一种晶圆状态检测方法及装置

技术领域

本申请属于晶圆清洗设备技术领域，尤其是涉及一种晶圆状态检测方法及装置。

背景技术

晶圆在生产过程中，需要经过刻蚀、清洗、干燥等一系列工艺步骤。单片晶圆清洗设备中，具有晶圆承载盘，并通过晶圆承载盘上的若干支撑柱(也叫卡爪或者定位柱)对晶圆进行固定。为了保证晶圆的质量，就需要对晶圆在承载盘上的状态进行检测，以判断晶圆是否翘曲或者倾斜。

中国发明专利申请CN117059547A公开了一种晶圆到位水平检测调整方法及检测装置，使用摄像头对晶圆是否翘曲进行检测，摄像头仅能在晶圆静止时进行检测，无法做到对晶圆的及时检测，也不能无缝衔接晶圆后续的清洗过程。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种能够在晶圆的旋转过程中进行检测，能够与后续工艺无缝衔接的晶圆状态检测方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种晶圆状态检测方法，包括以下步骤：

S1：使用对射传感器，使对射传感器发出的具有一定宽度的光束能够沿着晶圆的厚度方向覆盖放置到晶圆承载盘上的晶圆；

S2：由晶圆承载盘带动晶圆转动一周以上，对射传感器的接收端分别接收来自发射端的光束；

S3：由处理器采集对射传感器的接收端的光束，去除因支撑柱导致的光线被阻挡的信号，测量对射传感器的接收端的缺失光束部分的宽度；

S4：若缺失光束部分的宽度大于晶圆厚度，则表明晶圆翘曲或者晶圆上有异物，表明晶圆异常，否则晶圆为正常。

优选地，本发明的晶圆状态检测方法，在S3步骤中，通过控制对射传感器发射端发射的光束时间，避开支撑柱，来实现去除因支撑柱导致的光线被阻挡的信号。

本发明还提供另一种晶圆状态检测方法，包括以下步骤：

S1：使用第一对射传感器，使第一对射传感器发出的光束沿着放置到晶圆承载盘上的晶圆的上表面通过，使用第二对射传感器，使第二对射传感器发出的光束沿着晶圆的下表面通过，第一对射传感器和第二对射传感器沿高度方向设置；

S2：由晶圆承载盘带动晶圆转动一周以上，第一对射传感器和第二对射传感器的接收端分别接收来自第一对射传感器和第二对射传感器发射端的信号；

S3：由处理器采集第一对射传感器和第二对射传感器的接收端的信号，并与晶圆检测合格的信号进行比对，根据比对结果确定晶圆的状态，其中晶圆旋转一周的时间为T；

先将采集的信号中忽略因支撑柱导致的光线被阻挡的信号；

如果还具有以下情形，则表明晶圆不合格：

情形一、处理器采集的信号缺少第一对射传感器或者第二对射传感器在t

情形二、处理器采集的信号一直缺少第一对射传感器或者第二对射传感器的信号，则说明晶圆发生了翘曲；一般来说，向上翘曲时，第一对射传感器被阻挡，向下翘曲时，第二对射传感器被阻挡；

三、处理器采集的信号缺少第一对射传感器或者第二对射传感器的信号某个时间的信号，说明晶圆上表面或者下表面有异物。

S4：晶圆检测合格的，由清洗喷头喷出清洗液对晶圆进行工艺清洗，晶圆检测不合格的，晶圆承载盘停止带动晶圆转动，发出警报通知工人进行处理。

优选地，本发明的晶圆状态检测方法，所述第一对射传感器和第二对射传感器的光线均穿过晶圆的圆心。

优选地，本发明的晶圆状态检测方法，所述晶圆状态检测方法发生在晶圆清洗前或者清洗完成后或者干燥前或者干燥后。

优选地，本发明的晶圆状态检测方法，所述晶圆状态检测方法发生在晶圆清洗过程中，仅第二对射传感器进行工作，且S3步骤中仅分析情形一和情形二。

优选地，本发明的晶圆状态检测方法，驱动承载盘旋转的电机为带编码的步进电机。

优选地，本发明的晶圆状态检测方法，S1步骤中，在将晶圆放置到晶圆承载盘上后，还包括对晶圆承载盘进行复位的过程，用以使每次晶圆承载盘旋转的起始位置和终止位置相同。

优选地，本发明的晶圆状态检测方法，在S3步骤中，处理器采集到第一对射传感器和第二对射传感器的接收端的信号后，先忽略固定时间的信号。

本发明还提供一种晶圆状态检测装置，包括：

对射传感器，所述对射传感器发出的具有一定宽度的光束能够沿着晶圆的厚度方向覆盖放置到晶圆承载盘上的晶圆；

处理器，所述处理器采集晶圆旋转至少一周时对射传感器的接收端的光束，所述处理器去除因支撑柱导致的光线被阻挡的信号，测量对射传感器的接收端的缺失光束部分的宽度；所述处理器将缺失光束部分的宽度与晶圆厚度进行比较，缺失光束部分的宽度大于晶圆厚度时表明晶圆异常，否则晶圆为正常。

本发明还提供一种晶圆状态检测装置，包括：

第一对射传感器，所述第一对射传感器发出的光束沿着放置到晶圆承载盘上的晶圆的上表面通过；

第二对射传感器，所述第二对射传感器发出的光束沿着晶圆的下表面通过；

第一对射传感器和第二对射传感器沿高度方向设置；

处理器，用于采集第一对射传感器和第二对射传感器的接收端的信号，并与晶圆检测合格的信号进行比对，根据比对结果确定晶圆的状态，其中晶圆旋转一周的时间为T；

先将采集的信号中忽略因支撑柱导致的光线被阻挡的信号；

如果还具有以下情形，则表明晶圆不合格：

一、处理器采集的信号缺少第一对射传感器或者第二对射传感器在t

二、处理器采集的信号一直缺少第一对射传感器或者第二对射传感器的信号，则说明晶圆发生了翘曲；一般来说，向上翘曲时，第一对射传感器被阻挡，向下翘曲时，第二对射传感器被阻挡；

三、处理器采集的信号缺少第一对射传感器或者第二对射传感器的信号某个时间的信号，说明晶圆上表面或者下表面有异物。

本发明的有益效果是：

本申请的晶圆状态检测方法和设备，使用宽光束的对射传感器实现了对晶圆状态的检测，传感器结构简单，在晶圆的旋转过程中就进行了检测，如果检测结果为晶圆合格，就可以直接进行晶圆的清洗干燥工艺，无需进行停机，做到检测与工艺无缝衔接。提高了检测效率和晶圆清洗效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。

图1是本申请实施例1的晶圆状态检测装置中对射传感器与晶圆的设置示意图；

图2是本申请实施例2的晶圆状态检测装置中第一对射传感器、第二对射传感器与晶圆的设置示意图；

图3是本申请实施例2的晶圆状态检测方法中晶圆合格的信号波形图。

附图标记如下：

1-对射传感器；11-接收端11；12-发射端；6-支撑柱；7-晶圆承载盘；8-光束。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。

实施例1

本实施例提供一种晶圆状态检测方法，发生在晶圆清洗前或者清洗完成后或者干燥前或者干燥后，如图1所示，包括以下步骤：

S1：使用对射传感器1，使对射传感器1发出的具有一定宽度的光束8能够沿着晶圆的厚度方向覆盖放置到晶圆承载盘7上的晶圆(也即光束能够从晶圆的上表面和下表面通过，晶圆本身的厚度方向能够阻挡中间部分)；

S2：由晶圆承载盘带动晶圆转动一周以上，对射传感器1的接收端11分别接收来自发射端12的光束；

S3：由处理器采集对射传感器的接收端的光束(形成了信号)，去除因支撑柱6导致的光线被阻挡的信号，测量对射传感器的接收端11的缺失光束部分的宽度(在厚度方向上被晶圆所阻挡形成缺失部分)；

S4：若缺失光束部分的宽度大于晶圆厚度(厚度值预设)，则表明晶圆翘曲或者晶圆上有异物，表面晶圆异常，否则晶圆为正常。

在S3步骤中，通过控制对射传感器发射端发射的光束时间，避开支撑柱，来实现去除因支撑柱导致的光线被阻挡的信号。(比如可以通过预先标定位置，而后当支撑柱旋转到对射传感器的光路中时，对射传感器发射端不发射的光束，支撑柱旋转到离开对射传感器光路后，再发射光线。)

本实施例的晶圆状态检测方法，使用宽光束的对射传感器实现了对晶圆状态的检测，传感器结构简单，在晶圆的旋转过程中就进行了检测，如果检测结果为晶圆合格，就可以直接进行晶圆的清洗干燥工艺，无需进行停机，做到检测与工艺无缝衔接。提高了检测效率和晶圆清洗效率。

实施例2

本实施例提供一种晶圆状态检测方法，发生在晶圆清洗前或者清洗完成后或者干燥前或者干燥后，如图2所示，包括以下步骤：

S1：使用第一对射传感器，使第一对射传感器发出的光束沿着放置到晶圆承载盘上的晶圆的上表面通过，使用第二对射传感器，使第二对射传感器发出的光束沿着晶圆的下表面通过，第一对射传感器和第二对射传感器沿高度方向设置；

S2：由晶圆承载盘带动晶圆转动一周以上，第一对射传感器和第二对射传感器的接收端分别接收来自第一对射传感器和第二对射传感器发射端的信号；

S3：由处理器采集第一对射传感器和第二对射传感器的接收端的信号，并与晶圆检测合格的信号进行比对，根据比对结果确定晶圆的状态，其中晶圆旋转一周的时间为T；

先将采集的信号中忽略因支撑柱导致的光线被阻挡的信号；

如果还具有以下情形，则表明晶圆不合格：

一、处理器采集的信号缺少第一对射传感器或者第二对射传感器在t

二、处理器采集的信号一直缺少第一对射传感器或者第二对射传感器的信号，则说明晶圆发生了翘曲；一般来说，向上翘曲时，第一对射传感器被阻挡，向下翘曲时，第二对射传感器被阻挡(第一对射传感器和第二对射传感器的高度距离就是晶圆翘曲度的最小值)；

三、处理器采集的信号缺少第一对射传感器或者第二对射传感器的信号某个时间的信号，说明晶圆上表面或者下表面有异物。

S4：晶圆检测合格的，由清洗喷头喷出清洗液对晶圆进行工艺清洗，晶圆检测不合格的，晶圆承载盘停止带动晶圆转动，发出警报通知工人进行处理。

如果晶圆状态检测方法发生在晶圆清洗过程中，也即对清洗过程中的晶圆进行检测，则S3步骤中仅分析情形一和情形二，无需检测是否符合情形三，且仅第二对射传感器进行工作仅，也分析第二对射传感器的信号。由于第二对射传感器位于晶圆底部，晶圆底部通常没有清洗液，因此，不会受到晶圆顶部清洗液的影响。

进一步地，所述第一对射传感器和第二对射传感器的光线均穿过晶圆的圆心。

由于晶圆放置到晶圆承载盘上时要被支撑柱所固定，受支撑柱影响，当支撑柱因晶圆旋转到达对射传感器的光束路径时，第一对射传感器和第二对射传感器的光束均会被阻挡，从而第一对射传感器和第二对射传感器的接收端同时无法接收到光束；由于支撑柱设置位置固定，因此，第一对射传感器和第二对射传感器的光束均会被周期性阻挡，表现在传感器接收端的信号，如图2中，为5个支撑柱下，5个支撑柱呈五边形设置，晶圆旋转一周内，第一对射传感器和第二对射传感器的接收端的信号接收波形。

为了更好地确定一个周期，驱动承载盘旋转的电机为带编码的步进电机，以达到精确控制转速和位移，同时由于固定了承载盘起始位置，承载盘转速也固定时，每次检测支撑柱阻挡第一对射传感器和第二对射传感器的位置相同，晶圆合格时，处理器每次均能接收到相同波形的信号，从而更容易判断。

当第一对射传感器或者第二对射传感器发出的光束先在t

如果第一对射传感器或者第二对射传感器发出的光束一直被阻挡，则说明晶圆发生了翘曲；一般来说，向上翘曲时，第一对射传感器被阻挡，向下翘曲时，第二对射传感器被阻挡(第一对射传感器和第二对射传感器的高度距离就是晶圆翘曲度的最小阈值)；

如果晶圆上表面或者下表面有杂物，则晶圆旋转一周时，第一对射传感器或者第二对射传感器发出的光束会在杂物经过光束通路时被阻挡两次。

为了避免死角，第一对射传感器和第二对射传感器为两组，形成一定夹角。

本实施例的晶圆状态检测方法，使用两个较为廉价的对射传感器实现了对晶圆状态的检测，同时在晶圆的旋转过程中就进行了检测，如果检测结果为晶圆合格，就可以直接进行晶圆的清洗干燥工艺，无需进行停机，做到检测与工艺无缝衔接。提高了检测效率和晶圆清洗效率。

晶圆清洗后检测内容：

当清洗液清洗结束后，第一对射传感器和第二对射传感器开始工作；

如果晶圆上表面有杂物，则晶圆旋转一周时，第一对射传感器发出的光束会在某个时间被阻挡；当杂物因气流而吹走(固体颗粒物)或者蒸发(液滴)后；

如果晶圆下表面有杂物，则晶圆旋转一周时，第二对射传感器发出的光束会在某个时间被阻挡。

S1步骤中，在将晶圆放置到晶圆承载盘上后，还包括对晶圆承载盘进行复位的过程，用以使每次晶圆承载盘旋转的起始位置和终止位置相同；

或者

先将晶圆承载盘进行复位后才将晶圆放置到晶圆承载盘上。

在S3步骤中，处理器采集到第一对射传感器和第二对射传感器的接收端的信号后，先忽略固定时间的信号(固定时间对应的为支撑柱产生的信号)。

由于先对晶圆承载盘进行了复位，因此，当晶圆承载盘旋转速度相同时，因支撑柱导致的光线被阻挡的信号会出现在相同的时间，也就能很好分辨是否是因支撑柱导致的光线被阻挡的信号。也即处理器采集的信号与晶圆检测合格的信号具有相同的起始点，更容易进行比对。

虽然，本申请的晶圆状态检测方法不能检测被支撑柱所阻挡部分的杂物，但是能实现大部分区域的杂物检测，同时，也能检测晶圆的翘曲和倾斜。

实施例3

本实施例提供一种晶圆状态检测装置，其特征在于，包括：

对射传感器，所述对射传感器发出的具有一定宽度的光束能够沿着晶圆的厚度方向覆盖放置到晶圆承载盘上的晶圆；

处理器，所述处理器采集晶圆旋转至少一周时对射传感器的接收端的光束，所述处理器去除因支撑柱导致的光线被阻挡的信号，测量对射传感器的接收端的缺失光束部分的宽度；所述处理器将缺失光束部分的宽度与晶圆厚度进行比较(晶圆厚度值通常为预设值)，缺失光束部分的宽度大于晶圆厚度时表明晶圆异常，否则晶圆为正常。

进一步地，通过控制对射传感器发射端发射的光束时间，避开支撑柱来实现去除因支撑柱导致的光线被阻挡的信号。

实施例4

本实施例提供一种晶圆状态检测装置，包括：

第一对射传感器，所述第一对射传感器发出的光束沿着放置到晶圆承载盘上的晶圆的上表面通过；

第二对射传感器，所述第二对射传感器发出的光束沿着晶圆的下表面通过；

第一对射传感器和第二对射传感器沿高度方向设置；

处理器，用于采集第一对射传感器和第二对射传感器的接收端的信号，并与晶圆检测合格的信号进行比对，根据比对结果确定晶圆的状态，其中晶圆旋转一周的时间为T；

先将采集的信号中忽略因支撑柱导致的光线被阻挡的信号；

如果还具有以下情形，则表明晶圆不合格：

一、处理器采集的信号缺少第一对射传感器或者第二对射传感器在t

二、处理器采集的信号一直缺少第一对射传感器或者第二对射传感器的信号，则说明晶圆发生了翘曲；一般来说，向上翘曲时，第一对射传感器被阻挡，向下翘曲时，第二对射传感器被阻挡(第一对射传感器和第二对射传感器的高度距离就是晶圆翘曲度的最小值)；

三、处理器采集的信号缺少第一对射传感器或者第二对射传感器的信号某个时间的信号，说明晶圆上表面或者下表面有异物。

以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。