一种晶圆检测装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体检测技术领域，具体涉及一种晶圆检测装置及方法。

背景技术

半导体元件是在晶圆(硅圆片)上进行微影、蚀刻、各式化学沉积和平坦化等工艺而形成的电子电路。为了要在晶圆上形成所需的图形，半导体工艺中是先利用微影的方式定义出图形，再利用蚀刻的方式去除多余的部分来形成图形。晶圆完成蚀刻之后，需要进行化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization，CMP)工艺。CMP设备通常包括半导体设备前端模块(EFEM)、清洗单元和抛光单元。现有CMP清洗单元的清洁干燥装置，例如使用旋转甩干方式清洁干燥晶圆的装置(Spin Rinse Dry，SRD)、或以IPA(异丙醇)清洁干燥晶圆的装置等，将晶圆放入其中后均需通过夹爪进行固定，夹爪顶部的夹持部夹住晶圆的外围，晶圆平行于夹爪底面并与夹爪底面保持一定距离。如果未能按要求将晶圆放至与夹爪底面平行，夹爪存在不能固定住晶圆的可能性，造成晶圆在干燥过程中脱离工位而损坏晶圆和清洁干燥晶圆的装置。因此，在清洁干燥装置工作前需要检测晶圆是否成功放置在要求的平面上并与夹爪底面平行。现有技术中，主要为先使用一束不平行于晶圆的激光束检测夹爪上是否有晶圆，再使用一束平行于晶圆的激光束检测晶圆是否与夹爪底面平行。这种方案的主要问题在于仅一束激光束测平行可能会出现晶圆在特定角度倾斜时传感器检测不到的情况。并且现有技术中要求晶圆水平放置，测晶圆有无装置与测晶圆平行装置只能在清洁干燥模组设计为水平放置晶圆时使用。晶圆下方还需要安装激光传感器等相关器件，在实际应用过程中可能会出现清洁液体滴落在激光传感器上，使得激光传感器不能正常工作等问题。

为解决上述技术问题，在现有技术的方案中公开了一种晶圆检测装置，用于检测晶圆与夹爪底面是否平行。所述晶圆检测装置包含：测晶圆平行单元，设置在CMP清洁干燥装置内，用于发射与夹爪底面平行的测平行光束，并接收所述测平行光束；所述测晶圆平行单元包含：至少一个透过式激光发生器和至少一个透过式激光接收器，一个透过式激光接收器对应一个透过式激光发生器；检测处理单元，电性连接测晶圆平行单元，根据接收的测平行光束判断夹爪上晶圆是否平行于夹爪底面。

但是以上装置的测晶圆平行单元至少需要两个元器件，且两个元器件分别安装在与晶圆平面水平的相对位置，因此两个元器件安装位置的准确与否直接影响测量的准确性。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的晶圆检测装置检测结果受安装位置的影响较大，存在较大的测量误差的缺陷，基于以上情况，开发一种元器件少、且安装集中的晶圆检测装置十分必要。

为了实现上述目的，本发明提供一种晶圆检测装置，包括：

检测台，用于放置晶圆；

至少一个光束发生器，安装在晶圆表面的一侧，用于向晶圆的表面发射至少三束测距光束，并将反射回的光信号转换为电信号，且三束测距光束与晶圆表面的交点不共线；

信号处理单元，与光束发生器信号连接，用于接收所述电信号，并将所述电信号转化为距离值，分别与对应的设定区间进行比较，当所述距离值均在对应的设定区间内时，则判定晶圆处于水平位置；当至少一个距离值超出所述对应的设定区间时，则判定晶圆发生倾斜。

可选地，所述光束发生器为一个多点式测距传感器。

可选地，所述多点式测距传感器的投影位于所述晶圆的圆心。

可选地，所述三束测距光束与晶圆表面的交点靠近晶圆的边缘。

可选地，所述三束测距光束与晶圆表面的交点连线，形成等边三角形。

可选地，所述光束发生器为三个测距传感器，每一所述测距传感器朝向晶圆表面的不同方向各发出一束测距光束。

可选地，所述检测台上设有至少一个夹持结构。

本发明还提供一种晶圆检测方法，包括：

向晶圆的表面发射至少三束测距光束，并将反射回的光信号转换为电信号，且三束测距光束与晶圆表面的交点不共线；

信号处理单元接收所述电信号，将所述电信号转化为距离值，分别与对应的设定区间进行比较，当所述距离值均在对应的设定区间内时，则判定晶圆处于水平位置；当至少一个距离值超出所述对应的设定区间时，则判定晶圆发生倾斜。

可选地，还包括：

信号处理单元将所述距离值与对应的阈值进行比较，当所述距离值均大于对应的阈值时，则判定检测台上未放置晶圆；当至少一个距离值小于阈值时，判定检测台上放置有晶圆。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1.本发明提供的晶圆检测装置，包括：检测台，用于放置晶圆；至少一个光束发生器，安装在晶圆表面的一侧，用于向晶圆的表面发射至少三束测距光束，并将反射回的光信号转换为电信号，且三束测距光束与晶圆表面的交点不共线；信号处理单元，与光束发生器信号连接，用于接收所述电信号，并将所述电信号转化为距离值，分别与对应的设定区间进行比较，当所述距离值均在对应的设定区间内时，则判定晶圆处于水平位置；当至少一个距离值超出所述对应的设定区间时，则判定晶圆发生倾斜；本申请采用上述技术方案检测晶圆是否水平，光束传感器安装集中，且不需要调平和对齐，不会因为光束发生器安装位置的不准确，而导致检测的准确性差。

2.本发明所述光束发生器为一个多点式测距传感器；本申请采用上述技术方案检测晶圆是否水平，采用的光束传感器数量少，不需要调平和对齐的操作，安装简单。

3.本发明所述三束测距光束与晶圆表面的交点靠近晶圆的边缘；本申请技术方案将三束测距光束与晶圆表面的交点位置设置在靠近晶圆的边缘，由于晶圆倾斜时，边缘的摆幅最大，采集的距离值与设定区间的偏差比较大，从而更加明显地检测所述晶圆是否水平。

4.本发明所述三束测距光束与晶圆表面的交点连线，形成等边三角形；本申请采用上述技术方案，将三束测距光束与晶圆表面的交点均布设置，使得采集的距离值与设定区间的偏差均比较大，从而更加准确可靠地检测所述晶圆是否水平。

5.本发明提供的晶圆检测方法，包括：向晶圆的表面发射至少三束测距光束，并将反射回的光信号转换为电信号，且三束测距光束与晶圆表面的交点不共线；信号处理单元接收所述电信号，将所述电信号转化为距离值，分别与对应的设定区间进行比较，当所述距离值均在对应的设定区间内时，则判定晶圆处于水平位置；当至少一个距离值超出所述对应的设定区间时，则判定晶圆发生倾斜；本申请采用上述技术方案，以三束测距光束与晶圆表面的三个交点形成一个平面，用所述平面与晶圆所在的平面进行比较，具体是采用三个距离值与对应的设定区间比较，可以方便准确地判定所述晶圆是否水平。

6.本发明提供的晶圆检测方法，还包括：信号处理单元将所述距离值与对应的阈值进行比较，当所述距离值均大于对应的阈值时，则判定检测台上未放置晶圆；当至少一个距离值小于阈值时，判定检测台上放置有晶圆；本申请采用上述技术方案，在检测晶圆水平的同时，同样还利用检测晶圆水平的距离值，判定晶圆的有无，方法具有更广泛的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施方式中提供的晶圆检测装置的俯视结构示意图一；

图2为本发明实施方式中提供的晶圆检测装置的主视结构示意图一；

图3为本发明实施方式中提供的晶圆检测装置的俯视结构示意图二；

图4为本发明实施方式中提供的晶圆检测装置的主视结构示意图二。

附图标记说明：

1、第一光束发生器；2、第二光束发生器；3、第三光束发生器；4、晶圆；5、夹持结构；6、第一测距光束；7、第二测距光束；8、第三测距光束；9、第四光束发生器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1至2所示的晶圆检测装置的一种具体实施方式，用于检测晶圆4是否水平以及检测晶圆4的有无，包括：检测台、检测台上设有多个夹持结构5、位于晶圆4上方的第一光束发生器1和与第一光束发生器1信号连接的信号处理单元。

如图1和图2所示，所述晶圆4水平放置，4个夹持结构5均布夹持所述晶圆4的边缘，具体的，所述夹持结构5为夹爪；所述第一光束发生器1位于晶圆4的正上方，其投影位于所述晶圆4的圆心，具体的，所述第一光束发生器1为多点式测距传感器。第一光束发生器1向晶圆4的表面发射三束测距光束：第一测距光束6、第二测距光束7和第三测距光束8，并将反射回的光信号转换为电信号，且三束测距光束与晶圆4表面的交点连线，形成等边三角形。信号处理单元接收所述电信号，将所述电信号转化为距离值，并将所述距离值与对应的阈值进行比较，判定检测台上是否放置有晶圆4；将所述距离值与分别与对应的设定区间进行比较，判定晶圆4是否水平。

本发明提供的晶圆检测方法的过程如下：

向晶圆4的表面发射三束测距光束，并将反射回的光信号转换为电信号，且三束测距光束与晶圆4表面的交点不共线。

信号处理单元接收所述电信号，将所述电信号转化为距离值，将所述距离值与对应的阈值进行比较，当所述距离值均大于对应的阈值时，则判定检测台上未放置晶圆4；当至少一个距离值小于阈值时，判定检测台上放置有晶圆4。

所述阈值获得的过程如下：当夹爪上的晶圆4水平时，信号处理单元获得三个距离值的最大值，将最大值再加一个余量，作为最终的阈值。所述余量可以是经验值。

当检测台上放置有晶圆4时，信号处理单元将所述距离值分别与对应的设定区间进行比较，当所述距离值均在对应的设定区间内时，则判定晶圆4处于水平位置；当至少一个距离值超出所述对应的设定区间时，则判定晶圆4发生倾斜。

所述设定区间获得的过程如下：当晶圆4水平时，信号处理单元获得三个标准距离值，分别对三个标准距离值加误差值，获得设定区间的上限；分别对三个标准距离值减误差值，获得设定区间的下限；最终形成所述三个距离值对应的设定区间。所述误差值可以是经验值。

进一步的，当晶圆4处于垂直状态时，同理，可用上述装置和方法检测晶圆4的有无以及晶圆4是否垂直。

作为替代的实施方式，如图3和图4所示，将所述第一光束发生器1替换为：第二光束发生器2、第三光束发生器3和第四光束发生器9；第二光束发生器2、第三光束发生器3和第四光束发生器9均为单点测距传感器，每一所述单点测距传感器朝向晶圆4表面的不同方向分别发出一束测距光束。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。