CN217086532U - 半导体晶圆位置检测装置 - Google Patents

Abstract

一种半导体晶圆位置检测装置，包括：腔室，顶部具有腔室开口；透明窗口，设置在真空的腔室的开口处，与腔室开口形成密封连接；承片台，位于真空腔体内部；晶圆，位于承片台上；发光装置，位于腔室外部，且位于透明窗口的上方；反光装置，在腔室中，且位于腔室开口和晶圆之间；图像获取装置，位于发光装置的上方；对准标记，位于所述腔室中。工作时，发光装置提供的照明光穿过透明窗口，经反光装置反射至晶圆表面，晶圆被照亮，图像获取装置获取高质量的晶圆和对准标记的图像。通过晶圆的图像识别获取晶圆中心，通过对准标记的识别获取腔室的基准坐标系，确定晶圆在腔室中的位置，从晶圆的图像中可识别晶圆边缘的缺口并据此确定晶圆的转角。

Description

半导体晶圆位置检测装置

技术领域

本实用新型涉及半导体检测领域，尤其涉及一种半导体晶圆位置检测装置。

背景技术

晶圆(Wafer)通常用作集成电路的载体以制作芯片，集成电路包括大量的晶体管，芯片制作的过程中，如果不同工序步骤中晶圆的位置和角度存在偏差，会导致不良的工艺结果。另外，当晶圆在工艺设备中被处理时，需要进行传送，传送位置的偏差可能带来晶圆传送失败、晶圆掉落、晶圆破碎等严重问题。例如，芯片的制作过程中，在采用离子注入工艺进行掺杂前，均需要对晶圆进行缺口识别，通过识别晶圆缺口确定晶圆的角度及位置。传统识别方法采用传感器检测，检测精度低，耗时较长。

现对真空腔体内的晶圆进行视觉识别，确定晶圆的位置和角度，通常需要配置合适的照明光源，提高相机拍到的晶圆图像的清晰度，从而提高视觉识别的准确率和检测精度。

但是现有的半导体晶圆位置检测装置中，很多场合需要对真空腔体内的晶圆进行监测，由于真空腔体的结构特殊性，视觉检测用光源的安装结构受到很大限制，照明光不能很好的对晶圆进行照明，不利于获取高质量的视觉识别图像。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是提供一种半导体晶圆位置检测装置，通过发光装置和反光装置将照明光照射在晶圆上，获取高质量的晶圆和对准标记的图像以提升半导体晶圆位置检测装置的性能。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种用于半导体晶圆位置检测装置，包括：真空的腔室，待检测的圆晶被放置在所述腔室中，所述腔室的顶部具有腔室开口；透明窗口，设置在所述腔室开口处，与所述腔室开口形成密封连接；承片台，位于所述真空的腔室内，用于承载晶圆；晶圆，被放置在所述承片台上；发光装置，位于所述腔室外部，且位于所述透明窗口的上方，用于提供穿过所述透明窗口的照明光；反光装置，在所述腔室中，且位于所述腔室开口和晶圆之间，用于反射所述照明光至所述晶圆的边缘；对准标记，位于所述腔室中，且位于晶圆边缘以外；图像获取装置，位于所述发光装置的上方，用于获取晶圆和对准标记的图片。

可选的，所述发光装置包括：环形安装部；第一锥度孔，位于所述环形安装部的底部，且所述第一锥度孔的顶部为小径端，所述第一锥度孔的底部为大径端；环形光源，沿周向设置在所述第一锥度孔的侧壁上。

可选的，所述发光装置还包括：匀光板，位于所述第一锥度孔的内壁上，覆盖所述环形光源。

可选的，所述环形光源包括多个间隔排布在第一锥度孔侧壁的发光二极管。

可选的，所述第一锥度孔为圆形锥孔或多边形锥孔。

可选的，所述反光装置包括：环形反射罩，所述环形反射罩包括第二锥度孔，所述第二锥度孔的顶部开口小于底部开口。

可选的，所述发光装置还包括：通孔，位于第一锥度孔的顶部，且贯穿所述环形安装部，用于使所述图像获取装置透过所述发光装置的通孔，获取晶圆表面图像。

可选的，所述半导体晶圆位置检测装置包括：对准标记固定部，位于腔室中，用于设置对准标记。

可选的，所述承片台固定的或者活动的设置在所述腔室中。

可选的，用所述图片中所述对准标记的图像定义一个基准坐标系。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：

本实用新型实施例提供的半导体晶圆位置检测装置工作时，发光装置提供的照明光穿过所述腔室的透明窗口，经反光装置能够精准的反射至晶圆边缘，使得晶圆边缘内外一个环形区域能够被照亮，图像获取装置获取晶圆和对准标记的图片，通过晶圆的图像，获取晶圆中心，通过对准标记获取腔室的基准坐标系，依据基准坐标系确定晶圆在腔室中的位置，晶圆边缘的缺口(Notch)也呈现在晶圆的图像中，依据晶圆上的缺口位置确定晶圆的转角。发光装置提供的照明光照射晶圆表面，便于图像获取装置拍摄清晰度高的晶圆图片，易于获得准确度更高的晶圆位置以及晶圆转角的信息，提高半导体晶圆位置检测装置的准确率和检测精度。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的半导体晶圆位置检测装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中的半导体晶圆位置检测装置的光路图；

图3是本实用新型晶圆边缘缺口的示意图；

图4是本实用新型中所获得的晶圆及对准标记的图像；

图5是本实用新型实施例中的发光装置的剖面示意图；

图6是本实用新型实施例中的发光装置的爆炸图；

图7是本实用新型实施例中的反光装置的剖面示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有的半导体晶圆位置检测装置不能很好的对晶圆进行照明，导致晶圆的位置不能准确的确定，也不能够准确的获取晶圆边缘缺口的位置。

本实用新型实施例提供的半导体晶圆位置检测装置，包括：真空的腔室，待检测的圆晶被放置在所述腔室中，所述腔室的顶部具有腔室开口；透明窗口，设置在所述腔室开口处，与所述腔室开口形成密封连接；承片台，位于所述真空的腔室内，用于承载晶圆；晶圆，被放置在所述承片台上；发光装置，位于所述腔室外部，且位于所述透明窗口的上方，用于提供穿过所述透明窗口的照明光；反光装置，在所述腔室中，且位于所述腔室开口和晶圆之间，用于反射所述照明光至所述晶圆的边缘；对准标记，位于所述腔室中；图像获取装置，位于所述发光装置的上方，用于获取晶圆和对准标记的图片。

本实用新型实施例提供的半导体晶圆位置检测装置工作时，发光装置提供的照明光穿过所述腔室的透明窗口，经反光装置能够精准的反射至晶圆边缘，使得晶圆边缘内外一个环形区域能够被照亮，图像获取装置获取晶圆和对准标记的图片，通过晶圆的图像，获取晶圆中心，通过对准标记获取腔室的基准坐标系，依据基准坐标系中确定晶圆在腔室中的位置，晶圆边缘的缺口(Notch)也呈现在晶圆的图像中，依据晶圆上的缺口位置确定晶圆的转角。发光装置提供的照明光照射晶圆表面，便于图像获取装置拍摄清晰度高的晶圆图片，易于获得准确度更高的晶圆位置以及晶圆转角的信息，提高半导体晶圆位置检测装置的准确率和检测精度。

为使本实用新型实施例的上述目的特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

图1示出了本实用新型实施例中的半导体晶圆位置检测装置的结构示意图，图2示出了本实用新型实施例中半导体晶圆位置检测装置的光路图，图3示出了本实用新型晶圆边缘缺口的示意图。

所述半导体晶圆位置检测装置包括：真空的腔室200，待检测的圆晶被放置在所述腔室200中，所述腔室200的顶部具有腔室开口；透明窗口500，设置在所述腔室开口处，与所述腔室开口形成密封连接；承片台201，位于所述腔室200内，用于承载晶圆400；晶圆400，被放置在所述承片台201上；发光装置100，位于腔室200外部，用于提供穿过所述透明窗口500的照明光；反光装置300，在所述腔室200中，且位于所述腔室开口和晶圆400之间，用于反射所述照明光至所述晶圆400的边缘；对准标记700(如图4所示)，位于所述腔室200中，且位于晶圆400边缘以外；图像获取装置600，位于所述发光装置100的顶部，用于获取晶圆400和对准标记700的图片。

本实用新型实施例提供的半导体晶圆位置检测装置工作时，发光装置100提供的照明光穿过所述腔室200的透明窗口500，经反光装置300能够精准的反射至晶圆边缘，使得晶圆边缘内外一个环形区域能够被照亮，图像获取装置600获取晶圆和对准标记700的图片，通过晶圆的图像，获取晶圆中心，通过对准标记700获取腔室200的基准坐标系，依据基准坐标系中确定晶圆在腔室200中的位置，晶圆边缘的缺口(Notch)也呈现在晶圆的图像中，依据晶圆400上的缺口位置确定晶圆400的转角。发光装置100提供的照明光照射晶圆表面，便于图像获取装置600拍摄清晰度高的晶圆图片，易于获得准确度更高的晶圆位置以及晶圆转角的信息，提高半导体晶圆位置检测装置的准确率和检测精度。

本实施例中，所述腔室200为真空的腔室。

如图4所示，示意出获得的晶圆及对准标记700的图像。在半导体工艺中，缺口401(Notch)用于校准晶圆的转角。

本实施例中，透明窗口500，位于所述腔室200的开口，用于起到密封所述腔室开口的作用，有利于使腔室200内维持真空环境。

本实施例中，所述透明窗口500包括透明法兰。所述透明法兰的材料包括但不限于有机玻璃(Polymethyl methacrylate，PMMA)、石英或者聚碳酸酯(PC)。

本实施例中，所述承片台201用于放置晶圆，所述晶圆的边缘具有缺口401(Notch)，在半导体工艺中，缺口401用于校准晶圆的转角，提高晶圆上不同步骤中形成的图形的套刻精度。

本实施例中，承片台201活动的设置在所述腔室200中。具体的，所述半导体晶圆位置检测装置还包括：调整装置，与所述承片台的底部连接。所述调，用于驱动所述承片台201平移或者转动，从而改变载片台上的待检测晶圆400在腔室200中的位置和转角。其他实施例中，所述承片台还可以固定设置在所述腔室中。

本实施例中，所述调整装置501包括：旋转机构和平移机构。具体的，所述旋转机构的输出端和平移机构的输出端与所述承片台201连接，所述旋转机构用于带动承片台201转动，平移机构用于带动承片台201平移。

本实施例中，所述腔室200中设置有对准标记700，所述对准标记700用于确定腔室200的基准极坐标系。用所述图像获取装置获取的图片中所述对准标记的图像定义一个基准坐标系。

本实施例中，所述对准标记700位于晶圆边缘以外，具体的位于所述承片台201的侧部，便于后续放置在腔室200中的晶圆能够露出所述对准标记700，从而对所述晶圆和对准标记700拍摄获得的图片中能够同时具有晶圆和对准标记700。

本实施例中，所述对准标记700固定部的材料为透明材质，对准标记700能够阻挡所述照明光，对准标记700固定部透过照明光，使得对准标记700和对准标记700固定部具有明显的对比度。

本实施例中，所述对准标记700的数量为三个，且三个对准标记700中心的连线构成直角三角形，将最长边的中心点作为所述基准点。其他实施例中，所述对准标记的数量为两个，将两个对准标记连线的中心作为腔室的基准点。

本实施例中，以所述基准点为坐标原点，建立直角坐标系。三个对准标记700连成的三角形的两个短边的延伸方向分别作为直角坐标系X轴和Y轴。

作为一种示例，所述三个对准标记700中心的连线构成等腰直角梯形。

其他实施例中，所述对准方法还包括：获取所述基准点后，以所述基准点为极点，建立极坐标系。后续依据所述极坐标系，确定所述晶圆的圆心相对于所述基准点第一位置偏差。

本实施例中，所述对准标记700的形状包括圆形。所述对准标记700的形状为圆形时，有利于后续利用对准标记700的图像，获取对准标记700的中心，便于依据多个对准标记700的中心的连线获取基准点的位置。其他实施例中，所述对准标记的形状包括三角形或十字形。

所述半导体晶圆位置检测装置包括：对准标记700固定部(图中未示出)，位于腔室中，用于设置对准标记700。

本实施例中，所述对准标记固定部的材料为透明材质，对准标记能够阻挡所述照明光，对准标记固定部透过照明光，使得对准标记和对准标记固定部具有明显的对比度。

发光装置100提供的照明光穿过所述腔室200的开口，经反光装置300能够精准的反射至晶圆400边缘，在晶圆400边缘形成环形光圈，使得晶圆400边缘能够被照亮，便于确定晶圆400在腔室200中的位置。

图5是本实用新型实施例中的发光装置的剖面示意图，图6是本实用新型实施例中的发光装置的爆炸图。

本实施例中，所述发光装置100包括：环形安装部101；第一锥度孔102，位于所述环形安装部101的底部，且所述第一锥度孔102的顶部为小径端，所述第一锥度孔102的底部为大径端；环形光源103，沿周向设置在所述第一锥度孔102的侧壁上。

所述环形安装部101底部的第一锥度孔102为环形光源103提供安装位置，环形光源103位于所述第一锥度孔102的侧壁上，且因为所述第一锥度孔102的底部为大径端，第一锥度孔102的顶部为小径端，使得第一锥度孔102上的环形光源103提供的照明光呈环形斜向下发射出，环形的照明光经反光装置300反射后，能够照射在所述晶圆400的边缘区域，也就是能够照射到晶圆400的缺口401(Notch)，便于确定晶圆400在腔室200中的位置，以及便于依据晶圆400上的缺口401位置确定晶圆400的转角。

本实施例中，所述环形光源103包括多个间隔排布在第一锥度孔102侧壁的发光二极管(Light-emitting diode，LED)。发光二极管通过电子与空穴复合释放能量发光。

具体的，所述发光二极管优选为均匀间隔排布。

本实施例中，第一锥度孔102为圆形锥孔。晶圆400为圆形，所述第一锥度孔102为圆形锥孔有利于照明光以圆环形发出，从而易于在晶圆400上形成照射晶圆400边缘的圆环光形，晶圆400的轮廓和晶圆400上的缺口401能够被照亮。其他实施例中，第一锥度孔还可以为多边形锥孔，例如：三角形锥孔，四边形锥孔或者五边形锥孔等。

需要说明的是，所述第一锥度孔102的母线与所述晶圆400表面法线的夹角α(如图2所示)不宜过大也不宜过小。在其他零部件的位置关系不变的情况下，若所述夹角α过大，为了使环形光源103提供的照明光能够被反光装置300反射至晶圆400的边缘，需要使反光装置300与环形光源103之间的距离相对应的设置过大，相应的发光装置100距离晶圆400的距离过大，与这种情况相匹配的腔室200在晶圆400法线方向上的尺寸过大，不利于提高半导体晶圆位置检测装置结构的紧凑性。在其他零部件的位置关系不变的情况下，若所述夹角α过小，为了使环形光源103提供的照明光能够被反光装置300反射，需要使得反光装置300与环形光源103之间的距离相对应的过小，相应的发光装置100距离晶圆400的距离过小，与这种情况相匹配的腔室200在晶圆400法线方向上的尺寸过小。本实施例中，所述第一锥度孔102的母线与所述晶圆400表面法线的夹角为0度至90度。

需要说明的是，在实际晶圆400检测时，针对不同的晶圆400尺寸，所述第一锥度孔102的母线与所述晶圆400表面法线的夹角可以根据需要进行调整，使得照明光能够照射在晶圆400的边缘上。

本实施例中，所述发光装置100还包括：匀光板105，位于所述第一锥度孔102的内壁上，覆盖所述环形光源103。其他实施例中，所述匀光板还可以位于所述环形安装部的底部遮挡所述第一锥度孔的大径端。

匀光板105中具有均匀分散的微米级粒子，匀光板105利用微米级粒子的光散射效应，将线光源或点光源转变为面光源。

所述发光装置100还包括：光源控制器(图中未示出)，与所述环形光源103连接，用于调节环形光源103的亮度。

本实施例中，所述光源控制器包括本地操控面板或者远程控制接口，光源控制器设置在腔室的外部，光源控制器为环形光源103提供电源。

具体地，所述本地操控面板的调节装置包括但不限定于：显示屏、旋钮、拨码开关、按钮等。远程控制接口可以通过远程控制装置对所述环形光源103进行开关以及亮度的调节等操作。

本实施例中，所述远程接口包括：蓝牙、行动热点(WiFi)或紫封(ZigBee)。

图7是本实用新型实施例中的反光装置300的结构示意图。本实施例中，所述反光装置300包括：环形反射罩301，所述环形反射罩301包括第二锥度孔302；所述第二锥度孔302的顶部开口小于底部开口。

本实施例中，所述第二锥度孔302的顶部开口小于底部开口。从而第二锥度孔302的锥度反射面斜向下，使得经锥度反射面反射的照明光能够照射向位于所述环形反射罩301底部的晶圆400。

本实施例中，所述第二锥度孔302的底部尺寸大于所述晶圆400的直径。也就是说，所述第二锥度孔302在晶圆400上的至少部分投影位于所述晶圆400的外部区域，从而照射向第二锥度孔302的照明光能够被反射至位于其投影面区域的晶圆400的边缘，使得晶圆400的边缘能够被照明光照亮。

需要说明的是，所述第二锥度孔302上的母线与晶圆400表面法线的夹角β(如图2所示)不宜过大也不宜过小。在其他零部件的位置关系不变的情况下，若所述夹角β过大，第二锥度孔302的反射面不易反射发光装置100提供的照明光，导致晶圆400边缘以及晶圆400边缘的缺口401不能被照明光照射到，不利于半导体晶圆位置检测装置获得精确的晶圆400的位置和晶圆400转角。在其他零部件的位置关系不变的情况下，若所述夹角β过小，易于导致经锥度反射面反射的照明光，照射在不希望照射的晶圆400中心区域，晶圆400的边缘区域和晶圆400边缘的缺口401不能被照明光覆盖，不利于半导体晶圆位置检测装置获得晶圆400的位置和晶圆400转角。本实施例中，所述反射面上的母线与晶圆400表面法线的夹角为0度至45度。

需要说明的是，在实际晶圆400检测时，针对不同的晶圆400尺寸，所述所述反射面上的母线与晶圆400表面法线的夹角可以根据需要进行调整，使得照明光能够照射在晶圆400的边缘上。

图像获取装置600从所述晶圆和对准标记700的正面拍摄，因此所述图像获取装置600为向光拍摄，且因为发光装置100提供的照明光照射向晶圆的边缘，有利于使图片中的晶圆和对准标记700排出杂散光的影响，能够清晰向光显示。

本实施例中，所述图像获取装置600包括相机。其他实施例中，所述图像获取装置还可以包括全检扫描探头或探测器，具体的，所述探测器包括面阵探测器、线阵探测器。

需要说明的是，承片台201和对准标记700位于所述图像获取装置600的景深范围(DOF)内，有利于图像获取装置600能够在一次拍摄中获取晶圆图片和对准标记700的图片(如图4所示)。

本实施例中，所述发光装置100还包括：通孔104，位于第一锥度孔102的顶部，且贯穿所述环形安装部101，用于使所述图像获取装置透过所述发光装置的通孔，获取晶圆表面图像。

发光模块100提供的照明光通过所述腔室200开口的透明密封件500，经反光结构300的反射将照明光反射至晶圆400的边缘，所述晶圆400边缘的照明光经反射通过所述通孔104和透明密封件500，传播至腔室200外部，便于图像获取装置600在腔室200的外部就能获取晶圆400表面的图像。通孔104贯穿第一锥度孔102顶部的环形安装部101，有利于简化半导体晶圆位置检测装置的结构，减少照明光在传播过程中的损失，减少杂散光的影响，提高图像获取装置600获取的晶圆400表面图像的质量，提高半导体晶圆位置检测装置的准确率和检测精度。

所述半导体晶圆位置检测装置还包括：上位机(图中未示出)，所述上位机和图像获取装置600连接，上位机用于控制图像获取装置600拍摄图片。

本实施例中，所述上位机和图像获取装置600通过IO端口连接。

本实施例中，所述上位机包括电脑，所述电脑中安装有图像处理软件，图像处理软件用于获取图像获取装置600拍摄得到的图片，用于后续对图片进行清晰度处理，获得第一待测图像。

所述半导体晶圆位置检测装置还包括：超阈值调节装置，与上位机连接，用于在晶圆的中心位置相对于所述基准点的位置偏差超过对准方法所能调整的最大位置偏差时，调整晶圆的位置，使得晶圆的位置能够位于阈值位置偏差范围内，使得本实用新型实施例提供的对准方法能够对晶圆进行对准操作。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，包括：

真空的腔室，待检测的圆晶被放置在所述腔室中，所述腔室的顶部具有腔室开口；

透明窗口，设置在所述腔室开口处，与所述腔室开口形成密封连接；

承片台，位于所述真空的腔室内，用于承载晶圆；

晶圆，被放置在所述承片台上；

发光装置，位于所述腔室外部，且位于所述透明窗口的上方，用于提供穿过所述透明窗口的照明光；

反光装置，在所述腔室中，且位于所述腔室开口和晶圆之间，用于反射所述照明光至所述晶圆的边缘；

对准标记，位于所述腔室中，且位于晶圆边缘以外；

图像获取装置，位于所述发光装置的上方，用于获取晶圆和对准标记的图片。

2.如权利要求1所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述发光装置包括：

环形安装部；

第一锥度孔，位于所述环形安装部的底部，且所述第一锥度孔的顶部为小径端，所述第一锥度孔的底部为大径端；

环形光源，沿周向设置在所述第一锥度孔的侧壁上。

3.如权利要求2所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述发光装置还包括：匀光板，位于所述第一锥度孔的内壁上，覆盖所述环形光源。

4.如权利要求2所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述环形光源包括多个间隔排布在第一锥度孔侧壁的发光二极管。

5.如权利要求2所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述第一锥度孔为圆形锥孔或多边形锥孔。

6.如权利要求1所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述反光装置包括：

环形反射罩，所述环形反射罩包括第二锥度孔，所述第二锥度孔的顶部开口小于底部开口。

7.如权利要求2所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述发光装置还包括：通孔，位于第一锥度孔的顶部，且贯穿所述环形安装部，用于使所述图像获取装置透过所述发光装置的通孔，获取晶圆表面图像。

8.如权利要求1所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述半导体晶圆位置检测装置包括：对准标记固定部，位于腔室中，用于设置对准标记。

9.如权利要求1所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述承片台固定的或者活动的设置在所述腔室中。

10.如权利要求1所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，用所述图片中所述对准标记的图像定义一个基准坐标系。

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