一种边缘切割晶圆的在位检测装置和在位检测方法与流程

1.本发明属于半导体技术领域，具体而言，涉及一种边缘切割晶圆的在位检测装置和在位检测方法。


背景技术：

2.在半导体领域，需要对晶圆的边缘进行切割处理(wafer edge trimming)，使得晶圆的边缘出现一圈厚度变薄的环状区域，以满足晶圆制造的要求。
3.在化学机械抛光过程中，边缘切割晶圆的在位检测容易出现误判，影响晶圆在晶圆交换装置(load cup)中的正常交互。具体地：
4.(1)由于晶圆器件区的要求，晶圆可接触的区域仅限边缘2.5mm之内；2.5mm的边缘区域不仅用于晶圆的支撑，还用于晶圆的在位检测，利用空间狭小；
5.(2)为了防止器件区受到光污染，无法使用光学传感器进行检测；
6.(3)常规的水压检测依靠晶圆边缘覆盖出水口，通过有无晶圆的压力差来判断晶圆是否在位。但对应边缘切割晶圆，晶圆难以完全覆盖或大部分覆盖出水口，从而导致有无晶圆时的压力差较小，很容易引起误报，影响晶圆的正常交互；
7.(4)由于晶圆边缘切割尺寸(切边尺寸)规格较多，而整体更换机械部件来匹配不同规格的晶圆存在切换效率低，综合成本高的不足。


技术实现要素：

8.本发明旨在至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
9.为此，本发明提供了一种边缘切割晶圆的在位检测装置，其包括：
10.斜孔，其设置于托架的顶部；
11.介质源，其通过管路与所述斜孔连通；
12.压力传感器，其设置于斜孔与介质源之间的管路上，以检测管路的压力；
13.控制部，其与压力传感器连接，以根据所述管路的压力判定晶圆是否在位；
14.其中，所述托架的顶部还配置有与斜孔重叠的凹槽，所述凹槽的内部安装有垫板，所述垫板局部遮挡斜孔以形成检测孔；若托架上的晶圆在位，则晶圆部分或全部封堵检测孔以引起管路的压力变化。
15.作为优选实施例，所述凹槽位于所述斜孔的外侧，所述垫板局部遮挡所述斜孔的外侧部。
16.作为优选实施例，所述垫板配置有辅助孔，所述辅助孔与所述斜孔的位置匹配设置。
17.作为优选实施例，所述辅助孔为圆形孔，其沿垫板的厚度方向贯通设置并位于所述垫板的中部位置。
18.作为优选实施例，所述辅助孔为腰形孔或椭圆孔，所述垫板安装于凹槽中，所述辅助孔的短边方向朝向所述托架的中心。
19.作为优选实施例，所述辅助孔为单侧开口的弧形孔，其位于垫板的边缘位置。
20.作为优选实施例，所述垫板的材料与所述托架顶部的材料相同，所述垫板由耐磨性的塑料制成。
21.作为优选实施例，所述托架为盘状结构，其顶部均布有多个检测组，每个检测组配置有至少一个检测孔；每个检测组配置的检测孔的形状和/或开口大小不同。
22.同时，本发明还公开了一种晶圆交换装置，其包括上面所述的在位检测装置。
23.此外，本发明还提供了一种晶圆在位检测方法，其使用上面所述的在位检测装置，其包括：
24.s1，将介质源通过管路及斜孔输送至检测孔；
25.s2，当托架的顶部无晶圆时，读取压力传感器的压力值p0；
26.s3，当托架的顶部有晶圆且晶圆完全封堵检测孔时，读取压力传感器的压力值p1；
27.s4，当任一检测组对应的压力传感器读取的压力p大于pm时，则托架顶部的晶圆在位，其中，p0＜pm＜p1。
28.本发明的有益效果包括：在托架上设置可拆卸的垫板，有效控制了检测孔的大小、形状及位置，增强了对边缘切割晶圆的适用性，减少了在位检测误报的概率，保障了晶圆交互的顺畅性。
附图说明
29.通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：
30.图1是现有技术中晶圆在位检测装置的局部剖视图；
31.图2是图1中a处的局部放大图；
32.图3是现有技术中托架10’的局部俯视图；
33.图4是本发明所述一种边缘切割晶圆的在位检测装置的示意图；
34.图5是本发明中托架10的局部剖视图；
35.图6是图5中虚线框的局部放大图；
36.图7是本发明所述凹槽12的结构示意图；
37.图8是本发明所述垫板13的结构示意图；
38.图9是本发明所述托架10上形成的检测孔的示意图；
39.图10是本发明所述检测孔对应的气路图；
40.图11是本发明所述检测孔另一个实施例的示意图；
41.图12是本发明所述托架10上配置的检测组的示意图；
42.图13是本发明所述一种晶圆在位检测方法的流程图。
具体实施方式
43.下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本技术权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易
见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
44.本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。
45.在本发明中，“化学机械抛光(chemical mechanical polishing,cmp)”也称为“化学机械平坦化(chemical mechanical planarization,cmp)”，晶圆(wafer,w)也称基板(substrate)，其含义和实际作用等同。
46.图1是现有技术中晶圆在位检测装置的局部剖视图，为保证检测孔的可加工性，在托架10’的边缘位置设置倾斜的通孔11’。图2是图1中a处的局部放大图，对于边缘切割晶圆来说，晶圆的边缘可能仅覆盖通孔11’的局部，使得与通孔11’连接的管路的压力变化较小。即晶圆在位与否，管路中的压力变化不大，这容易引起误判，而致使晶圆交互失败，影响晶圆的正常周转。
47.此外，通孔11’在托架10’的顶面的截面形状为椭圆形，如图3所示，该椭圆孔的长轴与托架10’的中心相对，若晶圆w与托架10’的中心偏移，也会致使晶圆仅覆盖通孔11’的局部，引起晶圆在位检测的误报。
48.为解决上述技术问题，本发明提供了一种边缘切割晶圆的在位检测装置，其结构示意图，如图4所示。位检测装置围绕托架10设置，托架10为盘状部件，其同心设置于杯体50中，通过控制托架10及杯体50的竖向移动，来实现晶圆的交互传输。
49.进一步地，在位检测装置包括介质源20、压力传感器30和控制部40；托架10的顶部设置有斜孔11，斜孔11通过管路与介质源20连通；压力传感器30设置于斜孔11与介质源20之间的管路上，以检测管路的压力变化；控制部40与压力传感器30连接，以根据所述管路的压力变化判定晶圆是否在位。
50.其中，托架10的顶部还配置有与斜孔11重叠的图6示出的凹槽12，凹槽12的内部安装有垫板13，垫板13局部遮挡斜孔11以形成检测孔。若托架10上的晶圆在位，则晶圆部分或全部封堵检测孔以引起管路的压力变化。
51.具体地，若托架10的顶面没有晶圆时，压力传感器30获取的管路的压力为p0；若托架10的顶面放置晶圆后，其晶圆的边缘将检测孔封堵，则管路中的压力增加，控制部40根据压力的增加量来判定晶圆是否在位。
52.图5是本发明中托架10的局部剖视图，图6是图5中虚线框的局部放大图。垫板13将斜孔11局部遮挡，以形成尺寸较小的检测孔，使得边缘切割的晶圆较大概率地将检测孔封堵，避免现有技术中通孔11’被局部遮挡致使管路压力变化不大而无法准确判定晶圆在位。
53.作为本发明的一个实施例，凹槽12位于所述斜孔11的外侧，如图6所示，所述垫板13局部遮挡所述斜孔11的外侧部。由于边缘切割的晶圆在外缘形成一圈厚度变薄的环状区域，因此，需要将晶圆边缘厚度正常的区域设置为检测区，以保证检测的准确性。
54.为了提高垫板13固定的准确性，垫板13的底部配置有定位销13b，如图8所示。相应地，凹槽12的底面匹配配置有销孔12a，如图7所示。销孔12a的数量为一对，以辅助垫板13的定位，保证快捷准确安装。
55.图9是垫板13安装于凹槽12中的俯视图，由于垫板13将斜孔11对应截面孔的大部
分遮挡，形成的检测孔为长条孔。长条孔的短轴方向指向托架10的中心，因此，即使晶圆的检测区域面积狭小，也能完全将检测孔覆盖，有效提高了晶圆在位检测的准确性。
56.图9所示的实施例中，托架10上形成的检测孔的数量为3件。检测孔14单独配置相应的压力传感器30，如图10所示。介质源20提供一定压力的介质，介质可以是水、气或气液混合体并通过管路输送；管路上还配置流量调节计21、单向阀22和减压阀23，流量调节计21能够稳定管路中的介质流量，使得检测孔的压力稳定；单向阀22能够防止介质回流，减压阀23能够调节管路中的压力，适用不同的检测工况。
57.作为本发明的一个实施例，垫板13配置有辅助孔13a，辅助孔13a与斜孔11的位置匹配设置，以形成检测孔。图8所示的实施例中，辅助孔13a是沿垫板13的顶面向下设置的盲孔，其位于垫板13的边缘位置。可以理解的是，辅助孔13a也可以为单侧开口且沿垫板13的厚度贯通设置的弧形孔，如图11所示，辅助孔13a与斜孔11相对设置以形成检测孔。
58.可以理解的是，辅助孔13a也可以为圆形孔，其沿垫板13的厚度方向贯通设置并位于所述垫板13的中部位置。使用该种辅助孔13a时，托架10上设置的凹槽12需要全部覆盖斜孔11的截面开口。
59.作为本发明的一个实施例，辅助孔13a为腰形孔或椭圆孔，垫板13安装于凹槽12中，所述辅助孔13a的短边方向朝向所述托架10的中心，以便于晶圆的检测区域覆盖辅助孔13a与斜孔11形成的检测孔。具体地，当托架10上没有晶圆时，托架10上的检测孔是开放，压力传感器30获取的管路压力较低；当托架10上有晶圆时，托架10上检测孔被遮盖，压力传感器30获取的管路压力比无晶圆时的要高。通过设定一定的压力阈值，小于该阈值则表示没有晶圆，大于该阈值则表示有晶圆，从而提高晶圆在位检测的准确性。
60.为了减少垫板13对晶圆交互的干扰，垫板13的制造材料与托架10顶部的材料相同。具体地，垫板13可以由耐磨性的塑料制成，如聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)、聚醚醚酮(peek)等。在托架10加工制造时，需要将垫板13预先安装于凹槽12中，再对托架10的顶面整体加工，以保证顶面的平面度，实现准确的晶圆在位检测。
61.本发明中，可以通过调整垫板13的辅助孔13a的开口大小来控制检测孔的形状、大小及位置，用于不同规格晶圆在位检测，省却了针对不同规格的边缘切割晶圆来切换在位检测装置的步骤，有效扩大了在位检测装置的适用范围。
62.为了提高在位检测的准确性，托架10为的顶部可以均布有多个检测组，如第一检测组10a、第二检测组10b和第三检测组10c，如图12所示。每个检测组配置有至少一个检测孔，每个检测组配置的检测孔的形状和/或开口大小不同，以提高在位检测装置的适用性。
63.托架10上形成的检测孔的孔径不宜过小，过小不利于加工制造。优选地，托架10上形成的检测孔的孔径为0.6mm-1mm。
64.同时，本发明还公开了一种晶圆交换装置(load cup)，如图4所示，其包括上面所述的在位检测装置，托架10同心设置于杯体50中，以实现晶圆在抛光头与晶圆交换装置之间交互，或者晶圆在机械手与晶圆交换装置之间交互。
65.此外，本发明还公开了一种晶圆在位检测方法，其使用上面所述的在位检测装置，其流程图，如图13所示，包括以下步骤：
66.s1，将介质源20通过管路及斜孔11输送至检测孔；
67.具体地，托架10上配置凹槽12，凹槽12的内部安装有垫板13，垫板13配置有与斜孔
11相对的辅助孔13a或无辅助孔13a，垫板13与斜孔11配合设置以形成用于在位检测的检测孔。
68.s2，当托架10的顶部无晶圆时，读取压力传感器30的压力值p0；
69.即当托架10上没有晶圆时，检测孔完全敞开，此时通过压力传感器30测得管路中的压力值p0。
70.s3，当托架10的顶部有晶圆且晶圆完全封堵检测孔时，读取压力传感器30的压力值为p1；
71.即托架10上的晶圆将检测孔完全封堵或覆盖，此时管路上的压力会明显上升，此时通过压力传感器获取管路上的压力值p1。
72.s4，当任一检测组对应的压力传感器30读取的压力p大于pm时，则托架10顶部的晶圆在位，其中，p0＜pm＜p1。
73.具体地，pm为阈值，其可以在p0和p1之间任意取值。为了调控在位检测的敏感度，同一检测组中的检测孔设置的阈值pm可以不同。
74.由于在托架10上设置垫板13，有效控制了检测孔的大小、形状及位置，增强了对边缘切割晶圆的适用性，减少了在位检测误报的概率，保障了晶圆交互的顺畅性。
75.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
76.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。