CN113903688A - 半导体工艺设备及晶圆状态监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体工艺设备，包括工艺腔室、控制器和设置在工艺腔室中的承载盘，承载盘上设置有用于托举晶圆的晶圆托举机构，工艺腔室顶部设置有多个距离监测装置，用于分别监测承载盘上的晶圆与自身之间的距离。控制器用于在晶圆托举机构托举起晶圆的过程中实时获取多个距离监测装置的监测结果，并在多个距离监测装置的监测结果不一致时，判定晶圆的状态异常。在本发明中，控制器能够实时监测晶圆上多个位置的高度是否一致，进而能够及时发现晶圆状态异常问题，避免后续动作对晶圆造成进一步破坏，提高了晶圆的安全性，降低了工艺腔室的维护成本，并保证了半导体工艺的产品良率。本发明还提供一种晶圆状态监测方法。

Description

半导体工艺设备及晶圆状态监测方法

技术领域

本发明涉及半导体工艺设备领域，具体地，涉及一种晶圆状态监测方法和一种能够实现该方法的半导体工艺设备。

背景技术

在集成电路芯片制造行业，对晶圆(wafer)进行加工的工艺流程普遍包括光刻、刻蚀、离子注入、金属沉积，核心封装等工艺。其中，等离子刻蚀工艺是由刻蚀机将线、面或孔洞等光阻图案，通过光刻工艺准确无误地转印到光阻底下的材质上，以形成整个集成电路所应有的复杂架构；而封装工艺是将器件晶圆整体减薄再进行背部封装，同样需要等离子刻蚀工艺。

在等离子刻蚀工艺中，通常需要将晶圆放置在半导体工艺设备的工艺腔室中的静电卡盘(Electro-Static Chuck，ESC)上，再对晶圆进行加工，加工过程中静电卡盘起到支撑、固定晶圆，以及对晶圆在工艺过程中的温度进行控制等作用。静电卡盘利用静电力固定晶圆，能够有效规避机械卡盘结构复杂、晶圆有效加工面积减少等缺点。

然而，采用静电卡盘固定晶圆的方案中，Dechuck步骤(卸除静电卡盘对晶圆的静电吸附力并由静电卡盘上取下晶圆的步骤)中常出现晶圆状态异常的问题。在半导体工艺完成后，往往由于某些原因，静电卡盘上仍残留有电荷，导致晶圆与静电卡盘之前存在静电吸附力，无法完全释放晶圆。此时晶圆下方的顶针升起极有可能导致晶圆碎裂，或者，在顶针升起后晶圆发生倾斜，机械手伸入工艺腔室并执行晶圆传出动作时与晶圆之间发生碰撞，导致晶圆损伤。晶圆碎裂后不仅需要花费大量时间对工艺腔室进行清理，晶圆碎裂造成的腔室污染还有可能影响后续半导体工艺中工艺腔室内部的洁净度，进而影响产品良率。

因此，如何提供一种能够及时发现晶圆状态异常的晶圆状态监测方案，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在提供一种晶圆状态监测方法和一种能够实现该方法的半导体工艺设备，该晶圆状态监测方法能够及时发现晶圆状态异常问题，提高晶圆的安全性。

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种半导体工艺设备，包括工艺腔室和设置在所述工艺腔室中的承载盘，所处承载盘用于承载晶圆，所述承载盘上设置有晶圆托举机构，用于托举晶圆，所述工艺腔室的顶部设置有多个距离监测装置，多个所述距离监测装置用于分别监测所述承载盘上的晶圆与自身之间距离；

所述半导体工艺设备还包括：

控制器，用于在所述晶圆托举机构托举起所述晶圆的过程中，实时获取多个所述距离监测装置的监测结果，判断多个所述距离监测装置的监测结果是否一致，并在多个所述距离监测装置的监测结果不一致时，判定所述晶圆的状态异常。

可选地，还包括移动记录器，所述移动记录器用于记录所述晶圆托举机构托举晶圆上升的理论高度：

所述控制器还用于在所述晶圆托举机构托举起所述晶圆的过程中，实时获取所述移动记录器记录的所述晶圆托举机构托举所述晶圆上升的理论高度，并比较理论测距值与多个所述距离监测装置的监测结果，在多个所述距离监测装置的监测结果均与所述理论测距值一致时，判定所述晶圆状态正常；在至少一个所述距离监测装置的监测结果大于所述理论测距值时，判定所述晶圆发生粘片异常，其中，所述理论测距值为所述距离监测装置与所述承载盘的承载面之间的距离减去所述晶圆的厚度再减去所述移动记录器记录的所述晶圆托举机构托举晶圆上升的理论高度。

可选地，所述控制器还用于在多个所述距离监测装置中部分所述距离监测装置的监测结果大于所述理论测距值时，判定所述晶圆发生局部粘片异常。

可选地，所述控制器还用于在多个所述距离监测装置中部分所述距离监测装置的监测结果小于所述理论测距值时，判定所述晶圆发生跳片异常。

可选地，所述控制器还用于在判定所述晶圆发生粘片异常后，控制所述晶圆托举机构下降，以将所述晶圆放回至所述承载盘的承载面上。

可选地，还包括晶圆传输结构，所述晶圆传输结构用于与所述晶圆托举机构配合向所述承载盘上传输晶圆以及将所述承载盘上的晶圆传出所述工艺腔室；

所述控制器还用于在所述晶圆传输结构与所述晶圆托举机构配合向所述承载盘上传输晶圆后，获取多个所述距离监测装置的监测结果，判断多个所述距离监测装置的监测结果是否一致，并在多个所述距离监测装置的监测结果不一致时，判定所述晶圆的状态异常。

可选地，所述控制器还用于在所述晶圆传输结构与所述晶圆托举机构配合向所述承载盘上传输晶圆后，获取多个所述距离监测装置的监测结果，比较初始测距值与多个所述距离监测装置的监测结果，在多个所述距离监测装置的监测结果均与所述初始测距值一致时，判定传片异常，其中，所述初始测距值为所述距离监测装置与所述承载盘的承载面之间的距离。

可选地，所述控制器还用于在多个所述距离监测装置的监测结果与所述初始测距值不一致时，比较载片测距值与多个所述距离监测装置的检测结果，在多个所述距离监测装置的检测结果均与所述载片测距值一致时，判定传片正常，在多个所述距离监测装置的检测结果均与所述载片测距值不一致时，判定所述晶圆厚度异常，其中，所述载片测距值为所述距离监测装置与所述承载盘的承载面之间的距离减去晶圆的厚度。

可选地，所述工艺腔室的顶部设置有两个所述距离监测装置，且两个所述距离监测装置关于所述承载盘的轴线位置对称。

可选地，所述距离监测装置为测距传感器。

作为本发明的第二个方面，提供一种晶圆状态监测方法，应用于前面所述的半导体工艺设备，包括：

在所述晶圆托举机构托举起所述晶圆的过程中，实时获取多个所述距离监测装置的监测结果；

判断多个所述距离监测装置的监测结果是否一致；

若多个所述距离监测装置的监测结果不一致，则判定所述晶圆的状态异常。

本发明提供的晶圆状态监测方法及半导体工艺设备能够在晶圆托举机构托举起晶圆的过程中，实时获取工艺腔室顶部的多个距离监测装置对晶圆上多个位置的距离监测结果，从而实时监测晶圆上多个位置的高度是否一致，进而能够及时发现晶圆状态异常问题，避免后续动作对晶圆造成进一步破坏，提高了晶圆的安全性，降低了工艺腔室的维护成本，并保证了半导体工艺的产品良率。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是一种现有的等离子加工设备的工艺腔室的结构示意图；

图2是图1中等离子加工设备中顶针带动晶圆上升的原理示意图；

图3是图1中等离子加工设备中出现故障的一种情况的示意图；

图4是图1中等离子加工设备中出现故障的另一种情况的示意图；

图5是本发明实施例提供的半导体工艺设备的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的半导体工艺设备中晶圆托举机构带动晶圆上升的状态示意图；

图7是本发明实施例提供的半导体工艺设备中晶圆状态异常的一种情况的示意图；

图8是本发明实施例提供的半导体工艺设备中晶圆状态异常的另一种情况的示意图；

图9是本发明实施例提供的半导体工艺设备中晶圆状态异常的另一种情况的示意图；

图10是本发明实施例提供的晶圆状态监测方法的流程示意图；

图11是本发明另一实施例提供的晶圆状态监测方法的部分流程示意图；

图12是本发明另一实施例提供的晶圆状态监测方法的部分流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示为一种现有的等离子加工设备的工艺腔室的结构示意图，工艺腔室5的顶部设有介质窗1，介质窗1上方安装电感耦合线圈2，上激励射频源4通过匹配器3向电感耦合线圈2提供射频信号，从而通过上激励射频功率源4、上匹配器3与电感耦合线圈2组成的上电极，将工艺腔室内的工艺气体激发成等离子体6。下偏压功率源14通过下匹配器13与静电卡盘11连接，下偏压射频功率源14、下匹配器13、静电卡盘11组成的下电极能够在晶圆7表面产生直流自偏压，以吸引等离子撞击晶圆7，从而实现对晶圆7表面进行加工处理。

静电卡盘11安装于卡盘基座12上，卡盘内部埋设有电极10，电极10的四面均包裹有绝缘材料，直流电源15对电极加载直流高压静电，使得静电卡盘电极10对晶圆7产生吸附作用，从而将晶圆7固定在卡盘11上。静电卡盘11的内部还设置有冷媒液体通道(图未示)，恒温的冷媒液体在冷媒液体通道中循环流动，以实现对静电卡盘11及晶圆7的温度进行控制。静电卡盘11的内部还可以设置有冷媒气体通道9，背吹气路控制一定压力或流量的冷媒气体对晶圆7的背部(即图中晶圆7的下表面)进行气吹，从而在工艺过程中实现对晶圆7的温度控制，静电卡盘11通过静电力固定住晶圆7，防止冷媒气体从晶圆7的背部泄漏。

静电卡盘11的内部还设置有顶针机构8，可自由升降。工艺过程中，顶针降落至静电卡盘上表面以下。工艺结束后，如图2所示，顶针8升起，从下方托起晶圆7，外部的机械手16进入工艺腔室中并伸入晶圆7的下部，顶针8降落至静电卡盘的承载面以下，晶圆7转移至机械手16上，接着机械手16缩回，将晶圆7传出腔室。

然而，由于静电卡盘11通常为陶瓷材质，主要材料为三氧化二铝(Al2O3)，工艺过程中使用到的氟(F)基气体会和陶瓷中的三氧化二铝逐步发生氟化反应，生成氟化铝(AlF3)。氟化铝材料有容易吸附负电荷的性质。因此在经过长期半导体工艺后，即便关闭静电卡盘11中吸附电极的电压，静电卡盘11上仍带有残余的负电荷，使得晶圆上产生相应的正电荷。虽然残余的电荷数量并不大，但是静电卡盘11的承载面与晶圆7之间的距离极其微小，因此静电卡盘11仍然能够对晶圆7产生较大吸附力，进而在晶圆传出腔室过程中产生Dechuck问题。

在一些情况下，如图3所示，由于残余电荷产生的吸附作用，静电卡盘放电后，顶针8升起时，晶圆7仍然被静电卡盘10吸附着，进而导致顶针8升起时将晶圆7顶碎；在另一些情况下，如图4所示，在顶针8升起后，晶圆7的一侧仍与静电卡盘11相互吸附，导致晶圆7处于倾斜状态，进而导致机械手16伸入工艺腔室后与晶圆7之间发生碰撞，导致晶圆7损伤。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供一种半导体工艺设备，如图5至图8所示，该半导体工艺设备包括工艺腔室和设置在工艺腔室中的承载盘100，承载盘100用于承载晶圆400，承载盘100上设置有晶圆托举机构(包括顶针结构300等结构)，用于托举晶圆400。工艺腔室的顶部设置有多个距离监测装置(如，可包括第一测距传感器210和第二测距传感器220)，多个距离监测装置用于分别监测承载盘100上的晶圆400与自身之间距离。

该半导体工艺设备还包括：控制器310，用于在晶圆托举机构托举起晶圆400的过程中，实时获取多个距离监测装置的监测结果，判断多个距离监测装置的监测结果是否一致，并在多个距离监测装置的监测结果不一致时，判定晶圆400的状态异常。

在本发明提供的半导体工艺设备中，控制器310能够在晶圆托举机构托举起晶圆400的过程中，实时获取工艺腔室顶部的多个距离监测装置对晶圆400上多个位置的距离监测结果，从而实时监测晶圆400上多个位置的高度是否一致，进而能够及时发现晶圆状态异常问题(例如，晶圆发生倾斜导致不同位置的距离监测装置的监测结果之间出现差异)，避免后续动作对晶圆400造成进一步破坏(例如，顶针上升顶碎晶圆400、晶圆400倾斜时晶圆传输结构(如，机械手)执行取片动作碰撞晶圆400等情况)，提高了晶圆400的安全性，降低了工艺腔室的维护成本，并保证了半导体工艺的产品良率。

作为本发明的一种可选实施方式，距离监测装置可以为测距传感器，用于竖直向下监测自身与晶圆400表面上对应位置之间的距离，即，距离监测装置基于光学原理监测自身与晶圆400表面之间的距离。具体地，距离监测装置(周期性地)竖直向下发射一束光线(例如，可以是红外光)，并接收晶圆400的表面反射该光线的反射光线束，从而可根据发射光线与接收反射光线之间经过的时间确定光线经过的总路程，进而确定自身与晶圆400表面之间的距离。

为降低距离监测装置的安装成本及物料成本，作为本发明的一种优选实施方式，如图5所示，工艺腔室的顶部设置有两个距离监测装置(在距离监测装置为测距传感器时，即为工艺腔室的顶部设置有第一测距传感器210和第二测距传感器220)，且两个距离监测装置关于承载盘100的轴线位置对称。

为提高通过两个距离监测装置监测晶圆400状态的精度，作为本发明的一种优选实施方式，如图5所示，距离监测装置在晶圆400表面上的投影位置均靠近晶圆400对应侧的边缘，从而在晶圆角度发生同样大小变化的情况下，使距离监测装置的监测结果产生更大的变化量，提高监测晶圆400状态的监测精度。

作为本发明的一种可选实施方式，该半导体工艺设备还包括晶圆传输结构，晶圆传输结构用于与晶圆托举机构配合向承载盘100上传输晶圆400以及将承载盘100上的晶圆400传出工艺腔室。

需要说明的是，该判断多个距离监测装置的监测结果是否一致(即，判断晶圆400角度是否异常)的步骤可在整个半导体工艺中持续循环进行，即，从向工艺腔室中放入晶圆400到工艺结束并由工艺腔室中取出晶圆400的过程中，持续对多个距离监测装置的监测结果进行比较，从而在各个工艺步骤中晶圆400发生倾斜时，均能够及时发现问题，保证了晶圆400的安全性。

例如，为保证向工艺腔室中放置晶圆400时晶圆400初始状态的准确性，进一步提高晶圆400的安全性，作为本发明的一种优选实施方式，控制器310还用于在晶圆传输结构与晶圆托举机构配合向承载盘100上传输晶圆400后，获取多个距离监测装置的监测结果，判断多个距离监测装置的监测结果是否一致，并在多个距离监测装置的监测结果不一致时，判定晶圆400的状态异常。

作为本发明的一种优选实施方式，控制器310不仅能够判断晶圆是否为水平状态，还能够根据多个距离监测装置的监测结果在传片前后的变化情况判断晶圆的其他参数(如，厚度、位置等)是否正常，具体地：

控制器310还用于在晶圆传输结构与晶圆托举机构配合向承载盘100上传输晶圆400后，获取多个距离监测装置的监测结果，比较初始测距值与多个距离监测装置的监测结果，在多个距离监测装置的监测结果均与初始测距值一致时，判定传片异常，其中，初始测距值为距离监测装置与承载盘100的承载面之间的距离H。

如图7所示，在晶圆传输结构向工艺腔室中传片后，如多个距离监测装置的监测结果(H1、H2)仍等于距离监测装置与承载盘100的承载面之间的距离H，则说明晶圆400未正常落在承载盘100的承载面上，进而可判定传片异常。

为进一步保证向工艺腔室中放置晶圆400时晶圆400初始状态的准确性，作为本发明的一种优选实施方式，控制器310还用于在多个距离监测装置的监测结果与初始测距值不一致时，比较载片测距值与多个距离监测装置的检测结果，在多个距离监测装置的检测结果均与载片测距值一致时，判定传片正常，在多个距离监测装置的检测结果均与载片测距值不一致时，判定晶圆400厚度异常，其中，载片测距值为距离监测装置与承载盘100的承载面之间的距离H减去晶圆400的厚度X。

在本发明实施例中，控制器310能够在距离监测装置的监测结果与初始测距值H不一致，即确定晶圆400已顺利落在承载盘100的承载面上后，进一步对距离监测装置的监测结果H1、H2是否为载片测距值(H-X)进行验证，进一步保证了向工艺腔室中放置晶圆400时晶圆400初始状态的准确性。

需要说明的是，初始测距值H与载片测距值(H-X)均可通过距离监测装置在正常状态下直接监测确定，例如，当工艺腔室的顶部设置有第一测距传感器210和第二测距传感器220时，可在未放置晶圆400时通过第一测距传感器210和第二测距传感器220对承载面进行测距得到初始测距值H，并在正常放置晶圆400后通过第一测距传感器210和第二测距传感器220对晶圆400的表面进行测距得到载片测距值(H-X)。

具体地，可定义第一测距传感器210的读数为H1，定义第二测距传感器220的读数为H2；不放置晶圆时，第一测距传感器210的读数为H11，第二测距传感器220的读数为H21；放置晶圆时，第一测距传感器210的读数为H12，第二测距传感器220的读数为H22，第一测距传感器210和第二测距传感器220对应的基础监测数据如下表1-1所示。在开始半导体工艺前，首先进行机台校准，调节承载盘100(静电卡盘)的水平度，并调节测距传感器位置，保证H11＝H21＝H。

表1-1

作为本发明的一种可选实施方式，如图5所示，该半导体工艺设备还包括移动记录器340，移动记录器340用于记录晶圆托举机构托举晶圆400上升的理论高度。

具体地，如图5所示，晶圆托举机构包括顶针结构300、电机控制器320和电机330。其中，顶针结构300包括多根(如，三根)沿竖直方向延伸且高度相同的顶针，承载盘上形成有多个延伸至承载面的顶针孔，多根顶针一一对应地设置在多个顶针孔中，电机330用于驱动顶针结构300沿竖直方向运动，以使多根顶针向上伸出多个顶针孔或向下缩回多个顶针孔中。

控制器310为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)或工控机，控制器310能够通过电机控制器320(例如，可以是伺服驱动器)控制电机330的进给量，进而控制电机330驱动顶针结构300升降的高度。移动记录器340具体可以为电机编码器，控制器310还能够通过移动记录器340读取电机的进给量，从而获取顶针结构300带动晶圆400上升的高度。

如图6所示，将顶针由最低位置(图中双点划线所示顶针结构300位置)上升至达到顶针孔的出口(即与晶圆400底部接触)时，移动记录器340的读数G1记为基础读数，则顶针结构300带动晶圆400上升的理论高度即为移动记录器340的读数G减基础读数G1，即(G-G1)。

需要说明的是，即便晶圆400的初始状态正常，其在被托举上升时(如图6中所示情况)仍存在受静电力作用发生倾斜的风险。例如，如图8所示，晶圆托举机构托举晶圆400使其上升时，晶圆400的一侧受静电力作用被吸附在承载盘100的承载面上，进而产生晶圆400角度异常，晶圆传输结构取片时进入工艺腔室后将与晶圆400发生碰撞；或者，如图9所示，晶圆400的四周均被吸附在承载盘100的承载面上，晶圆托举机构托举晶圆400时将晶圆400的中央部分顶起，进而使晶圆400上压力过大而破碎。

其中，晶圆400在托举过程中角度异常的问题可通过多个距离监测装置的监测结果之间相互比较进行监测，而晶圆400仅中央被顶起的情况无法通过上述方法有效监测。

为解决上述技术问题，避免晶圆400在被托举上升时发生碎片，作为本发明的一种优选实施方式，控制器310还用于在晶圆托举机构托举起晶圆400的过程中，实时获取移动记录器记录的晶圆托举机构托举晶圆400上升的理论高度(G-G1)，并比较理论测距值与多个距离监测装置的监测结果，在多个距离监测装置的监测结果均与理论测距值一致时，判定晶圆400状态正常(即图6所示情况)；在存在至少一个距离监测装置的监测结果大于理论测距值时(即晶圆400高度低于其理论高度时)，则判定晶圆400发生粘片异常(即图9所示情况)，其中，理论测距值为距离监测装置与承载盘100的承载面之间的距离H减去晶圆400的厚度X再减去移动记录器记录的晶圆托举机构托举晶圆400上升的理论高度(G-G1)，即H-X-(G-G1)。

作为本发明的一种可选实施方式，控制器310还用于在多个距离监测装置中部分距离监测装置的监测结果大于理论测距值H-X-(G-G1)时(即晶圆400部分位置高度低于其理论高度时)，判定晶圆400发生局部粘片异常。

为进一步提高晶圆400的安全性，作为本发明的一种优选实施方式，控制器310还用于在判定晶圆400发生粘片异常(或局部粘片异常)后，控制晶圆托举机构下降，以将晶圆400放回至承载盘100的承载面上，从而及时恢复晶圆400表面的应变，避免晶圆400碎裂。

为进一步提高晶圆400的安全性，作为本发明的一种优选实施方式，控制器310还用于在多个距离监测装置中部分距离监测装置的监测结果小于理论测距值H-X-(G-G1)时(即晶圆400高度高于其理论高度时)，判定晶圆400发生跳片异常。

为便于操作人员及时发现晶圆状态异常问题并及时采取相应措施，进一步提高半导体工艺设备的安全性，作为本发明的一种优选实施方式，控制器310还用于在判定晶圆400状态异常(角度异常、传片异常、厚度异常、粘片异常、跳片异常等情况)后，输出报警信号。本发明实施例对该报警信号的形式不做具体限定，例如，可选地，该报警信号可以包括半导体工艺设备的指示灯闪烁报警、蜂鸣器响铃报警、显示屏弹出报警窗口等。

作为本发明的第二个方面，提供一种晶圆状态监测方法，应用于本发明实施例提供的半导体工艺设备(通过控制器310实现)，如图10所示，该方法包括：

步骤S1、在晶圆托举机构托举起晶圆400的过程中，实时获取多个距离监测装置的监测结果；

步骤S2、判断多个距离监测装置的监测结果是否一致；若多个距离监测装置的监测结果不一致，则判定晶圆400的状态异常。

在本发明提供的晶圆状态监测方法中，控制器310能够在晶圆托举机构托举起晶圆400的过程中，实时获取工艺腔室顶部的多个距离监测装置对晶圆400上多个位置的距离监测结果，从而实时监测晶圆400上多个位置的高度是否一致，进而能够及时发现晶圆状态异常问题，避免后续动作对晶圆400造成进一步破坏，提高了晶圆400的安全性，进而降低了工艺腔室的维护成本，并保证了半导体工艺的产品良率。

为保证向工艺腔室中放置晶圆400时晶圆400初始状态的准确性，进一步提高晶圆400的安全性，作为本发明的一种优选实施方式，该方法还包括：

步骤S01、在晶圆传输结构与晶圆托举机构配合向承载盘100上传输晶圆400后，获取多个距离监测装置的监测结果，判断多个距离监测装置的监测结果是否一致，并在多个距离监测装置的监测结果不一致时，判定晶圆400的状态异常(晶圆400发生倾斜)。

作为本发明的一种优选实施方式，控制器310不仅能够判断晶圆是否为水平状态，还能够根据多个距离监测装置的监测结果在传片前后的变化情况判断晶圆的其他参数(如，厚度、位置等)是否正常，具体地，该方法还包括：

步骤S02、在晶圆传输结构与晶圆托举机构配合向承载盘100上传输晶圆400后，获取多个距离监测装置的监测结果，比较初始测距值与多个距离监测装置的监测结果，在多个距离监测装置的监测结果均与初始测距值一致时，判定传片异常(传片后静电卡盘上不存在晶圆)。其中，初始测距值为距离监测装置与承载盘100的承载面之间的距离H。

为进一步保证向工艺腔室中放置晶圆400时晶圆400初始状态的准确性，作为本发明的一种优选实施方式，该方法还包括：

步骤S03、在多个距离监测装置的监测结果与初始测距值不一致时，比较载片测距值与多个距离监测装置的检测结果，在多个距离监测装置的检测结果均与载片测距值一致时，判定传片正常，在多个距离监测装置的检测结果均与载片测距值不一致时，判定晶圆400厚度异常，其中，载片测距值为距离监测装置与承载盘100的承载面之间的距离H减去晶圆400的厚度X。

为避免晶圆400在被托举上升时发生碎片，作为本发明的一种优选实施方式，该半导体工艺设备还包括移动记录器，移动记录器用于记录晶圆托举机构托举晶圆400上升的理论高度，该方法还包括：

步骤S3、在晶圆托举机构托举起晶圆400的过程中，实时获取移动记录器记录的晶圆托举机构托举晶圆400上升的理论高度(G-G1)，并比较理论测距值与多个距离监测装置的监测结果，在多个距离监测装置的监测结果均与理论测距值一致时，判定晶圆400状态正常(即图6所示情况)；在存在至少一个距离监测装置的监测结果大于理论测距值时(即晶圆400高度低于其理论高度G-G1时)，判定晶圆400发生粘片异常(即图9所示情况)，其中，理论测距值为距离监测装置与承载盘100的承载面之间的距离H减去晶圆400的厚度X再减去移动记录器记录的晶圆托举机构托举晶圆400上升的理论高度(G-G1)，即H-X-(G-G1)。

作为本发明的一种可选实施方式，该方法还包括：

步骤S4、在多个距离监测装置中部分距离监测装置的监测结果大于理论测距值H-X-(G-G1)时(即晶圆400部分位置高度低于其理论高度时)，判定晶圆400发生局部粘片异常。

为进一步提高晶圆400的安全性，作为本发明的一种优选实施方式，该方法还包括：

步骤S41、在判定晶圆400发生粘片异常(或局部粘片异常)后，控制晶圆托举机构下降，以将晶圆400放回至承载盘100的承载面上，从而及时恢复晶圆400表面的应变，避免晶圆400碎裂。

为进一步提高晶圆400的安全性，作为本发明的一种优选实施方式，该方法还包括：

步骤S5、在多个距离监测装置中部分距离监测装置的监测结果小于理论测距值H-X-(G-G1)时(即晶圆400高度高于其理论高度时)，判定晶圆400发生跳片异常。

为便于操作人员及时发现晶圆状态异常问题并及时采取相应措施，进一步提高半导体工艺设备的安全性，作为本发明的一种优选实施方式，该方法还包括：

步骤S6、在判定晶圆400状态异常(角度异常、传片异常、厚度异常、粘片异常、跳片异常等情况)后，输出报警信号。本发明实施例对该报警信号的形式不做具体限定，例如，可选地，该报警信号可以包括半导体工艺设备的指示灯闪烁报警、蜂鸣器响铃报警、显示屏弹出报警窗口等。

为便于技术人员理解，以下提供一种工艺腔室的顶部设置有两个距离监测装置，即第一测距传感器210和第二测距传感器220的情况下，控制器310执行本发明实施例提供的晶圆状态监测方法的具体实施例：

如图11所示，在晶圆传输结构与晶圆托举机构配合向承载盘100上传输晶圆400后，控制器310获取第一测距传感器210的监测结果H1和第二测距传感器220的监测结果H2，并判断两监测结果H1和H2是否一致，在H1与H2不相等时，判断晶圆400的状态异常(晶圆400发生倾斜)。

在H1与H2相等的情况下，进一步判断两监测结果H1和H2是否与初始测距值H一致，若H1和H2与初始测距值H一致，则判定传片异常(传片后静电卡盘上不存在晶圆)。若H1和H2与初始测距值H不相同，再比较载片测距值H-X与两个距离监测装置的监测结果H1和H2，在两监测结果H1和H2均与载片测距值H-X一致时，判定传片正常；在两监测结果H1和H2均与载片测距值H-X不一致时，判定晶圆400厚度异常。

在完成半导体工艺后，卸除静电卡盘对晶圆的静电吸附力(dechuck)，晶圆托举机构托举起晶圆400的过程中，如图12所示，控制器310再次判断两监测结果H1和H2是否一致，若H1与H2不相等，则判定晶圆400的状态异常(晶圆400发生倾斜)；若H1与H2相等，则晶圆未发生倾斜，可继续托举晶圆400。

在晶圆400上升的过程中，控制器310通过移动记录器340读取电机的进给量，得到顶针结构300带动晶圆400上升的理论高度G-G1，进而得到第一测距传感器210与第二测距传感器220的理论测距值H-X-(G-G1)。

如图12所示，控制器310在第一测距传感器210和第二测距传感器220的监测结果H1和H2均与理论测距值H-X-(G-G1)一致时，判定晶圆400状态正常(即图6所示情况)；

在存在至少一个距离监测装置的监测结果大于理论测距值时(即，H1和/或H2大于H-X-(G-G1)时)，判定晶圆400发生粘片异常(即图9所示情况)；在两个距离监测装置中部分距离监测装置的监测结果小于理论测距值H-X-(G-G1)时(即H1或H2小于H-X-(G-G1)时)，判定晶圆400发生跳片异常。

在本发明提供的晶圆状态监测方法中，控制器310能够在晶圆托举机构托举起晶圆400的过程中，实时获取工艺腔室顶部的多个距离监测装置对晶圆400上多个位置的距离监测结果，从而实时监测晶圆400上多个位置的高度是否一致，进而能够及时发现晶圆状态异常问题，避免后续动作对晶圆400造成进一步破坏，提高了晶圆400的安全性，进而降低了工艺腔室的维护成本，并保证了半导体工艺的产品良率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种半导体工艺设备，包括工艺腔室和设置在所述工艺腔室中的承载盘，所处承载盘用于承载晶圆，所述承载盘上设置有晶圆托举机构，用于托举晶圆，其特征在于，所述工艺腔室的顶部设置有多个距离监测装置，多个所述距离监测装置用于分别监测所述承载盘上的晶圆与自身之间距离；

所述半导体工艺设备还包括：

控制器，用于在所述晶圆托举机构托举起所述晶圆的过程中，实时获取多个所述距离监测装置的监测结果，判断多个所述距离监测装置的监测结果是否一致，并在多个所述距离监测装置的监测结果不一致时，判定所述晶圆的状态异常。

2.根据权利要求1所述的半导体工艺设备，其特征在于，还包括移动记录器，所述移动记录器用于记录所述晶圆托举机构托举晶圆上升的理论高度：

所述控制器还用于在所述晶圆托举机构托举起所述晶圆的过程中，实时获取所述移动记录器记录的所述晶圆托举机构托举所述晶圆上升的理论高度，并比较理论测距值与多个所述距离监测装置的监测结果，在多个所述距离监测装置的监测结果均与所述理论测距值一致时，判定所述晶圆状态正常；在至少一个所述距离监测装置的监测结果大于所述理论测距值时，判定所述晶圆发生粘片异常，其中，所述理论测距值为所述距离监测装置与所述承载盘的承载面之间的距离减去所述晶圆的厚度再减去所述移动记录器记录的所述晶圆托举机构托举晶圆上升的理论高度。

3.根据权利要求2所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述控制器还用于在多个所述距离监测装置中部分所述距离监测装置的监测结果大于所述理论测距值时，判定所述晶圆发生局部粘片异常。

4.根据权利要求2所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述控制器还用于在多个所述距离监测装置中部分所述距离监测装置的监测结果小于所述理论测距值时，判定所述晶圆发生跳片异常。

5.根据权利要求2所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述控制器还用于在判定所述晶圆发生粘片异常后，控制所述晶圆托举机构下降，以将所述晶圆放回至所述承载盘的承载面上。

6.根据权利要求1所述的半导体工艺设备，其特征在于，还包括晶圆传输结构，所述晶圆传输结构用于与所述晶圆托举机构配合向所述承载盘上传输晶圆以及将所述承载盘上的晶圆传出所述工艺腔室；

所述控制器还用于在所述晶圆传输结构与所述晶圆托举机构配合向所述承载盘上传输晶圆后，获取多个所述距离监测装置的监测结果，判断多个所述距离监测装置的监测结果是否一致，并在多个所述距离监测装置的监测结果不一致时，判定所述晶圆的状态异常。

7.根据权利要求6所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述控制器还用于在所述晶圆传输结构与所述晶圆托举机构配合向所述承载盘上传输晶圆后，获取多个所述距离监测装置的监测结果，比较初始测距值与多个所述距离监测装置的监测结果，在多个所述距离监测装置的监测结果均与所述初始测距值一致时，判定传片异常，其中，所述初始测距值为所述距离监测装置与所述承载盘的承载面之间的距离。

8.根据权利要求7所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述控制器还用于在多个所述距离监测装置的监测结果与所述初始测距值不一致时，比较载片测距值与多个所述距离监测装置的检测结果，在多个所述距离监测装置的检测结果均与所述载片测距值一致时，判定传片正常，在多个所述距离监测装置的检测结果均与所述载片测距值不一致时，判定所述晶圆厚度异常，其中，所述载片测距值为所述距离监测装置与所述承载盘的承载面之间的距离减去晶圆的厚度。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述工艺腔室的顶部设置有两个所述距离监测装置，且两个所述距离监测装置关于所述承载盘的轴线位置对称。

10.根据权利要求1至8中任意一项所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述距离监测装置为测距传感器。

11.一种晶圆状态监测方法，应用于权利要求1至10中任意一项所述的半导体工艺设备，包括：

在所述晶圆托举机构托举起所述晶圆的过程中，实时获取多个所述距离监测装置的监测结果；

判断多个所述距离监测装置的监测结果是否一致；

若多个所述距离监测装置的监测结果不一致，则判定所述晶圆的状态异常。

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