一种晶圆转速测量装置、方法及系统与流程

本发明涉及半导体加工技术领域，具体而言，涉及一种晶圆转速测量装置、方法及系统。

背景技术：

随着集成电路(integratedcircuit，ic)技术的不断发展，晶圆平坦化已成为与光刻、刻蚀同等重要的重大工艺技术，而化学机械抛光(chemicalmechanicalplanarization，cmp)是目前最有效的晶圆平坦化技术。其中，cmp主要由抛光和后清洗构成，cmp后清洗主要功能是对抛光工艺完成后的晶圆进行清洗，以去除抛光工艺中带来的玷污物(如磨料颗粒、抛光材料颗粒以及化学玷污物等)。

相关技术中的cmp后清洗装置主要包括兆声单元、刷洗单元以及干燥单元。其中，刷洗单元作为cmp后清洗中的关键一环，是通过两个滚刷、去离子水以及化学液喷淋对晶圆进行双面物理刷洗。在上述过程中，通常会利用电机驱动晶圆匀速旋转来保证晶圆表面清洗均匀和清洗效果的一致性，避免晶圆表面清洗不全面不均匀。

然而，由于在上述清洗过程中晶圆处于被刷洗喷淋的状态，直接测量晶圆的旋转状态很困难，进行cmp工艺设备成本、材料成本以及时间成本比较昂贵，因此急需一种检测刷洗过程中测量晶圆旋转状态的技术方案，这样可以提升cmp后清洗故障响应能力以及降低故障损失。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种晶圆转速测量装置、方法及系统，以实现晶圆转速的测量，有助于对刷洗单元工作的监控，降低刷洗单元突发故障造成的损失，进一步提升cmp后清洗的工作效率。

第一方面，本发明提供了一种晶圆转速测量装置，所述装置包括：主动轮组件、从动轮组件和测量组件；所述测量组件设置在所述从动轮组件上；

所述主动轮组件，用于通过自身的旋转驱动晶圆旋转，以使所述晶圆旋转带动所述从动轮组件旋转；

所述测量组件，用于对所述从动轮组件旋转输出的脉冲信号进行频率测量；其中，所述脉冲信号是对所述从动轮组件的输出轴的角位移进行转换得到的信号，频率测量结果对应于所述晶圆的转速。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述从动轮组件还包括：用于支撑所述输出轴的固定件；所述测量组件包括：码盘、光电传感器和频率计；所述码盘套接在所述输出轴上，且随着所述输出轴的旋转而旋转；所述光电传感器设置在所述固定件上，且与所述频率计电连接；

所述光电传感器，用于采集所述码盘在旋转的过程中输出的光信号，对所述光信号进行转换处理，将转换后的脉冲信号输出至频率计；

所述频率计，用于测量所述脉冲信号的频率；其中，所述频率由所述晶圆的转速确定。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述码盘上设置有多个开口，所述多个开口周向均匀设置；

所述光电传感器，具体用于采集所述开口经过该光电传感器产生的光信号，并对所述光信号进行光电转换处理。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括：处理器；所述处理器与所述频率计电连接；

所述处理器，用于根据所述频率计测量得到的频率、所述开口的个数、所述从动轮组件的输出轴的直径、以及所述晶圆的直径计算对应于所述晶圆的转速。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括模数转换器；所述模数转换器与所述频率计电连接；

所述模数转换器，用于将所述频率计测量得到的频率进行模数转换，得到频率值；其中，所述频率值为单位时间内所述脉冲信号的个数。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，

所述码盘由塑料材质制作而成。

第二方面，本发明还提供了一种晶圆转速测量方法，所述方法包括：

通过主动轮组件的旋转驱动晶圆旋转，以使所述晶圆旋转带动从动轮组件旋转；

设置于所述从动轮组件上的测量组件对所述从动轮组件旋转输出的脉冲信号进行频率测量；其中，所述脉冲信号是对所述从动轮组件的输出轴的角位移进行转换得到的信号，频率测量结果对应于所述晶圆的转速。

结合第二方面，本发明提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括：

建立预设时间内所述主动轮组件产生的第一弧长与所述晶圆产生的第二弧长之间的第一对应关系；其中，所述第一弧长由所述主动轮组件的转速和直径确定，所述第二弧长由所述晶圆的转速和直径确定；

建立所述预设时间内所述晶圆产生的所述第二弧长与从动轮组件产生的第三弧长之间的第二对应关系；其中，所述第三弧长由所述从动轮组件的转速和直径确定；

建立所述预设时间内所述从动轮组件产生的脉冲个数与所述测量组件测量得到的频率之间的第三对应关系；其中，所述脉冲个数由所述从动轮组件的转速和设置在所述从动轮组件上的码盘的开口的个数确定；

基于所述第一对应关系、所述第二对应关系和所述第三对应关系，确定所述晶圆的转速；其中，所述晶圆的转速由所述测量组件测量得到的频率、所述开口的个数、所述从动轮组件的直径以及所述晶圆的直径确定。

第三方面，本发明还提供了一种晶圆转速测量系统，包括第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第五六种可能的实施方式中任一种可能的实施方式所述的晶圆转速测量装置，还包括：晶圆；主动轮组件和从动轮组件均与所述晶圆贴合；

所述主动轮组件，用于通过自身的旋转驱动晶圆旋转，以使所述晶圆旋转带动所述从动轮组件旋转；

所述从动轮组件，用于在所述晶圆的旋转带动下进行旋转；

所述测量组件，用于对所述从动轮组件旋转输出的脉冲信号进行频率测量；其中，所述脉冲信号是对所述从动轮组件的输出轴的角位移进行转换得到的信号，频率测量结果对应于所述晶圆的转速。

结合第三方面，本发明提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括处理器；

所述处理器，用于建立预设时间内所述主动轮组件产生的第一弧长与所述晶圆产生的第二弧长之间的第一对应关系；其中，所述第一弧长由所述主动轮组件的转速和直径确定，所述第二弧长由所述晶圆的转速和直径确定；建立所述预设时间内所述晶圆产生的所述第二弧长与所述从动轮组件产生的第三弧长之间的第二对应关系；其中，所述第三弧长由所述从动轮组件的转速和直径确定；建立所述预设时间内所述从动轮组件产生的脉冲个数与所述测量组件测量得到的频率之间的第三对应关系；其中，所述脉冲个数由所述从动轮组件的转速和设置在所述从动轮组件上的码盘的开口的个数确定；基于所述第一对应关系、所述第二对应关系和所述第三对应关系，确定所述晶圆的转速；其中，所述晶圆的转速由所述测量组件测量得到的频率、所述开口的个数、所述从动轮组件的直径以及所述晶圆的直径确定。

本发明提供的晶圆转速测量装置，包括主动轮组件、从动轮组件和测量组件；测量组件设置在从动轮组件上；主动轮组件通过自身的旋转驱动晶圆旋转，以使晶圆旋转带动从动轮组件旋转；测量组件对从动轮组件旋转输出的脉冲信号进行频率测量；其中，脉冲信号是对从动轮组件的输出轴的角位移进行转换得到的信号，频率测量结果对应于晶圆的转速。通过本发明提供的晶圆转速测量装置、方法及系统，其根据从动轮组件轴旋转输出脉冲信号的频率测量结果进行晶圆转速的测量，有助于对刷洗单元工作的监控，降低刷洗单元突发故障造成的损失，进一步提升cmp后清洗的工作效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了相关技术中晶圆清洗的结构原理示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种晶圆转速测量系统的结构示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种晶圆转速测量系统的剖开结构示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种晶圆转速测量装置中测量组件的模块组成示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种晶圆转速测量方法的流程图；

图6示出了本发明实施例所提供的另一种晶圆转速测量方法的流程图。

主要元件符号说明：

11、晶圆；12、去离子水；13、化学液；21、主动轮组件；22、从动轮组件；221、测量组件；2211、码盘；2212、光电传感器；2213、频率计。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

参见图1，相关技术中cmp后清洗装置的刷洗单元是通过两个滚刷、去离子水12以及化学液13喷淋对晶圆11进行双面物理刷洗。在上述过程中，通常会利用电机驱动晶圆11匀速旋转以保证晶圆11表面清洗均匀和清洗效果的一致性，避免晶圆11表面清洗不全面不均匀的现象。然而，上述清洗过程中晶圆11处于被刷子刷洗及化学液13喷淋的状态，从而无法直接测量晶圆11的旋转状态，因此急需一种检测刷洗过程中测量晶圆11的旋转状态的技术方案。基于此，本发明实施例提供了一种晶圆转速测量装置、方法及系统，以实现晶圆转速的测量，有助于对刷洗单元工作的监控，降低刷洗单元突发故障造成的损失，进一步提升cmp后清洗的工作效率。

为了便于更好的理解本发明实施例提供的晶圆转速测量装置、方法，现首先对本发明实施例提供的晶圆转速测量系统进行简单的说明。本发明实施例提供了一种晶圆转速测量系统，参见图2，该晶圆转速测量系统包括由主动轮组件21、从动轮组件22和测量组件221组成的晶圆转速测量装置，还包括晶圆11，其中，上述主动轮组件21通过自身的旋转驱动晶圆11旋转，以使晶圆11旋转带动从动轮组件22旋转；从动轮组件22在晶圆11的旋转带动下进行旋转；测量组件221，用于对从动轮组件22旋转输出的脉冲信号进行频率测量；其中，脉冲信号是对从动轮组件22的输出轴的角位移进行转换得到的信号，频率测量结果对应于晶圆11的转速，其根据从动轮组件22输出的脉冲信号的频率测量结果进行晶圆转速的测量。

接下来对本发明实施例提供的晶圆转速测量装置进行具体的阐述。参见图2，上述测量装置包括主动轮组件21、从动轮组件22和测量组件221；测量组件221设置在从动轮组件22上；

主动轮组件21，用于通过自身的旋转驱动晶圆11旋转，以使晶圆11旋转带动从动轮组件22旋转；

测量组件221，用于对从动轮组件22旋转输出的脉冲信号进行频率测量；其中，脉冲信号是对从动轮组件22的输出轴的角位移进行转换得到的信号，频率测量结果对应于晶圆11的转速。

本发明提供的晶圆转速测量装置，包括主动轮组件21、从动轮组件22和测量组件221；测量组件221设置在从动轮组件22上；主动轮组件21通过自身的旋转驱动晶圆11旋转，以使晶圆11旋转带动从动轮组件22旋转；测量组件221对从动轮组件22旋转输出的脉冲信号进行频率测量，频率测量结果对应于晶圆11的转速，其根据从动轮组件22输出的脉冲信号的频率测量结果进行晶圆转速的测量，有助于对刷洗单元工作的监控，降低刷洗单元突发故障造成的损失，进一步提升cmp后清洗的工作效率。

具体的，本发明实施例提供的晶圆转速测量装置通过主动轮组件21的旋转驱动晶圆11旋转，以使该晶圆11的旋转带动从动轮组件22旋转。其中，上述主动轮组件21由电机驱动旋转。另外，上述测量装置还通过设置在从动轮组件22上的测量组件221测量该从动轮组件22轴旋转输出脉冲信号的频率，频率测量结果则对应于晶圆11的转速。如图2所示，本发明实施例优选的采用两个主动轮组件21及中间的一个从动轮组件22对晶圆11进行三点支撑。上述主动轮组件21由其内置的电机驱动旋转，晶圆11边缘与主动轮组件21的沟槽接触，利用摩擦力带动晶圆11旋转，中间的从动轮组件22的沟槽与晶圆11边缘紧密接触，晶圆11旋转时则可带动从动轮组件22旋转。在刷洗工艺中晶圆11旋转，以保障滚刷刷洗到晶圆11的所有位置同时避免晶圆11某个位置刷洗时间过长对晶圆11表面造成损伤，还能够在刷洗的过程中通过设置在从动轮组件22上的测量组件221对从动轮组件22旋转输出的脉冲信号频率进行测量，并根据测量结果得到晶圆11的转速，实用性更佳。

为了更好的对晶圆11的转速进行测量，本发明实施例提供的晶圆转速测量装置优选的采用光电测量方法对晶圆转速进行测量。结合图3和图4，上述测量装置中的测量组件221包括码盘2211、光电传感器2212和频率计2213，上述码盘2211套接在输出轴上，且随着输出轴的旋转而旋转，光电传感器2212设置在支撑输出轴的固定件上。其中，光电传感器2212能够采集与从动轮组件22同轴旋转的码盘2211在旋转的过程中输出的光信号，对光信号进行转换处理，将转换后的脉冲信号输出至频率计2213，以根据该频率计2213测量脉冲信号的频率。可见，本发明实施例提供的晶圆转速测量装置在码盘2211旋转时光电传感器2212产生反映码盘2211转速的脉冲信号，采用频率计2213采集脉冲信号的频率，该频率由晶圆11的转速确定，也即，晶圆11的转速越高上述频率越高，晶圆11的转速越低上述频率越小。

其中，上述码盘2211可以由轻质材料如塑料、橡胶等制作而成。考虑到塑料具有成本低、不易碎和不易变形等优良特性，本发明实施例优选的采用塑料材质制作码盘2211。

参见图3，上述码盘2211上设置有多个开口，该开口是在一定直径的圆板上等分地开通的若干个长方形孔。因为码盘2211与从动轮组件22同轴，在从动轮组件22的输出轴旋转时，码盘2211与从动轮组件22同速旋转，经过光电传感器2212采集上述开口经过光挡板时接收的光信号，通过光电转换输出若干脉冲信号。其中，通过频率计2213计算得到的每秒光电传感器2212输出脉冲的个数就能反映当前从动轮组件22的转速，又由于晶圆11旋转距离与从动轮组件22旋转的距离相等，则晶圆11的转速同样可以由上述频率计2213计算得到的脉冲个数进行确定。

更进一步的，本发明实施例提供的晶圆转速测量装置还通过处理器将上述频率计2213测量得到的频率转换为晶圆11的转速。其中，上述转换过程具体包括如下步骤：

建立预设时间内主动轮组件21产生的第一弧长与晶圆11产生的第二弧长之间的第一对应关系；其中，第一弧长由主动轮组件21的转速和直径确定，第二弧长由晶圆11的转速和直径确定；

建立预设时间内晶圆11产生的第二弧长与从动轮组件22产生的第三弧长之间的第二对应关系；其中，第三弧长由从动轮组件22的转速和直径确定；

建立预设时间内从动轮组件22产生的脉冲个数与测量组件221测量得到的频率之间的第三对应关系；其中，脉冲个数由从动轮组件22的转速和设置在从动轮组件22上的码盘2211的开口的个数确定；

基于第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系，确定晶圆11的转速；其中，晶圆11的转速由测量组件221测量得到的频率、开口的个数、从动轮组件22的直径以及晶圆11的直径确定。

其中，本发明实施例提供的晶圆转速测量装置还能够通过模数转换器将频率计2213测量得到的频率进行模数转换，实现频率值数字化。上述数字化后的频率值还能够上述至上位机，通过上位机进行转换计算可得晶圆11的转动速度。

本发明提供的晶圆转速测量装置，包括主动轮组件21、从动轮组件22和测量组件221；测量组件221设置在从动轮组件22上；主动轮组件21通过自身的旋转驱动晶圆11旋转，以使晶圆11旋转带动从动轮组件22旋转；测量组件221对从动轮组件22旋转输出的脉冲信号进行频率测量，频率测量结果对应于晶圆11的转速，其根据从动轮组件22输出的脉冲信号的频率测量结果进行晶圆转速的测量，有助于对刷洗单元工作的监控，降低刷洗单元突发故障造成的损失，进一步提升cmp后清洗的工作效率。

本发明实施例还提供了一种晶圆转速测量方法，参见图5，上述方法具体包括如下步骤：

s101、通过主动轮组件21的旋转驱动晶圆旋转，以使晶圆11旋转带动从动轮组件22旋转；

s102、设置于从动轮组件22上的测量组件221对从动轮组件22旋转输出的脉冲信号进行频率测量；其中，脉冲信号是对从动轮组件22的输出轴的角位移进行转换得到的信号，频率测量结果对应于晶圆11的转速。

另外，本发明实施例还能够根据测量组件221测量得到的频率计2213算晶圆11的转速，参见图6，上述计算过程具体通过如下步骤实现：

s201、建立预设时间内主动轮组件21产生的第一弧长与晶圆11产生的第二弧长之间的第一对应关系；其中，第一弧长由主动轮组件21的转速和直径确定，第二弧长由晶圆11的转速和直径确定；

s202、建立预设时间内晶圆11产生的第二弧长与从动轮组件22产生的第三弧长之间的第二对应关系；其中，第三弧长由从动轮组件22的转速和直径确定；

s203、建立预设时间内从动轮组件22产生的脉冲个数与测量组件221测量得到的频率之间的第三对应关系；其中，脉冲个数由从动轮组件22的转速和设置在从动轮组件22上的码盘2211的开口的个数确定；

s204、基于第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系，确定晶圆11的转速；其中，晶圆11的转速由测量组件221测量得到的频率、开口的个数、从动轮组件22的直径以及晶圆11的直径确定。

本发明实施例中晶圆转速的计算是基于主动轮组件21无拖滑的带动晶圆11转动，晶圆11无拖滑的带动从动轮组件22转动，主动轮组件21、晶圆11与从动轮组件22均以一定速度稳定转动，从动轮组件22带动码盘2211以一定速度稳定转动。

假设主动轮组件21和从动轮组件22尺寸相同，设其直径d(输出轴直径)，主动轮组件21的转速为vm，单位：转/分；从动轮组件22的转速vs，晶圆11直径为d，晶圆11的转速为vw，码盘2211齿数n，频率计2213计量频率为h。设定时间为t分钟。

t分钟内主动轮组件21旋转弧长等于晶圆11旋转弧长：

vm*t*π*d＝vw*t*π*d(1)

t分钟内晶圆11旋转弧长等于从动轮组件22旋转弧长：

vw*t*π*d＝vs*t*π*d(2)

t分钟内从动轮组件22上码盘2211产生的脉冲数等于频率计2213计量频率乘以时间：

vs*t*n＝h*t*60(3)

由(1)～(3)可得：vw＝60hd/nd(4)

公式(4)为晶圆11的转速计算公式。

另外，由(1)可得：vw＝vmd/d(5)

公式(5)可作为公式(4)的参照进行对比实验。

综上可知，本发明实施例提供的晶圆转速测量方法中晶圆11的转速由频率计2213测量得到的频率、开口的个数、从动轮组件22的输出轴的直径、以及晶圆11的直径确定。

本发明提供的晶圆转速测量方法，首先通过主动轮组件21的旋转驱动晶圆旋转，以使晶圆11旋转带动从动轮组件22旋转；然后设置于从动轮组件22上的测量组件221对从动轮组件22旋转输出的脉冲信号进行频率测量；其中，脉冲信号是对从动轮组件22的输出轴的角位移进行转换得到的信号，频率测量结果对应于晶圆11的转速，其根据从动轮组件22输出的脉冲信号的频率测量结果进行晶圆转速的测量，有助于对刷洗单元工作的监控，降低刷洗单元突发故障造成的损失，进一步提升cmp后清洗的工作效率。

基于本发明实施例提供的晶圆转速测量装置，本发明实施例还提供了一种晶圆转速测量系统，参见图1，该晶圆转速测量系统包括由主动轮组件21、从动轮组件22和测量组件221组成的晶圆转速测量装置，还包括晶圆11，其中，上述主动轮组件21通过自身的旋转驱动晶圆11旋转，以使晶圆11旋转带动从动轮组件22旋转；从动轮组件22在晶圆11的旋转带动下进行旋转；测量组件221，用于对从动轮组件22旋转输出的脉冲信号进行频率测量；其中，脉冲信号是对从动轮组件22的输出轴的角位移进行转换得到的信号，频率测量结果对应于晶圆11的转速，其根据从动轮组件22输出的脉冲信号的频率测量结果进行晶圆转速的测量。

上述晶圆转速测量系统还包括处理器，该处理器将上述测量装置测量得到的频率转换为晶圆11的转速，其具体转换过程参照前文，在此不做赘述。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。