TWI794963B - 一種晶圓位置檢測裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露了一種晶圓位置檢測裝置，包括安裝座、觸發元件和流體壓力檢測元件；設於安裝座上的觸發元件包括凸出於安裝座的表面對晶圓進行支撐的頂蓋，及設於頂蓋的內壁形成的中空腔體內的流體輸送管路，當頂蓋上設有晶圓時、頂蓋能夠沿靠近流體輸送管路的方向移動封堵流體輸送管路的流體輸送口；當頂蓋上未設置晶圓時、頂蓋在流體壓力作用下能夠沿遠離流體輸送管路的方向移動導通流體輸送管路的流體輸送口；流體壓力檢測元件通過頂蓋與晶圓進行間接接觸，對晶圓的到位情況進行間接檢測，防止因直接接觸使晶圓表面產生缺陷，影響成品率的問題；相較於光學感測器，其能夠實現對光照敏感的晶圓的到位檢測，適用範圍廣，提高裝置通用性。

Description

一種晶圓位置檢測裝置
本發明有關半導體加工設備領域，更具體地說，有關一種晶圓位置檢測裝置。
近年來，隨著半導體行業的迅速發展，半導體晶片的製造工藝線寬由0.18um縮減至10nm以下，金屬層數由5-6層向更多層數發展，銅工藝多層佈線解決了鋁互聯工藝的瓶頸問題，同時也對全域平整化提出了更高的要求。CMP是目前最好的全域平坦化技術，銅互聯工藝中必不可少的工藝環節。銅（Cu）CMP制程中除了容易出現蝶形、侵蝕、刮傷外也容易出現腐蝕缺陷。
化學機械拋光平坦化設備的各個部分均需要即時檢測晶圓的位置。例如拋光過程中，晶圓片先由機械手放到載片臺上，當檢測到晶圓放到指定的工位後，拋光頭會從載片臺上取片拋光。晶圓片拋光結束後，拋光頭會將晶圓放回載片臺上，並由機械手將晶圓傳送到清洗單元。在此過程中，如果載片台運動過程中發生抖動或機械手傳輸時抖動導致晶圓片沒有在載片臺上放正，會導致取放晶圓失敗甚至晶圓碎裂。
現有檢測晶圓的技術方案一般採用在晶圓周向分佈杠杆制動的感測器間接檢測，當晶圓位置偏移時感測器的訊號出現差異，以此作為判斷依據，杠杆制動的感測器間接檢測，零部件摩擦會有雜質（Particle）產生，結構複雜，制動杠杆容易劃傷晶圓表面，安裝維護困難，間接檢測精度會受影響；也有在晶圓周向分佈感測器直接檢測的技術方案，如光學感測器，該種感測器直接檢測不適用於對光照敏感的制程工藝（比如銅工藝）；同時工作環境中有拋光液和液滴飛濺，光學感測器容易誤報警。
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種晶圓位置檢測裝置，以解決間接檢測的感測器易在晶圓表面產生缺陷、影響成品率、直接檢測的感測器適用範圍存在限制的問題。
為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案： 一種晶圓位置檢測裝置，包括： 安裝座； 設於所述安裝座上的觸發元件，所述觸發元件包括凸出於所述安裝座的表面對晶圓進行支撐的頂蓋，及設於所述頂蓋的內壁形成的中空腔體內的流體輸送管路，當所述頂蓋上設有晶圓時、所述頂蓋能夠沿靠近所述流體輸送管路的方向移動封堵所述流體輸送管路的流體輸送口；當所述頂蓋上未設置晶圓時、所述頂蓋在流體壓力作用下能夠沿遠離所述流體輸送管路的方向移動導通所述流體輸送管路的流體輸送口； 與控制裝置連接、對所述流體輸送管路的流體壓力進行檢測的流體壓力檢測元件。
優選地，所述安裝座上設有用以安裝所述頂蓋的安裝槽，所述安裝槽的表面設有用以對所述頂蓋遠離所述流體輸送管路的方向的移動進行限位的壓蓋。
優選地，所述安裝槽的周向側壁上設有用以對所述頂蓋的移動進行直線導向的條形導向槽，所述條形導向槽平行於所述安裝槽的中心線方向設置；所述頂蓋上設有用以與所述條形導向槽配合的導向凸起。
優選地，設於所述安裝座上、對所述中空腔體內的流體進行排出的輸出孔；所述輸出孔設於所述安裝槽的底壁上且沿遠離所述頂蓋的方向貫通所述安裝座。
優選地，所述流體輸送管路包括： 可拆卸的固定連接於所述安裝座上的噴嘴； 一端與所述噴嘴連接、另一端與流體動力源連接的輸入管路。
優選地，所述安裝座上設有用以安裝所述噴嘴的安裝通孔，所述安裝通孔沿所述安裝座的厚度方向貫通，所述安裝通孔設有內螺紋，所述噴嘴設有與所述內螺紋配合的外螺紋。
優選地，所述控制裝置包括： 流體壓力判斷單元，用於判斷所述流體壓力檢測元件檢測的流體壓力值是否等於第一預設壓力值，若是，則發送當前晶圓放正提醒資訊；判斷所述流體壓力檢測元件檢測的流體壓力值是否等於第二預設壓力值，若是，則發送當前工位元無晶圓提醒資訊，所述第一預設壓力值大於所述第二預設壓力值；判斷所述流體壓力檢測元件檢測的流體壓力值是否大於所述第二預設壓力值且小於所述第一預設壓力值，若是，則發送當前晶圓未放正提醒資訊。
優選地，所述頂蓋為球弧面頂蓋。
優選地，所述觸發組件的組數為若干組，全部所述觸發元件在所述安裝座上均勻設置。
優選地，所述觸發組件為三組，三組所述觸發元件沿所述安裝座的中心中心對稱設置，三組所述觸發元件的流體輸送管路均分別連接有一組所述流體壓力檢測元件。
本發明提供的晶圓位置檢測裝置，包括安裝座；設於安裝座上的觸發元件，觸發元件包括凸出於安裝座的表面對晶圓進行支撐的頂蓋，及設於頂蓋的內壁形成的中空腔體內的流體輸送管路，當頂蓋上設有晶圓時、頂蓋能夠沿靠近流體輸送管路的方向移動封堵流體輸送管路的流體輸送口；當頂蓋上未設置晶圓時、頂蓋在流體壓力作用下能夠沿遠離流體輸送管路的方向移動導通流體輸送管路的流體輸送口；與控制裝置連接、對流體輸送管路的流體壓力進行檢測的流體壓力檢測元件。
相較於現有技術，應用本發明提供的晶圓位置檢測裝置，具有以下技術效果： 第一，流體壓力檢測元件通過頂蓋與晶圓進行間接接觸，對晶圓的到位情況進行間接檢測，相較於杠杆制動感測器，流體壓力檢測元件無需直接與晶圓接觸，防止因直接接觸而使得晶圓表面產生缺陷，影響成品率的問題；相較於光學感測器，其能夠實現對光照敏感的晶圓的到位檢測，適用範圍廣，提高裝置通用性； 第二，根據流體壓力檢測元件的檢測壓力值與預設壓力值的比較，對晶圓的放正情況進行判斷，同時根據不同位置處的流體壓力檢測元件的壓力值大小能夠對後續晶圓位置調整進行指導； 第三，頂蓋的頂部為球弧面，其與晶圓平面點接觸，減小二者間的接觸面積，防止頂蓋和晶圓間存有雜質；且當頂蓋和晶圓間存有雜質時，減小因相對滑移而產生的劃痕面積，進一步提高成品率； 第四，安裝槽中設有條形導向槽，以使得頂蓋僅能夠沿直線方向移動，對在流體作用下可能出現的旋轉自由度進行限位，防止因頂蓋旋轉而與晶圓間產生劃痕，使得頂蓋和晶圓保持相對固定，進一步提高裝置的可靠性。
本發明實施例揭露了一種晶圓位置檢測裝置，以解決因感測器直接接觸使晶圓表面產生缺陷、影響成品率的問題。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖1-圖7，圖1為本發明實施例提供的晶圓位置檢測裝置的外觀結構示意圖；圖2為圖1的局部剖視結構示意圖；圖3為本發明實施例提供的晶圓與晶圓位置檢測裝置的安裝結構示意圖；圖4為圖3的局部剖視結構示意圖；圖5為本發明實施例提供的觸發元件的位置結構示意圖；圖6為本發明實施例提供的晶圓與安裝座未對正的位置結構示意圖；圖7為圖6的軸測結構示意圖。
在一種具體的實施方式中，本申請中的晶圓位置檢測裝置包括用以放置晶圓的安裝座4和觸發組件。觸發元件設於安裝座4上，安裝座4通過觸發元件間接對晶圓進行承載。
繼續參見圖2和圖4，其中，觸發組件包括頂蓋1和流體輸送管路，頂蓋1凸出於安裝座4的表面對晶圓6進行支撐，頂蓋1可設置為柱體或台體，如圓柱體、圓臺，根據需要設置頂蓋1的具體結構。頂蓋1內部為中空腔體，用以對流體輸送管路進行罩設；流體輸送管路設於頂蓋1的內壁形成的中空腔體中，頂蓋1能夠沿靠近或遠離流體輸送管路的方向移動對流體輸送管路的流體輸送口進行封堵/導通；當頂蓋1上設有晶圓6時、頂蓋1能夠沿靠近流體輸送管路的方向移動封堵流體輸送管路的流體輸送口；當頂蓋1上未設置晶圓6時、頂蓋1在流體壓力作用下能夠沿遠離流體輸送管路的方向移動，頂蓋1和流體輸送管路的流體輸送口脫離接觸，流體輸送管路的流體輸送口導通；流體輸送管路與中空腔體導通，流體輸送管路的流體依次經流體輸送口、中空腔體和輸出孔流出，輸出孔設於安裝座4上對中空腔體內的流體進行排出。
對於頂蓋1在安裝座上的安裝方式，優選為在安裝座4上設置用以安裝頂蓋1的安裝槽，頂蓋1的頂端凸出於安裝槽設置，頂蓋1的尾端與安裝槽卡接，以防止頂蓋1脫離安裝槽；可以理解的是，頂蓋1和安裝槽間隙配合，以使得頂蓋1能夠沿安裝槽的中心線方向移動，向靠近或遠離流體輸送管路的方向移動。進一步地，為了防止頂蓋1在流體壓力作用下繞自身軸線轉動，而與晶圓6之間產生相對旋轉運動，進而導致晶圓6表面產生磨損或劃痕，優選為在安裝孔的周向側壁上設置對頂蓋1的移動進行直線導向的條形導向槽，條形導向槽平行於安裝槽的中心線方向設置，更為優選地，條形導向槽平行於流體輸送管路的軸線方向，頂蓋1上設有用以與條形導向槽配合的導向凸起，以保證頂蓋1的移動為直線移動。由此設置，對頂蓋1的旋轉自由度進行限制，防止頂蓋1在流體輸送管路的流體壓力作用下繞自身中心線轉動，與晶圓之間產生因相對移動所造成的劃痕，進一步提高成品率，提高裝置的可靠性。
流體壓力檢測元件與控制裝置連接、對流體輸送管路的流體壓力進行檢測，以根據流體輸送管路的流體壓力進行晶圓是否到位及放正進行檢測。流體一般設置為去離子水，空氣或其他惰性氣體等，可根據需要進行設置，並根據流體類型設置相應的流體壓力檢測元件，均在本發明的保護範圍內。
在作業時，當頂蓋1上無晶圓時，流體輸送管路的流體通過流體輸送口進入至中空腔體中，頂蓋1在壓力作用下沿條形導向槽向遠離流體輸送管路的方向移動，通過安裝孔的端壁對頂蓋1的最大滑移位置進行限定，此時可通過流體壓力檢測元件對流體輸送管路的壓力進行檢測，根據檢測壓力值判斷當前頂蓋1上是否存在晶圓；當頂蓋1上安裝有晶圓時，頂蓋1在晶圓重力作用下向靠近流體輸送管路的方向移動對流體輸送管路的流體輸送口進行封堵，此時流體無法通過流體輸送口進入至中空腔體並進行流出，流體壓力增大，根據檢測壓力值判斷當前晶圓是否放正。如上所述，通過流體壓力檢測元件對流體輸送管路的壓力進行晶圓是否到位的檢測，在另一種實施例中，當頂蓋1上設置有晶圓時，通過流體壓力檢測元件檢測到的流體壓力值與預設壓力值進行比較，以對晶圓是否放正進行檢測，舉例說明：當晶圓擺正時、系統預設流體壓力為3Mpa，在放正檢測過程中，根據流體壓力檢測元件檢測的流體壓力進行判斷，當其不為3Mpa時，則認為當前晶圓沒有擺正，在實際應用過程中，可根據需要設置一定的誤差範圍。
同時，上述觸發元件也可以與其他機械結構或感測器組合使用，以檢測晶圓是否在位及放正，如杠杆機構、位移感測器或對射感測器等，可根據需要進行設置。
具體的，安裝座4上設有用以安裝頂蓋1的安裝槽，安裝槽的表面設有用以對頂蓋1遠離流體輸送管路的方向的移動進行限位的壓蓋5。壓蓋5和安裝槽可拆卸的固定連接，如通過螺紋緊固件固定。頂蓋1與安裝槽配合的底部邊緣設有外沿部，外沿部和壓蓋5配合以對頂蓋1進行限位，外沿部在頂蓋1的底部邊緣連續環繞設置；其中，壓蓋5優選為在安裝槽的周向邊緣連續環繞設置，或者，也可以間隔設置，均在本發明的保護範圍內。
其中，流體輸送管路包括噴嘴2和輸入管路。噴嘴2可拆卸的固定連接於安裝座4上，在一種實施例中，安裝座4上設有用以安裝噴嘴2的安裝通孔，安裝通孔沿安裝座4的厚度方向貫通，安裝通孔設有內螺紋，噴嘴2設有與內螺紋配合的外螺紋，通過螺紋連接實現噴嘴2和安裝座4的固定；輸入管路一端與噴嘴2連接、另一端與流體動力源連接，流體壓力檢測元件優選設置在流體輸送管路上，其流體流速穩定，減小對流體壓力檢測造成的干擾，提高流體壓力檢測精度。
在一種實施例中，為了防止流體濺出對晶圓造成損傷，影響成品率，輸出孔朝向安裝座4的另一側面設置，輸出孔設於安裝槽的底壁上且沿遠離頂蓋1的方向貫通安裝座4，輸出孔的軸線優選與流體輸送管路的軸線平行設置，以優化安裝空間，便於輸出孔與輸出管路連接。
優選地，流體壓力檢測元件為水壓感測器3，流體為去離子水，水壓感測器3結構簡單便於設置，且去離子水潔淨度高，減少對晶圓表面產生的干擾。
具體的，控制裝置包括： 流體壓力判斷單元，用於判斷流體壓力檢測元件檢測的流體壓力值是否等於第一預設壓力值，若是，則發送當前晶圓6放正提醒資訊；判斷流體壓力檢測元件檢測的流體壓力值是否等於第二預設壓力值，若是，則發送當前工位無晶圓6提醒資訊，第一預設壓力值大於第二預設壓力值；判斷體壓力檢測元件檢測的流體壓力值是否大於第二預設壓力值且小於第一預設壓力值，若是，則發送當前晶圓6未放正提醒資訊，由此以實現晶圓的到位及放正檢測。
參見圖6、7，可以理解的是，當觸發元件為多組時，全部流體壓力檢測元件檢測的流體壓力值均分別等於第一預設壓力值時，認為安裝座4上無晶圓，可以進行放片操作；當全部流體壓力檢測元件檢測的流體壓力值分別等於第二預設壓力值時，認為安裝座4上有晶圓且晶圓位置放正時，可以進行取片操作；當任意一組流體壓力檢測元件檢測的流體壓力值處於第一預設壓力值和第二預設壓力值間時，認為安裝座4上有晶圓但晶圓位置未放正時，進行報警；上述前兩種情況中，各觸發元件的流體壓力檢測元件檢測的流體壓力值應分別等於第一預設壓力值/第二預設壓力值，由此以進一步提高檢測精度，且能夠在取片/放片操作前，對安裝座4的承載情況進行監控，提高裝置安全性。
在上述各實施例的基礎上，為了減少頂蓋1和晶圓間的接觸面積，防止產生劃痕，頂蓋1為球弧面頂蓋1，以防止晶圓和頂蓋1間發生相對移動時產生劃痕，進一步提高成品率，同時，頂蓋1也可以設置為弧形頂蓋1或其他形式的端蓋，只要能夠達到相同的技術效果即可；可以理解的是，當頂蓋為球弧面頂蓋/弧形頂蓋時，相應地噴嘴的結構可設置為球弧面型噴嘴/弧形噴嘴，以能夠與頂蓋的內壁配合，在封堵時提高封堵效果，減小流體壓力檢測誤差。
具體的，觸發組件的組數為若干組，全部觸發元件在安裝座4上均勻設置。均勻設置如呈矩陣式排列，沿橫向或縱向排列等方式，各組觸發元件的噴嘴2分別連接流體壓力檢測元件，單獨供水，通過對不同位置處的觸發元件所連接的流體壓力檢測元件的檢測壓力進行判斷，可進行晶圓位姿的判斷及調整，為控制裝置控制驅動元件帶動晶圓進行相應的位置調節提供指導，簡化對正操作。在另一種實施例中，也可以將各組觸發元件的噴嘴2均分別連接同一主管路進行供水，每個主管路上連接同一個流體壓力檢測元件，該種設置方式中，器件及管路連接簡單，成本低廉。可以理解的是，觸發元件的組數參考安裝座4的大小及晶圓6的重量進行相應地設置。
優選地，觸發元件為三組，三組觸發元件沿安裝座4的中心中心對稱設置，三組觸發元件的流體輸送管路均分別連接有一組流體壓力檢測元件。三組觸發元件的結構相同，以便於生產加工，安裝座4優選為圓型安裝座4，全部觸發元件沿圓形安裝座4的圓心中心對稱設置，進一步優化安裝座4的結構。
相較於現有技術，應用本發明提供的晶圓位置檢測裝置，具有以下技術效果： 第一，流體壓力檢測元件通過頂蓋與晶圓進行間接接觸，對晶圓的到位情況進行間接檢測，相較於杠杆制動感測器，流體壓力檢測元件無需直接與晶圓接觸，防止因直接接觸而使得晶圓表面產生缺陷，影響成品率的問題；相較於光學感測器，其能夠實現對光照敏感的晶圓的到位檢測，適用範圍廣，提高裝置通用性； 第二，根據流體壓力檢測元件的檢測壓力值與預設壓力值的比較，對晶圓的放正情況進行判斷，同時根據不同位置處的流體壓力檢測元件的壓力值大小能夠對後續晶圓位置調整進行指導； 第三，頂蓋的頂部為球弧面，其與晶圓平面點接觸，減小二者間的接觸面積，防止頂蓋和晶圓間存有雜質；且當頂蓋和晶圓間存有雜質時，減小因相對滑移而產生的劃痕面積，進一步提高成品率； 第四，安裝槽中設有條形導向槽，以使得頂蓋僅能夠沿直線方向移動，對在流體作用下可能出現的旋轉自由度進行限位，防止因頂蓋旋轉而與晶圓間產生劃痕，使得頂蓋和晶圓保持相對固定，進一步提高裝置的可靠性。
最後，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且更包括沒有明確列出的其他要素，或者是更包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
1:頂蓋 2:噴嘴 3:水壓感測器 4:安裝座 5:壓蓋 6:晶圓
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。 圖1為本發明實施例提供的晶圓位置檢測裝置的外觀結構示意圖； 圖2為圖1的局部剖視結構示意圖； 圖3為本發明實施例提供的晶圓與晶圓位置檢測裝置的安裝結構示意圖； 圖4為圖3的局部剖視結構示意圖； 圖5為本發明實施例提供的觸發元件的位置結構示意圖； 圖6為本發明實施例提供的晶圓與安裝座未對正的位置結構示意圖； 圖7為圖6的軸測結構示意圖。
1:頂蓋
2:噴嘴
3:水壓感測器
4:安裝座
5:壓蓋

Claims (9)

  1. 一種晶圓位置檢測裝置，包括：安裝座；設於所述安裝座上的觸發元件，所述觸發元件包括凸出於所述安裝座的表面對晶圓進行支撐的頂蓋，及設於所述頂蓋的內壁形成的中空腔體內的流體輸送管路，當所述頂蓋上設有晶圓時、所述頂蓋能夠沿靠近所述流體輸送管路的方向移動封堵所述流體輸送管路的流體輸送口；當所述頂蓋上未設置晶圓時、所述頂蓋在流體壓力作用下能夠沿遠離所述流體輸送管路的方向移動導通所述流體輸送管路的流體輸送口；與控制裝置連接、對所述流體輸送管路的流體壓力進行檢測的流體壓力檢測元件，其中所述流體輸送管路包括：可拆卸的固定連接於所述安裝座上的噴嘴；一端與所述噴嘴連接、另一端與流體動力源連接的輸入管路。
  2. 如請求項1所述的晶圓位置檢測裝置，其中所述安裝座上設有用以安裝所述頂蓋的安裝槽，所述安裝槽的表面設有用以對所述頂蓋遠離所述流體輸送管路的方向的移動進行限位的壓蓋。
  3. 如請求項2所述的晶圓位置檢測裝置，其中所述安裝槽的周向側壁上設有用以對所述頂蓋的移動進行直線導向的條形導向槽，所述條形導向槽平行於所述安裝槽的中心線方向設置；所述頂蓋上設有用以與所述條形導向槽配合的導向凸起。
  4. 如請求項2所述的晶圓位置檢測裝置，更包括設於所述安裝座上、對所述中空腔體內的流體進行排出的輸出孔，所述輸出孔設於所述安裝槽的底壁上且沿遠離所述頂蓋的方向貫通所述安裝座。
  5. 如請求項1所述的晶圓位置檢測裝置，其中所述安裝座上設有用以安裝所述噴嘴的安裝通孔，所述安裝通孔沿所述安裝座的厚度方向貫通，所述安裝通孔設有內螺紋，所述噴嘴設有與所述內螺紋配合的外螺紋。
  6. 如請求項1所述的晶圓位置檢測裝置，其中所述控制裝置包括：流體壓力判斷單元，用於判斷所述流體壓力檢測元件檢測的流體壓力值是否等於第一預設壓力值，若是，則發送當前晶圓放正提醒資訊；判斷所述流體壓力檢測元件檢測的流體壓力值是否等於第二預設壓力值，若是，則發送當前工位元無晶圓提醒資訊，所述第一預設壓力值大於所述第二預設壓力值；判斷所述流體壓力檢測元件檢測的流體壓力值是否大於所述第二預設壓力值且小於所述第一預設壓力值，若是，則發送當前晶圓未放正提醒資訊。
  7. 如請求項1至請求項6中任一項所述的晶圓位置檢測裝置，其中所述頂蓋為球弧面頂蓋。
  8. 如請求項7所述的晶圓位置檢測裝置，其中所述觸發元件的組數為若干組，全部所述觸發元件在所述安裝座上均勻設置。
  9. 如請求項8所述的晶圓位置檢測裝置，其中所述觸發元件為三組，三組所述觸發元件沿所述安裝座的中心中心對稱 設置，三組所述觸發元件的流體輸送管路均分別連接有一組所述流體壓力檢測元件。
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