CN114256080A - 一种半导体晶圆检测装置、方法及晶圆清洗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半导体晶圆检测装置、方法及晶圆清洗系统，涉及半导体设备技术领域，以解决晶圆的清洗过程中，晶圆破损而未及时侦测到，导致晶圆的污染以及设备停机的问题。所述半导体晶圆检测装置包括：自动夹持机构；设置在自动夹持机构上的图像传感器，以及与所述图像传感器通信的控制器。所述半导体晶圆检测方法包括：接收所述图像传感器传送的晶圆图像，根据所述晶圆图像与晶圆初始图像确定晶圆存在破损的情况下，控制所述晶圆清洗设备停机。本发明提供的半导体晶圆检测装置用于检测半导体清洗工艺中晶圆破损状态，防止晶圆破损对产能的影响。

Description

一种半导体晶圆检测装置、方法及晶圆清洗系统

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，尤其涉及一种半导体晶圆检测装置、方法及晶圆清洗系统。

背景技术

由于晶圆表面的污染物会影响器件的性能，在半导体制造工艺中需要对晶圆进行清洗。晶圆清洗要求既能去除污染物又不能损坏晶圆，需要使用晶圆清洗设备清洗晶圆。

图1为现有技术中晶圆清洗设备的结构示意图。如图1所示，在现有晶圆清洗设备中，包括若干工艺槽。在清洗过程中，晶圆搬运机器人抓取晶圆放入工艺槽中进行清洗。在晶圆的清洗过程中，若晶圆破损而未及时侦测到，会导致在清洗槽中有晶圆碎渣，影响下一批晶圆进入化学槽时而受损，造成晶圆的污染以及设备停机的问题，严重耽误产能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体晶圆检测装置、方法及晶圆清洗系统，用于在晶圆清洗进程中对破损的晶圆进行实时的检测，防止由于晶圆破损导致的晶圆批量污染以及晶圆清洗设备停机的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种半导体晶圆检测装置，应用于晶圆清洗设备。所述晶圆清洗设备包括多个工艺槽。所述半导体晶圆检测装置包括：自动夹持机构，用于对所述工艺槽进行晶圆取放操作；设置在自动夹持机构上的图像传感器，用于采集晶圆图像；以及与所述图像传感器通信的控制器，用于根据所述晶圆图像与晶圆初始图像确定晶圆存在破损的情况下，控制所述晶圆清洗设备停机。

与现有技术相比，本发明提供的半导体晶圆检测装置中，图像传感器设置在自动夹持机构上，控制器与图像传感器通信，使得自动夹持机构只要夹取晶圆，图像传感器就可以采用夹取的晶圆图像，并送入控制器内。基于此，在晶圆清洗过程中，自动夹持机构从工艺槽取出晶圆时，图像传感器可以立即采集所取出的晶圆图像，并送入控制器。而控制器根据晶圆图像信息与晶圆初始图像可以迅速确定晶圆是否存在破损。当晶圆存在破损的情况下，说明当前工艺槽内存在破损晶圆，控制器直接控制晶圆清洗设备停机，即可防止后续晶圆进入该工艺槽所导致的污染问题。

另外，在晶圆清洗设备工作结束发现有晶圆破损，此时将造成整个工艺流程生产的晶圆全部报废不能使用。且需要对晶圆清洗设备的所有工艺槽进行清洗，去除晶圆碎片并更换清洗液，导致设备长时间停机的问题。通过本发明的半导体晶圆检测装置可以及时对晶圆破损状态进行检测，在发现有晶圆破损时及时控制晶圆清洗设备停机，对相应的工艺槽进行清洗即可，节省了清洗时间，提高了工作效率且避免了资源浪费。

本发明还提供一种半导体晶圆检测方法应用具有自动夹持机构、图像传感器以及控制器的半导体晶圆检测装置，所述图像传感器设置在自动夹持机构上；所述半导体晶圆检测装置应用于晶圆清洗设备，所述晶圆清洗设备包括多个工艺槽应用于晶圆清洗设备，所述晶圆清洗设备包括多个工艺槽，所述半导体晶圆检测方法包括：

接收所述图像传感器传送的晶圆图像；

根据所述晶圆图像与晶圆初始图像确定晶圆存在破损的情况下，控制所述晶圆清洗设备停机。

与现有技术相比，本发明提供的半导体晶圆检测方法的有益效果与上述技术方案所述半导体晶圆检测装置的有益效果相同，此处不做赘述。

本发明还提供一种晶圆清洗系统，所述半导体晶圆检测系统包括上述半导体晶圆检测装置。

与现有技术相比，本发明提供的晶圆清洗系统的有益效果与上述技术方案所述半导体晶圆检测装置的有益效果相同，此处不做赘述。

本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有指令，当所述指令被运行时，使得上述半导体晶圆检测方法被执行。

与现有技术相比，本发明提供的计算机存储介质的有益效果与上述技术方案所述半导体晶圆检测装置的有益效果相同，此处不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中晶圆清洗设备的结构示意图；

图2为现有技术中自动加持机构的结构示意图；

图3为现有技术中工艺槽的结构示意图；

图4为本发明实施例中自动加持机构的结构示意图；

图5为本发明实施例中晶圆固定槽的结构示意图；

图6为本发明实施例中晶圆卡盘的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1示例出了相关技术中的一种晶圆清洗设备的结构示意图。如图1所示,现有的晶圆清洗设备包括若干工艺槽1。自动加持机构3将晶圆2在不同的工艺槽1中搬运达到晶圆2清洗的目的。但是在晶圆2的清洗过程中，由于设备故障等其他原因造成晶圆破损，破损的晶圆2会在工艺槽1中留下晶圆碎片以及颗粒物污染对应的工艺槽1。在下一批晶圆2放入此工艺槽1中进行清洗时，破损碎片会造成工艺槽1内晶圆的划伤、破损，且颗粒物会污染晶圆2，导致整批晶圆2的报废。在晶圆清洗设备工作结束后发现有晶圆2破损，此时需要将晶圆清洗设备长时间停机，对清洗设备中的工艺槽1进行清洗、除杂以及清洗液的替换，造成了资源的浪费且大大的影响了产能。

为了克服上述问题，本发明实施例提供了一种半导体晶圆检测装置，应用于晶圆清洗设备，该晶圆清洗设备包括多个工艺槽1。如图4所示，本发明实施例提供的半导体晶圆检测装置包括：自动夹持机构3、图像传感器4和控制器。

如图4所示，上述自动夹持机构主要用于对工艺槽1进行晶圆2取放操作。当然，这里的自动夹持机构3搬运晶圆2的数量可以为一个，也可以为多个，在晶圆批量式处理时，为了节省时间，提高工作效率，可以使用自动夹持机构3搬运多个晶圆2。且该自动夹持机构3的种类多种多样，可以为现有的晶圆搬运机器人，也可为自行设计的具有夹取晶圆功能的机构。

如图4和图5所示，当该自动夹持机构3为晶圆搬运机器人时，该机器人的夹爪5伸出端具有晶圆固定槽6，对晶圆2有固定作用。固定在晶圆搬运机器人固定梁7两端的夹爪5一次性夹取50片晶圆2在不同的工艺槽1中搬运，完成晶圆2的清洗过程。

如图4和图5所示，当自动夹持机构3为自行设计的具有夹取晶圆功能的机构，该自动夹持机构3包括固定梁7以及铰接在固定梁上的两个夹爪5。每个夹爪5远离固定梁的7一端形成有至少一个晶圆固定槽6。

如图4～图6所示，在实际应用中，如图3所示，上述夹爪5可以铰接在固定梁7两端，在控制器的控制下灵活的对晶圆2进行夹取动作。通过固定梁7上设置的两个夹爪5夹取晶圆2，使得多个晶圆2分别卡在夹爪5伸出端上的晶圆固定槽6上，实现对晶圆2的搬运。具体的，如图6所示，夹爪伸出端的晶圆固定槽6与工艺槽中的晶圆卡盘8相配合，据此，夹爪5将晶圆2从工艺槽1中的晶圆卡盘8上夹取出，以保证相邻的晶圆2之间具有一定的间距，防止因为水的张力使得晶圆粘在一起导致清洗不完全，造成其他晶圆2的污染，影响晶圆2的使用。

如图3所示，上述图像传感器4设置在自动夹持机构3上，例如：该图像传感器4可以设置在自动加持机构3的固定梁7上。

上述控制器与图像传感器4通信。控制器与图像传感器4可以采用包括但不仅限于I2C总线、PCI总线等实现通信，当然，也可以采用电力线载波方式实现二者通信。

上述图像传感器4用于采集晶圆图像。该图像传感器4可以为CMOS图像传感器、感光阵列或者具有色彩滤镜阵列的电荷耦合元件等，但不限于此。

上述控制器根据图像传感器4发送的晶圆图像与晶圆初始图像确定晶圆2存在破损的情况下，控制晶圆清洗设备停机。

在实际应用中，图像传感器4设置在自动加持机构3的固定梁7上，在晶圆2的清洗过程中，自动夹持机构3从工艺槽1的晶圆卡盘8中取出晶圆2时，图像传感器4可以立即采集所取出的晶圆图像，并送入控制器。而控制器根据晶圆图像信息与晶圆初始图像可以迅速确定晶圆2是否存在破损。当晶圆2存在破损的情况下，控制器直接控制晶圆清洗设备停机，即可防止后续晶圆2进入该工艺槽1所导致的晶圆破损及污染的问题。且由于晶圆清洗设备的及时停机，此时只需要对对应的工艺槽1进行清洗即可，大大的节省了圆清洗设备的停机时间，避免资源的浪费。

在一种可选的方式中，上述控制器包括处理器，以及与处理器和图像传感器4通信的存储器。该处理器与晶圆清洗设备通信。该存储器用于存储处理器传送的晶圆初始图像。

示例的，如图3所示，上述控制器还用于控制上述晶圆清洗设备停机之前，在图像传感器4采集的晶圆图像与晶圆初始图像不同的情况下，确定晶圆2存在破损。具体的，在清洗工艺开始前，自动夹持机构3夹取晶圆2，由图像传感器4对晶圆初始图像进行采集，并将采集的晶圆初始图像发送给存储器存储。在晶圆清洗过程中，自动夹持机构3在每个工艺槽1中夹取出晶圆2，由图像传感器4对晶圆图像进行采集，并发送给处理器，处理器调取存储器中的晶圆初始图像与晶圆图像进行对比，在晶圆图像与晶圆初始图像不同的情况下，处理器确定晶圆2存在破损，由处理器控制上述晶圆清洗设备停机，对相应的工艺槽1进行清洗、除杂、更换清洗液后，开机继续即可。

如图3所示，在另一种示例中，所述控制器还用于控制所述晶圆清洗设备停机前，根据晶圆图像确定晶圆2实际数量，在晶圆2实际数量与晶圆2初始数量不同的情况下，确定所述晶圆2存在破损。具体的，与上述示例不同的是，在图像传感器4对晶圆图像进行采集，并发送给处理器后，处理器根据晶圆图像确定晶圆实际数量。处理器调取存储器中的晶圆初始图像确定晶圆初始数量，处理器对晶圆实际数量与晶圆初始数量进行对比，在晶圆实际数量与晶圆初始数量不同的情况下，处理器确定晶圆2存在破损。由处理器控制上述晶圆清洗设备停机。对相应的工艺槽1进行处理，以保证下一批晶圆2不会被破损的晶圆碎片划伤、破碎或者污染的问题，避免资源浪费。

本发明实施例还提供了一种半导体晶圆检测方法，该半导体晶圆检测方法应用于具有自动夹持机构3、图像传感器4以及控制器的半导体晶圆检测装置。该图像传感器4设置在自动夹持机构3上。该半导体晶圆检测装置应用于晶圆清洗设备，晶圆清洗设备包括多个工艺槽1。

本发明实施例提供的半导体晶圆检测方法可以由控制器或应用于控制器的芯片执行。该半导体晶圆检测方法包括：

在晶圆2放入工艺槽1中开始清洗前，控制器接收图像传感器4传送的晶圆初始图像。

在实际应用中，自动夹持机构3的固定梁7上的图像传感器4对晶圆搬运机器人夹取的晶圆2进行图像采集，获得晶圆初始图像。图像传感器将晶圆初始图像传送至控制器。控制器可以通过总线将晶圆初始图像存储至存储器。

在清洗工艺开始后，晶圆搬运机器人将晶圆2从每一个工艺槽1中取出时，控制器接收图像传感器传送的晶圆图像。

在实际应用中，晶圆搬运机器人将晶圆2从每一个工艺槽1中取出时，图像传感器4对当前晶圆2进行图像采集，得到晶圆图像并发送给控制器，控制器接收图像传感器4传送的晶圆图像。

控制器在晶圆图像与晶圆初始图像不同的情况下，确定晶圆2存在破损。

在实际应用中，控制器可以通过总线获取存储在存储器中的晶圆初始图像，此时，控制器对获取的晶圆初始图像和接收的晶圆图像进行对比处理。在晶圆图像与晶圆初始图像不同的情况下，控制器确定所述晶圆2存在破损。

控制器也可以根据所述晶圆图像确定晶圆实际数量，根据所述晶圆初始图像确定晶圆初始数量，在所述晶圆实际数量与晶圆初始数量不同的情况下，确定所述晶圆2存在破损。

在实际应用中，控制器接收晶圆传感器4传送的晶圆图像后，对晶圆图像进行处理，根据晶圆图像确定晶圆实际数量。同时，控制器可以通过总线获取存储在存储器中的晶圆初始图像，根据晶圆初始图像确定晶圆初始数量。在晶圆实际数量与晶圆初始数量不同时，控制器确定晶圆2存在破损。

控制器根据所述晶圆图像与晶圆初始图像确定晶圆2存在破损的情况下，控制所述晶圆清洗设备停机。

在实际应用中，在控制器确定晶圆2存在破损时，控制晶圆清洗设备及时停机。对相应的工艺槽1进行清洗、除杂、更换清洗液的处理，以保证不影响下一批晶圆2的清洗。

其中，如图3所示，上述处理器可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通用处理器，数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)，专用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)，现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本发明公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。所述处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等等。

其中，如图3所示，上述存储器可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，EEPROM)、只读光盘(compact disc read-only memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其它介质，但不限于此。

本发明实施例还提供一种晶圆清洗系统，该晶圆清洗系统包括上述半导体晶圆检测装置。

与现有技术相比，本发明实施例提供的晶圆清洗系统的有益效果与上述半导体晶圆检测装置的有益效果相同，在此不做赘述。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种半导体晶圆检测装置，其特征在于，应用于晶圆清洗设备，所述晶圆清洗设备包括多个工艺槽，所述半导体晶圆检测装置包括：

自动夹持机构，用于对所述工艺槽进行晶圆取放操作；

设置在自动夹持机构上的图像传感器，用于采集晶圆图像；

以及与所述图像传感器通信的控制器，用于根据所述晶圆图像与晶圆初始图像确定晶圆存在破损的情况下，控制所述晶圆清洗设备停机。

2.根据权利要求1所述的半导体晶圆检测装置，其特征在于，所述自动夹持机构为晶圆搬运机器人；或，

所述自动夹持机构包括固定梁以及铰接在所述固定梁上的两个夹爪，所述图像传感器设置在所述固定梁上。

3.根据权利要求2所述的半导体晶圆检测装置，其特征在于，每个所述夹爪远离固定梁的一端形成有至少一个晶圆固定槽。

4.根据权利要求1所述的半导体晶圆检测装置，其特征在于，所述控制器还用于控制所述晶圆清洗设备停机前，在所述晶圆图像与晶圆初始图像不同的情况下，确定所述晶圆存在破损；或，

所述控制器还用于控制所述晶圆清洗设备停机前，根据所述晶圆图像确定晶圆实际数量，根据所述晶圆初始图像确定晶圆初始数量，在所述晶圆实际数量与晶圆初始数量不同的情况下，确定所述晶圆存在破损。

5.根据权利要求1-4任一项所述的半导体晶圆检测装置，其特征在于，所述控制器包括：

处理器，所述处理器与晶圆清洗设备通信；

以及与所述处理器和所述图像传感器通信的存储器，所述存储器用于存储所述处理器传送的晶圆初始图像。

6.一种半导体晶圆检测方法，其特征在于，应用具有自动夹持机构、图像传感器以及控制器的半导体晶圆检测装置，所述图像传感器设置在自动夹持机构上；所述半导体晶圆检测装置应用于晶圆清洗设备，所述晶圆清洗设备包括多个工艺槽，所述半导体晶圆检测方法包括：

接收所述图像传感器传送的晶圆图像；

根据所述晶圆图像与晶圆初始图像确定晶圆存在破损的情况下，控制所述晶圆清洗设备停机。

7.如权利要求6所述的半导体晶圆检测方法，其特征在于，在所述获取晶圆图像前，所述半导体晶圆检测方法还包括：接收所述图像传感器提供的晶圆初始图像。

8.如权利要求7所述的半导体晶圆检测方法，其特征在于，在所述根据所述晶圆图像与晶圆初始图像确定晶圆存在破损的情况下，控制所述晶圆清洗设备停机前，所述半导体晶圆检测方法还包括：

在所述晶圆图像与晶圆初始图像不同的情况下，确定所述晶圆存在破损；或，

根据所述晶圆图像确定晶圆实际数量，根据所述晶圆初始图像确定晶圆初始数量，在所述晶圆实际数量与晶圆初始数量不同的情况下，确定所述晶圆存在破损。

9.一种晶圆清洗系统，其特征在于，所述晶圆清洗系统包括权利要求1～5任一项所述半导体晶圆检测装置。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有指令，当所述指令被运行时，使得权利要求6～8任一项所述半导体晶圆检测方法被执行。

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