CN114719750A - 一种晶圆切边位置检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆切边位置检测装置，包括：旋转组件，旋转组件适于驱动晶圆围绕晶圆的中心轴线转动；发射部件，发射部件适于在晶圆旋转的过程中朝向晶圆表面发射具有单一波长的检测光束，检测光束包括照射至晶圆表面并在晶圆表面形成光斑的第一部分光和照射至晶圆外侧的第二部分光，光斑的面积小于晶圆的面积；接收部件，接收部件适于接收第二部分光并输出电信号；位置获取部件，位置获取部件适于在晶圆旋转的过程中获取光斑在晶圆表面的位置信息；分析模块，分析模块适于接收位置信息和电信号，并判断晶圆的切边位置；电信号发生变化的位置为切边位置。晶圆切边位置检测装置易于精确检测出切边的位置。

Description

一种晶圆切边位置检测装置

技术领域

本发明涉及半导体晶圆制造及处理领域，具体涉及一种晶圆切边位置检测装置。

背景技术

晶圆是半导体晶体管或集成电路的衬底，它是具有一定结晶方向的圆形晶体材料，目前常用的尺寸主要为6英寸、8英寸、12英寸甚至更大尺寸。半导体芯片的加工处理过程中，在生成晶棒后，需要对晶圆进行切边或缺口处理，以便于后续工艺中晶圆晶向的确定。因此，晶圆切边或缺口的定位就显得尤为重要。

然而，现有晶圆切边或缺口位置检测装置不易精确检测缺口或切边的位置。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有晶圆切边或缺口位置检测装置不易精确检测切边的位置的缺陷，从而提供一种晶圆切边位置检测装置。

本发明提供一种晶圆切边位置检测装置，包括：旋转组件，所述旋转组件适于驱动晶圆围绕所述晶圆的中心轴线转动；发射部件，所述发射部件适于在所述晶圆旋转的过程中朝向所述晶圆表面发射具有单一波长的检测光束，所述检测光束包括照射至所述晶圆表面并在所述晶圆表面形成光斑的第一部分光和照射至所述晶圆外侧的第二部分光，所述光斑的面积小于所述晶圆的面积；接收部件，所述接收部件适于接收所述第二部分光并输出电信号；位置获取部件，所述位置获取部件适于在晶圆旋转的过程中获取所述光斑在所述晶圆表面的位置信息；分析模块，所述分析模块适于接收所述位置信息和所述电信号，并判断晶圆的切边位置；所述电信号发生变化的位置为所述切边位置。

可选的，所述接收部件包括光电二极管。

可选的，所述检测光束为红外光束。

可选的，所述发射部件包括红外发射管。

可选的，所述晶圆切边位置检测装置还包括检测支架；所述检测支架包括：支架主体、与所述支架主体连接的第一平台和第二平台，所述第一平台适于承载所述发射部件并透过所述检测光束，所述第二平台适于承载所述接收部件，所述第一平台和所述第二平台相对设置。

可选的，所述晶圆切边位置检测装置还包括：设置在所述支架主体上且位于所述第一平台和所述第二平台之间的滤光片，所述滤光片适于透过所述检测光束。

可选的，所述晶圆切边位置检测装置还包括：设置在第一平台上的第一保护罩，所述第一保护罩和第一平台形成第一容置空间，所述发射部件位于所述第一容置空间内；和/或，设置在第二平台上的第二保护罩，所述第二保护罩朝向所述发射部件的一侧适于透过所述检测光束，所述第二保护罩和第二平台形成第二容置空间，所述接收部件位于所述第二容置空间内。

可选的，所述旋转组件包括：围绕圆心周向布置的若干个旋转轮，若干个所述旋转轮适于支撑所述晶圆并驱动所述晶圆围绕所述晶圆的中心轴线转动；若干传动轴，所述传动轴的一端与所述旋转轮连接；驱动部件，所述驱动部件适于带动所述传动轴转动。

可选的，所述旋转组件还包括：第三平台，所述传动轴贯穿所述第三平台，所述旋转轮和所述驱动部件分别位于所述第三平台的两侧。

可选的，所述位置获取部件为旋转电机编码器。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的晶圆切边位置检测装置，旋转组件能够驱动晶圆围绕所述晶圆的中心轴线转动；在晶圆旋转的过程中，发射部件朝向所述晶圆表面发射具有单一波长的检测光束，其中所述检测光束中的第一部分光照射至所述晶圆表面并在所述晶圆表面形成光斑，所述检测光束中的第二部分光照射至所述晶圆外侧并被所述接收部件接收，所述接收部件在接收所述第二部分光后输出电信号；在晶圆旋转的过程中，所述位置获取部件获取所述光斑在所述晶圆表面的位置信息；当检测光束照射在非切边位置时，光斑的面积较大，接收部件接收到较少的检测光束；而当检测光束照射至切边位置时，光斑的面积较小，接收部件接收到较多的检测光束；接收部件对检测光束的接收程度不同导致其输出的电信号大小也产生差异。分析模块接收所述位置信息和所述电信号，并根据上述电信号的差异判断晶圆的切边位置。即，所述晶圆切边位置检测装置易于精确检测出切边的位置。

2.本发明提供的晶圆切边位置检测装置，还包括设置在所述支架主体上且位于所述第一平台和所述第二平台之间的滤光片，所述滤光片适于透过所述检测光束，发射部件发出的探测光中的第二部分光透过所述滤光片被所述接收部件接收。滤光片能够过滤除检测光束外的其他波长的光，从而避免其他波长的光对检测效果的影响，提高了检测精度。

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为本发明实施例中提供的晶圆切边位置检测装置的主视图；

图2为图1中发射部件发出的检测光束照射在非切边位置的示意图；

图3为图1中发射部件发出的检测光束照射至切边位置的示意图；

图4为本发明实施例中晶圆旋转一周分析模块接收到的电压变化曲线图；

图5为本发明实施例提供的旋转组件的结构示意图；

图6为图5中旋转组件的俯视图；

图7为本发明实施例中与发射部件相关的电子元件的电气连接图；

图8为本发明实施例中与接收部件相关的电子元件的电气连接图；

图9为本发明实施例中的晶圆切边位置检测装置的一种工作原理示意图；

图10为本发明实施例中的晶圆切边位置检测装置的另一种工作原理示意图；

附图标记说明：

1-发射部件；2-接收部件；3-位置获取部件；4-晶圆；5-第一印刷线路板；51-第一插口；6-第二印刷线路板；61-第二插口；7-检测支架；71-支架主体；72-第一平台；73-第二平台；74-连接部；8-滤光片；9-旋转组件；91-旋转轮；92-传动轴；93-驱动部件；94-第三平台；95-传动带；96-轮；97-电机支架；10-第一保护罩；11-第二保护罩。

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“上”、“下”、“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。

参见图1，本实施例提供一种晶圆切边位置检测装置，包括：旋转组件(图中未示出)，所述旋转组件适于驱动晶圆4围绕所述晶圆4的中心轴线转动；发射部件1，所述发射部件1适于在所述晶圆4旋转的过程中朝向所述晶圆4表面发射具有单一波长的检测光束，所述检测光束包括照射至所述晶圆4表面并在所述晶圆4表面形成光斑的第一部分光和照射至所述晶圆4外侧的第二部分光，所述光斑的面积小于所述晶圆4的面积；接收部件2，所述接收部件2适于接收所述第二部分光并输出电信号；位置获取部件(图中未示出)，所述位置获取部件适于在晶圆4旋转的过程中获取所述光斑在所述晶圆表面的位置信息；分析模块，所述分析模块适于接收所述位置信息和所述电信号，并判断晶圆的切边位置；所述电信号发生变化的位置为所述切边位置。图1示出了晶圆的部分结构。

上述晶圆切边位置检测装置，旋转组件能够驱动晶圆4围绕所述晶圆4的中心轴线转动；在晶圆旋转的过程中，发射部件1朝向所述晶圆表面发射具有单一波长的检测光束，其中所述检测光束中的第一部分光照射至所述晶圆表面并在所述晶圆表面形成光斑，所述检测光束中的第二部分光照射至所述晶圆外侧并被所述接收部件2接收，所述接收部件2在接收所述第二部分光后输出电信号；在晶圆旋转的过程中，所述位置获取部件获取所述光斑在所述晶圆表面的位置信息；参见图2，当检测光束照射在非切边位置时，光斑的面积较大，接收部件2接收到较少的检测光束；参见图3，而当检测光束照射至切边位置时，光斑的面积较小，接收部件2接收到较多的检测光束；接收部件2对检测光束的接收程度不同导致其输出的电信号大小也产生差异。分析模块接收所述位置信息和所述电信号，并根据上述电信号的差异判断晶圆的切边位置。即，所述晶圆切边位置检测装置易于精确检测出切边的位置。

需要理解的是，本申请中检测光束照射在晶圆表面形成的光斑的面积需要小于所述晶圆的面积，这是由于当光斑面积等于晶圆面积时，检测光束照射至切边位置与检测光束照射在非切边位置形成的光斑的大小相同，即，光斑面积均等于晶圆面积，这使得晶圆旋转过程中接收部件2输出的电信号均相同，导致无法检测出晶圆切边的位置。

进一步地，当检测光束照射在非切边位置时光斑的面积恒定，这使接收部件2输出稳定的电信号；随着晶圆的旋转，检测光束照射至切边位置，在后续的晶圆旋转过程中，光斑的大小先逐渐减小随后逐渐增大直至检测光束不在切边位置形成光斑，在这个过程中光斑的面积可以为0，这使接收部件2输出的电信号的也发生相应变化。由此可见，电信号随着旋转时间发生变化。而位置获取部件获取到的光斑在晶圆表面的位置也是随着旋转时间变化的，分析模块能够分析得出电信号与光斑位置的关系，进而得出切边位置。

在本实施例中，所述分析模块将电信号的电压值或电流值结合位置信息进行分析，以判断晶圆的切边位置。在一个具体的实施方式中，所述接收部件的输出端与反相放大器的输入端连接，所述反相放大器的输出端与所述分析模块的输入端连接，反相放大器适于放大电信号并输出反向电压，这使分析模块接收到的电压值与接收模块接收的检测光束的强度成反比，因此在检测光束照射至切边区域时，分析模块接收到的电压值先逐渐减小随后逐渐增大。在晶圆旋转一周的过程中，如果首先在非切边位置形成光斑，随后光斑从非切边位置转移至切边位置，再转移至非切边位置，那么分析模块接收到的电压值随时间的变化情况如图4所示。在一个实施方式中，分析模块接收到的电压值在2V～10V之间变化。反相放大器的设置能够放大晶圆旋转过程中分析模块接收到的电压值的差异，有利于提高切边位置检测的精确度。

在本实施例中，所述位置获取部件获取所述光斑在所述晶圆表面的位置信息的步骤为：所述晶圆开始旋转时，所述检测光束在所述晶圆表面形成光斑的位置为初始位置；在晶圆旋转过程中，所述位置获取部件直接获取光斑位置与初始位置的相对位置关系进而得到光斑在晶圆表面的具体位置。具体的，所述位置获取部件为旋转电机编码器。

在本实施例中，所述晶圆切边位置检测装置还包括控制模块，所述驱动部件和所述发射部件1分别与所述控制模块电学连接，所述控制模块适于在驱动所述驱动部件以使晶圆旋转的同时控制发射部件1发出检测光束。具体地，所述控制模块可以通过驱动器控制所述驱动部件工作。需要说明的是，来自位置获取部件的电信号包括两种反馈路径：电信号由位置获取部件直接反馈至分析模块，或者，电信号通过驱动器反馈至分析模块。

在本实施例中，参见图1，所述晶圆切边位置检测装置还包括：与所述发射部件1电学连接的第一印刷线路板5，所述第一印刷线路板5设置有第一插口51，所述第一插口51用以实现第一印刷线路板5与控制模块的电学连接，从而实现控制模块对发射部件1的控制；与所述接收部件2电学连接的第二印刷线路板6，所述第二印刷线路板6设置有第二插口61，所述第二插口61用以实现第二印刷线路板6与分析模块的电学连接，从而将接收部件2产生的电信号传输至分析模块。

在一个实施方式中，所述控制模块和所述分析模块集成在一起构成控制分析模组，发射部件、接收部件、位置获取部件、驱动部件分别与所述控制分析模组电学连接。所述控制分析模组可以使用运动控制器。参见图9，在一个实施方式中，来自位置获取部件3的电信号通过驱动器反馈至控制分析模组。参见图10，在另一个实施方式中，来自位置获取部件3的电信号直接反馈至控制分析模组。

在一个实施方式中，与所述发射部件相关的电子元件及电气连接图参见图7，与所述接收部件相关的电子元件及电气连接图参见图8。

在本实施例中，所述接收部件为光电转换器件。具体的，所述接收部件2和所述发射部件1可以根据所述检测光束的波长来选择，所述检测光束包括但不限于红外光。优选的，所述检测光束为红外光，此时所述接收部件2包括但不限于硅光电二极管，所述发射部件1包括但不限于红外发射管，发射部件1和接收部件2均为简单的光电子元件，降低了晶圆切边位置检测装置的成本。当所述接收部件2为硅光电二极管，所述发射部件1为红外发射管时，晶圆切边位置检测装置的成本可以控制在千元以内。

进一步地，所述红外发射管的发射角度可以为20°、30°、40°、50°或60°，根据红外发射管的发射角度的选择设置硅光电二极管，以保证在晶圆旋转过程中，硅光电二极管能够顺利接收检测光束。优选的，参见图2-图3，所述硅光电二极管设置区域的中心至所述红外发射管的连线与所述晶圆的圆弧边缘相切。

具体的，所述硅光电二极管与所述红外发射管的垂直距离(h)、所述硅光电二极管设置区域的直径(a)与所述红外发射管的发射角度(θ)满足以下关系：

在一个具体的实施方式中，θ为30°，a为20mm，h≥37.32mm；优选的，h为50mm。

在本实施例中，参见图1，所述晶圆切边位置检测装置还包括检测支架7，所述检测支架7包括：支架主体71、与所述支架主体71连接的第一平台72和第二平台73，所述第一平台72适于承载所述发射部件1并透过所述检测光束，所述第二平台73适于承载所述接收部件2，所述第一平台72和所述第二平台73相对设置。

具体的，在一个实施方式中，所述第一平台72的材料能够透过所述检测光束；示例性的，所述第一平台72的材料包括但不限于玻璃。在其他实施方式中，所述第一平台72设置有通孔，所述检测光束适于通过所述通孔。进一步地，所述第一印刷线路板5可以设置在所述第一平台72上且所述发射部件1位于所述第一印刷线路板5朝向所述第二平台的一侧，所述第二印刷线路板6可以设置在所述第二平台73上。

在本实施例中，参见图1，所述晶圆切边位置检测装置还包括：设置在所述支架主体71上且位于所述第一平台72和所述第二平台73之间的滤光片8，所述滤光片8适于透过所述检测光束，发射部件1发出的探测光中的第二部分光透过所述滤光片8被所述接收部件2接收。接收部件所输出的电信号随着接收部件接收到的光的波长变化，因此检测光束外的其他波长的光会影响电信号的准确性，并对检测数据的分析产生很大的干扰，不仅增大了数据分析的难度，还对检测结果的准确性造成影响。滤光片能够过滤除检测光束外的其他波长的光，从而避免其他波长的光对检测效果的影响，提高了检测精度。

进一步地，参见图1，所述晶圆切边位置检测装置还包括：设置在第一平台72上的第一保护罩10，所述第一保护罩10和第一平台72形成第一容置空间，所述发射部件1位于所述第一容置空间内，所述第一保护罩10能够保护所述发射部件1；和/或，设置在第二平台73上的第二保护罩11，所述第二保护罩11朝向所述发射部件1的一侧适于透过所述检测光束，所述第二保护罩11和第二平台73形成第二容置空间，所述接收部件2位于所述第二容置空间内，所述第二保护罩11能够保护所述接收部件2。

进一步地，在一个实施方式中，第二保护罩11朝向所述第一平台72的一侧的材料能够透过所述检测光束；示例性的，第二保护罩11朝向所述第一平台72的一侧的材料包括但不限于玻璃。在其他实施方式中，第二保护罩11朝向所述第一平台72的一侧设置有缝隙，所述第二保护罩11能够阻挡光线，第二部分光能够通过缝隙进入所述第二保护罩11，使所述接收部件2接收所述第二部分光，所述第二保护罩11的结构能够避免环境中的除检测光束外的其他波长的光被接收部件2接收从而对检测结果的准确性造成影响，提高了检测精度。所述缝隙的尺寸以保证第二部分光顺利进入第二保护罩11为准。示例性的，所述缝隙的尺寸可以为1mm×20mm。

在本实施例中，参见图5-图6，所述旋转组件9包括：围绕圆心周向布置的若干个旋转轮91，若干个所述旋转轮91适于支撑所述晶圆4并驱动所述晶圆4围绕所述晶圆的中心轴线转动；若干传动轴92，所述传动轴92的一端与所述旋转轮91连接；驱动部件93，所述驱动部件93适于带动所述传动轴92转动。具体的，所述旋转轮91位于所述第一平台72与所述第二平台73之间，且靠近所述第二平台73；所述驱动部件93为旋转电机；所述旋转电机与所述旋转电机编码器同轴设置且同步工作。所述驱动部件93与所述位置获取部件3的数量相同且可以为多个。

进一步地，所述旋转组件9还包括：子平台94，所述传动轴92贯穿所述子平台94，所述旋转轮91和所述驱动部件93分别位于所述子平台94的两侧。在一个实施方式中，所述子平台94与所述支架主体71连接，使第一平台72、第二平台73与子平台94之间的相对位置固定，从而使发射部件1、接收部件2与晶圆之间的相对位置固定。具体的，支架主体71背离所述第一平台72的一端设置有连接部74，所述连接部74适于固定在所述子平台94上。

在一个实施方式中，所述旋转组件9还包括：位于所述子平台94背离所述旋转轮91的一侧的轮转组件，所述轮转组件包括至少一组传动带95和轮96，所述传动轴92背离所述旋转轮91的一端与所述轮连接，所述驱动部件93适于带动所述轮转组件运动，所述轮转组件带动所述传动轴92旋转，从而使所述旋转轮91旋转。具体的，所述一个驱动部件93可以带动多个传动轴92旋转，所述旋转组件9可以设置多个驱动部件93。

进一步地，所述旋转组件9还包括：电机支架97，所述电机支架97与所述子平台94背离所述第一平台72的一侧表面连接，所述旋转电机设置在所述电机支架97背离所述子平台94的一侧，所述旋转电机编码器位于所述旋转电机背离所述子平台94的一侧。

如图5-图6所示，在一个具体的实施例中，所述子平台94包括平行且间隔设置的两个子平台94，每个子平台94均贯穿有相同数量的传动轴92，每个子平台94背离所述旋转轮91的一侧表面均设置有轮转组件并连接有一个电机平台，每个电机平台背离所述子平台94的一侧均连接有一个旋转电机，旋转电机背离所述子平台94的一侧设置有一个旋转电机编码器，每个旋转电机适于驱动相应的传动轴92旋转。

进一步地，所述旋转组件9中传动轴92的数量包括但不限于4个、6个或8个；优选的，所述旋转组件9中传动轴92的数量为6个，上述传动轴92的数量能够不仅能够便于各种尺寸晶圆的夹取，还能够提高晶圆放置的稳定性。

需要理解的是，本申请的晶圆切边位置检测装置还适用于检测晶圆缺口位置。

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它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。而由此所引伸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。

Claims (10)

1.一种晶圆切边位置检测装置，其特征在于，包括：

旋转组件，所述旋转组件适于驱动晶圆围绕所述晶圆的中心轴线转动；

发射部件，所述发射部件适于在所述晶圆旋转的过程中朝向所述晶圆表面发射具有单一波长的检测光束，所述检测光束包括照射至所述晶圆表面并在所述晶圆表面形成光斑的第一部分光和照射至所述晶圆外侧的第二部分光，所述光斑的面积小于所述晶圆的面积；

接收部件，所述接收部件适于接收所述第二部分光并输出电信号；

位置获取部件，所述位置获取部件适于在晶圆旋转的过程中获取所述光斑在所述晶圆表面的位置信息；

分析模块，所述分析模块适于接收所述位置信息和所述电信号，并判断晶圆的切边位置；所述电信号发生变化的位置为所述切边位置。

2.根据权利要求1所述的晶圆切边位置检测装置，其特征在于，所述接收部件包括光电二极管。

3.根据权利要求1所述的晶圆切边位置检测装置，其特征在于，所述检测光束为红外光束。

4.根据权利要求3所述的晶圆切边位置检测装置，其特征在于，所述发射部件包括红外发射管。

5.根据权利要求1所述的晶圆切边位置检测装置，其特征在于，还包括检测支架；所述检测支架包括：支架主体、与所述支架主体连接的第一平台和第二平台，所述第一平台适于承载所述发射部件并透过所述检测光束，所述第二平台适于承载所述接收部件，所述第一平台和所述第二平台相对设置。

6.根据权利要求5所述的晶圆切边位置检测装置，其特征在于，还包括：设置在所述支架主体上且位于所述第一平台和所述第二平台之间的滤光片，所述滤光片适于透过所述检测光束。

7.根据权利要求5或6所述的晶圆切边位置检测装置，其特征在于，还包括：

设置在第一平台上的第一保护罩，所述第一保护罩和第一平台形成第一容置空间，所述发射部件位于所述第一容置空间内；和/或，

设置在第二平台上的第二保护罩，所述第二保护罩朝向所述发射部件的一侧适于透过所述检测光束，所述第二保护罩和第二平台形成第二容置空间，所述接收部件位于所述第二容置空间内。

8.根据权利要求1所述的晶圆切边位置检测装置，其特征在于，所述旋转组件包括：

围绕圆心周向布置的若干个旋转轮，若干个所述旋转轮适于支撑所述晶圆并驱动所述晶圆围绕所述晶圆的中心轴线转动；

若干传动轴，所述传动轴的一端与所述旋转轮连接；

驱动部件，所述驱动部件适于带动所述传动轴转动。

9.根据权利要求8所述的晶圆切边位置检测装置，其特征在于，所述旋转组件还包括：第三平台，所述传动轴贯穿所述第三平台，所述旋转轮和所述驱动部件分别位于所述第三平台的两侧。

10.根据权利要求1所述的晶圆切边位置检测装置，其特征在于，所述位置获取部件为旋转电机编码器。

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