备及其检测模块和检测方法。表面检测模块包括：工件台，用于放置待测量的工件；光源，用于提供入射光；光探测器，光探测器布置成能够接收来自工件台上放置的工件反射和散射的光线；以及反射转鼓，反射转鼓上设有多片反射镜片并布置成能够围绕一旋转轴线旋转，多片反射镜片布置成能够接收来自光源的入射光并将该入射光反射至放置在工件台上的工件的表面。本申请的量测设备设有尤其适于对硅片的表面粒子进行散射测量，且相比于现有的量测设备，效率大大提高。

Description

量测设备及其表面检测模块和检测方法

技术领域

本发明涉及半导体设备，具体涉及半导体量测设备。

背景技术

目前芯片制造工艺中，硅片在工艺加工设备和量测设备之间需要通过半导体设备前端模块(Equipment Front End Module，简称EFEM)和自动导引车系统(AutomatedGuided Vehicle，简称AGV，或称天车系统)进行高效传输和定位。图1示出了一种典型的对硅片表面粒子进行散射测量的量测设备的结构示意图。该量测设备具有机体1和位于机体内的量测室1b中的工件台2。机体1设有用于接收硅片的硅片传输接口1a。工件台2用于放置工件。量测室1b内设有光源1c和光探测器8。光源发出的入射光照射到工件台的硅片表面上，通过对硅片表面的反射光和散射光的分析，实现硅片表面粒子情况检测。为了实现对整个300mm硅片的检测，工件台设置y方向移动台和x方向移动台，x和y方向上移动台的可移动距离大于300mm，通过移动台在x，y方向的移动实现硅片整体区域的扫描检测。另外，在测试开始时，可以通过绕z轴转动台调整硅片的旋转角度姿态。

现有通过工件台移动进行扫描的方式，扫描速度依赖于移动台运动的速度，目前移动台运动的最快线速度为200mm/s，对于实现300mm硅片的整体扫描太耗时，导致整个量测时间太长。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够节省量测时间的表面检测模块、量测设备以及硅片表面检测方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种表面检测模块，所述表面检测模块包括：

工件台，用于放置待测量的工件；

光源，用于提供入射光；

光探测器，所述光探测器布置成能够接收来自工件台上放置的工件反射和散射的光线；以及

反射转鼓，所述反射转鼓上设有多片反射镜片并布置成能够围绕一旋转轴线旋转，所述多片反射镜片布置成能够接收来自所述光源的入射光并将该入射光反射至放置在所述工件台上的工件的表面。

一实施例中，所述反射转鼓为棱柱体并具有依次邻接的多个外侧壁，所述反射转鼓的至少一部分外侧壁设有反射镜片。

一是实施例中，每个外侧壁上设有至少一片反射镜片。

一实施例中，所述反射转鼓的不同外侧壁上的反射镜片相邻连接布置。

一实施例中，所述工件台设有X方向移动台和Y方向移动台。

一实施例中，所述工件台设有X方向移动台，所述光源、所述光探测器和所述反射转鼓作为一体设置并能够沿Y方向移动整体移动；或者，所述工件台设有Y方向移动台，所述光源、所述光探测器和所述反射转鼓作为一体设置并能够沿X方向移动整体移动。

一实施例中，所述表面检测模块设有一个或多个光探测器。

一实施例中，所述反射转鼓位于所述工件台的侧上方。

本申请还提供了一种量测设备，所述量测设备具有机体，所述机体内设有量测室，所述量测室内设有上述的表面检测模块。

本申请进一步提供了一种硅片表面检测方法，所述硅片表面检测方法包括以下步骤：

S1、提供一种量测设备，其中所述量测设备具有机体，所述机体内设有量测室，所述量测室内设有表面检测模块，所述表面检测模块包括：工件台，用于放置待测量的工件；光源，用于提供入射光；光探测器，所述光探测器布置成能够接收来自工件台上放置的工件反射和散射的光线；以及反射转鼓，所述反射转鼓上设有多片反射镜片并布置成能够围绕一旋转轴线旋转，所述多片反射镜片布置成能够接收来自所述光源的入射光并将该入射光反射至放置在所述工件台上的工件的表面；

S2、使得所述反射转鼓旋转，同时将光源照射在所述反射转鼓的反射镜片上，使得所述反射镜片反射的光线照射到工件台上放置的工件上，以对该工件进行扫描，以及使得所述光探测器接收来自工件反射和散射的光线。

S3、在扫描过程中，或者扫描结束后，对所述光探测器获得的数据进行处理，以完成硅片表面情况检测。

一实施例中，步骤S2包括以下子步骤：

S21、在所述反射转鼓旋转的过程中所述反射转鼓每旋转预定角度后，工件沿X方向移动预定距离，或者反射转鼓旋转的同时工件沿X方向运动，如此完成一个扫描单元区域的扫描；以及

S22、工件分别沿X方向或Y方向移动预定距离，重复上述子步骤S21，完成工件另一个扫描单元区域内的扫描，按此多步循环以完成工件整个区域内的扫描。

一实施例中，步骤S2包括以下子步骤：

S21、在所述反射转鼓旋转的过程中所述反射转鼓每旋转预定角度后，工件沿X方向移动预定距离，或者反射转鼓旋转的同时工件沿X方向匀速运动，如此完成一个扫描单元区域的扫描；以及

S22、工件沿X方向移动预定距离，或者所述光源、所述光探测器和所述反射转鼓作为整体沿Y方向移动预定距离，重复上述子步骤S21，完成工件另一个扫描单元区域内的扫描，按此多步循环以完成工件整个区域内的扫描。

本专利技术效果：

通过反射转鼓的高速转动实现对于硅片的高速扫描，有效提升表面粒子检测的效率，提升硅片生产的产能。

附图说明

图1示出了一种典型的对硅片表面粒子进行散射测量的量测设备。

图2示出了根据本发明的第一实施例的的量测设备的示意性侧视图。

图3示出了图2的量测设备的反射转鼓的布置的示意性立体图。

图4A和4B示出采用本申请的量测设备进行硅片表面检测的扫描路径示意图。

图5示出了根据本发明的另一实施例的量测设备的示意性侧视图。

图6是根据本发明的又一实施例的量测设备的示意性侧视图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“所述”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

本申请的量测设备主要用于硅片表面粒子情况检测，其可以作为独立的设备使用，也可以集成至与半导体工艺加工设备连接的半导体设备前端模块(EFEM)。半导体设备前端模块具有片库。片库具有片库接口和片盒，片库接口具有接口外框和片库接口门。片盒用来盛放硅片。片盒还设有片盒门。这里，片库和片盒符合当今半导体工艺采用的国际SEMI标准准确定义了片库和片盒的外形尺寸，即EFEM同片盒连接的片库接口是标准化的。EFEM内部含有机械手，通过片库接口从片盒取硅片，将硅片准确的送到工艺设备，而后将工艺处理完成的硅片再通过片库接口放回片盒。

当本申请的量测设备集成至EFEM时，需要对量测设备进行相应改进，通常是在硅片传输接口处设置专门的连接接口。该连接接口可以与EFEM上的片库接口连接，也可以与EFEM上设置的合适的其他转接口连接。当量测设备集成至EFEM时，可以利用EFEM内的机械手将待测量的硅片直接送至量测设备的工件台上。此外，为保护硅片所需的环境(洁净度、气体气氛等)，在EFEM和量测设备的连接处采用橡胶等密封材料，通过诸如螺栓等紧固件固定压紧。

图2-3示出了根据本发明的第一实施例的量测设备的示意性组成图。该半导体量测设备100具有机体1和位于机体1内的量测室1b。机体1上设有硅片传输接口1a。量测室1b内具有工件台2、光源1c、反射转鼓6以及光探测器8。工件台2用于放置待量测的硅片。工件台2设有X方向移动台3、Y方向移动台4和绕Z轴转动台5。由此，工件台2可以选择性地沿横向(x方向)平移、纵向(y方向)平移和绕垂向(z方向)转动。光源1c和反射转鼓6布置成使得光源1c发出的光线能够照射到反射转鼓6上，并且反射转鼓6能够将该光线反射到待测量的硅片表面上。光探测器8布置成能够接收到从硅片表面反射和散射的光线，并传输到工控机1d进行分析，以对硅片进行表面粒子情况检测。

如图2-3所示，反射转鼓6为棱柱体，其横截面为多边形，可以为3，4，5，6…N边形，相应地有3，4，5，6…N个侧面，每个侧面上至少有1片反射镜。较佳地，反射转鼓6的整圈外侧壁连续布置有反射镜片7。反射镜片7的数量可以根据需要来设置。反射转鼓6布置成能够围绕一旋转轴线旋转。反射转鼓6位于工件台侧上方。反射镜片7布置成能够接收来自光源的入射光并将该入射光反射至放置在工件台上的工件，例如硅片的表面。

在工作时，光源1c发出的入射光射到反射转鼓6的一个侧面的反射镜7上，反射转鼓6连续转动。当反射转鼓旋转时，反射镜片7绕转鼓转轴旋转，经过反射镜片7反射到工件表面的光斑相应地扫描形成一段圆弧。设N为反射转鼓上反射镜片7的数量，通过粗略的计算可以得到，经过一个反射镜片7反射形成的一段扫描圆弧所对应的圆心角为2π/N。当N足够大时，圆心角变得很小，扫描圆弧将接近一段直线。反射转鼓每旋转一周，可以实现N次扫描。进一步配合反射转鼓的高速旋转，可以实现光斑的高频率扫描。比如在一种典型的方案中，转鼓扫描频率为10KHZ，每次扫描的长度为20mm，反射转鼓的总扫描速度可以达到200m/s，检测效率可以大大提高。经测算，采用本申请的量测设备来对硅片进行表面粒子情况检测时，时间可以仅仅是现有类似量测设备的1/3～1/10。

在检测过程中将光源照射在反射转鼓的反射镜片上，并使得反射镜片反射的光线照射到工件台上放置的工件，以对该工件进行扫描，同时使得反射转鼓旋转并使得光探测器接收来自工件反射和散射的光线，该步骤称为S2。具体地，在步骤S2中，又包括子步骤S21和S22。如图4A所示，反射转鼓6每转动1/N圈，其中N为反射镜片数量，也即光源1c发出的入射光光斑，完整地从反射转鼓6其中一个侧面上的反射镜片7的一侧扫描至另一侧，相应地从该反射镜片上反射出的光斑在硅片表面的Y方向上完成一列扫描，然后X方向移动台3步进到下一列扫描位置。同样在转鼓下一个1/N圈的转动时间内，完成第二列扫描和X方向移动台3至第三列的步进，如此重复完成一块区域的扫描，并把该区域定义为扫描单元区域。在另外一种实施方案中，如图4B所示，反射转鼓6旋转的同时X方向移动台匀速运动，反射转鼓6转动1/N圈，反射转鼓6反射出的光斑在硅片表面上完成一斜列扫描，在转鼓下一个1/N圈的转动时间内，完成第二斜列扫描，如此往复完成一个扫描单元区域的扫描。通过以上子步骤完成如图4A-4B所示的一个扫描单元的扫描，该步骤可称为子步骤S21。子步骤S21完成后，工件通过X方向移动台3或Y方向移动台4分别沿X方向或Y方向移动预定距离，重复上述子步骤S21，完成工件另一个扫描单元区域内的扫描，按此多步循环以完成工件整个区域内的扫描，该步骤可称为子步骤S22。

上述扫描过程中，工件沿X方向的移动可以通过X方向移动台来实现，工件沿Y方向的移动可以通过Y方向移动台来实现。这种情况下，光探测器固定不动。在扫描过程中，或者扫描结束后，都可以对光探测器获得的数据进行处理，以完成硅片表面情况检测，例如表面粒子检测，该步骤称为S3。

图5示出根据本发明的另一实施例的量测设备的结构示意图。本实施例中，工件台11由X方向移动台12和绕Z轴转动台13组成。光源1c、反射转鼓6和光探测器8作为一个检测探头整体,使得该探头整体可以沿Y方向一体移动。相应地，在检测子步骤S22中，该探头整体沿Y方向的移动替代实现了上述第一实施例中Y方向移动台所实现的功能。其余相同，在此不再详述。还一实施例中，工件台11由Y方向移动台和绕Z轴转动台组成。光源1c、反射转鼓6和光探测器8组成的检测探头整体，使得该检测探头整体可沿X方向一体移动。工作时，工件台可沿Y方向移动，该探头整体可沿X方向移动。

图6示出根据本发明的又一实施例的量测设备的结构示意图。该实施例与前述实施例的不同之处在于增加了光探测器的数量，以完成对多个角度散射光的测量，由此提升对硅片表面粒子情况分析的精确性。其余基本相同，在此不再详述。图6中示出两个光探测器。应理解的是，可以有更多的光探测器。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，若需要，能修改实施例的方面来采用各种专利、申请和出版物的方面、特征和构思来提供另外的实施例。

考虑到上文的详细描述，能对实施例做出这些和其它变化。一般而言，在权利要求中，所用的术语不应被认为限制在说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应被理解为包括所有可能的实施例连同这些权利要求所享有的全部等同范围。

Claims (12)

1.一种表面检测模块，其特征在于，所述表面检测模块包括：

工件台，用于放置待测量的工件；

光源，用于提供入射光；

光探测器，所述光探测器布置成能够接收来自工件台上放置的工件反射和散射的光线；以及

反射转鼓，所述反射转鼓上设有多片反射镜片并布置成能够围绕一旋转轴线旋转，所述多片反射镜片布置成能够接收来自所述光源的入射光并将该入射光反射至放置在所述工件台上的工件的表面。

2.根据权利要求1所述的表面检测模块，其特征在于，所述反射转鼓为棱柱体并具有依次邻接的多个外侧壁，所述反射转鼓的至少一部分外侧壁设有反射镜片。

3.根据权利要求1所述的表面检测模块，其特征在于，所述反射转鼓为棱柱体并具有依次邻接的多个外侧壁，每个所述外侧壁上设有至少一片反射镜片。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的表面检测模块，其特征在于，所述反射转鼓的不同外侧壁上的反射镜片相邻连接布置。

5.根据权利要求1或2所述的表面检测模块，其特征在于，所述工件台设有X方向移动台和Y方向移动台。

6.根据权利要求1或2所述的表面检测模块，其特征在于，所述工件台设有X方向移动台，所述光源、所述光探测器和所述反射转鼓作为一体设置并能够沿Y方向移动整体移动；或者，所述工件台设有Y方向移动台，所述光源、所述光探测器和所述反射转鼓作为一体设置能够沿X方向移动整体移动。

7.根据权利要求1或2所述的表面检测模块，其特征在于，所述反射转鼓位于所述工件台的侧上方。

8.根据权利要求1或2所述的表面检测模块，其特征在于，所述表面检测模块设有一个或多个所述光探测器。

9.一种量测设备，所述量测设备具有机体，所述机体内设有量测室，其特征在于，所述量测室内设有如权利要求1或2所述的表面检测模块。

10.一种硅片表面检测方法，其特征在于，所述硅片表面检测方法包括以下步骤：

S1、提供一种量测设备，其中所述量测设备具有机体，所述机体内设有量测室，所述量测室内设有表面检测模块，所述表面检测模块包括：工件台，用于放置待测量的工件；光源，用于提供入射光；光探测器，所述光探测器布置成能够接收来自工件台上放置的工件反射和散射的光线；以及反射转鼓，所述反射转鼓上设有多片反射镜片并布置成能够围绕一旋转轴线旋转，所述多片反射镜片布置成能够接收来自所述光源的入射光并将该入射光反射至放置在所述工件台上的工件的表面；

S2、使得所述反射转鼓旋转，同时将光源照射在所述反射转鼓的反射镜片上，使得所述反射镜片反射的光线照射到工件台上放置的工件上，以对该工件进行扫描，以及使得所述光探测器接收来自工件反射和散射的光线；以及

S3、在扫描过程中，或者扫描结束后，对所述光探测器获得的数据进行处理，以完成硅片表面情况检测。

11.根据权利要求10所述的硅片表面检测方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤：

S21、在所述反射转鼓旋转的过程中所述反射转鼓每旋转预定角度后，工件沿X方向移动预定距离，或者反射转鼓旋转的同时工件沿X方向运动，如此完成一个扫描单元区域的扫描；以及

S22、工件分别沿X方向或Y方向移动预定距离，重复上述子步骤S21，完成工件另一个扫描单元区域内的扫描，按此多步循环以完成工件整个区域内的扫描。

12.根据权利要求10所述的硅片表面检测方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤：

S21、在所述反射转鼓旋转的过程中所述反射转鼓每旋转预定角度后，工件沿X方向移动预定距离，或者反射转鼓旋转的同时工件沿X方向匀速运动，如此完成一个扫描单元区域的扫描；以及

S22、工件沿X方向移动预定距离，或者所述光源、所述光探测器和所述反射转鼓作为整体沿Y方向移动预定距离，重复上述子步骤S21，完成工件另一个扫描单元区域内的扫描，按此多步循环以完成工件整个区域内的扫描。