CN115274507A - 晶圆检测装置、检测方法、负载锁定腔室及半导体处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆检测装置、检测方法、负载锁定腔室及半导体处理系统。所述晶圆检测装置应用于负载锁定腔室，包括：线激光传感器、运动机构和控制器；所述线激光传感器，用于向晶圆承载位发射激光线，所述激光线形成的激光平面与所述晶圆承载位所在的平面形成大于零的夹角；所述运动机构，与所述线激光传感器连接，用于驱动所述线激光传感器于所述晶圆承载位所在的平面运动；所述控制器，与所述线激光传感器连接，用于根据所述线激光传感器的测量数据判断所述晶圆承载位中的晶圆是否存在问题。本发明能够检测负载锁定腔室中晶圆承载位上的晶圆是否存在重片、残片、翘曲等问题，且检测准确性高。

Description

晶圆检测装置、检测方法、负载锁定腔室及半导体处理系统

技术领域

本发明涉及半导体设备的负载锁定腔室技术领域，特别涉及一种晶圆检测装置、检测方法、负载锁定腔室及半导体处理系统。

背景技术

如图1所示，一个半导体处理系统包括工艺腔400、传输腔300、负载锁定腔室100、设备前端模块200和晶圆传送盒。所述工艺腔400用于执行如刻蚀、外延、CVD等工艺，若干个工艺腔400连接在传输腔300周围，组成一个密闭真空环境，真空机械手位于传输腔300内传送晶圆。

晶圆传送盒用于存放待处理晶圆W，设备前端模块200内的大气机械手从晶圆传送盒取出晶圆W，三轴联动旋转到合适的位置，将晶圆W送入负载锁定腔室100内，然后，真空机械手旋转并延伸至负载锁定腔室100，取出晶圆W后收缩至传输腔300内，随后旋转到其中一个工艺腔400的方向，在程序的控制下，工艺腔400的阀门打开，真空机械手将晶圆W送入工艺腔400内，真空机械手退出，完成晶圆传输过程。晶圆W进入工艺腔400后，通过一系列工艺之后，晶圆W从工艺腔400返回晶圆传送盒。

如图2所示，现有的负载锁定腔室100的侧壁上设有面向传输腔300和设备前端模块200的阀门G，内部设有一多层的支撑架103，每层为一个承载位，用于承载晶圆W，支撑架103固定在一升降支撑机构105上，升降支撑机构105连接一升降驱动机构107，升降驱动机构107用于驱动升降支撑机构105升降，从而带动支撑架103升降，当每一承载位运动至与所述阀门G相对应的位置处时，传输腔300或设备前端模块200内的机械手将晶圆W放入该承载位或从该承载位取出晶圆W。

由于每个承载位仅能承载一片晶圆，容易产生重片的可能，且机械手拿取时容易划伤晶圆导致残片，且由于晶圆在经过热处理后再进入负载锁定腔室100会导致晶圆翘曲，因此，需要对上述重片、残片、翘曲等问题进行检测，并及时发现。

发明内容

本发明的目的是提供一种晶圆检测装置、检测方法、负载锁定腔室及半导体处理系统，用于检测负载锁定腔室中晶圆承载位中的晶圆是否存在重片、残片、翘曲等问题。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种晶圆检测装置，应用于负载锁定腔室，所述负载锁定腔室包括侧壁及设置于侧壁的透明检测窗，所述晶圆检测装置包括：线激光传感器、运动机构和控制器；

所述线激光传感器，用于向晶圆承载位发射激光线，所述激光线形成的激光平面与所述晶圆承载位所在的平面形成大于零的夹角；

所述运动机构，与所述线激光传感器连接，用于驱动所述线激光传感器于所述晶圆承载位所在的平面运动；

所述控制器，与所述线激光传感器连接，用于根据所述线激光传感器的测量数据判断所述晶圆承载位中的晶圆是否存在问题。

可选的，所述夹角为90°。

可选的，所述晶圆检测装置设置于所述负载锁定腔室外，所述线激光传感器发射的激光线经所述透明检测窗射向所述晶圆承载位。

可选的，所述运动机构包括转动机构，所述转动机构用于驱动所述线激光传感器转动。

可选的，在转动过程中，所述线激光传感器发出的所述激光线形成的激光平面与所述透明检测窗的表面所成角度始终保持垂直。

可选的，所述透明检测窗的表面的形状为弧形。

可选的，所述运动机构包括轨道、驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述线激光传感器沿着所述轨道往复位移。

可选的，在位移过程中，所述线激光传感器发出的所述激光线形成的激光平面与所述透明检测窗的表面所成角度始终保持垂直。

可选的，所述透明检测窗的表面的形状为平面，所述轨道为直线。

可选的，所述透明检测窗的表面的形状为弧形，所述轨道为弧形。

可选的，所述透明检测窗的表面与所述晶圆承载位中的晶圆同心，所述晶圆的轴线位于所述激光线形成的激光平面内。

可选的，所述透明检测窗的材料包括石英。

一种晶圆检测方法，采用如上文任一项所述的晶圆检测装置实现，包括以下步骤：

S1、线激光传感器向晶圆承载位发射激光线；

S2、运动机构带动所述线激光传感器于所述晶圆承载位所在的平面往复转动或位移，且所述线激光传感器实时获取测量数据；

S3、控制器根据所述线激光传感器的测量数据判断所述晶圆承载位中的晶圆是否存在问题。

一种负载锁定腔室，包括：

侧壁；

透明检测窗，所述透明检测窗设置于所述侧壁；

支撑架，所述支撑架设置在侧壁内部，且可升降地承载晶圆，所述支撑架上设有多层用于承载晶圆的晶圆承载位；

如上文任一项所述的晶圆检测装置，所述晶圆检测装置的线激光传感器发射的激光线经所述透明检测窗射向所述晶圆承载位。

一种半导体处理系统，包括：

传输腔；

设备前端模块；

如上文所述的负载锁定腔室，所述负载锁定腔室设置于所述传输腔室和所述设备前端模块之间。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明提供的晶圆检测装置、检测方法、负载锁定腔室及半导体处理系统，由于所述激光线形成的激光平面与所述晶圆承载位所在的平面形成大于零的夹角，因此当所述运动机构驱动所述线激光传感器于所述晶圆承载位所在的平面运动时，所述线激光传感器能够对所述晶圆承载位面向所述晶圆检测装置的位置范围进行扫描，得到各个位置的测量数据，所述控制器可以根据多个位置处的测量数据来判断所述晶圆承载位中的晶圆是否存在问题，从而提高检测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为现有技术中半导体处理系统的结构示意图；

图2为现有技术中负载锁定腔室的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的负载锁定腔室的主视图；

图4为检测重片的示意图；

图5为检测残片的示意图；

图6为本发明提供的负载锁定腔室的第一实施例的俯视图；

图7为本发明提供的负载锁定腔室的第二实施例的俯视图；

图8为本发明提供的负载锁定腔室的第三实施例的俯视图；

图9为图8中线激光传感器和透明检测窗的示意图；

图10为本发明一实施例提供的晶圆检测方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图3示出了包含本发明一实施例提供的晶圆检测装置的一种负载锁定腔室，该负载锁定腔室可以应用于如图1所示的半导体处理系统。

如图3所示，所述负载锁定腔室100包括侧壁101，所述侧壁101上设置有透明检测窗109，所述透明检测窗109的材料可采用透光性好的石英制成，从而可允许激光线穿过，所述侧壁101内部还设有支撑架103，该支撑架103可升降地承载晶圆W，设有多层用于承载晶圆W的晶圆承载位。所述晶圆检测装置500位于所述负载锁定腔室100外，且晶圆检测装置500不与负载锁定腔室100直接连接，例如，不将晶圆检测装置500直接固定在负载锁定腔室100的侧壁101上；线激光传感器501发射的激光线经所述透明检测窗109射向所述晶圆承载位，这样的优势在于：侧壁101的热形变不会影响晶圆检测装置500的检测方向。

如图3所示，所述晶圆检测装置500包括：线激光传感器501、运动机构503和控制器505。所述线激光传感器501用于向晶圆承载位发射激光线，所述激光线形成的激光平面与所述晶圆承载位所在的平面形成大于零的夹角；所述运动机构503与所述线激光传感器501连接，用于驱动所述线激光传感器501于所述晶圆承载位所在的平面运动；所述控制器505与所述线激光传感器501连接，用于根据所述线激光传感器501的测量数据判断所述晶圆承载位中的晶圆W是否存在问题。

可以理解的是，由于所述激光线形成的激光平面与所述晶圆承载位所在的平面形成大于零的夹角，因此当所述运动机构503驱动所述线激光传感器501于所述晶圆承载位所在的平面运动时，所述线激光传感器501能够对所述晶圆承载位面向所述晶圆检测装置500的位置范围进行扫描，得到各个位置的测量数据，所述控制器505可以根据扫描到的各个位置处的测量数据来判断所述晶圆承载位中的晶圆W是否存在问题，从而提高检测的准确性。

具体的，本实施例中，通过对所述晶圆承载位的多个位置进行检测，能够更加准确的判断晶圆承载位上的晶圆W是否存在重片、残片、翘曲等问题。所述控制器505根据所述线激光传感器501的测量数据可以确定所述晶圆承载位中晶圆W的多个位置处的厚度以及是否存在间隙。若所述晶圆W的厚度不变且无间隙，则判定所述晶圆承载位中的晶圆W是正常的。若所述晶圆W的多个位置处的厚度均增大且存在间隙，如图4所示的状态，则判定所述晶圆承载位中的晶圆W存在重片的问题。若所述晶圆W在某一位置处的厚度增大且存在间隙，如图5所示的状态，则判定所述晶圆承载位中的晶圆W存在残片的问题。若所述晶圆W的多个位置处的厚度在依次变化，则判定所述晶圆承载位中的晶圆W存在翘曲的问题。

可选的，所述激光线形成的激光平面与所述晶圆承载位所在的平面形成的夹角为90°，即如图3所示，所述激光线形成的激光平面与所述晶圆承载位所在的平面垂直，由此可减小所述控制器505根据所述线激光传感器501的测量数据确定所述晶圆承载位中晶圆W的多个位置处的厚度以及是否存在间隙的算法的复杂度。

图6为负载锁定腔室的俯视图，示出了所述线激光传感器501和运动机构503的一种结构，所述运动机构503包括转动机构5031，所述转动机构5031用于驱动所述线激光传感器501转动。可选的，所述转动机构5031可驱动所述线激光传感器501在一预设角度范围内往复转动，该角度范围可根据所述透明检测窗109的宽度以及晶圆W的大小进行设置。图6中晶圆W能够被检测到的位置范围如虚线A所示，通过该范围内各个位置处的测量数据来判断所述晶圆承载位中的晶圆W是否存在问题。可选的，为减小所述控制器505根据所述线激光传感器的测量数据确定所述晶圆承载位中晶圆W的多个位置处的厚度以及是否存在间隙的算法的复杂度，在转动过程中，所述线激光传感器501发出的所述激光线形成的激光面与所述透明检测窗109的表面所成角度始终保持垂直，则所述激光线始终垂直入射至所述透明检测窗109，不会在所述透明检测窗109中发生折射。进一步的，所述透明检测窗109的表面的形状为弧形，由此可以保证所述线激光传感器501转动时所述激光线始终垂直入射至所述透明检测窗109。

图7、8示出了所述线激光传感器501和运动机构503的另两种结构，所述运动机构503包括轨道5033、驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述线激光传感器501沿着所述轨道5033往复位移。可选的，为减小所述控制器505根据所述线激光传感器501的测量数据确定所述晶圆承载位中晶圆W的多个位置处的厚度以及是否存在间隙的算法的复杂度，在位移过程中，所述线激光传感器501发出的所述激光线形成的激光平面与所述透明检测窗109的表面所成角度始终保持垂直，则所述激光线始终垂直入射至所述透明检测窗109，不会在所述透明检测窗109中发生折射。

如图7所示，所述透明检测窗109的表面的形状为平面，所述轨道5033为直线，则所述线激光传感器501沿所述轨道5033往复位移时，所述激光线始终垂直入射至所述透明检测窗109，所述轨道5033可以与所述透明检测窗109的表面平行设置。在图7所示的结构中，晶圆W能够被检测到的位置范围与所述透明检测窗109的宽度相同，如虚线B所示。

如图8、图9所示，所述透明检测窗109的表面的形状为弧形，所述轨道也为弧形，则所述线激光传感器109沿所述轨道5033往复位移时，所述激光线始终垂直入射至所述透明检测窗109。进一步的，所述透明检测窗109的表面与所述晶圆承载位中的晶圆W同心，且所述线激光传感器501转动时所述晶圆W的轴线始终位于所述激光线形成的激光平面内，由此可以保证所述线激光传感器501沿轨道5033位移时所述激光线始终垂直入射至所述透明检测窗109。在图8所示的结构中，线激光传感器501越靠近透明检测窗109时，晶圆W能够被检测到的位置范围越大，如虚线C所示。

如图9所示，线激光传感器501的光线始终垂直入射至所述透明检测窗109，保证了算法的简单和准确性。

基于同一发明构思，本发明还提供一种晶圆检测方法，采用上述的晶圆检测装置实现，如图10所示，包括以下步骤：

S1、线激光传感器向晶圆承载位发射激光线；

S2、运动机构带动所述线激光传感器于所述晶圆承载位所在的平面往复转动或位移，且所述线激光传感器实时获取测量数据；

S3、控制器根据所述线激光传感器的测量数据判断所述晶圆承载位中的晶圆是否存在问题。

具体的，在所述线激光传感器往复转动或位移的过程中，所述线激光传感器实时获取所述晶圆承载位的多个位置处的测量数据，由此，所述控制器根据多个位置处的测量数据计算得到所述晶圆承载位中晶圆的多个位置处的厚度以及是否存在间隙，若所述晶圆的厚度不变且无间隙，则判定所述晶圆承载位中的晶圆正常，若所述晶圆的多个位置处的厚度均增大且存在间隙，则判定所述晶圆承载位中的晶圆存在重片的问题，若所述晶圆在某一位置处的厚度增大且存在间隙，则判定所述晶圆承载位中的晶圆存在残片的问题，若所述晶圆的多个位置处的厚度在依次变化，则判定所述晶圆承载位中的晶圆存在翘曲的问题。

本发明提供的晶圆检测方法，通过运动机构带动所述线激光传感器于所述晶圆承载位所在的平面往复转动或位移，所述线激光传感器获得晶圆承载位多个不同位置的测量数据，进而计算得到该晶圆承载位中晶圆的多个位置处的厚度以及是否存在间隙，用于判断晶圆是否存在重片、残片、翘曲等问题，提高了检测的准确性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (15)

1.一种晶圆检测装置，应用于负载锁定腔室，所述负载锁定腔室包括侧壁及设置于侧壁的透明检测窗，其特征在于，所述晶圆检测装置包括：线激光传感器、运动机构和控制器；

所述线激光传感器，用于向晶圆承载位发射激光线，所述激光线形成的激光平面与所述晶圆承载位所在的平面形成大于零的夹角；

所述运动机构，与所述线激光传感器连接，用于驱动所述线激光传感器于所述晶圆承载位所在的平面运动；

所述控制器，与所述线激光传感器连接，用于根据所述线激光传感器的测量数据判断所述晶圆承载位中的晶圆是否存在问题。

2.如权利要求1所述的晶圆检测装置，其特征在于，所述夹角为90°。

3.如权利要求1所述的晶圆检测装置，其特征在于，所述晶圆检测装置设置于所述负载锁定腔室外，所述线激光传感器发射的激光线经所述透明检测窗射向所述晶圆承载位。

4.如权利要求3所述的晶圆检测装置，其特征在于，所述运动机构包括转动机构，所述转动机构用于驱动所述线激光传感器转动。

5.如权利要求4所述的晶圆检测装置，其特征在于，在转动过程中，所述线激光传感器发出的所述激光线形成的激光平面与所述透明检测窗的表面所成角度始终保持垂直。

6.如权利要求5所述的晶圆检测装置，其特征在于，所述透明检测窗的表面的形状为弧形。

7.如权利要求3所述的晶圆检测装置，其特征在于，所述运动机构包括轨道、驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述线激光传感器沿着所述轨道往复位移。

8.如权利要求7所述的晶圆检测装置，其特征在于，在位移过程中，所述线激光传感器发出的所述激光线形成的激光平面与所述透明检测窗的表面所成角度始终保持垂直。

9.如权利要求8所述的晶圆检测装置，其特征在于，所述透明检测窗的表面的形状为平面，所述轨道为直线。

10.如权利要求8所述的晶圆检测装置，其特征在于，所述透明检测窗的表面的形状为弧形，所述轨道为弧形。

11.如权利要求10所述的晶圆检测装置，其特征在于，所述透明检测窗的表面与所述晶圆承载位中的晶圆同心，所述晶圆的轴线位于所述激光线形成的激光平面内。

12.如权利要求1～11任意一项所述的晶圆检测装置，其特征在于，所述透明检测窗的材料包括石英。

13.一种晶圆检测方法，其特征在于，采用如权利要求1～12任一项所述的晶圆检测装置实现，包括以下步骤：

S1、线激光传感器向晶圆承载位发射激光线；

S2、运动机构带动所述线激光传感器于所述晶圆承载位所在的平面往复转动或位移，且所述线激光传感器实时获取测量数据；

S3、控制器根据所述线激光传感器的测量数据判断所述晶圆承载位中的晶圆是否存在问题。

14.一种负载锁定腔室，其特征在于，包括：

侧壁；

透明检测窗，所述透明检测窗设置于所述侧壁；

支撑架，所述支撑架设置在侧壁内部，且可升降地承载晶圆，所述支撑架上设有多层用于承载晶圆的晶圆承载位；

如权利要求1～12任一项所述的晶圆检测装置，所述晶圆检测装置的线激光传感器发射的激光线经所述透明检测窗射向所述晶圆承载位。

15.一种半导体处理系统，其特征在于，包括：

传输腔；

设备前端模块；

如权利要求14所述的负载锁定腔室，所述负载锁定腔室设置于所述传输腔室和所述设备前端模块之间。

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