一种半导体晶圆薄膜检测机构的制作方法

本发明涉及工业自动化检测，尤其涉及一种半导体晶圆薄膜检测机构。

背景技术：

1、半导体产业作为现代信息社会的基石，其技术水平和产业规模已成为衡量一个国家科技实力和综合国力的重要标志。随着半导体制造工艺持续向纳米级先进制程迭代，晶圆表面沉积的各类薄膜结构愈发精密复杂，单层薄膜厚度精度、多层薄膜堆叠一致性，以及薄膜光学参数的稳定性，直接决定芯片晶体管电学性能、互连层信号传输质量与芯片整体良率。因此，薄膜光学参数检测已成为半导体晶圆量产制程中不可或缺的关键质控工序。

2、现阶段晶圆薄膜主要分为透明/半透明介质膜以及不透明金属膜两大类，生产过程中需针对性检测透明及半透明膜质的膜厚、折射率参数，以及不透明膜质的反射率参数，同时还需适配单层薄膜与多层复合堆叠薄膜的全场景检测需求。目前行业内主流晶圆薄膜检测设备，大多数功能划分较为单一，难以实现多类型薄膜、多检测参数的全自动一体化在线检测。

3、此外，现有晶圆薄膜检测设备普遍缺乏应力（stress）检测功能的一体化集成。在膜厚、折射率、反射率光学检测前增设薄膜应力检测工序具有多重重要意义：其一，可提前判定晶圆薄膜内应力引发的片体翘曲形变程度，消除晶圆形变对光学光路的干扰，保障膜层光学参数测量精度；其二，可提前筛查沉积工艺异常、应力超标的不良晶圆，减少无效检测工时，规避翘曲晶圆在自动化传输、载台吸附过程中崩边、划伤、碰撞探头的风险；其三，通过应力数据区分“膜厚真实偏差”与“晶圆形变带来的测量伪差”，配合算法补偿得到精准膜层数据，同时预判薄膜起皮、开裂、层间剥离等后道制程失效隐患，实现晶圆前置分选与工艺闭环管控。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种半导体晶圆薄膜检测机构，以解决现有晶圆薄膜检测设备功能单一、缺乏应力检测一体化集成、难以实现多类型薄膜全参数自动检测的问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种半导体晶圆薄膜检测机构，包括：

3、环控结构，所述环控结构内部为恒温的洁净空间；

4、传输机构，所述传输机构设置于所述环控结构内，用于对晶圆进行传输；

5、对位读码机构，所述对位读码机构设置于所述环控结构内，用于承载所述传输机构传输的晶圆，并对晶圆进行对位以及识别晶圆信息码；

6、应力检测机构，所述应力检测机构设置于所述环控结构内，用于承载所述传输机构传输的晶圆，并对晶圆进行应力检测；

7、膜质检测机构，所述膜质检测机构设置于所述环控结构内，用于对晶圆进行质量检测；

8、三向移动机构，所述三向移动机构设置于所述环控结构内，所述三向移动机构的移动端上设有检测台，所述三向移动机构用于带动所述检测台在所述膜质检测机构的下方移动进行产品精密定位和光学聚焦，所述检测台用于承载所述传输机构传输的晶圆。

9、本发明的有益效果是：通过环控结构提供封闭洁净的检测环境，避免外界污染物干扰检测结果；通过传输机构实现晶圆在各工位之间的自动化流转；通过对位读码机构实现晶圆的精密对准和信息追溯；通过应力检测机构在光学检测前提前筛查应力超标的不良晶圆，消除晶圆形变对光学光路的干扰；通过膜质检测机构完成薄膜光学参数的精确测量；通过三向移动机构带动检测台在膜质检测机构下方进行精确定位和扫描。各机构协同工作，实现了晶圆薄膜应力、膜厚、折射率、反射率的多参数全自动一体化在线检测。

10、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

11、进一步，还包括开盒器，所述开盒器与所述环控结构连通，所述开盒器用于与晶圆存储盒对接以完成晶圆运输盒的开启，所述开盒器设置于所述传输机构旁。

12、采用上述进一步方案的有益效果是：开盒器实现晶圆存储盒的自动开启与密封，使晶圆在存储与检测状态间无缝转换，全程无需人工干预，避免了人工开盒带来的污染风险。

13、进一步，所述传输机构为多自由度机械手。

14、采用上述进一步方案的有益效果是：多自由度机械手可灵活地在开盒器、对位读码机构、应力检测机构和检测台之间进行晶圆的取放和传输，适配不同工位的高度和角度差异，实现了晶圆在全检测流程中的自动化流转。

15、进一步，所述对位读码机构包括视觉读码器和对位平台，所述视觉读码器用于读取晶圆信息码，所述对位平台用于承载所述传输机构传输的晶圆，并驱动晶圆进行x向、y向和角度方向的对位补偿以实现晶圆与视觉读码器的坐标原点精密对准。

16、采用上述进一步方案的有益效果是：视觉读码器配合对位平台实现晶圆的信息码读取，确保检测位置的一致性；信息码读取实现晶圆身份追溯和检测数据与晶圆的绑定，便于质量追溯和工艺分析。

17、进一步，所述环控结构内设有温度控制模块和颗粒物过滤模块，所述温度控制模块用于将所述环控结构内部调节至预设温度，所述颗粒物过滤模块用于过滤所述环控结构内部空气中的颗粒物。

18、采用上述进一步方案的有益效果是：温度控制模块为光学检测提供接近恒温的稳定环境，避免温度波动导致的光路漂移和检测误差；颗粒物过滤模块确保晶圆在超洁净环境中完成检测，从根本上避免外界环境温度和污染物干扰检测结果。

19、进一步，所述环控结构内部还设有离子棒，所述离子棒用于在晶圆传输过程中对环境和晶圆表面进行静电消除。

20、采用上述进一步方案的有益效果是：离子棒可有效消除晶圆传输过程中因摩擦产生的静电，避免静电吸附颗粒物污染晶圆表面，同时防止静电放电对晶圆上精密电路造成损伤。

21、进一步，所述三向移动机构包括步进x轴、步进y轴和聚焦z轴，所述步进x轴设置于所述步进y轴的移动端上，所述步进y轴用于驱动所述步进x轴沿y向移动，所述聚焦z轴设置于所述步进x轴的移动端上，所述检测台固定设置于所述聚焦z轴的移动端上。

22、采用上述进一步方案的有益效果是：步进x轴和步进y轴实现检测台在水平面内的精确定位和步进扫描，聚焦z轴实现晶圆与膜质检测机构之间距离的精确调节，完成高精度对焦，三者协同实现晶圆表面不同点位的自动扫描检测。

23、进一步，所述检测台包括载物台和升降顶针，所述载物台设置于所述聚焦z轴的移动端上，所述载物台上设有用于固定晶圆的吸附结构，所述升降顶针穿设于所述载物台中用于顶升晶圆以辅助所述传输机构对晶圆进行取放。

24、采用上述进一步方案的有益效果是：载物台上的吸附结构（如真空吸盘）可将晶圆牢固固定于检测台上，避免检测过程中晶圆发生位移；升降顶针在取放晶圆时顶升晶圆，使传输机构（机械手）能够顺利伸入晶圆下方进行取放操作，避免机械手直接接触晶圆表面造成污染或划伤。

25、进一步，所述载物台的上表面设有多个同心环形分布的真空吸附孔，所述真空吸附孔通过真空管路与真空泵连通，所述载物台上表面的边缘还设有环形密封圈，所述环形密封圈的高度大于所述载物台上表面的高度，用于在晶圆放置于所述载物台上时与晶圆下表面形成密封腔室。

26、采用上述进一步方案的有益效果是：同心环形分布的真空吸附孔使得晶圆下表面受到均匀分布的吸附力，避免因局部吸附力过大导致晶圆产生微小形变而影响检测精度；环形密封圈与晶圆下表面形成密封腔室，确保真空吸附的可靠性，即使在晶圆存在轻微翘曲的情况下仍能保证有效吸附固定，同时避免外部气流干扰晶圆稳定性。

27、进一步，所述膜质检测机构包括光源和光谱仪，所述光源用于向晶圆表面的薄膜发射检测光，所述光谱仪用于接收经晶圆表面薄膜反射或透射的光信号。

28、采用上述进一步方案的有益效果是：光源与光谱仪配合构成光学检测核心，可同时完成透明及半透明膜质的膜厚、折射率检测以及不透明膜质的反射率检测，实现单一设备多参数检测，满足全品类晶圆薄膜检测需求。