一種晶圓顆粒檢測系統及方法與流程

本發明半導體制造領域，尤其涉及一種晶圓顆粒檢測系統及方法。

背景技術：

在半導體工藝中，晶圓表面的清潔度是影響半導體器件可靠性的重要因素之一。尤其是在光刻機作業時，光刻機臺會因為晶背顆粒的存在造成工作異常，可能觸發聚焦光斑或者連續多片聚焦差異，嚴重時可造成晶圓的返工和機臺的宕機，因此，對晶圓顆粒的實時監測非常重要。

目前，常用的晶圓顆粒檢測方法有兩種：人工檢測法，在無菌、無塵條件下依靠顯微鏡對晶圓顆粒進行人工檢測，及時檢測出晶圓表面上的缺陷和顆粒，防止清潔度不夠的晶圓進入機臺，以保障晶圓制造的工藝品質，但是人工檢測具有效率低、誤差大的缺點；光學檢測方法，通過使用光學散射強度測量技術來探測晶圓表面顆粒的有無、顆粒在晶圓表面的空間分布等具有不破壞晶圓表面的清潔度、可實時檢測等的優點，越來越受到半導體制造商的青睞，成為最常用的晶圓檢測方法之一。通常在光學檢測裝置中，激光器發出的檢測光照射到晶圓上，在晶圓表面會形成橢圓形光斑，通過晶圓卡盤的移動，使所述橢圓形光斑掃描整片晶圓，檢測光在晶圓表面發生反射，如果檢測光投射到顆粒上，會被顆粒散射，反射光的強度會變小，以獲取晶圓表面顆粒的位置信息。通常情況下，上述晶圓表面光斑的最大直徑為3微米至15微米，而晶圓的直徑為200毫米至500毫米不等，因此所述橢圓形光斑如掃描整個晶圓，會花費較長的檢測時間，效率低下。

綜上所述，現有的晶圓顆粒檢測技術中，采用人工檢測時，較為依賴人工，且存在較大的系統誤差；采用光學檢測法，檢測的速度較慢，進而影響了晶圓的加工效率。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種晶圓顆粒檢測系統及方法，以解決現有技術中晶圓顆粒檢測速度較低的問題。

為了達到上述目的，本發明提供了一種晶圓顆粒檢測系統，包括：

用于承載晶圓的托盤，所述托盤能夠繞其軸線自轉；

用于測定所述托盤旋轉角度的角度傳感器，所述角度傳感器與一控制器連接；

激光模組，所述激光模組包括激光發射器和與所述激光發射器相匹配的激光接收器，所述激光發射器用于發射入射激光至所述晶圓，所述激光接收器用于接收所述晶圓反射的反射激光，所述激光發射器和所述激光接收器能夠沿著所述晶圓的徑向做直線運動，所述激光發射器和所述激光接收器均與所述控制器連接；

用于拍攝所述晶圓圖像的光電相機，所述光電相機與所述控制器連接。

進一步的，所述托盤由光吸收材料制成，所述托盤具有一個與所述晶圓形狀相匹配的槽。

進一步的，所述激光模組至少為兩組。

進一步的，所述入射激光照射所述晶圓的入射角為45°。

進一步的，所述入射激光照射在所述晶圓上的光斑最大直徑為r，以第一方向為y軸、以第二方向為x軸、以所述第一方向和所述第二方向的交點為原點o建立xoy坐標系，所述第一方向為所述晶圓的徑向，所述第一方向與所述第二方向相互垂直，所述光斑的最大直徑兩端點的坐標為(0，0)、(0，r)，(0，r)、(0,2r)，……(0，(n-1)r)、(0，nr)，n≥2。

進一步的，所述入射激光的波長在100nm至500nm的范圍內。

進一步的，所述光電相機置于所述托盤承載有所述晶圓的一側，所述光電相機與所述xoy坐標系原點o的連線垂直于所述晶圓平面。

進一步的，所述托盤旋轉的角速度為ω，所述激光發射器和所述激光接收器沿著所述晶圓的徑向做直線運動的步長為2r、周期為2π/ω。

進一步的，本發明還公開了一種晶圓顆粒檢測的方法，包括：

s1：將所述入射激光對準所述晶圓的圓心，當所述晶圓表面存在顆粒時，所述激光接收器接收所述反射激光的強度變小，所述激光接收器將信號傳送給所述控制器，所述控制器記錄此時所述角度傳感器的角度數據θ1，所述控制器控制所述光電相機打開，拍攝所述晶圓的圖像，獲得此時所述入射激光照射點與所述晶圓圓心的距離r1，得到所述顆粒的極坐標d1(r1，θ1)；

s2：旋轉所述托盤一周，獲得第一檢測周期檢測區域內所述顆粒的極坐標，沿著所述晶圓的晶向直線移動所述激光發射器和所述激光接收器，旋轉所述托盤一周，獲得下一個檢測周期檢測區域內所述顆粒的極坐標。

進一步的，所述的晶圓顆粒的檢測方法還包括s3：當所述入射激光照射在所述托盤上時，所述激光接收器接收不到所述反射激光，停止所述托盤旋轉、關閉所述激光模組和所述光電相機。

與現有技術相比，本發明公開的一種晶圓顆粒檢測系統及方法，具有以下的有益效果：

1、減少了對非晶圓區域的激光照射，提高了激光掃描晶圓的速度，進而提高了檢測速度。

2、通過角度傳感器來獲得晶圓顆粒的角度信息，通過光電照相機來獲得晶圓顆粒距離晶圓圓心的距離信息，進而能夠實時獲得顆粒位置的極坐標，便于標識晶圓顆粒位置，提高了檢測效率。

附圖說明

圖1為本發明公開的一種晶圓顆粒檢測系統結構示意圖；

圖2為本發明公開的一種晶圓顆粒檢測系統第n檢測周期示意圖；

圖3為本發明公開的一種晶圓顆粒檢測方法的流程圖。

其中，1-托盤，11-角度傳感器，2-晶圓，31-激光發射器，32-激光接收器，31a-入射激光，32a-反射激光，311-第一檢測周期檢測區域，31n-第n檢測周期檢測區域，4-控制器，5-光電相機，6-光斑。

具體實施方式

下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和權利要求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

請參閱圖1，圖1為本發明公開的一種晶圓顆粒檢測系統結構示意圖，包括：

用于承載晶圓2的托盤1，托盤1能夠繞其軸線自轉；用于測定托盤1旋轉角度的角度傳感器11，角度傳感器11與一控制器連接4；激光模組，激光模組包括激光發射器31和與激光發射器31相匹配的激光接收器32，激光發射器31用于發射入射激光31a至晶圓2，激光接收器32用于接收晶圓2反射的反射激光32a，激光發射器31和激光接收器32能夠沿著晶圓2的徑向做直線運動，激光發射器31和激光接收器32均與控制器4連接；用于拍攝晶圓2圖像的光電相機5，光電相機5與控制器4連接。采用此設計，不僅簡化了測量系統的結構，而且能夠實時獲取晶圓2上附著顆粒的角度信息和顆粒距離晶圓2圓心的位置信息。

優選地，托盤1由光吸收材料制成，托盤1具有一個與晶圓2形狀相匹配的槽。采用此設計，當入射激光31a照射到托盤1未承載晶圓2的區域時，由于入射激光31a被托盤1表面吸收或者散射，產生的反射激光32a強度大大地下降，因此激光接收器32能夠響應并將此反饋給控制器4，控制器4停止托盤1、激光模組、光電相機5的工作，減少了對非工作區域的激光照射，提高了檢測的效率。

優選地，激光模組至少為兩組，采用多組激光模組，增大了單個測量周期內晶圓2檢測的檢測面積，減少了檢測時間，提高了檢測效率。

優選地，入射激光31a照射晶圓2的入射角為45°，采用此角度，為發明人試驗得出的一個優選值，當入射激光31a的入射角為45°時，激光接收器32能夠更加靈敏地接受反射激光32a的強度變化，提高檢測的精確度。

優選地，入射激光31a照射在晶圓2上的光斑6最大直徑為r，以第一方向為y軸、以第二方向為x軸、以第一方向和第二方向的交點為原點o建立xoy坐標系，第一方向為晶圓2的徑向，第一方向與第二方向相互垂直，光斑6的最大直徑兩端點的坐標為(0，0)、(0，r)，(0，r)、(0,2r)，……(0，(n-1)r)、(0，nr)，n≥2。

優選地，入射激光31a的波長在100nm至500nm的范圍內，采用此設計，由于在晶圓的加工中，一般100nm以上的顆粒會對晶圓的加工產生嚴重的影響，因此常用g線(波長436nm)、i線(波長365nm)、krf(波長248nm)、arf(波長193nm)進行晶圓顆粒的檢測。

優選地，光電相機5置于托盤1承載有晶圓2的一側，光電相機5與xoy坐標系原點o的連線垂直于晶圓2平面。采用此設計，當激光接收器32接受反射激光32a的強度降低時，激光接收器32將信號反饋給控制器4，控制器4控制光電相機5的打開，獲取此時晶圓2的圖像，經過圖像處理，可獲得光斑6與晶圓2圓心之間的距離，進而達到實時獲取晶圓2上附著的顆粒與晶圓2的圓心之間距離的目的。

優選地，托盤1旋轉的角速度為ω，激光發射器31和激光接收器32沿著晶圓2的徑向做直線運動的步長為2r、周期為2π/ω。

優選地，本發明還公開了一種晶圓2顆粒檢測的方法，請參閱圖2和圖3，包括：

s1：將入射激光31a對準晶圓2的圓心，當晶圓2表面存在顆粒時，激光接收器32接收反射激光32a的強度變小，激光接收器32將信號傳送給控制器4，控制器4記錄此時角度傳感器11的角度數據θ1，控制器4控制光電相機5打開，拍攝晶圓2的圖像，獲得此時入射激光31a照射點與晶圓2圓心的距離r1，得到顆粒的極坐標d1(r1，θ1)；

s2：旋轉托盤1一周，獲得第一檢測周期檢測區域311內顆粒的極坐標，沿著晶圓2的徑向移動激光發射器31和激光接收器32，因此光斑6沿著y軸的方向直線移動，旋轉托盤1一周，獲得第2檢測周期檢測區域內顆粒的極坐標，依次掃描，獲得第n檢測周期檢測區域31n內顆粒的極坐標，n≥2。

優選地，上述晶圓2顆粒的檢測方法還包括s3：當入射激光31a照射在托盤1上時，激光接收器32接收不到反射激光32a，停止托盤1旋轉、關閉激光模組和光電相機5。采用此設計，以托盤1與晶圓2的交界處為檢測區域的邊界，有效地減少了激光掃描的檢測次數，不僅提高了檢測效率，而且防止入射激光31a照射到托盤1時出現錯誤反饋產生的光電相機5持續拍照的現象發生。

綜上，在本發明實施例提供的一種晶圓顆粒檢測系統及方法中，包括承載晶圓的托盤、用于記錄托盤旋轉角度的角度傳感器、激光模組和控制器，當晶圓旋轉時，利用入射激光照射晶圓，遇到顆粒時反射激光的強度會變化，此時通過角度傳感器來獲得晶圓顆粒的角度信息，并通過光電照相機來獲得晶圓顆粒距離晶圓圓心的距離信息，進而能夠實時獲得顆粒位置的極坐標，便于標識晶圓顆粒位置，提高了檢測效率。

上述僅為本發明的優選實施例而已，并不對本發明起到任何限制作用。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術方案的范圍內，對本發明揭露的技術方案和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術方案的內容，仍屬于本發明的保護范圍之內。