CN208806227U - 晶圆位置检测装置以及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种晶圆位置检测装置以及半导体加工设备，所述晶圆位置检测装置包括：一腔体，所述腔体中设有一用于承载晶圆的承载盘，所述承载盘的上表面边缘上设有多个缝隙，且所有的所述缝隙具有相同的长度和宽度，每个所述缝隙的部分长度能被所述晶圆覆盖；多个第一气管，所述第一气管与所述缝隙一一对应设置，且每个所述第一气管上设有一个压力计；以及，一第二气管和一泵，所述第二气管的一端与每个所述第一气管的另一端相连通，所述第二气管的另一端与所述泵相连通。本实用新型的技术方案能够在生产之前准确地检测晶圆在承载盘上的偏移情况，以防止晶圆在生产过程中出现异常，进而避免了晶圆的返工或报废。

Description

晶圆位置检测装置以及半导体加工设备

技术领域

本实用新型涉及半导体制造领域，特别涉及一种晶圆位置检测装置以及半导体加工设备。

背景技术

在半导体芯片的加工制造过程中，当机械臂将晶圆运输到加工设备上的腔体中的承载盘上时，可能会出现某些原因导致的晶圆在承载盘上的位置相对于预先设定的位置而发生偏移的情况，而导致晶圆的位置发生偏移的原因一般包括：

1、机械臂将晶圆运输到腔体中后，若机械臂本身因长期重复生产而发生倾斜，即会导致机械臂将晶圆放置在承载盘上时的位置发生偏移，进而导致晶圆的位置发生偏移；

2、承载盘的上表面存在多个销钉(pin)，当晶圆未放置在承载盘上的时候，销钉处于升起状态，销钉的顶表面高于承载盘的顶表面，当晶圆被放置在承载盘上时，晶圆会先被放置在多个销钉上，然后销钉向下移动，直至晶圆被放置在承载盘的顶表面上，此时销钉的顶表面不超出承载盘的顶表面。而此过程中，若多个销钉中的一个或几个的高度相比其它销钉的高度偏高或偏低，则会导致晶圆发生倾斜，进而使得晶圆在被放置到承载盘的顶表面上时发生位置偏移；另外，若销钉在向下移动的过程中速度过快或者速度不均匀，即会导致晶圆在销钉上发生移动，进而导致晶圆在被放置到承载盘的顶表面上时发生位置偏移。

以上原因导致晶圆在承载盘上的位置发生偏移之后，若没有被及时检测到并进行异常处理，那么后续在晶圆表面成膜的制程中可能会出现晶圆表面的膜厚、膜的均匀性等参数出现异常，导致晶圆的返工或报废，进而使得生产成本升高。因此，如何在生产之前准确地检测出晶圆在承载盘上的位置是否发生偏移成为亟须解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种晶圆位置检测装置以及半导体加工设备，能够在生产之前准确地检测晶圆在承载盘上的偏移情况。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种晶圆位置检测装置，包括：

一腔体，所述腔体中设有一用于承载晶圆的承载盘，所述承载盘的上表面边缘上设有多个缝隙，且所有的所述缝隙具有相同的长度和宽度，每个所述缝隙的部分长度能被所述晶圆覆盖；

多个第一气管，所述第一气管与所述缝隙一一对应设置，每个所述第一气管的一端穿过所述腔体和所述承载盘并与对应的所述缝隙连通，且每个所述第一气管上设有一个压力计；以及，

一第二气管和一泵，所述第二气管的一端与每个所述第一气管的另一端相连通，所述第二气管的另一端与所述泵相连通。

可选的，所述承载盘为圆形或方形的平台，或者，具有圆形或方形的凹槽结构的台体。

可选的，所述缝隙均匀地分布于所述承载盘的上表面边缘上，且所述缝隙的长度方向为从所述承载盘的上表面的外沿向所述承载盘的中心延伸的方向。

可选的，所述缝隙的长度为0.3cm～2.0cm，所述缝隙的宽度为0.2mm～1.5mm。

可选的，各个所述第一气管垂直穿过所述腔体和所述承载盘。

可选的，所述第二气管上设置有真空阀。

可选的，所述晶圆位置检测装置还包括：第三气管，所述第三气管的一端与所述第二气管或所述泵相连通，所述第三气管的另一端与所述腔体相连通。

可选的，所述第三气管上设置有旁通阀。

本实用新型还提供一种半导体加工设备，包括：加工机台以及本实用新型提供的所述晶圆位置检测装置，所述加工机台上设置有机械臂、缓冲区和分析装置，所述机械臂位于所述缓冲区中，所述分析装置与所述机械臂和所述晶圆位置检测装置电连接。

可选的，所述加工机台包括化学气相沉积机台、物理气相沉积机台或干法刻蚀机台。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下效果：

1、本实用新型提供的晶圆位置检测装置，通过在承载盘的上表面边缘上设置多个缝隙，且采用压力计对晶圆放置在承载盘上之前和之后的每个缝隙对应的压力值进行量测，以获得每个缝隙对应的压力值的差值，并根据缝隙的压力值的差值的比值判定晶圆的偏移情况，以防止晶圆在生产过程中出现异常，进而避免了晶圆的返工或报废。

2、本实用新型提供的半导体加工设备，由于采用本实用新型的晶圆位置检测装置将测得的压力值传输给分析装置，使得分析装置进行计算分析后对晶圆的偏移情况进行判定，且在晶圆偏移并超出规格时，分析装置通过控制所述晶圆位置检测装置和机械臂对晶圆的位置进行校正，以防止晶圆在生产过程中出现异常，进而避免了晶圆的返工或报废。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的晶圆位置检测装置的剖面示意图；

图2是图1所示的晶圆位置检测装置中的承载盘的俯视示意图。

其中，附图1～2的附图标记说明如下：

10-晶圆；11-腔体；12-承载盘；13-缝隙；14-第一气管；15-第二气管；16-泵；17-压力计；18-真空阀；19-第三气管；20-旁通阀；21-V槽。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～2对本实用新型提出的晶圆位置检测装置以及半导体加工设备作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本实用新型一实施例提供一种晶圆位置检测装置，参阅图1，图1是本实用新型一实施例的晶圆位置检测装置的剖面示意图，从图1中可看出，所述晶圆位置检测装置包括一腔体11、多个第一气管14、一第二气管15和一泵16，其中，所述腔体11中设有一用于承载晶圆10的承载盘12，所述承载盘12的上表面边缘上设有多个缝隙13，且所有的所述缝隙13具有相同的长度和宽度，每个所述缝隙13的部分长度能被所述晶圆10覆盖；所述第一气管14与所述缝隙13一一对应设置，每个所述第一气管14的一端穿过所述腔体11和所述承载盘12并与对应的所述缝隙13连通，且每个所述第一气管14上设有一个压力计17；以及，所述第二气管15的一端与每个所述第一气管14的另一端相连通，所述第二气管15的另一端与所述泵16相连通。

下面参阅图1和图2对所述晶圆位置检测装置进行详细说明：

所述腔体11中设有一用于承载晶圆10的承载盘12，所述承载盘12的上表面边缘上设有多个缝隙13，且所有的所述缝隙13具有相同的长度和宽度，每个所述缝隙13的部分长度能被所述晶圆10覆盖。所述缝隙13具有相同的长度和宽度，使得每个所述缝隙13的面积相同。根据压力等于压强乘面积的原理，当所述晶圆10未被放置在所述承载盘12上时，由于每个所述缝隙13的面积相同，使得每个所述缝隙13对应的压力值相等，这样可以为后续所述晶圆10被放置在所述承载盘12上之后，每个所述缝隙13对应的压力值的变化提供计算基准，根据所述晶圆10的偏移导致的暴露在所述腔体11中的所述缝隙13的面积的不同，以计算判定所述晶圆10的偏移情况。所述缝隙13的长度为0.3cm～2.0cm(例如为0.5cm、1.0cm、1.5cm等)，所述缝隙13的宽度为0.2mm～1.5mm(例如为0.5mm、1.0mm、1.2mm等)，所述缝隙13的长度和宽度需足够大，即所述缝隙13的面积需足够大，以使得所述晶圆10发生偏移时产生的面积变化而导致的压力值的变化足够大，进而使得变化的压力值能够被所述压力计17检测到，以判定所述晶圆10的偏移情况。通常情况下，所述承载盘12的厚度相对较薄，所述缝隙13的底表面高度差、顶表面高度差以及所述缝隙13之间的高度差对所述缝隙13之间的压强影响不大，因此，在本实用新型的一实施例中，根据所述承载盘12的表面空间以及内部空间来设置的所有所述缝隙13之间，可以是深度不等、底表面不齐平或顶表面不齐平的。当然，在本实用新型的其他实施例中，每个所述缝隙13位于所述腔体11中的所述承载盘12上的同一水平面上，即所有所述缝隙13的顶部齐平、底部也齐平，在所述承载盘12的厚度方向上的延伸深度也相同，由此使得每个所述缝隙13处的压强相同，以满足更高精度的所述晶圆10的位置要求。

所述承载盘12可以为圆形或方形的平台，或者，具有圆形或方形的凹槽结构的台体。优选地，所述缝隙13均匀地分布于所述承载盘12的上表面边缘上，且所述缝隙13的长度方向为从所述承载盘12的上表面的外沿向所述承载盘12的中心延伸的方向，以使得后续对每个所述缝隙13对应的压力值的量测更加精准，进而使得对所述晶圆10的偏移情况的判定更加准确。另外，在本实用新型的其他实施例中，所述缝隙13也可以非均匀地分布于所述承载盘12的上表面边缘上，相比所述缝隙13均匀地分布于所述承载盘12的上表面边缘上的情况，可能会使得对所述晶圆10的偏移情况的判定准确度降低，但是，可以通过增大所述腔体11中的压强或者增大所述缝隙13的长度或宽度的方法进行改善；所述缝隙13的长度方向也可以不从所述承载盘12的上表面的外沿向所述承载盘12的中心延伸，但是，需要准确地量测获得所述缝隙13的长度方向偏离所述承载盘12的外沿向所述承载盘12的中心方向的角度值，以便计算所述晶圆10的偏移情况。此外，所述承载盘12的上表面还存在多个销钉(pin)，这些销钉用于辅助所述承载盘12与其他装置(例如抓取晶圆的机械臂)之间交接所述晶圆10。

而且，所述晶圆位置检测装置中的所述第一气管14与所述缝隙13一一对应设置，每个所述第一气管14的一端穿过所述腔体11和所述承载盘12并与对应的所述缝隙13连通，优选地，各个所述第一气管14垂直穿过所述腔体11和所述承载盘12；且每个所述第一气管14上设有一个压力计17，优选地，每个所述压力计17的高度相同，以排除高度对所述压力计17测得的压力值的干扰。同时，所述第二气管15的一端与每个所述第一气管14的另一端相连通，所述第二气管15的另一端与所述泵16相连通；所述第二气管15上设置有真空阀18。

采用以上所述晶圆位置检测装置对所述晶圆10的偏移情况进行检测的过程包括(以所述缝隙13的数量为4个为例)：首先，在所述晶圆10未被放置在所述承载盘12上之前，所述压力计17分别量测获得每个所述缝隙13对应的压力值F11、F21、F31和F41；然后，将所述晶圆10放置在所述承载盘12上，此时，每个所述缝隙13的部分长度被所述晶圆10覆盖；然后，向所述腔体11中通入惰性气体(氩气或氦气等)，以调整所述腔体11内的压强值，使得所述腔体11内的压强值控制在0.2Torr～5Torr(例如为0.5Torr、1Torr、4Torr等)，以便于所述压力计17能够准确地量测每个所述缝隙13对应的压力值，同时，所述压力计17量测获得每个所述缝隙13对应的压力值F12、F22、F32和F42；最后，计算每个所述缝隙13对应的两次量测的压力值的差值(ΔF1＝F12-F11，ΔF2＝F22-F21，ΔF3＝F32-F31，ΔF4＝F42-F41)，进而获得4个所述缝隙13的压力值的差值的比值ΔF1:ΔF2:ΔF3:ΔF4，根据比值判定所述晶圆10的偏移情况。理想状态下，当4个所述缝隙13的压力值的差值的比值ΔF1:ΔF2:ΔF3:ΔF4＝1:1:1:1时，所述晶圆10未发生偏移；当4个所述缝隙13的压力值的差值的比值中有1个数据出现明显异常，而其他3个所述缝隙13的压力值的差值的比值仍是1:1:1时，例如为1:1:1:1.3，所述晶圆10也未发生偏移，异常的数据可能是由于某一所述缝隙13上方刚好是所述晶圆10上的V槽21(如图2所示)，所述V槽21使得比值异常的位置的所述缝隙13暴露在所述腔体11中的面积增大，进而使得所述压力计17测得的压力值偏大，导致此处的压力值的差值的比值出现异常；当所述缝隙13的压力值的差值的比值中某2个比值偏小，但未超出规格，例如为1:1:0.9:0.95，此时生产可以继续进行；而当4个所述缝隙13的压力值的差值的比值中有2个或3个比值明显异常，已经超出规格，例如为1:1:0.3:0.7，则判定所述晶圆10发生明显偏移，且超出规格，需进行后续的异常处理。通过采用所述晶圆位置检测装置在生产之前对所述晶圆10的偏移情况进行检测判定，可以防止所述晶圆10在生产过程中出现异常，进而避免了所述晶圆10的返工或报废。

另外，当所述缝隙13的数量为2个时，需使2个所述缝隙13的连线不在同一直线上，因为此时仅能判定所述晶圆10在2个所述缝隙13的连线方向上的偏移情况，无法判定所述晶圆10向2个所述缝隙13的连线的垂直方向是否发生偏移；而且，在所述晶圆10放置在所述承载盘12上时，若所述晶圆10上的V槽21刚好位于其中1个所述缝隙13处，那么此时可能会判定所述晶圆10的位置发生偏移，使得所述晶圆10的位置需要经过多次调整，并对所述晶圆10进行旋转以避开所述V槽21，此过程需要耗费较多时间，且旋转所述晶圆10需要其它结构一起配合。当所述缝隙13的数量为3个时，若其中2个所述缝隙13的连线在同一直线上，且若所述晶圆10上的V槽21刚好位于另外1个所述缝隙13处，那么也会出现以上所述缝隙13的数量为2个时的情况。因此，针对所述缝隙13的数量为2个和3个的情况，需要所述缝隙13和制程工艺满足一定的条件才能检测出所述晶圆10的偏移情况。那么，为了使得对所述晶圆10的偏移情况的检测更加快速、准确，优选地，所述缝隙13的数量至少为4个。

在上述对所述晶圆10的偏移情况进行检测的过程中，所述真空阀18处于打开状态，所述泵16通过所述第二气管15、所述第一气管14和所述缝隙13抽取所述腔体11中的惰性气体，通过调整向所述腔体11中通入的惰性气体的量和所述泵16抽取的所述腔体11中的惰性气体的量，以调整所述腔体11中的压强，进而使得所述压力计17能够准确地量测每个所述缝隙13对应的压力值，最终能够准确判定所述晶圆10的偏移情况。而且，确定所述晶圆10没有偏移之后可以停止通入惰性气体，开始通入正常生产所需的工艺气体，进行后续工艺制程。

另外，所述晶圆位置检测装置还可包括：第三气管19，所述第三气管19的一端与所述第二气管15或所述泵16相连通，所述第三气管19的另一端与所述腔体11相连通，所述第三气管19上设置有旁通阀20。利用所述第三气管19、所述旁通阀20和所述泵16，可以对所述缝隙13中沉积的颗粒进行清除，以保证所述缝隙13与所述第一气管14和所述腔体11处于连通状态。具体过程为：在未生产的状态下，打开所述旁通阀20，向所述腔体11中通入氟化氮(NF₃)电离之后形成的氟离子，氟离子与所述腔体11内和所述缝隙13内的沉积颗粒(二氧化硅、氮化硅等)发生反应，生成为气体。当所述第三气管19的一端与所述第二气管15相连通时，所述泵16通过所述第三气管19和所述第二气管15将生成的气体抽出；当所述第三气管19的一端与所述泵16相连通时，所述泵16通过所述第三气管19将生成的气体抽出，以将所述腔体11内和所述缝隙13内的沉积颗粒去除。另外，此过程中，所述真空阀18也可以处于打开状态，部分气体也可以从所述第一气管14和所述第二气管15抽出。

综上所述，本实用新型提供的晶圆位置检测装置，包括：一腔体，所述腔体中设有一用于承载晶圆的承载盘，所述承载盘的上表面边缘上设有多个缝隙，且所有的所述缝隙具有相同的长度和宽度，每个所述缝隙的部分长度能被所述晶圆覆盖；多个第一气管，所述第一气管与所述缝隙一一对应设置，每个所述第一气管的一端穿过所述腔体和所述承载盘并与对应的所述缝隙连通，且每个所述第一气管上设有一个压力计；以及，一第二气管和一泵，所述第二气管的一端与每个所述第一气管的另一端相连通，所述第二气管的另一端与所述泵相连通。本实用新型提供的晶圆位置检测装置能够在生产之前准确地检测晶圆在承载盘上的偏移情况，以防止晶圆在生产过程中出现异常，进而避免了晶圆的返工或报废。

在晶圆加工的过程中(即生产过程中)，随着机台运转时间的延长，晶圆的位置也可能出现一些偏移，这些偏移也可以通过本实用新型的晶圆位置检测装置实时监测，具体的晶圆位置检测原理与上述内容类似，在此不再赘述，此时，所述第一气管、第二气管和第三气管中的气体可以包括反应气体、残余气体、对晶圆加工起辅助作用的气体或者对晶圆加工无作用的气体。

本实用新型一实施例提供一种半导体加工设备，所述半导体加工设备包括：加工机台以及所述晶圆位置检测装置，所述加工机台上设置有机械臂、缓冲区和分析装置，所述机械臂位于所述缓冲区中，所述分析装置与所述机械臂和所述晶圆位置检测装置电连接。所述加工机台可以包括化学气相沉积机台、物理气相沉积机台或干法刻蚀机台。所述晶圆位置检测装置中的承载盘的上表面存在多个销钉(pin)，当晶圆未放置在所述承载盘上的时候，销钉处于升起状态，销钉的顶表面高于所述承载盘的顶表面，所述机械臂将所述晶圆运输到所述晶圆位置检测装置中的腔体中后，先将所述晶圆放置在这些销钉上，然后销钉向下移动，直至所述晶圆被放置在所述承载盘的顶表面上，此时销钉的顶表面不超出所述承载盘的顶表面。在生产之前，所述晶圆位置检测装置将所述晶圆放置在所述承载盘上之前和之后测得的每个所述缝隙对应的压力值传输给所述分析装置，若所述分析装置进行计算分析之后判定所述晶圆未发生偏移或偏移程度在规格内，则开始正常的生产；若所述分析装置进行计算分析之后判定所述晶圆发生了偏移且超出规格，则所述分析装置控制所述机械臂将所述晶圆运输到所述缓冲区中，所述分析装置根据所述缝隙对应的压力值的差值的比值计算，以获得所述晶圆的偏移量和偏移方向，所述分析装置通过所述机械臂将所述晶圆的位置进行校正之后，所述机械臂重新将所述晶圆运输放置在所述承载盘上，所述晶圆位置检测装置再次检测所述晶圆的偏移情况，判定合格之后即开始正常的生产。另外，若再次检测所述晶圆仍偏移超出规格，则所述加工机台可以报警或停机，等待工艺负责人员进行异常处理。本实用新型提供的所述半导体加工设备能够对晶圆的偏移情况进行检测判定，且在晶圆偏移并超出规格时，能够对晶圆的位置进行校正，以防止晶圆在生产过程中出现异常，进而避免了晶圆的返工或报废。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆位置检测装置，其特征在于，包括：

一腔体，所述腔体中设有一用于承载晶圆的承载盘，所述承载盘的上表面边缘上设有多个缝隙，且所有的所述缝隙具有相同的长度和宽度，每个所述缝隙的部分长度能被所述晶圆覆盖；

多个第一气管，所述第一气管与所述缝隙一一对应设置，每个所述第一气管的一端穿过所述腔体和所述承载盘并与对应的所述缝隙连通，且每个所述第一气管上设有一个压力计；以及，

一第二气管和一泵，所述第二气管的一端与每个所述第一气管的另一端相连通，所述第二气管的另一端与所述泵相连通。

2.如权利要求1所述的晶圆位置检测装置，其特征在于，所述承载盘为圆形或方形的平台，或者，具有圆形或方形的凹槽结构的台体。

3.如权利要求1所述的晶圆位置检测装置，其特征在于，所述缝隙均匀地分布于所述承载盘的上表面边缘上，且所述缝隙的长度方向为从所述承载盘的上表面的外沿向所述承载盘的中心延伸的方向。

4.如权利要求3所述的晶圆位置检测装置，其特征在于，所述缝隙的长度为0.3cm～2.0cm，所述缝隙的宽度为0.2mm～1.5mm。

5.如权利要求1所述的晶圆位置检测装置，其特征在于，各个所述第一气管垂直穿过所述腔体和所述承载盘。

6.如权利要求1所述的晶圆位置检测装置，其特征在于，所述第二气管上设置有真空阀。

7.如权利要求1所述的晶圆位置检测装置，其特征在于，还包括：第三气管，所述第三气管的一端与所述第二气管或所述泵相连通，所述第三气管的另一端与所述腔体相连通。

8.如权利要求7所述的晶圆位置检测装置，其特征在于，所述第三气管上设置有旁通阀。

9.一种半导体加工设备，其特征在于，包括：加工机台以及权利要求1至8中任一项所述的晶圆位置检测装置，所述加工机台上设置有机械臂、缓冲区和分析装置，所述机械臂位于所述缓冲区中，所述分析装置与所述机械臂和所述晶圆位置检测装置电连接。

10.如权利要求9所述的半导体加工设备，其特征在于，所述加工机台包括化学气相沉积机台、物理气相沉积机台或干法刻蚀机台。