晶圆托架装置及化学机械抛光设备的制作方法

本技术涉及半导体制造，尤其涉及一种晶圆托架装置及化学机械抛光设备。

背景技术：

1、现有化学机械抛光(chemical mechanical polishing，cmp)设备在进行抛光制程时，机械手臂夹持晶圆并放置于对应抛光单元的承载杯(load cup)内托架上，通过抛光头和承载杯配合，使抛光头吸附晶圆，以实现对晶圆的抓取，在此过程中，需要检测晶圆的位置。

2、参见图1，托架上通常安装有晶圆在位检测系统，以检测晶圆是否准确地放置在托架上，现有的晶圆在位检测系统包括设置在托架内的流体管路110、连接于流体管路110的流体输送模块120和压力传感器130。在没有放置晶圆时，流体管路110出口处没有阻力，压力传感器130检测的压力值较小。而当晶圆置于托架时，晶圆遮挡了流体管路110出口，导致阻力增加，进而使压力传感器130检测的压力值升高，根据压力值的变化，以检测晶圆的在位状态。

3、但是该现有检测方式仍存在一些问题：1、托架内设置流体管路制造难度较大；2、流体源压力波动会引起压力传感器检测的压力值变化，进而造成位置误判；3、流体管路可能存在堵塞的风险，进而造成位置误判。

4、有鉴于此，有必要提出一种晶圆托架装置及化学机械抛光设备以解决上述问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种晶圆托架装置及化学机械抛光设备，用以改善现有的晶圆托架装置制造难度大、容易产生位置误判的问题。

2、第一方面，本实用新型提供了一种晶圆托架装置，包括：托架本体和若干个对射式光电传感器。所述托架本体安装于承载杯杯体内且用于承托晶圆，所述托架本体的顶部对应所述晶圆放置位置的边缘设有若干个检测孔。所述对射式光电传感器与所述检测孔一一对应设置，所述对射式光电传感器包括安装于所述托架本体上的激光发射器和激光接收器，所述激光发射器和所述激光接收器对称地设于所述检测孔两侧，所述激光发射器和所述激光接收器朝向所述晶圆放置位置呈倾斜设置，根据所述激光接收器是否收到经所述晶圆反射的激光，以监测所述晶圆的在位状态和/或碎裂情况。

3、本实用新型提供的晶圆托架装置的有益效果在于：在所述托架本体上设置检测孔并安装对射式光电传感器，制造工艺更为简单。所述对射式光电传感器包括激光发射器和激光接收器，激光发射器发射激光，激光接收器接收经所述晶圆反射的激光，当所述晶圆到达所述晶圆放置位置时，所有的激光接收器均能接收到激光；当所述晶圆离开所述晶圆放置位置时，所有的激光接收器均无法接收到激光；当所述晶圆未到达正确位置或出现碎裂时，至少一个所述激光接收器将无法接收到激光。因而，本实用新型晶圆托架装置提供了更为可靠和有效的检测方案，可以更准确地监测所述晶圆的在位状态和/或碎裂情况。

4、在一种可能的实施例中，所述托架本体包括支撑座和若干个承托杆；所述支撑座安装于所述承载杯杯体内且支撑连接若干个所述承托杆；若干个承托杆呈水平设置且沿所述晶圆放置位置的边缘间隔分布以承托所述晶圆，相邻两个所述承托杆之间形成所述检测孔。其有益效果再于：所述支撑座作为若干个所述承托杆的支撑，通过间隔设置的若干个所述承托杆承托晶圆，通过巧妙地结构设计，一方面，通过所述支撑座和若干个所述承托杆形成整体的、稳固的托架本体，另一方面，相邻两个所述承托杆之间形成的所述检测孔也为激光的入射和反射留出了足够的空间。

5、在一种可能的实施例中，位于所述检测孔一侧的承托杆端部安装所述激光发射器，位于所述检测孔另一侧的承托杆端部安装所述激光接收器。其有益效果再于：所述激光发射器和所述激光接收器直接安装于所述承托杆端部，因无需在所述托架本体内部进行加工，制造工艺更为简单。

6、在一种可能的实施例中，所述承托杆包括呈弧形状的弧形段和固定连接于所述弧形段两端的延伸板，所述延伸板的顶面与所述弧形段的顶面平齐；所述激光发射器和所述激光接收器位于所述检测孔下方，分别安装于对应的所述延伸板之下。其有益效果再于：一方面通过设置所述延伸板以延长所述承托杆的长度，增强对所述晶圆承托的平稳性，另一方面所述延伸板作为安装平台，方便安装所述激光发射器和所述激光接收器。

7、在一种可能的实施例中，所述承托杆还包括固定连接于所述延伸板两侧的挡板，位于两侧的所述挡板分别固定连接于所述弧形段的两侧。其有益效果再于：在化学机械抛光设备的工艺中需要冲洗所述晶圆表面的残留物，通过位于所述延伸板两侧的挡板，遮挡在对应的所述激光发射器和所述激光接收器的两侧，以在所述晶圆冲洗过程中，保护所述激光发射器和所述激光接收器不被淋水，延长元器件的使用寿命。

8、在一种可能的实施例中，位于所述检测孔一侧的承托杆端部安装有第一固定架，位于所述检测孔另一侧的承托杆端部安装有第二固定架；所述激光发射器安装于所述第一固定架上；所述激光接收器安装于所述第二固定架上。其有益效果再于：通过所述第一固定架以方便地将所述激光发射器安装于所述承托杆端部，通过所述第二固定架以方便地将所述激光接收器安装于所述承托杆端部。

9、在一种可能的实施例中，所述第一固定架包括安装于所述承托杆端部的第一安装板以及固定连接于所述第一安装板的第一连接板，所述第一连接板呈倾斜设置；所述激光发射器穿设安装于所述第一连接板上；和/或，所述第二固定架包括安装于所述承托杆端部的第二安装板以及固定连接于所述第二安装板的第二连接板，所述第二连接板呈倾斜设置；所述激光接收器穿设安装于所述第二连接板上。其有益效果再于：所述第一固定架包括第一安装板和第一连接板，所述第一连接板呈倾斜设置以便于所述激光发射器的发射头倾斜地朝向所述检测孔。所述第二固定架包括第二安装板和第二连接板，所述第二连接板呈倾斜设置以便于所述激光接收器的发射头倾斜地朝向所述检测孔。

10、在一种可能的实施例中，所述支撑座包括支柱部和若干个斜撑部；所述支柱部安装于所述承载杯杯体内且呈竖向设置；所述斜撑部底端固定连接于所述支柱顶端，所述斜撑部顶端支撑连接对应的所述承托杆，若干个所述斜撑部沿所述支柱部周壁均匀间隔分布。其有益效果再于：若干个所述斜撑部呈放射状地设置于所述支柱部的外壁，从而形成牢固的整体结构，以增强整体结构的受力性能和稳定性。

11、在一种可能的实施例中，所述晶圆托架装置还包括沿所述托架本体的边缘间隔地安装于所述托架本体顶面的若干个限位件，通过若干个所述限位件以限定出所述晶圆放置位置。其有益效果再于：利用若干个所述限位件以便捷地实现对所述晶圆的定位。

12、第二方面，本实用新型还提供了一种化学机械抛光设备，包括：承载杯、抛光盘、抛光头；所述承载杯杯体内安装有上述任一实施例中所述的晶圆托架装置，所述承载杯靠近所述抛光盘设置；所述抛光头用于将置于所述晶圆托架装置上的晶圆吸附于所述抛光盘上。该第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的描述，不再重复赘述。

技术特征：

1.一种晶圆托架装置，其特征在于，包括：托架本体和若干个对射式光电传感器；

2.根据权利要求1所述的晶圆托架装置，其特征在于，所述托架本体包括支撑座和若干个承托杆；

3.根据权利要求2所述的晶圆托架装置，其特征在于，位于所述检测孔一侧的承托杆端部安装所述激光发射器，位于所述检测孔另一侧的承托杆端部安装所述激光接收器。

4.根据权利要求2所述的晶圆托架装置，其特征在于，所述承托杆包括呈弧形状的弧形段和固定连接于所述弧形段两端的延伸板，所述延伸板的顶面与所述弧形段的顶面平齐；

5.根据权利要求4所述的晶圆托架装置，其特征在于，所述承托杆还包括固定连接于所述延伸板两侧的挡板，位于两侧的所述挡板分别固定连接于所述弧形段的两侧。

6.根据权利要求2所述的晶圆托架装置，其特征在于，位于所述检测孔一侧的承托杆端部安装有第一固定架，位于所述检测孔另一侧的承托杆端部安装有第二固定架；

7.根据权利要求6所述的晶圆托架装置，其特征在于，所述第一固定架包括安装于所述承托杆端部的第一安装板以及固定连接于所述第一安装板的第一连接板，所述第一连接板呈倾斜设置；

8.根据权利要求2所述的晶圆托架装置，其特征在于，所述支撑座包括支柱部和若干个斜撑部；

9.根据权利要求1所述的晶圆托架装置，其特征在于，还包括沿所述托架本体的边缘间隔地安装于所述托架本体顶面的若干个限位件，通过若干个所述限位件以限定出所述晶圆放置位置。

10.一种化学机械抛光设备，其特征在于，包括：承载杯、抛光盘、抛光头；

技术总结
本技术提供了一种晶圆托架装置及化学机械抛光设备，包括：托架本体和若干个对射式光电传感器。托架本体安装于承载杯杯体内且用于承托晶圆，托架本体的顶部对应晶圆放置位置的边缘设有若干个检测孔。对射式光电传感器与检测孔一一对应设置，对射式光电传感器包括安装于托架本体上的激光发射器和激光接收器，激光发射器和激光接收器对称地设于检测孔两侧，激光发射器和激光接收器朝向晶圆放置位置呈倾斜设置，根据激光接收器是否收到经晶圆反射的激光，以监测晶圆的在位状态和/或碎裂情况。本技术晶圆托架装置提供了更为可靠和有效的检测方案，可以更准确地监测晶圆的在位状态和碎裂情况。

技术研发人员：干怀渝,王帅,铁立军,薛深
受保护的技术使用者：芯恩（青岛）集成电路有限公司
技术研发日：20230809
技术公布日：2024/1/15