CN114279380A - 一种弹片式晶圆在位检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹片式晶圆在位检测装置及检测方法，所述弹片式晶圆在位检测装置包括固定座、摆动件和传感器，所述固定座沿晶圆交换装置的托架的周向设置，所述摆动件的一端通过杆件转动连接于所述固定座，摆动件的另一端配置有感应块，所述传感器设置于托架的内部；所述摆动件能够绕所述杆件摆动，使得感应块与传感器的相对位置发生改变，根据两者的位置变化判定晶圆是否在位。

Description

一种弹片式晶圆在位检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于化学机械抛光技术领域，具体而言，涉及一种弹片式晶圆在位检测装置及检测方法。

背景技术

集成电路产业是信息技术产业的核心，在助推制造业向数字化、智能化转型升级的过程中发挥着关键作用。芯片是集成电路的载体，芯片制造涉及芯片设计、晶圆制造、晶圆加工、电性测量、切割封装和测试等工艺流程。其中，化学机械抛光属于晶圆制造工序。化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization,CMP)是一种全局平坦化的超精密表面加工技术。化学机械抛光通常将晶圆吸合于承载头的底面，晶圆具有沉积层的一面抵压于抛光垫上表面，承载头在驱动组件的致动下与抛光垫同向旋转并给予晶圆向下的载荷；同时，抛光液供给于抛光垫的上表面并分布在晶圆与抛光垫之间，使得晶圆在化学和机械的共同作用下完成晶圆的化学机械抛光。

抛光单元还配置有晶圆交换装置(load cup)，以实现晶圆在抛光盘及机械手的交互。为了实现晶圆快速、准确地交互，需要对晶圆在位进行检测。所谓晶圆在位是指晶圆是否大致同心放置于晶圆交换装置的托架上。

目前晶圆在位检测方式主要有以下两种：接触式及水压式。而对于一些边缘切割晶圆(Trim wafer)，由于晶圆边缘切边或减薄，使用传统的水压式检测容易出现wafer无法完全覆盖检测口等问题，极易出现误报。

对于厚度较薄的wafer，由于重量较轻(10g)，无论是水压式还是接触式，仅靠晶圆自身重量，较难保持稳定的检测状态，尤其在wafer受Load cup升降运动的冲击下，晶圆可能会在托架上发送颠簸而增加误报的频率。

因此，亟需设计一种晶圆在位检测装置，适应于边缘切割晶圆或重量较轻晶圆的在位检测。

发明内容

本发明旨在至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提供了一种弹片式晶圆在位检测装置，其包括固定座、摆动件和传感器，所述固定座沿晶圆交换装置的托架的周向设置，所述摆动件的一端通过杆件转动连接于所述固定座，摆动件的另一端配置有感应块，所述传感器设置于托架的内部；所述摆动件能够绕所述杆件摆动，使得感应块与传感器的相对位置发生改变，根据两者的位置变化判定晶圆是否在位。

作为优选实施例，所述固定座及摆动件设置于托架的凹槽中，所述凹槽沿所述托架的周向间隔均匀分布。

作为优选实施例，所述摆动件包括安装端和配重端，所述感应块设置于所述配重端；配置感应块的配重端的质量大于安装端的质量，使得配重端在自然状态朝向下侧倾斜并且所述感应块与所述传感器的位置相对。

作为优选实施例，所述安装端与托架中心的距离小于或等于晶圆的半径，安装端受压后，摆动件的配重端绕所述杆件向上摆动，使得所述感应块与所述传感器的位置交错。

作为优选实施例，还包括由柔性软管制成的辅助支撑管，辅助支撑管一端连接于摆动件的感应块所在端的下侧，辅助支撑管的另一端充气或排气，以调节辅助支撑管对摆动件的上推力，使得晶圆按压后，摆动件绕杆件摆动，感应块与传感器的相对位置发生改变。

作为优选实施例，还包括限位杆，所述限位杆设置于所述凹槽的内侧壁并与摆动件的感应块所在端的位置相对，使得摆动件的感应块所在端在限位杆的下侧移动。

再者，本发明还公开了一种晶圆交换装置，其包括托架和上面所述的弹片式晶圆在位检测装置。

作为优选实施例，所述托架的外缘的顶面配置有弧形水槽，所述弧形水槽与外部水源连通；所述弧形水槽内部充水后，托架的顶面形成吸附晶圆的水膜，以防止晶圆上下移动而影响晶圆的在位检测。

作为优选实施例，所述托架的外缘的顶面配置含有波纹管的吸盘，所述吸盘沿所述托架的周向间隔设置并与外部真空源连通，以在吸盘内部形成真空而吸附晶圆。

此外，本发明还提供了一种弹片式晶圆在位检测方法，其使用上面所述的晶圆交换装置，包括以下步骤：

S1，设置于托架上的摆动件与传感器的位置相对，所述传感器获取感应信号，则托架的顶面未放置晶圆；

S2，若晶圆的自重能够按压摆动件绕杆件摆动，传感器获取的感应信号消失，则托架的顶面放置有晶圆；

S3，若晶圆的自重无法按压摆动件绕杆件摆动，则调节辅助支撑管对摆动件的上推力，使得晶圆按压后摆动件绕杆件摆动，传感器获取的感应信号消失，则托架的顶面放置有晶圆。

本发明的有益效果包括：

(1)在托架上配置绕杆件转动的摆动件，利用晶圆的自重来按压摆动件的安装端，使得感应块与传感器的相对位置发生改变，以判定晶圆是否在位；有效克服了晶圆尺寸、晶圆边缘切边处理对检测的干扰，保证了晶圆在位检测的准确性；

(2)针对晶圆自重较轻的情况，为晶圆在位检测装置配置辅助支撑管，以综合晶圆的重量准确设定辅助支撑管对摆动件的上推力，以克服晶圆的自重不足的影响，保证检测的可靠性；

(3)晶圆交换装置的托架边缘的顶面配置弧形凹槽和/或吸盘，以保证晶圆可靠放置于托架的顶面，避免托架上下移动过程中晶圆发生颠簸而干扰晶圆的在位检测。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1是本发明所述弹片式晶圆在位检测装置的结构示意图；

图2是是图1中托架50的局部放大图；

图3是晶圆放置于托架50顶面的示意图；

图4是本发明所述摆动件20的结构示意图；

图5是本发明所述传感器安装于托架50的剖视图；

图6是本发明所述晶圆交换装置的结构示意图；

图7是本发明所述弧形水槽50b的局部放大图；

图8是本发明所述弹片式晶圆在位检测装置另一个实施例的示意图；

图9是配置有辅助支撑管的弹片式晶圆在位检测装置的示意图；

图10是图9对应弹片式晶圆在位检测装置的主视图；

图11是图10中托架50的局部放大图；

图12是本发明中晶圆与辅助支撑管组合作用后摆动件摆动的示意图；

图13是本发明所述一种弹片式晶圆在位检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

在本发明中，“化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)”也称为“化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization,CMP)”，晶圆(Wafer,W)也称基板(Substrate)，其含义和实际作用等同。

本发明所述弹片式晶圆在位检测装置的示意图，如图1所示，图2是图1中托架50的局部放大图。一种弹片式晶圆在位检测装置包括固定座10、摆动件20和传感器30，固定座10沿晶圆交换装置的托架50的周向设置。托架50的周向均匀分布有多个凹槽50a，以为固定座10的安装提供空间。

进一步地，摆动件20的一端通过杆件40转动连接于固定座10的上部，如图2所示，摆动件20的另一端配置有感应块21，传感器30设置于托架50的内部。摆动件20在受到外力的作用下能够绕所述杆件40摆动，使得感应块21与传感器30的相对位置发生改变，根据感应块21与传感器30的位置变化判定晶圆是否在位。具体地，传感器30为电感式接近开关，感应块21为不锈钢的圆片；摆动件20在自重作用下(非外力)朝向下侧倾斜设置，其上的感应块21与传感器30的位置相对，此时传感器30可以检测到感应块21，则托架50的顶面未放置晶圆；当托架50上放置晶圆后，在晶圆的自身的重力作用下，摆动件20绕杆件40的轴线逆时针摆动，摆动件20的感应块21所在段上移，感应块21与传感器30的位置交错，如图3所示，此时，传感器30无法检测检测到感应块21。

图1所示的实施例中，固定座10及摆动件20设置于托架50的凹槽50a中，凹槽50a的数量为三件，凹槽50a与托架50上的引导件(pin)交错设置并沿所述托架50的周向均匀分布。

作为本发明的一个实施例，摆动件20包括安装端20a和配重端20b，如图4所示，感应块21设置于配重端20b；配置感应块21的配重端20b的质量分布大于安装端20a的质量分布，使得配重端20b在自然状态朝向下侧倾斜并且感应块21与传感器30的位置相对。

进一步地，安装端20a与托架50中心的距离小于或等于晶圆的半径，安装端20a受压后，摆动件20的配重端20b能够绕所述杆件40向上摆动，使得感应块21与传感器30的位置交错，传感器30的检测结果发横变化。

由于晶圆交换装置是在多水的环境下使用，为了保证传感器30运行的可靠性，传感器30通过螺纹连接固定与托架50的内部并在传感器30的外周侧配置O型密封圈，如图5所示，以防止传感器30的信号连接线与水接触而干扰晶圆的在位检测。

同时，本发明还提供了一种晶圆交换装置，其示意图如图6所示，晶圆交换装置包括托架50和杯体60，托架50同心设置于杯体60的内部，其还包括上面所述的弹片式晶圆在位检测装置并配置在托架50上。托架50及杯体60的下部配置气缸或电缸类的竖向驱动装置，以实现晶圆的装载及卸载动作。

托架50沿竖直方向移动时，其上的晶圆W可能因为质量过轻而出现颠簸，即不能保持晶圆始终贴合在托架50的顶面。摆动件20可能沿摆杆40往复摆动，使得传感器30获取的检测信号不稳定，极易出现误报的情况而影响晶圆的正常交互。

为解决上述技术问题，可以在托架50外缘的顶面配置弧形水槽50b，如图1所示，弧形水槽50b与外部水源连通；所述弧形水槽50b内部充水后，托架50的顶面形成吸附晶圆的水膜，以防止晶圆上下移动而影响晶圆的在位检测。

图7是图1实施例中托架50的局部放大图，弧形水槽50b的长度方向上间隔设置有圆形孔50c，以增加水膜与晶圆底面的接触面积，保证水膜对晶圆的吸附力，避免晶圆在托架50移动过程中发生移动而产生在位检测误报。当晶圆需要自托架50的顶面移除时，可以通过给弧形水槽50b动态供给大量的水或减少水的供给，破坏托架50上的水膜的完整性，降低水膜对晶圆的吸附力。

作为图1实施例的一个变体，可以在托架50外缘的顶面配置有波纹管制成的吸盘80，如图8所示，吸盘80沿所述托架50的周向间隔设置并与外部真空源连通，以在吸盘80内部形成真空而吸附晶圆；当需要移除晶圆时，可以破坏吸盘80与晶圆之间形成的真空，进而晶圆可以与托架50分离。可以理解的是，可以在气路上设置了水气分离器实现水气分离，保证吸盘80稳定的吸附作用。

在一些工况下，晶圆的自身重量较轻，仅依靠晶圆自身的重力无法按压使得摆动件20绕杆件40旋转。为解决上述技术问题，弹片式晶圆在位检测装置还配置有辅助支撑管60，如图9及图10所示。辅助支撑管60由柔性软管制成，辅助支撑管60一端连接于摆动件20的感应块21所在端的下侧，辅助支撑管60的另一端充气或排气，以调节辅助支撑管60对摆动件20的上推力，使得晶圆按压后，摆动件20绕杆件40摆动，感应块21与传感器30的相对位置发生改变。

针对重量较轻的晶圆，可以预先放置于托架50上并测试确定摆动件20需要的上推力，进而确定辅助支撑管60内部的流体压力，使得配重端20b受到的上推力及晶圆的重力相互匹配，实现晶圆放置于托架50后，摆动件20上的感应块21能够与传感器30发生错位。

为了方便辅助支撑管60的连接，可以在摆动件20的配重端20b的底面配置微型圆柱，使得辅助支撑管60套接于微型圆柱。

进一步地，弹片式晶圆在位检测装置还包括限位杆70，如图10及图11所示，限位杆70设置于凹槽50a的内侧壁并与摆动件20的感应块21所在端位置相对，使得摆动件20的感应块21所在端在限位杆70的下侧移动。

下面结合图12说明辅助支撑管60的上推力F的确定过程，晶圆交换装置上的托架50上未放置晶圆时，摆动件20在自然状态下倾斜向下放置；由于晶圆自身的重量过小，其产生的向下的压力G不足以按压摆动件20的安装端20a，使得摆动件20上的感应件21不与传感器30相对；为了解决上述问题，需要预先给予摆动件20的配重端20b一个上推力F，使得放置晶圆后，晶圆向下的压力G与上推力F组合，实现感应件21与传感器30分离。即摆动件20由静止状态，摆动至虚线状态，传感器30检测的信号发生变化，实现了晶圆的在位检测。

此外，本发明还公开了一种弹片式晶圆在位检测方法，其使用上面所述的晶圆交换装置，其流程图，如图13所示，包括以下步骤：

S1，设置于托架50上的摆动件20与传感器30的位置相对，所述传感器30获取感应信号，则托架50的顶面未放置晶圆；

S2，若晶圆的自重能够按压摆动件20绕杆件40摆动，传感器获取的感应信号消失，则托架50的顶面放置有晶圆；

S3，若晶圆的自重无法按压摆动件20绕杆件40摆动，则调节辅助支撑管60对摆动件20的上推力，使得晶圆按压后摆动件20绕杆件40摆动，传感器获取的感应信号消失，则托架50的顶面放置有晶圆。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种弹片式晶圆在位检测装置，其特征在于，包括固定座、摆动件和传感器，所述固定座沿晶圆交换装置的托架的周向设置，所述摆动件的一端通过杆件转动连接于所述固定座，摆动件的另一端配置有感应块，所述传感器设置于托架的内部；所述摆动件能够绕所述杆件摆动，使得感应块与传感器的相对位置发生改变，以根据两者的位置变化判定晶圆是否在位。

2.如权利要求1所述的弹片式晶圆在位检测装置，其特征在于，所述固定座及摆动件设置于托架的凹槽中，所述凹槽沿所述托架的周向间隔均匀分布。

3.如权利要求1所述的弹片式晶圆在位检测装置，其特征在于，所述摆动件包括安装端和配重端，所述感应块设置于所述配重端；配置感应块的配重端的质量大于安装端的质量，使得配重端在自然状态朝向下侧倾斜并且所述感应块与所述传感器的位置相对。

4.如权利要求3所述的弹片式晶圆在位检测装置，其特征在于，所述安装端与托架中心的距离小于或等于晶圆的半径，安装端受压后，摆动件的配重端绕所述杆件向上摆动，使得所述感应块与所述传感器的位置交错。

5.如权利要求2所述的弹片式晶圆在位检测装置，其特征在于，还包括由柔性软管制成的辅助支撑管，辅助支撑管一端连接于摆动件的感应块所在端的下侧，辅助支撑管的另一端充气或排气，以调节辅助支撑管对摆动件的上推力，使得晶圆按压后，摆动件绕杆件摆动，感应块与传感器的相对位置发生改变。

6.如权利要求5所述的弹片式晶圆在位检测装置，其特征在于，还包括限位杆，所述限位杆设置于所述凹槽的内侧壁并与摆动件的感应块所在端的位置相对，使得摆动件的感应块所在端在限位杆的下侧移动。

7.一种晶圆交换装置，其特征在于，包括托架和权利要求1至6任一项所述的弹片式晶圆在位检测装置。

8.如权利要求7所述的晶圆交换装置，其特征在于，所述托架的外缘的顶面配置有弧形水槽，所述弧形水槽与外部水源连通；所述弧形水槽内部充水后，托架的顶面形成吸附晶圆的水膜，以防止晶圆上下移动而影响晶圆的在位检测。

9.如权利要求7所述的晶圆交换装置，其特征在于，所述托架的外缘的顶面配置含有波纹管的吸盘，所述吸盘沿所述托架的周向间隔设置并与外部真空源连通，以在吸盘内部形成真空而吸附晶圆。

10.一种弹片式晶圆在位检测方法，其使用权利要求7至9任一项所述的晶圆交换装置，包括以下步骤：

S1，设置于托架上的摆动件与传感器的位置相对，所述传感器获取感应信号，则托架的顶面未放置晶圆；

S2，若晶圆的自重能够按压摆动件绕杆件摆动，传感器获取的感应信号消失，则托架的顶面放置有晶圆；

S3，若晶圆的自重无法按压摆动件绕杆件摆动，则调节辅助支撑管对摆动件的上推力，使得晶圆按压后摆动件绕杆件摆动，传感器获取的感应信号消失，则托架的顶面放置有晶圆。

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