TW202335125A - 晶圓放置狀態檢測方法、半導體製程腔室和設備 - Google Patents

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Abstract

一種用於半導體製程腔室的晶圓放置狀態檢測方法，半導體製程腔室包括腔體和設置在腔體中的承載盤，承載盤用於承載晶圓並將承載盤保持在設定溫度值，承載盤中設置有溫度檢測件，該方法包括：向承載盤上放置晶圓，並獲取預設時間內溫度檢測件檢測到的最小實際溫度檢測值；判斷最小實際溫度檢測值是否低於預設溫度值；若是則判定晶圓位置正常，繼續製程；若否則判定晶圓位置異常。

Description

晶圓放置狀態檢測方法、半導體製程腔室和設備
本發明涉及半導體製程設備領域，具體地，涉及一種晶圓放置狀態檢測方法、一種用於實現該晶圓放置狀態檢測方法的半導體製程腔室和一種包括該半導體製程腔室的半導體製程設備。
乾法去膠是指用等離子體將晶圓（wafer）上的光刻膠去除，與濕法去膠法相比，乾法去膠的效果更好、速度更快。在現代積體電路製造中，通常是將晶圓放置在半導體製程腔室內的承載盤上，再對腔室中的製程氣體進行電離產生等離子體，通過等離子體對晶圓上特定位置的光刻膠進行刻蝕。其中，承載盤起到支撐、固定晶圓，以及在製程過程中對晶圓溫度進行控制等作用。
然而，在半導體製程過程中，晶圓有時會因工位偏差或其他因素導致被傳遞至承載盤上時發生搭邊，從而導致承載盤對晶圓加熱不均勻，進而造成晶圓的刻蝕速率不一致，影響製程均勻性。
本發明旨在提供一種晶圓放置狀態檢測方法、一種用於實現該晶圓放置狀態檢測方法的半導體製程腔室和一種包括該半導體製程腔室的半導體製程設備，該晶圓放置狀態檢測方法能夠保證晶圓傳輸至承載盤上的位置的穩定性。
為實現上述目的，作為本發明的一個方面，提供一種晶圓放置狀態檢測方法，應用於半導體製程腔室，該半導體製程腔室包括腔體和設置在該腔體中的承載盤，該承載盤用於承載晶圓，並將該承載盤保持在設定溫度值，該承載盤中設置有溫度檢測件，用於檢測該承載盤的靠近承載面的溫度，該晶圓放置狀態檢測方法包括：向該承載盤的承載面上放置晶圓，並獲取預設時間內該溫度檢測件檢測到的所有的實際溫度檢測值中的最小實際溫度檢測值；判斷該最小實際溫度檢測值是否低於預設溫度值，該預設溫度值低於該設定溫度值；若是，則判定該晶圓位置正常；若否，則判定該晶圓位置異常。
可選地，該晶圓放置狀態檢測方法還包括確定該預設溫度值的方法，該方法包括：向該承載盤上放置晶圓，且使該晶圓處於位置正常的狀態；獲取該溫度檢測件檢測到的所有的第一溫度檢測值中，在從該晶圓放置於該承載盤上，至該承載盤的溫度恢復至該設定溫度值的期間的最小第一溫度檢測值；向該承載盤上放置晶圓，且使該晶圓處於位置異常的狀態；獲取該溫度檢測件檢測到的所有的第二溫度檢測值中，在從該晶圓放置於該承載盤上，至該承載盤的溫度恢復至該設定溫度值的期間的最小第二溫度檢測值；根據該最小第一溫度檢測值和該最小第二溫度檢測值，確定該預設溫度值，其中，該預設溫度值介於該最小第一溫度檢測值和該最小第二溫度檢測值之間。
可選地，該根據該最小第一溫度檢測值和該最小第二溫度檢測值確定該預設溫度值，具體包括：計算該設定溫度值與該最小第一溫度檢測值之間的第一溫度差值，以及該設定溫度值與該最小第二溫度檢測值之間的第二溫度差值；根據該第一溫度差值與該第二溫度差值，確定預設溫度差值，其中，該預設溫度差值的大小介於該第一溫度差值與該第二溫度差值之間；計算該設定溫度值與該預設溫度差值的差值，作為該預設溫度值。
可選地，所該預設時間大於該承載盤的溫度從該晶圓放置於該承載盤之前的溫度降至該最小第一溫度檢測值所花費的時間以及該承載盤的溫度從該晶圓放置於該承載盤之前的溫度降至該最小第二溫度檢測值所花費的時間，且小於該承載盤的溫度從該晶圓放置於該承載盤之前的溫度恢復至該設定溫度值所花費的時間。
可選地，該承載盤中還設置有加熱元件和至少一個過溫檢測件，該加熱元件用於對該承載盤進行加熱，該過溫檢測件用於檢測該承載盤的溫度，該晶圓放置狀態檢測方法還包括：當存在該過溫檢測件的溫度檢測值高於預設安全溫度值時，控制該加熱元件停止加熱。
作為本發明的第二個方面，提供一種半導體製程腔室，包括腔體和設置在該腔體中的承載盤，該承載盤用於承載晶圓，並將該承載盤與該晶圓的溫度保持在設定溫度值，其中，該承載盤中設置有溫度檢測件，用於檢測該承載盤的靠近承載面的溫度，該導體製程腔室還包括控制裝置，用於實現本發明提供的上述晶圓放置狀態檢測方法。
可選地，該溫度檢測件設置於該承載盤的中心位置處。
可選地，該溫度檢測件包括熱電偶，且該熱電偶朝向該承載盤的一端與該承載面之間的間距為7mm至8mm。
可選地，該承載盤中還設置有加熱元件和至少一個過溫檢測件，該加熱元件用於對該承載盤進行加熱，該過溫檢測件用於檢測該承載盤的溫度；該控制裝置用於在存在該過溫檢測件的溫度檢測值高於預設安全溫度值時，控制該加熱元件停止加熱。
可選地，該承載盤中設置有多個該過溫檢測件，多個該過溫檢測件沿該承載盤的周向間隔設置。
作為本發明的第三個方面，提供一種半導體製程設備，該半導體製程設備包括本發明提供的上述半導體製程腔室。
在本發明提供的晶圓放置狀態檢測方法、半導體製程腔室和半導體製程設備中，在向承載盤的承載面上放置晶圓後，通過獲取預設時間內溫度檢測件檢測到的所有的實際溫度檢測值中的最小實際溫度檢測值，可以判斷檢測到的實際溫度檢測值由設定溫度值下降的幅度是否足夠大，即，判斷最小實際溫度檢測值是否低於預設溫度值，並在最小實際溫度檢測值低於預設溫度值的情況下判定晶圓位置正常，在最小實際溫度檢測值不低於預設溫度值的情況下，判定晶圓位置異常（例如發生搭邊），從而實現自動識別晶圓位置是否正常，及時在晶圓位置異常時中止半導體製程，避免了半導體製程腔室在晶圓位置異常的情況下繼續進行半導體製程，保證了在晶圓表面上進行半導體製程的均勻性和傳片過程的穩定性，並降低了碎片風險，提高了半導體製程的安全性。
以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。
此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。
儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些誤差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準誤差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。
如圖1、圖2所示，承載盤100的承載面a的四周通常具有環繞承載面a的限位元結構。如圖1所示，在正常情況下，半導體製程設備的傳輸元件可將晶圓10準確地放置在與承載面a對齊的位置，使晶圓10準確地落入限位元結構所限定的區域內，晶圓10的一側表面完全與承載面a接觸，以實現與承載盤100之間的有效換熱。
然而，如圖2所示，在一些情況下，半導體製程設備的傳輸元件在運輸晶圓10時會產生一定的位置偏差，使晶圓10落在承載盤100上時出現搭邊問題。即，晶圓10的一側邊緣搭在限位元結構上，使晶圓10朝向承載面a的一側表面無法完全與承載面a接觸，這不僅影響晶圓10與承載盤100之間的換熱效率，降低晶圓10溫度的可控性，影響晶圓10表面進行的半導體製程的均勻性，還可能導致晶圓10在後續製程中進一步滑動甚至脫出承載盤100，造成碎片事故。
為解決上述技術問題，作為本發明的一個方面，提供一種晶圓放置狀態檢測方法，應用於半導體製程腔室，該半導體製程腔室包括腔體和設置在腔體中的承載盤100，承載盤100用於承載晶圓，並將承載盤100保持在設定溫度值TC1。如圖3、圖4所示，承載盤100中設置有溫度檢測件110，用於檢測承載盤100的靠近承載面a的溫度。該晶圓放置狀態檢測方法由半導體製程腔室的控制裝置實現，如圖7所示，該晶圓放置狀態檢測方法包括：
步驟S1、向承載盤100的承載面a上放置晶圓10，並獲取預設時間t2內溫度檢測件110檢測到的所有實際溫度檢測值中的最小實際溫度檢測值（即，檢測到的承載面a溫度最低）；
步驟S2、判斷該最小實際溫度檢測值是否低於預設溫度值TC4，該預設溫度值TC4低於上述設定溫度值TC1；若是，則判定晶圓位置正常，此時可以繼續製程；若否，則判定晶圓位置異常，此時需要停止製程。
本發明的發明人在實驗研究中發現，由於晶圓10傳入半導體製程腔室前處於室溫，與保持在設定溫度值TC1的承載盤100之間存在溫差，因此，晶圓10放置在承載盤100的承載面a上後，會與承載盤100之間進行換熱，使承載盤100的承載面a的溫度產生一定波動。而晶圓10與承載盤100之間的換熱效率與二者之間的接觸面積相關，因此，晶圓10正常落在承載面a上（晶圓全部放置於承載面a上）時承載面a上溫度的波動幅度必然大於晶圓10搭邊（晶圓部分放置於承載面a上）時承載面a上溫度的波動幅度。
具體地，控制裝置能夠通過反饋調節（具體可以為比例積分微分（PID）調節）的方式控制承載盤100中加熱元件的加熱功率，即，控制裝置根據承載盤100中的測溫元件反饋的溫度值，即時調節加熱元件的加熱功率，以使測溫元件反饋的溫度值保持在設定溫度值TC1，進而使承載盤100及其承載的晶圓的溫度保持在設定溫度值TC1。
可選地，如圖3、圖4所示，承載盤100中還形成有多個沿厚度方向貫穿承載盤100的頂針孔130，用於配合頂針結構（如，三針結構）實現晶圓升降。例如，承載盤100中可形成有三個頂針孔130，在傳輸組件由腔室取片時，承載盤100下方的三針結構向上升起，三根頂針一一對應地穿過三個頂針孔130並頂起承載盤100上的晶圓，以便傳輸組件由下方托起晶圓並將晶圓取走；在傳輸元件向腔室中傳片時，三針結構預先升起，傳輸元件將晶圓放置在三根頂針上，隨後三針結構下降，使三根頂針分別通過三個頂針孔130縮回至承載盤100下方，將晶圓放置在承載面a上（即對應於圖5中的時刻t0）。
如圖5中曲線L1所示，在0時刻，控制裝置控制三針結構開始下降，使晶圓10在t0時刻正常落在承載面a上，晶圓10一側的表面與承載盤100的承載面a接觸並快速吸收承載盤100上的熱量，使承載盤100的承載面a上的溫度快速下降，隨後承載盤100通過比例積分微分調節的方式增加加熱功率，使承載面a的溫度恢復至設定溫度值TC1。
如圖5中曲線L2所示，在0時刻，控制裝置控制三針結構開始下降，使晶圓10在t0時刻落在承載盤100並出現搭邊問題時，晶圓10一側的表面僅部分與承載盤100的承載面a接觸，其吸收承載盤100上熱量的速率小於曲線L1對應的情況，因而曲線L2上承載面a所能達到的最低溫度高於曲線L1上承載面a所能達到的最低溫度。即，承載盤100的溫度調節能力不變，晶圓正常落在承載面a上的情況下承載面a的溫度波動幅度更大，晶圓搭邊時承載面a的溫度波動幅度更小，從而可利用該特性識別晶圓位置是否正常。
在本發明提供的晶圓放置狀態檢測方法中，在向承載盤100上放置晶圓的承載面a後，通過獲取預設時間內溫度檢測件110檢測到的所有的實際溫度檢測值中的最小實際溫度檢測值，可以判斷檢測到的實際溫度檢測值由設定溫度值TC1下降的幅度是否足夠大，即，判定最小實際溫度檢測值是否低於預設溫度值TC4，並在最小實際溫度檢測值低於預設溫度值TC4的情況下判定晶圓位置正常，在最小實際溫度檢測值不低於預設溫度值TC4（即承載面a的溫度下降幅度過小）的情況下，發現晶圓位置異常（例如發生搭邊），從而實現自動識別晶圓位置是否正常，及時在晶圓位置異常時中止半導體製程，避免了半導體製程腔室在晶圓位置偏移的情況下繼續進行半導體製程，保證了在晶圓表面上進行半導體製程的均勻性和傳片過程的穩定性，並降低了碎片風險，提高了半導體製程的安全性。
需要說明的是，預設溫度值TC4的大小需根據晶圓正常落在承載面a上後承載面a上溫度的波動幅度確定。即，預設溫度值TC4的大小與設定溫度值TC1、承載盤100的型號、晶圓的材質及尺寸等多種因素相關，考慮到上述因素的多變性，為提高本發明提供的方法對不同半導體製程腔室的適應性，作為本發明的一種優選實施方式，該晶圓放置狀態檢測方法還包括確定預設溫度值TC4的方法，該該方法包括：
步驟S11、向承載盤100上放置晶圓10，且使晶圓10處於位置正常的狀態，即，晶圓10全部放置於承載面a上，並獲取溫度檢測件110檢測到的所有的第一溫度檢測值中，在從晶圓10放置於承載盤100上，至承載盤100的溫度恢復至設定溫度值TC1的期間的最小第一溫度檢測值TC2；
步驟S12、向承載盤100上放置晶圓10，且使晶圓10處於位置異常的狀態，即，晶圓10部分放置於承載面a上（即搭邊的情況），並獲取溫度檢測件110檢測到的所有的第二溫度檢測值中，在從晶圓10放置於承載盤100上，至承載盤100的溫度恢復至設定溫度值TC1的期間的最小第二溫度檢測值TC3；
步驟S13、根據最小第一溫度檢測值TC2和最小第二溫度檢測值TC3，確定預設溫度值TC4，其中，預設溫度值TC4介於最小第一溫度檢測值TC2和最小第二溫度檢測值TC3之間。
在本發明實施例中，控制裝置先在步驟S11中獲取晶圓正常落在承載盤100上時，承載盤100的最小第一溫度檢測值TC2，再在步驟S12中獲取晶圓搭邊時，承載盤100的最小第二溫度檢測值TC3，由此即可確定一個介於最小第一溫度檢測值TC2與最小第二溫度檢測值TC3之間的預設溫度值TC4，並以此為晶圓是否正常傳片的判斷依據。即，在將晶圓放置在承載盤100上後，承載盤100的溫度降低至低於預設溫度值TC4（即最小第一溫度檢測值TC2低於預設溫度值TC4），則可以判定傳片正常；承載盤100的溫度未降低至低於預設溫度值TC4（即最小第二溫度檢測值TC3高於或等於預設溫度值TC4），則可以判定晶圓與承載面a之間的接觸面積過小，晶圓搭邊。
作為本發明的一種可選實施方式，根據最小第一溫度檢測值TC2和最小第二溫度檢測值TC3確定預設溫度值TC4，具體包括：
步驟S131、計算設定溫度值TC1與最小第一溫度檢測值TC2之間的第一溫度差值ΔTC1，以及設定溫度值TC1與最小第二溫度檢測值TC3之間的第二溫度差值ΔTC2；
步驟S132、根據第一溫度差值ΔTC1與第二溫度差值ΔTC2，確定預設溫度差值ΔTC，其中，預設溫度差值ΔTC的大小介於第一溫度差值ΔTC1與第二溫度差值ΔTC2之間；
步驟S133、計算設定溫度值TC1與預設溫度差值ΔTC的差值，作為預設溫度值TC4。
經本發明的發明人實驗驗證，現有的幹法去膠機台中，晶圓正常落在承載面a上後，承載盤100中設置的溫度檢測件110的溫度檢測值的最大波動幅度（即ΔTC1）約為3℃；晶圓搭邊時，溫度檢測件110的溫度檢測值的最大波動幅度（即ΔTC2）約為0.5℃。即，預設溫度差值ΔTC可以設置為0.5℃至3℃之間的某一數值。
作為本發明的一種可選實施方式，預設溫度差值ΔTC可以取值2℃，即，預設溫度值TC4與設定溫度值TC1相比低2℃，如將晶圓10放置在承載盤100上後，承載盤100的溫度下降超過2℃，則可以認為晶圓10的底面與承載盤100的承載面a完全接觸，晶圓10的位置正常。
本發明實施例對預設時間t2的時長不作具體限定，只要能夠保證溫度檢測件110的溫度檢測值波動的峰值落入預設時間t2中即可。例如，作為本發明的一種可選實施方式，可記錄放置晶圓後，溫度檢測件110的溫度檢測值達到最低點時經過的時間長度，並參照該時長確定預設時間t2。具體地，曲線L1與曲線L2的最低點對應的時間通常差距不大（即圖5中的t1時刻），在選取預設時間t2時使預設時間t2大於此前採集的所有溫度曲線中最低點對應的t1即可。此外，由於通過反饋調節使承載盤100恢復至設定溫度值TC1通常需要一定時間，為提高檢測效率，預設時間t2優選小於承載面a恢復至設定溫度值TC1的時間。
即，預設時間t2大於承載盤100的溫度從晶圓放置於承載盤100之前的溫度降至最小第一溫度檢測值TC2所花費的時間以及承載盤100的溫度從該晶圓放置於承載盤100之前降至最小第二溫度檢測值TC3所花費的時間（即大於每個已採集曲線的t1時刻），且小於承載盤100的溫度從晶圓放置於承載盤100之前的溫度恢復至設定溫度值TC1所花費的時間。
為提高半導體製程的安全性，作為本發明的一種優選實施方式，如圖3所示，承載盤100中還設置有加熱元件和至少一個過溫檢測件120，加熱元件用於對承載盤100進行加熱，過溫檢測件120用於檢測承載盤100的溫度，該晶圓放置狀態檢測方法還包括：
當存在過溫檢測件120的溫度檢測值高於預設安全溫度值時，控制加熱元件停止加熱。
在本發明實施例中，控制裝置對過溫檢測件120的溫度檢測值進行即時監控，當過溫檢測件120的溫度檢測值高於預設安全溫度值時，則判定承載盤100的溫度過高，主動控制加熱元件停止加熱，以避免承載盤100的溫度過高導致其出現碎裂、承載面a凸起等問題，保護承載盤100及其內部的相應結構。
作為本發明的一種可選實施方式，預設安全溫度值可以設置為承載盤100的正常工作溫度與耐溫上限之間。例如，承載盤100的加熱溫度上限為350℃左右，其工作環境為200℃-275℃，則可以將預設安全溫度值設置在275℃與350℃之間。例如，預設安全溫度值可以為320℃。
作為本發明的一種優選實施方式，溫度檢測件110複用作控制裝置反饋調節（PID調節）加熱元件加熱功率的測溫元件，即，控制裝置用於即時獲取溫度檢測件110的溫度檢測值，並根據溫度檢測值與設定溫度值TC1之間的差值反饋調節（PID調節）加熱元件的加熱功率，以使溫度檢測件110的溫度檢測值保持在設定溫度值TC1，進而將承載盤100及其上承載的晶圓10的溫度保持在設定溫度值TC1。
為便於技術人員理解，以下提供在設定溫度值TC1為275℃的情況下，控制裝置確認預設溫度值TC4的詳細流程：
控制裝置接收設定溫度值TC1的設定值為275℃後，根據溫度檢測件110的溫度檢測值即時反饋調節承載盤100中的加熱功率，使溫度檢測件110的溫度檢測值保持在275℃。
在對晶圓進行加工前，控制裝置先進行製程測試。首先，控制傳輸組件向承載盤100的三針結構上傳輸晶圓，再控制三針結構下降，使晶圓全部放置於承載盤100的承載面a上（即正常地向承載盤100上傳輸晶圓），並即時獲取溫度檢測件110的溫度檢測值，得到正常情況對應的承載盤100的溫度曲線L1。分析該曲線L1可知，承載盤100的溫度波動時的最小第一溫度檢測值TC2與設定溫度值TC1之間的第一溫度差值ΔTC1約為3℃，從三針結構下降到溫度檢測件110的溫度檢測值下降至最低點（TC2）時所經過的時間t1約為13s；
接著，（在取下上一片晶圓10後）控制傳輸組件向承載盤100上傳輸晶圓，再控制三針結構下降，使晶圓部分放置於承載盤100的承載面a上（即晶圓搭邊），同樣即時獲取溫度檢測件110的溫度檢測值，得到搭邊情況對應的承載盤100的溫度曲線L2。分析該曲線L2可知，承載盤100的溫度波動時的最小第二溫度檢測值TC3與設定溫度值TC1之間的第二溫度差值ΔTC2約為0.5℃（最低點對應的時間t1同樣約為13s）。
最後，控制裝置可根據兩次製程測試的結果確定預設溫度值TC4和預設時間t2的取值範圍，具體地：
先由第一溫度差值ΔTC1與第二溫度差值ΔTC2的數值可知溫度差值ΔTC的取值範圍為ΔTC2＜ΔTC＜ΔTC1，即，0.5℃＜ΔTC＜3℃。對ΔTC取值為2℃。則可得到預設溫度值TC4=TC1-ΔTC=273℃。
再由t1的數值可知預設時間t2的取值範圍為t2＞ t1，即t2＞ 13s。對預設時間t2進行取值，使預設時間t2=20s。
隨後控制裝置可將溫度差值ΔTC（預設溫度值TC4）寫到當前晶圓對應的製程配方中，並將預設時間t2寫到軟體配置項（setup）裡。
隨後在半導體製程中，控制裝置可在傳片時根據設定的數值進行判斷，若在三針結構下降後的20秒內溫度檢測件110的溫度檢測值沒有下降到低於273℃，則判定晶圓搭邊（即晶圓位置異常）。
為提高半導體製程的安全性和半導體製程生產線的故障排查效率，作為本發明的一種優選實施方式，該方法還包括在判定晶圓位置異常（搭邊）後，拋出報警（例如，控制蜂鳴器響鈴、指示燈閃爍、介面彈出相應報警視窗等）。
作為本發明的第二個方面，提供一種半導體製程腔室，包括腔體和設置在腔體中的承載盤100，承載盤100用於承載晶圓，並將承載盤100與晶圓的溫度保持在設定溫度值TC1。承載盤100中設置有溫度檢測件110，用於檢測承載盤100的靠近承載面a的溫度，該導體製程腔室還包括控制裝置，用於實現本發明實施例提供的晶圓放置狀態檢測方法。
在本發明提供的半導體製程腔室中，在向承載盤100的承載面a上放置晶圓後，通過獲取預設時間內溫度檢測件檢測到的所有的實際溫度檢測值中的最小實際溫度檢測值，可以判斷檢測到的實際溫度檢測值由設定溫度值下降的幅度是否足夠大，即，判斷最小實際溫度檢測值是否低於預設溫度值，並在最小實際溫度檢測值低於預設溫度值的情況下判定晶圓位置正常，在最小實際溫度檢測值不低於預設溫度值的情況下，判定晶圓位置異常（例如發生搭邊），從而實現自動識別晶圓位置是否正常，及時在晶圓位置異常時中止半導體製程，避免了半導體製程腔室在晶圓位置異常的情況下繼續進行半導體製程，保證了在晶圓表面上進行半導體製程的均勻性和傳片過程的穩定性，並降低了碎片風險，提高了半導體製程的安全性。
作為本發明的一種可選實施方式，承載盤100中還設置有加熱元件，用於對承載盤100進行加熱。可選地，如圖3所示，加熱元件包括埋設在承載盤100內部的加熱絲150，加熱絲150能夠在與電源接通後基於電加熱原理產生熱量，從而對承載盤100及其上承載的晶圓進行加熱。可選地，本發明提供的半導體製程腔室可用於幹法去膠製程。
為保證控制裝置對晶圓搭邊的識別精度，作為本發明的一種優選實施方式，如圖3所示，溫度檢測件110設置於承載盤100的中心位置處，例如溫度檢測件110在承載盤100的承載面a上的投影與承載盤100的軸線重合。
在晶圓位置偏移並出現搭邊問題時，晶圓邊緣與承載面a接觸的方位存在隨機性，且晶圓一側邊緣與承載面a之間的接觸位置隨晶圓位置的偏移改變而變化，因此，在本發明實施例中，溫度檢測件110設置於承載盤100的中央，從而無論晶圓搭邊時哪一側與承載面a接觸，均不影響溫度檢測件110的檢測結果與正常情況之間產生差異，進而保證了對晶圓搭邊問題的識別精度。
作為本發明的一種可選實施方式，溫度檢測件110可以包括熱電偶。為保證溫度檢測件110對承載盤100的溫度檢測效果並避免其影響承載面a的平整度以及晶圓溫度的均勻性，作為本發明的一種優選實施方式，如圖3所示，熱電偶朝向承載盤100的一端與承載面a之間的間距d為7mm至8mm。可選地，熱電偶朝向承載盤100的一端距離承載面a之間的距離d為7.5mm。
為保證熱電偶固定在承載盤100中的穩定性，優選地，該熱電偶為K型鎧裝式熱電偶，通過熱電偶外表面上的螺紋旋入承載盤100底部中央的螺紋孔中，實現與承載盤100之間的緊固連接。
可選地，溫度檢測件110的熱電偶外徑約為3mm，回應速度為1.2s，測溫精度為I級 。
為提高半導體製程的安全性，作為本發明的一種優選實施方式，如圖3所示，承載盤100中還設置有至少一個過溫檢測件120，過溫檢測件120用於檢測承載盤100的溫度。控制裝置用於在存在過溫檢測件120的溫度檢測值高於預設安全溫度值時，控制加熱元件停止加熱。
在本發明實施例中，控制裝置對過溫檢測件120的溫度檢測值進行即時監控，當過溫檢測件120的溫度檢測值高於預設安全溫度值時，則判定承載盤100的溫度過高，主動控制加熱元件停止加熱，以避免承載盤100的溫度過高導致其出現碎裂、承載面a凸起等問題，保護承載盤100及其內部相應結構。
作為本發明的一種優選實施方式，過溫檢測件120包括熱電偶，埋入式安裝在加熱絲150附近，且位於承載盤100的中心和邊緣的中間。在半導體製程中，加熱絲150產生的熱量通過承載盤100向外傳導，使承載盤100整體以及其上承載的晶圓10溫度保持在設定溫度值TC1，承載盤內部的溫度存在梯度分佈，即沿遠離加熱絲150方向溫度逐漸下降，因此，為保證控制裝置及時發現承載盤100溫度過高的異常情況，過溫檢測件120優選盡可能靠近加熱絲150設置，從而使過溫檢測件120能夠即時檢測加熱絲150附近的溫度，使控制裝置在加熱絲150的溫度超出預設安全溫度值時更快發現異常，進而更好地避免承載盤100的溫度過高導致其出現碎裂、承載面a凸起等問題，保護承載盤100及其內部相應結構。
優選地，過溫檢測件120沿承載盤100厚度方向的位置與加熱絲150對應（即過溫檢測件120與加熱絲150位於同一水平面上），以提高承載盤100溫度過高時控制裝置通過過溫檢測件120識別出異常問題的效率。
可選地，加熱絲150及過溫檢測件120的頂部距離承載盤100的承載面a約17.5mm。可選地，過溫檢測件120中熱電偶的外徑約為3mm。
為進一步提高半導體製程的安全性，作為本發明的一種優選實施方式，承載盤100中設置有多個過溫檢測件120，多個過溫檢測件120沿承載盤100的周向間隔設置，從而可對承載盤100各個方向的溫度進行即時檢測，提高報警靈敏度。
作為本發明的一種優選實施方式，如圖4所示，承載盤100的承載面a上還形成有導氣槽140，用於引導晶圓與承載面a之間的氣體沿周向均勻排出，以保證晶圓位置的穩定性。
可選地，如圖4所示，導氣槽140包括多條輻射槽141，每條輻射槽141由承載面a的中央沿徑向延伸，多條輻射槽141沿周向分佈，用於引導氣體沿徑向排出。
優選地，如圖4所示，導氣槽140還包括至少一條環形槽142，環形槽142繞承載盤100的軸線沿周向延伸，且與多條（所有）輻射槽141相交，用於提高氣體沿周向的壓強均勻性，以避免晶圓下落時晶圓與承載面a之間的氣體排出時周向氣流大小不均勻導致晶圓水準位置發生偏移，從而進一步提高晶圓位置的穩定性。
作為本發明的一種可選實施方式，如圖3所示，溫度檢測件110、過溫檢測件120和加熱元件均通過耐高溫軟線170與腔室外部的電路連接，耐高溫軟線170的表層具有遮罩層。
為延長耐高溫軟線170的使用壽命，作為本發明的一種可選實施方式，如圖3所示，承載盤100的底部固定設置有絕緣套管160，絕緣套管160的底端與半導體製程腔室腔體的底壁固定連接，且絕緣套管160的內部通過腔體底壁上的通孔與腔體外部連通，耐高溫軟線170穿過絕緣套管160與腔體外部的電路（如，電源、控制裝置等）連接。
作為本發明的一種可選實施方式，如圖6所示，控制裝置（虛線框外為控制裝置結構，虛線框內為設置在承載盤100中的結構）包括溫控器和固態繼電器，溫控器用於接收承載盤100中溫度檢測件110的溫度檢測值，並根據溫度檢測值與設定溫度值TC1之間的差值，通過固態繼電器即時調節電源（Power）最終輸出至加熱元件的功率，進而實現對承載盤100的溫度進行反饋調節（PID調節），將承載盤100及其上承載的晶圓的溫度保持在設定溫度值TC1。
在承載盤100中還設置有過溫檢測件120的情況下，作為本發明的一種可選實施方式，如圖6所示，控制裝置還包括溫控模組和連接在固態繼電器與電源之前的交流接觸器，溫控模組用於根據溫控模組的判斷邏輯，在過溫檢測件120的溫度檢測值超過預設安全溫度值（如，320℃）時，切斷交流接觸器，使電源功率無法載入到加熱元件上，從而起到保護承載盤100中結構的作用。
作為本發明的第三個方面，提供一種半導體製程設備，該半導體製程設備包括本發明實施例提供的半導體製程腔室。可選地，該半導體製程設備還包括傳輸元件，用於向半導體製程腔室中的承載盤100上傳輸晶圓（具體為將晶圓傳輸至承載盤100的升起的三針結構上）。
在本發明提供的半導體製程設備中，半導體製程腔室的控制裝置能夠在向承載盤100的承載面上放置晶圓後，過獲取預設時間內溫度檢測件110檢測到的所有的實際溫度檢測值中的最小實際溫度檢測值，可以判斷檢測到的實際溫度檢測值由設定溫度值TC1下降的幅度是否足夠大，即，判斷最小實際溫度檢測值是否低於預設溫度值TC4，並在最小實際溫度檢測值低於預設溫度值TC4的情況下判定晶圓位置正常，在最小實際溫度檢測值不低於預設溫度值TC4（即承載面a的溫度下降幅度過小）的情況下，判定發現晶圓位置異常，及時在晶圓位置異常時中止半導體製程，避免了半導體製程腔室在晶圓位置異常的情況下繼續進行半導體製程，保證了在晶圓表面上進行半導體製程的均勻性和傳片過程的穩定性，並降低了碎片風險，提高了半導體製程的安全性。
前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文仲介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。
100:承載盤 110:溫度檢測件 120:過溫檢測件 130:頂針孔 140:導氣槽 141:輻射槽 142:環形槽 150:加熱絲 160:絕緣套管 170:耐高溫軟線 S1、S2:步驟
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。 圖1是晶圓落在本發明實施例提供的半導體製程腔室中的承載盤上的一種情況的示意圖； 圖2是晶圓落在本發明實施例提供的半導體製程腔室中的承載盤上的另一種情況的示意圖； 圖3是本發明實施例提供的半導體製程腔室中承載盤的結構示意圖； 圖4是圖3中承載盤的承載面a區域的俯視圖； 圖5是圖1及圖2所示情況下承載盤中的溫度檢測件的溫度檢測值的變化情況的示意圖； 圖6是本發明實施例提供的半導體製程腔室中控制裝置的結構示意圖； 圖7是本發明實施例提供的晶圓放置狀態檢測方法的流程圖。
S1、S2:步驟

Claims (11)

  1. 一種晶圓放置狀態檢測方法，應用於一半導體製程腔室，該半導體製程腔室包括一腔體和設置在該腔體中的一承載盤，該承載盤用於承載晶圓，並將該承載盤保持在一設定溫度值，其中，該承載盤中設置有一溫度檢測件，用於檢測該承載盤的靠近承載面的溫度，該晶圓放置狀態檢測方法包括： 向該承載盤的承載面上放置晶圓，並獲取一預設時間內該溫度檢測件檢測到的所有的實際溫度檢測值中的一最小實際溫度檢測值； 判斷該最小實際溫度檢測值是否低於一預設溫度值，該預設溫度值低於該設定溫度值；若是，則判定該晶圓位置正常；若否，則判定該晶圓位置異常。
  2. 如請求項1所述的晶圓放置狀態檢測方法，其中，該晶圓放置狀態檢測方法還包括確定該預設溫度值的方法，該方法包括： 向該承載盤上放置晶圓，且使該晶圓處於位置正常的狀態； 獲取該溫度檢測件檢測到的所有的第一溫度檢測值中，在從該晶圓放置於該承載盤上，至該承載盤的溫度恢復至該設定溫度值的期間的最小第一溫度檢測值； 向該承載盤上放置晶圓，且使該晶圓處於位置異常的狀態； 獲取該溫度檢測件檢測到的所有的第二溫度檢測值中，在從該晶圓放置於該承載盤上，至該承載盤的溫度恢復至該設定溫度值的期間的最小第二溫度檢測值； 根據該最小第一溫度檢測值和該最小第二溫度檢測值，確定該預設溫度值，其中，該預設溫度值介於該最小第一溫度檢測值和該最小第二溫度檢測值之間。
  3. 如請求項2所述的晶圓放置狀態檢測方法，其中，該根據該最小第一溫度檢測值和該最小第二溫度檢測值確定該預設溫度值，具體包括： 計算該設定溫度值與該最小第一溫度檢測值之間的一第一溫度差值，以及該設定溫度值與該最小第二溫度檢測值之間的一第二溫度差值； 根據該第一溫度差值與該第二溫度差值，確定預設溫度差值，其中，該預設溫度差值的大小介於該第一溫度差值與該第二溫度差值之間； 計算該設定溫度值與該預設溫度差值的差值，作為該預設溫度值。
  4. 如請求項2或3所述的晶圓放置狀態檢測方法，其中，該預設時間大於該承載盤的溫度從該晶圓放置於該承載盤之前的溫度降至該最小第一溫度檢測值所花費的時間以及該承載盤的溫度從該晶圓放置於該承載盤之前的溫度降至該最小第二溫度檢測值所花費的時間，且小於該承載盤的溫度從該晶圓放置於該承載盤之前的溫度恢復至該設定溫度值所花費的時間。
  5. 如請求項1至3中任意一項所述的晶圓放置狀態檢測方法，其中，該承載盤中還設置有一加熱元件和至少一個過溫檢測件，該加熱元件用於對該承載盤進行加熱，該過溫檢測件用於檢測該承載盤的溫度，該晶圓放置狀態檢測方法還包括： 當存在該過溫檢測件的溫度檢測值高於預設安全溫度值時，控制該加熱元件停止加熱。
  6. 一種半導體製程腔室，包括一腔體和設置在該腔體中的一承載盤，該承載盤用於承載一晶圓，並將該承載盤與該晶圓的溫度保持在一設定溫度值，其中，該承載盤中設置有一溫度檢測件，用於檢測該承載盤的靠近承載面的溫度，該導體製程腔室還包括控制裝置，用於實現請求項1至5中任意一項所述的晶圓放置狀態檢測方法。
  7. 如請求項6所述的半導體製程腔室，其中，該溫度檢測件設置於該承載盤的中心位置處。
  8. 如請求項7所述的半導體製程腔室，其中，該溫度檢測件包括一熱電偶，且該熱電偶朝向該承載盤的一端與該承載面之間的間距為7mm至8mm。
  9. 如請求項6至8中任意一項所述的半導體製程腔室，其中，該承載盤中還設置有一加熱元件和至少一個過溫檢測件，該加熱元件用於對該承載盤進行加熱，該過溫檢測件用於檢測該承載盤的溫度；該控制裝置用於在存在該過溫檢測件的溫度檢測值高於預設安全溫度值時，控制該加熱元件停止加熱。
  10. 如請求項9所述的半導體製程腔室，其中，該承載盤中設置有多個該過溫檢測件，多個該過溫檢測件沿該承載盤的周向間隔設置。
  11. 一種半導體製程設備，其中，該半導體製程設備包括請求項6至10中任意一項所述的半導體製程腔室。
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