CN211017008U - 晶边检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种晶边检测系统；包括：光组元件，位于工艺腔室内，且位于工艺腔室内用于吸附晶圆的晶圆卡盘一侧；扫描电子显微镜，位于工艺腔室内，且位于晶圆卡盘一侧，用于获取工艺处理前晶圆的第一边缘图形及工艺处理后晶圆的第二边缘图形；数据处理系统，用于量测基于第二边缘图形及第一边缘图形得到所述晶圆的边缘处理区域的宽度、对边缘处理区域内的缺陷进行标定及判断晶圆的中心是否偏离晶圆卡盘的中心，并在晶圆的中心偏离晶圆卡盘的中心时向工艺腔室的控制系统发送矫正指令。本实用新型可以对晶圆进行边缘工艺处理后进行实时监测，及时发现边缘处理区域的异常及晶圆的中心是否偏离晶圆卡盘的中心，节省量测成本并提高制程良率。

Description

晶边检测系统

技术领域

本申请涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种晶边检测系统。

背景技术

半导体生产工艺中，可以发现晶圆边缘容易产生接触印记(chuck mark)、边缘缺陷(edge particle)、刻蚀(etch)及化学机械抛光(CMP)工艺产生的金属残留及金属污染物(metal contamination)，并在晶圆的边缘堆积成一圈，容易出现剥落缺陷。为了避免晶圆边缘的剥落、金属污染物及边缘缺陷等对产品良率产生不良影响，常规的方式为通过晶边清洗(即洗边)的方式将剥落源头去除，具体为通过喷嘴将洗边溶液喷洒到晶圆边缘的洗边区域内，以溶解去除残留的光刻胶、缺陷及金属污染物等。根据工艺的要求，需要对洗边的宽度进行设定，而实际生产中由于晶圆在洗边机台上偏离中心位置，会导致实际的洗边效果与设定不符，对产品的良率及性能会造成不良影响。目前，对于洗边效果的检测方法为在洗边工艺结束后将洗边后的晶圆送至量测部门使用特有的仪器获取晶圆的边缘区域图形，并对晶圆的边缘区域图形中的洗边区域直接进行量测以检测洗边效果；而这种方法存在如下缺点：测量仪器昂贵，维护操作周期长、成本大，不能对洗边效果进行实施监控，无法及时发现洗边工艺存在的缺陷，无法将图像数据完整保存等。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有技术中的上述问题提供一种晶边检测系统。

为了实现上述目的，一方面，本实用新型提供了一种晶边检测系统，包括：

光组元件，位于工艺腔室内，且位于所述工艺腔室内用于吸附晶圆的晶圆卡盘一侧，用于向所述晶圆的表面提供光线；

扫描电子显微镜，位于所述工艺腔室内，且位于所述晶圆卡盘一侧，用于获取工艺处理前所述晶圆的第一边缘图形及工艺处理后所述晶圆的第二边缘图形；

数据处理系统，用于量测基于所述第二边缘图形及所述第一边缘图形得到所述晶圆的边缘处理区域的宽度、对所述边缘处理区域内的缺陷进行标定及判断所述晶圆的中心是否偏离所述晶圆卡盘的中心，并在所述晶圆的中心偏离所述晶圆卡盘的中心时向所述工艺腔室的控制系统发送矫正指令。

上述晶边检测系统由于设置在工艺腔室内，可以对晶圆进行边缘工艺处理后进行实时监测，及时发现边缘处理区域内的异常及晶圆的中心是否偏离晶圆卡盘的中心，并在晶圆的中心偏离晶圆卡盘的中心时及时反馈至处理机台进行矫正调整，节省量测成本并提高制程良率；晶边检测系统可以在机械手臂从工艺腔室内抓取晶圆前进行检测，无需额外的等待时间；晶边检测系统获取的边缘图形及时上传数据处理系统，可以将边缘图形完整保存；晶边检测系统结构简单，成本较低。

在其中一个实施例中，所述晶圆检测系统包括两组所述光组元件及两组所述扫描电子显微镜，其中一组所述光组元件及一组所述扫描电子显微镜位于所述晶圆的上方，另一组所述光组元件及另一组所述扫描电子显微镜位于所述晶圆的下方。

在其中一个实施例中，两组所述光组元件及两组所述扫描电子显微镜位于所述晶圆卡盘的同一侧。

在其中一个实施例中，所述光组元件包括明场光源及暗场光源。

在其中一个实施例中，所述明场光源包括明场LED光源。

在其中一个实施例中，所述暗场光源包括暗场LED光源。

在其中一个实施例中，所述扫描电子显微镜获取的所述第一边缘图形包括第一明场边缘图形，所述扫描电子显微镜获取的所述第二边缘图形包括第二明场边缘图形及暗场边缘图形。

在其中一个实施例中，所述数据处理系统包括：

宽度量测装置，用于量测基于所述第二明场边缘图形及所述第一明场边缘图形得到所述边缘处理区域的宽度；

缺陷检测装置，用于基于所述暗场边缘图形对所述边缘处理区域内的缺陷进行标定；

中心判断装置，用于基于所述第二明场边缘图形拟合出所述边缘处理区域的边缘处理区域图形，并基于所述边缘处理区域图形及目标边缘处理区域图形判断所述晶圆的中心是否偏离所述晶圆卡盘的中心；

反馈装置，用于在所述晶圆的中心偏离所述晶圆卡盘的中心时向所述腔室的所述控制系统发送所述矫正指令。

在其中一个实施例中，所述中心判断装置包括：

拟合装置，用于基于所述第二明场边缘图形拟合出所述边缘处理区域的边缘处理区域图形；

设定装置，用于设定所述目标处理区域图形；

判断装置，用于将所述边缘处理区域图形与目标边缘处理区域图形叠加后判断所述晶圆的中心是否偏离所述晶圆卡盘的中心。

在其中一个实施例中，所述宽度量测装置基于所述第二明场边缘图形及所述第一明场边缘图形于所述边缘处理区域内选取多个量测点进行量测，以得到多个宽度值；多个所述量测点沿所述晶圆的周向均匀间隔排布；所述中心判断装置基于多个所述量测点的位置及其宽度值拟合出所述边缘处理区域图形。

附图说明

图1显示为本实用新型一个实施例中晶边检测系统的结构示意图；

图2显示为本实用新型一个实施例中晶边检测系统中的光组元件的结构框图；

图3显示为本实用新型一个实施例中晶边检测系统中的数据处理系统的框图；

图4显示为本实用新型一个实施例中晶边检测系统中的数据处理系统中的中心判定装置的框图；

图5为将晶圆置于工艺腔室后晶圆的俯视图；

图6为对晶圆进行工艺处理前获取晶圆的第一边缘图形的示意图；

图7为获取的第一边缘图形的扫描电镜图；

图8为对晶圆进行工艺处理的示意图；

图9为对晶圆进行工艺处理后晶圆的俯视图；

图10为获取的第二边缘图形的扫描电镜图；

图11为目标边缘处理区域图形的示意图；

图12为拟合得到的边缘处理区域图形的示意图；

图13为将边缘处理区域图形与目标边缘处理区域图形叠加后的示意图；

图14为获取的暗场边缘图形的扫描电镜图；

图15为本实用新型一个实施例中晶边检测方法的流程图。

附图标记说明：10-光组元件，101-明场光源，102-暗场光源，11-扫描电子显微镜，12-数据处理系统，121-宽度量测装置，122-缺陷检测装置，123-中心判断装置，1231-拟合装置，1232-设定装置，1233-判断装置，124-反馈装置，20-工艺腔室，21-晶圆卡盘，22-晶圆，221-边缘区域，222-边缘处理区域，223-制程区域，224-晶圆正面，225-晶圆背面，226-晶边，23-喷嘴，24-洗边溶液，25-目标边缘处理区域图形，26-边缘处理区域图形，27-缺陷。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在一个实施例中，如图1所示，本实用新型一种晶边检测系统，包括：光组元件10，光组元件10位于工艺腔室20内，且位于工艺腔室20内用于吸附晶圆22的晶圆卡盘21一侧，用于向晶圆22的表面提供光线；扫描电子显微镜11，扫描电子显微镜11位于工艺腔室20内，且位于晶圆卡盘21一侧，用于获取工艺处理前晶圆22的第一边缘图形及工艺处理后晶圆的第二边缘图形；数据处理系统12，数据处理系统12用于量测基于第二边缘图形及第一边缘图形得到晶圆22的边缘处理区域的宽度、对边缘处理区域内的缺陷进行标定及判断晶圆22的中心是否偏离晶圆卡盘21的中心，并在晶圆22的中心偏离晶圆卡盘21的中心时向工艺腔室20的控制系统(未示出)发送矫正指令。

上述晶边检测系统由于设置在工艺腔室20内，可以对晶圆22进行边缘处理进行实时监测，及时发现边缘处理区域内的异常及晶圆22的中心是否偏离晶圆卡盘21的中心，并在晶圆22的中心偏离晶圆卡盘21的中心时及时反馈至处理机台进行矫正调整，节省量测成本并提高制程良率；晶边检测系统可以在机械手臂从工艺腔室内抓取晶圆22前进行检测，无需额外的等待时间；晶边检测系统获取的边缘图形及时上传数据处理系统，可以将边缘图形完整保存；晶边检测系统结构简单，成本较低。

在一个示例中，晶圆检测系统可以包括两组光组元件10及两组扫描电子显微镜11，其中一组光组元件10及一组扫描电子显微镜11位于晶圆22的上方，另一组光组元件10及另一组扫描电子显微镜11位于晶圆22的下方。其中，位于晶圆22上方的光组元件10用于向晶圆22的正面提供光线，位于晶圆22上方的扫描电子显微镜11用于获取晶圆22正面的边缘图形，位于晶圆22下方的光组元件10用于向晶圆22的背面提供光线，位于晶圆22下方的扫描电子显微镜11用于获取晶圆22背面的边缘图形。需要说明的是，晶圆22正面的边缘图形及晶圆22背面的边缘图形共同构成了第一边缘图形及第二边缘图形，即第一边缘图形及第二边缘图形均包括晶圆22正面的边缘图形及晶圆22背面的边缘图形。

具体的，两组光组元件10及两组扫描电子显微镜11位于晶圆卡盘21的同一侧，需要说明的是，此处所述晶圆卡盘21的同一侧是指沿平行于所述晶圆卡盘21的表面的方向而言所述晶圆卡盘21的同一侧，譬如，如图1中所示，两组光组元件10及两组扫描电子显微镜11位于晶圆卡盘21的右侧。

需要说明的是，晶圆22边缘3mm左右的区域为无效边缘区域，该区域不会制作器件结构；边缘处理区域的宽度可以根据实际需要进行设定，譬如，晶圆22正面的边缘处理区域的宽度可以为0.5mm～15mm，譬如，0.5mm、1mm或1.5mm左右，晶圆22背面的边缘处理区域的宽度可以为1.5mm～2.5mm，譬如，1.5mm、2mm或2.5mm。边缘处理区域位于晶圆22的最边缘。

在一个示例中，如图2所示，光组元件10可以包括明场光源101及暗场光源102，明场光源101用于提供明场光线，暗场光源102用于提供暗场光线。具体的，明场光源101可以包括明场LED光源，暗场光源102可以包括暗场LED光源。

在一个示例中，第一边缘图形包括第一明场边缘图形，第二边缘图形包括第二明场边缘图形及暗场边缘图形；数据处理系统量测基于第二明场边缘图形及第一明场边缘图形得到边缘处理区域的宽度，基于暗场边缘图形对边缘处理区域内的缺陷进行标定，基于第二明场边缘图形拟合出边缘处理区域的边缘处理区域图形，并基于边缘处理区域图形及目标边缘处理区域图形判断晶圆22的中心是否偏离晶圆卡盘21的中心。

在一个示例中，如图3所示，数据处理系统12包括：宽度量测装置121，宽度量测装置121用于量测基于第二明场边缘图形及第一明场边缘图形得到所述边缘处理区域的宽度；缺陷检测装置122，缺陷检测装置122用于基于暗场边缘图形对边缘处理区域内的缺陷进行标定；中心判断装置123，中心判断装置123用于基于第二明场边缘图形拟合出边缘处理区域图形，并基于边缘处理区域图形及目标边缘处理区域图形判断晶圆22的中心是否偏离晶圆卡盘21的中心；反馈装置124，反馈装置124用于在晶圆22的中心偏离晶圆卡盘21的中心时向工艺腔室20的控制系统发送矫正指令。

在一个示例中，中心判断装置123可以包括：拟合装置1231，拟合装置1231用于基于第二明场边缘图形拟合出边缘处理区域的边缘处理区域图形；设定装置1232，设定装置1232用于设定目标处理区域图形；判定装置1233，判定装置1233用于将边缘处理区域图形与目标边缘处理区域图形叠加后判定晶圆22的中心是否偏离晶圆卡盘21的中心。

在一个示例中，宽度量测装置121基于第二明场边缘图形及第一明场边缘图形于边缘处理区域内选取多个量测点进行量测，以得到多个宽度值；多个量测点沿晶圆22的周向均匀间隔排布。具体的，量测点的数量可以为360个，相邻量测点之间的夹角可以为1°；量测点的数量可以为36个，相邻量测点之间的夹角可以为10°；量测点的数量也可以为12个，相邻量测点之间的夹角为30°等等。中心判断装置123基于多个量测点的位置及其宽度值拟合出边缘处理区域图形。

在一个示例中，工艺处理包括晶边清洗处理。

本实用新型的晶边检测系统的工作原理为：首先，将晶圆22传送至工艺腔室内，如图5所示；在晶圆22传送至工艺腔室20内的晶圆卡盘21上进行处理之前，使用光组元件10中的明场光源101向晶圆22的表面提供明场光线，扫描电子显微镜11获取晶圆22的第一边缘图形(即第一明场边缘图形)，如图6所示，获取的第一边缘图形的扫描电镜图如图7所示，第一边缘图形包括晶圆正面224及晶圆背面225的部分制程区域223及边缘区域221，以及晶圆22的晶边226；其次，对晶圆22进行处理，以晶边清洗处理为例，使用喷嘴23对晶圆22的边缘区域221喷洒洗边溶液24，如图9所示，在对晶圆22进行处理(譬如，晶边清洗处理)之后，使用光组元件10中的明场光源101向晶圆22的表面提供明场光线，扫描电子显微镜11获取晶圆22的第二明场边缘图形；再次，使用光组元件10中的暗场光源102向晶圆22的表面提供暗场光线，扫描电子显微镜11获取晶圆22的暗场边缘图形；获取的第二边缘图形如图10所示，图10仅以第二明场边缘图形示例，第二边缘图形不仅包括圆正面224及晶圆背面225的部分制程区域223及边缘区域221，还包括晶圆正面224及晶圆背面225的边缘区域221内的边缘处理区域222；再次，数据处理系统12将第二明场边缘图形与第一明场边缘图形叠加，以得到晶圆22的边缘处理区域(当然，在其他示例中，也可以直接依据第二明场边缘图形得到晶圆22的边缘处理区域)，对边缘处理区域进行多点量测，以得到晶圆不同位置的边缘处理区域的宽度；再次，数据处理系统12根据暗场边缘图形对边缘处理区域进行缺陷27标定(暗场边缘图形如图14所示)；然后，数据处理系统12根据第二明场边缘图形拟合出边缘处理区域图形26，如图11所示，并将边缘处理区域图形26与目标边缘处理区域图形25(如图12所示)叠加后比对分析，二者叠加后的图形如图13所示，根据边缘处理区域图形26与目标边缘处理区域图形25的边缘是否重合来判断晶圆22的中心是否偏离晶圆卡盘21的中心；以如图13为例，边缘处理区域图形26与目标边缘处理区域图形25叠加后可以看到边缘处理区域图形26的内边缘与目标边缘处理区域图形25的内边缘存在偏移，图13中仅给出相对两侧存在的偏移量为d1和d2的两处示意，在实际示例中，可根据多点的偏移值分析偏移量；最后，若晶圆22的中心偏离晶圆卡盘21的中心，则向工艺腔室20的控制系统发送矫正指令，以在对下一片晶圆22进行工艺处理前矫正晶圆22的位置。

在另一实施例中，如图15所示，本实用新型还提供一种晶边检测方法，包括如下步骤：

S11：对晶圆进行工艺处理前获取晶圆的第一边缘图形；

S12：对晶圆进行工艺处理后且将晶圆传送出工艺腔室前获取晶圆的第二边缘图形；

S13：量测基于第二边缘图形及第一边缘图形得到晶圆的边缘处理区域的宽度、对边缘处理区域内的缺陷进行标定及判断晶圆的中心是否偏离晶圆卡盘的中心，并在晶圆的中心偏离晶圆卡盘的中心时向工艺腔室的控制系统发送矫正指令。

上述晶边检测方法中，可以对晶圆进行边缘工艺处理后进行实时监测，及时发现边缘处理区域内的异常及晶圆的中心是否偏离晶圆卡盘的中心，并在晶圆的中心偏离晶圆卡盘的中心时及时反馈至处理机台进行矫正调整，节省量测成本并提高制程良率；整个检测过程可以在机械手臂从工艺腔室内抓取晶圆前进行检测，无需额外的等待时间；检测获取的边缘图形及时上传数据处理系统，可以将边缘图形完整保存。

本实施例中的晶边检测方法可以基于如图1至图3中的晶边检测系统执行，晶边检测系统的具体结构请参阅图1至图3及相关的文字描述，此处不再累述。

在一个示例中，步骤S11中，获取工艺处理前晶圆正面的边缘图形及晶圆背面的边缘图形，以得到第一边缘图形；步骤S12中，获取工艺处理后晶圆正面的边缘图形及晶圆背面的边缘图形，以得到第二边缘图形。

在一个示例中，工艺处理前获取晶圆的第一明场边缘图形作为第一边缘图形，工艺处理后分别获取晶圆的第二明场边缘图形及暗场边缘图形，第二明场边缘图形及暗场边缘图形共同构成所述第二边缘图形。

在一个示例中，步骤S11及步骤S12中的工艺处理可以包括晶边清洗处理。

在一个示例中，步骤S13中，量测基于第二明场边缘图形及第一明场边缘图形得到边缘处理区域的宽度，基于暗场边缘图形对边缘处理区域内的缺陷进行标定，基于第二明场边缘图形拟合出边缘处理区域图形，并基于边缘处理区域图形及目标边缘处理区域图形判断晶圆的中心是否偏离晶圆卡盘的中心。

在一个示例中，步骤S13中，基于第二明场边缘图形及第一明场边缘图形于边缘处理区域内选取多个量测点进行量测，以得到多个宽度值；多个量测点沿晶圆的周向均匀间隔排布。具体的，量测点的数量可以为360个，相邻量测点之间的夹角可以为1°；量测点的数量可以为36个，相邻量测点之间的夹角可以为10°；量测点的数量也可以为12个，相邻量测点之间的夹角为30°等等。基于多个量测点的位置及宽度值拟合出边缘处理区域图形。

在一个示例中，步骤S13中，将第二明场边缘图形与目标边缘图形进行比对分析，根据第二明场边缘图形中的边缘处理区域与目标边缘图形中的边缘处理区域是否重合来判断晶圆的中心是否偏离晶圆卡盘的中心。

上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种晶边检测系统，其特征在于，包括：

光组元件，位于工艺腔室内，且位于所述工艺腔室内用于吸附晶圆的晶圆卡盘一侧，用于向所述晶圆的表面提供光线；

扫描电子显微镜，位于所述工艺腔室内，且位于所述晶圆卡盘一侧，用于获取工艺处理前所述晶圆的第一边缘图形及工艺处理后所述晶圆的第二边缘图形；

数据处理系统，用于量测基于所述第二边缘图形及所述第一边缘图形得到所述晶圆的边缘处理区域的宽度、对所述边缘处理区域内的缺陷进行标定及判断所述晶圆的中心是否偏离所述晶圆卡盘的中心，并在所述晶圆的中心偏离所述晶圆卡盘的中心时向所述工艺腔室的控制系统发送矫正指令。

2.根据权利要求1所述的晶边检测系统，其特征在于，所述晶圆检测系统包括两组所述光组元件及两组所述扫描电子显微镜，其中一组所述光组元件及一组所述扫描电子显微镜位于所述晶圆的上方，另一组所述光组元件及另一组所述扫描电子显微镜位于所述晶圆的下方。

3.根据权利要求1所述的晶边检测系统，其特征在于，两组所述光组元件及两组所述扫描电子显微镜位于所述晶圆卡盘的同一侧。

4.根据权利要求1所述的晶边检测系统，其特征在于，所述光组元件包括明场光源及暗场光源。

5.根据权利要求4所述的晶边检测系统，其特征在于，所述明场光源包括明场LED光源。

6.根据权利要求4所述的晶边检测系统，其特征在于，所述暗场光源包括暗场LED光源。

7.根据权利要求4所述的晶边检测系统，其特征在于，所述扫描电子显微镜获取的所述第一边缘图形包括第一明场边缘图形，所述扫描电子显微镜获取的所述第二边缘图形包括第二明场边缘图形及暗场边缘图形。

8.根据权利要求7所述的晶边检测系统，其特征在于，所述数据处理系统包括：

宽度量测装置，用于基于所述第二明场边缘图形及所述第一明场边缘图形得到所述边缘处理区域的宽度；

缺陷检测装置，用于基于所述暗场边缘图形对所述边缘处理区域内的缺陷进行标定；

中心判断装置，用于基于所述第二明场边缘图形拟合出所述边缘处理区域的边缘处理区域图形，并基于所述边缘处理区域图形及目标边缘处理区域图形判断所述晶圆的中心是否偏离所述晶圆卡盘的中心；

反馈装置，用于在所述晶圆的中心偏离所述晶圆卡盘的中心时向所述工艺腔室的所述控制系统发送所述矫正指令。

9.根据权利要求8所述的晶边检测系统，其特征在于，所述中心判断装置包括：

拟合装置，用于基于所述第二明场边缘图形拟合出所述边缘处理区域的边缘处理区域图形；

设定装置，用于设定所述目标处理区域图形；

判断装置，用于将所述边缘处理区域图形与目标边缘处理区域图形叠加后判断所述晶圆的中心是否偏离所述晶圆卡盘的中心。

10.根据权利要求8所述的晶边检测系统，其特征在于，所述宽度量测装置基于所述第二明场边缘图形及所述第一明场边缘图形于所述边缘处理区域内选取多个量测点进行量测，以得到多个宽度值；多个所述量测点沿所述晶圆的周向均匀间隔排布；所述中心判断装置基于多个所述量测点的位置及其宽度值拟合出所述边缘处理区域图形。

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