一种不合格晶圆的检出装置及检出方法、晶圆制造设备与流程

1.本技术属于半导体制造技术领域，特别涉及一种不合格晶圆的检出装置及检出方法、晶圆制造设备。


背景技术：

2.半导体制造工艺中，在相同处理室内采用相同工艺的同一批次(lot)的晶圆呈现相同工艺结果，是非常理想化的。但是，实际上，由于很多变量(例如，人、机器、材料、方法、环境等)存在，导致晶圆的工艺结果会有所差异。
3.为了检出因为变量导致的不合格晶圆，通常会在晶圆制造完成后设置额外的检验装置，如果要检验所有的晶圆，需要非常多的时间。


技术实现要素：

4.鉴于以上分析，本技术旨在提供一种不合格晶圆的检出装置及检出方法、晶圆制造设备，用以解决现有技术中晶圆检测量大、时间长、工艺和装置复杂的问题。
5.本技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
6.本技术提供一种不合格晶圆的检出装置，包括光源、光电传感器和控制器，光源和光电传感器位于待检晶圆的同侧，光源发出的光线经过待检晶圆表面反射后射入光电传感器，光电传感器将反射光信号转化为电模拟信号，控制器接收光电传感器发送的电模拟信号并转换为电数据，将电数据与电参考数据进行比较，判断待检晶圆是否合格。
7.进一步地，感光元件为电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体图像传感器。
8.进一步地，光电传感器包括滤光器和感光元件，光源发出的光线经过晶圆表面反射后经过滤光器选择性地透射不同波长的光，依照透射光的大小差异，放出的电子也不同，透射光射入感光元件，感光元件将透射光放出的电子转化为电模拟信号。
9.进一步地，感光元件为电荷耦合器件。
10.进一步地，当上述感光元件为电荷耦合元件时，光源发出的光线经过晶圆表面反射后经过滤光器射入电荷耦合器件，电荷耦合器件将经过滤光器过滤的反射光信号转化为电压模拟信号，控制器接收电荷耦合器件发送的电压模拟信号并转换为电压数据信号，将电压数据与电压参考数据进行比较，电压数据在电压参考数据范围内，则判断待检晶圆合格，电压数据不在电压参考数据范围内，则判断待检晶圆不合格。
11.进一步地，当上述感光元件为互补金属氧化物半导体图像传感器时，光源发出的光线经过晶圆表面反射后经过滤光器射入互补金属氧化物半导体图像传感器，互补金属氧化物半导体图像传感器将经过滤光器过滤的反射光信号转化为电流模拟信号，控制器接收电荷耦合器件发送的电流模拟信号并转换为电流数据信号，将电流数据与电流参考数据进行比较，电流数据在电流参考数据范围内，则判断待检晶圆合格，电流数据不在电流参考数据范围内，则判断待检晶圆不合格。
12.进一步地，控制器包括模数转换器、比较器和存储器，模数转换器和存储器分别与
比较器连接，模数转换器获取光电传感器发送的电模拟信号，并将电模拟信号转换为电数据，存储器获取电数据并储存，比较器获取存储器内的电数据和电参考数据，并将电数据与电参考数据进行比较。
13.进一步地，滤光器为rgb滤光片或cym滤光片。
14.进一步地，滤光器为cym滤光片。
15.进一步地，光源为led发光源。
16.进一步地，光源为led日光灯、led商用灯或荧光灯。
17.进一步地，光源为led日光灯。
18.进一步地，上述不合格晶圆的检出装置还包括保护罩，光源和光电传感器位于保护罩中。
19.进一步地，保护罩采用透明材料制成。
20.进一步地，保护罩采用透明石英或蓝宝石制成。
21.本技术还提供了一种不合格晶圆的检出方法，包括如下步骤：
22.打开光源；光源发出的光线经过待检晶圆表面反射后射入光电传感器，光电传感器将反射光信号转化为电模拟信号；控制器接收光电传感器发送的电模拟信号并转换为电数据；将电数据与电参考数据进行比较，若电数据在电参考数据范围内，则判断待检晶圆合格，若电数据不在电参考数据范围内，则判断待检晶圆不合格。
23.进一步地，光电传感器包括滤光器和感光元件，感光元件为电荷耦合元件，上述检出方法包括如下步骤：
24.步骤a：打开光源；
25.步骤b：光源发出的光线经过待检晶圆表面反射后经过滤光器射入电荷耦合器件，电荷耦合器件将经过滤光器过滤的反射光信号转化为电压模拟信号；
26.步骤c：控制器接收电荷耦合器件发送的电压模拟信号并转换为电压数据信号，将电压数据与电压参考数据进行比较，若电压数据在电压参考数据范围内，则判断待检晶圆合格，若电压数据不在电压参考数据范围内，则判断待检晶圆不合格。
27.进一步地，光电传感器包括滤光器和感光元件，感光元件为互补金属氧化物半导体图像传感器，上述检出方法包括如下步骤：
28.步骤a：打开光源；
29.步骤b：光源发出的光线经过待检晶圆表面反射后经过滤光器射入互补金属氧化物半导体图像传感器，互补金属氧化物半导体图像传感器将经过滤光器过滤的反射光信号转化为电流模拟信号；
30.步骤c：控制器接收电荷耦合器件发送的电流模拟信号并转换为电流数据信号，将电流数据与电流参考数据进行比较，若电流数据在电流参考数据范围内，则判断待检晶圆合格，若电流数据不在电流参考数据范围内，则判断待检晶圆不合格。
31.进一步地，判断晶圆不合格后，上述检出方法还包括如下步骤：
32.将不合格晶圆标记为复检晶圆，实时记录在控制器内，当同一批次晶圆制造完成后，对控制器内记录的复检晶圆进行复检。
33.进一步地，判断晶圆不合格后，上述检出方法还包括如下步骤：
34.在下一个晶圆进入不合格晶圆所处工艺之前，停止晶圆制造设备，对不合格晶圆
进行复检，复检结果无异常，则采用手动或自动的方式再次开启晶圆制造设备。
35.进一步地，上述电参考数据采用如下方法获得：
36.打开光源，光源发出的光线经过已检测的合格晶圆表面反射后射入光电传感器，光电传感器将反射光信号转化为电参考模拟信号；控制器接收光电传感器发送的电参考模拟信号并转换为电参考数据。
37.本技术还提供了一种晶圆制造设备，包括上述不合格晶圆的检出装置。
38.进一步地，晶圆制造设备还包括处理室和传送室，上述检出装置设于处理室与传送室之间，或者，检出装置设于传送室内。
39.进一步地，在处理室中，流程结束后的待检晶圆采用机器人捡起，从捡起的瞬间，打开光源，晶圆从处理室转移至传送室的过程中，光源发出的光线经过待检晶圆表面反射后射入光电传感器，光电传感器将反射光信号转化为电模拟信号，控制器接收光电传感器发送的电模拟信号并转换为电数据，将电数据与参考数据进行比较，电数据在参考数据范围内，则判断待检晶圆合格，电数据不在参考数据范围内，则判断待检晶圆不合格。
40.与现有技术相比，本技术至少可实现如下有益效果之一：
41.a)本技术提供的不合格晶圆的检出装置利用光电传感器将光量数值化，具体来说，光电传感器将待检晶圆反射的光线转换为电模拟信号，再通过控制器将电模拟信号转换为直观的电数据，将电数据与控制器内存储的电参考数据进行比较，就能够快速判断待检晶圆是否合格，从而随时对制造过程中的不合格晶圆进行检出和预测，大大提高了测量跳过率和不合格晶圆的检出效率，大幅改善半导体制造的产能。同时，当检测到待检晶圆为不合格晶圆时，可以中止反应室内对该不合格晶圆的后续工艺。
42.b)本技术提供的不合格晶圆的检出装置可以设置在晶圆制造设备内任何一个晶圆移动的路径上，工艺进行时，可以及时在晶圆制造设备内判断晶圆是否不合格，在后续的晶圆检测中，仅需对判断为不合格的晶圆选择性地进行检测即可。
43.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
44.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
45.图1为本技术实施例一的不合格晶圆的检出装置的结构框图；
46.图2为本技术实施例一的不合格晶圆的检出装置rgb模式的透射比曲线；
47.图3为本技术实施例一的不合格晶圆的检出装置cmy模式的透射比曲线；
48.图4为日光光谱图；
49.图5为led日光灯光谱图；
50.图6为led商用灯光谱图；
51.图7为荧光灯光谱图；
52.图8为本技术实施例二的不合格晶圆检出方法的流程图；
53.图9为本技术实施例三的晶圆制造设备的结构框图。
具体实施方式
54.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
55.在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
56.在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
57.实施例一
58.本实施例提供了一种不合格晶圆的检出装置，参见图1至图7，包括光源(可视光源领域的光)、光电传感器和控制器，光源和光电传感器位于待检晶圆的同侧，光源发出的光线经过待检晶圆表面反射后射入光电传感器，光电传感器将反射光信号转化为电模拟信号，控制器接收光电传感器发送的电模拟信号并转换为电数据，将电数据与电参考数据进行比较，判断待检晶圆是否合格。
59.需要说明的是，在半导体制造工艺中，依据晶圆暴露在表面的薄膜反射光的波长，晶圆会显现固有的颜色，利用相同工艺步骤、相同处理室和相同菜单进行的同一批次的晶圆应具有相似的表面颜色。但是，晶圆的表面颜色会因为蚀刻漏出的薄膜厚度差异或是新沉积的薄膜厚度差异反射的光波长产生差异。
60.与现有技术相比，本实施例提供的不合格晶圆的检出装置利用光电传感器将光量数值化，具体来说，光电传感器将待检晶圆反射的光线转换为电模拟信号，再通过控制器将电模拟信号转换为直观的电数据，将电数据与控制器内存储的电参考数据进行比较，就能够快速判断待检晶圆是否合格，从而随时对制造过程中的不合格晶圆进行检出和预测，大大提高了测量跳过率和不合格晶圆的检出效率，大幅改善半导体制造的产能。同时，当检测到待检晶圆为不合格晶圆时，可以中止反应室内对该不合格晶圆的后续工艺。
61.此外，本实施例提供的不合格晶圆的检出装置可以设置在晶圆制造设备内任何一个晶圆移动的路径上，工艺进行时，可以及时在晶圆制造设备内判断晶圆是否不合格，在后续的晶圆检测中，仅需对判断为不合格的晶圆选择性地进行检测即可。
62.对于光电传感器的结构，具体来说，其包括滤光器(filter)和感光元件，光源发出的光线经过晶圆表面反射后经过滤光器选择性地透射不同波长的光，依照透射光的大小差异，放出的电子也不同，透射光射入感光元件，感光元件将透射光放出的电子转化为电模拟信号，从而实现光量的数值化。
63.示例性地，上述感光元件为电荷耦合器件(charge coupled device，ccd)或互补金属氧化物半导体图像传感器(complementary metal-oxide semiconductor sensor，cmos sensor)。
64.当上述感光元件为电荷耦合元件时，光源发出的光线经过晶圆表面反射后经过滤光器射入电荷耦合器件，电荷耦合器件将经过滤光器过滤的反射光信号转化为电压模拟信号，控制器接收电荷耦合器件发送的电压模拟信号并转换为电压数据信号，将电压数据与电压参考数据进行比较，若电压数据在电压参考数据范围内，则判断待检晶圆合格，若电压数据不在电压参考数据范围内，则判断待检晶圆不合格。
65.当上述感光元件为互补金属氧化物半导体图像传感器时，光源发出的光线经过晶圆表面反射后经过滤光器射入互补金属氧化物半导体图像传感器，互补金属氧化物半导体图像传感器将经过滤光器过滤的反射光信号转化为电流模拟信号，控制器接收电荷耦合器件发送的电流模拟信号并转换为电流数据信号，将电流数据与电流参考数据进行比较，若电流数据在电流参考数据范围内，则判断待检晶圆合格，若电流数据不在电流参考数据范围内，则判断待检晶圆不合格。
66.需要说明的是，互补金属氧化物半导体图像传感器的各个像素里需要插入放大器电路，光电二极管的面积比率较小，小于电荷耦合元件，导致光量不足，因此，当上述感光元件为互补金属氧化物半导体图像传感器时，需要将反射光信号转化为电流模拟信号，但是，这样会导致采用互补金属氧化物半导体图像传感器的干扰比采用电荷耦合元件的干扰大。
67.对于滤光器的种类，具体来说，滤光器为rgb(red,green,blue)滤光片或者cym(cyan,magenta,yellow)滤光片。
68.需要说明的是，rgb滤光片会选择性地通过原色光，cym滤光片的一个像素可以透过两种以上的颜色，也就是说，在晶圆反射光强相同的基础上，cym滤光片比rgb滤光片透光量多，从而能够有效增加感光元件获得的光量子，进而增强电模拟信号强度，提高不合格晶圆的检出准确率，因此，上述滤光器选择cym滤光片。
69.对于控制器的结构，具体来说，其包括模数转换器(analogto to digital converter，ad converter)、比较器和存储器，模数转换器和存储器分别与比较器连接，模数转换器获取光电传感器发送的电模拟信号，并将电模拟信号转换为电数据，存储器获取电数据并储存，比较器获取存储器内的电数据和电参考数据，并将电数据与电参考数据进行比较。
70.对于光源的种类，示例性地，光源为led发光源，例如，led日光灯、led商用灯或荧光灯。需要说明的是，从光谱图可知，参见图4至图7，led日光灯的光谱更接近日光的光谱，led商用灯和荧光灯蓝光区域(450nm)所占比重较大，其他波长的光强较小，会导致其他波长的光产生的电模拟信号较弱。因此，上述光源选择led日光灯，led日光灯在可见光范围内的能量较强，能够获得较强的电模拟信号，从而能够提高不合格晶圆检出的准确性。
71.考虑到上述检出装置中光源和光电传感器对环境较为敏感，为了保护光源和光电传感器，其还包括保护罩，光源和光电传感器位于保护罩中，通过保护罩将光源和光电传感器与外部环境隔离。可以理解的是，为了保证光源的光能够照射在待检晶圆上以及待检晶圆反射的光能够摄入光电传感器，保护罩采用透明材料制成，例如，透明石英或蓝宝石等。
72.实施例二
73.本实施例提供了一种不合格晶圆的检出方法，参见图8，包括如下步骤：
74.打开光源；光源发出的光线经过待检晶圆表面反射后射入光电传感器，光电传感器将反射光信号转化为电模拟信号；控制器接收光电传感器发送的电模拟信号并转换为电
数据；将电数据与电参考数据进行比较，若电数据在电参考数据范围内，则判断待检晶圆合格，若电数据不在电参考数据范围内，则判断待检晶圆不合格。
75.与现有技术相比，本实施例提供的不合格晶圆的检出方法与上述实施例一提供的不合格晶圆的检出装置的有益效果基本相同，在此不一一赘述。
76.光电传感器包括滤光器和感光元件，感光元件为电荷耦合元件，上述检出方法包括如下步骤：
77.步骤a：打开光源；
78.步骤b：光源发出的光线经过待检晶圆表面反射后经过滤光器射入电荷耦合器件，电荷耦合器件将经过滤光器过滤的反射光信号转化为电压模拟信号；
79.步骤c：控制器接收电荷耦合器件发送的电压模拟信号并转换为电压数据信号，将电压数据与电压参考数据进行比较，若电压数据在电压参考数据范围内，则判断待检晶圆合格，若电压数据不在电压参考数据范围内，则判断待检晶圆不合格。
80.光电传感器包括滤光器和感光元件，感光元件为互补金属氧化物半导体图像传感器，上述检出方法包括如下步骤：
81.步骤a：打开光源；
82.步骤b：光源发出的光线经过待检晶圆表面反射后经过滤光器射入互补金属氧化物半导体图像传感器，互补金属氧化物半导体图像传感器将经过滤光器过滤的反射光信号转化为电流模拟信号；
83.步骤c：控制器接收互补金属氧化物半导体图像传感器发送的电流模拟信号并转换为电流数据信号，将电流数据与电流参考数据进行比较，若电流数据在电流参考数据范围内，则判断待检晶圆合格，若电流数据不在电流参考数据范围内，则判断待检晶圆不合格。
84.判断晶圆不合格后，上述检出方法还包括如下步骤：
85.将不合格晶圆标记为复检晶圆，实时记录在控制器内，当同一批次晶圆制造完成后，对控制器内记录的复检晶圆进行复检。
86.或者，判断晶圆不合格后，上述检出方法还包括如下步骤：
87.在下一个晶圆进入不合格晶圆所处工艺之前，停止晶圆制造设备，对不合格晶圆进行复检，复检结果无异常，则采用手动或自动的方式再次开启晶圆制造设备。
88.为了得到电参考数据，上述电参考数据采用如下方法获得：
89.打开光源，光源发出的光线经过已检测的合格晶圆表面反射后射入光电传感器，光电传感器将反射光信号转化为电参考模拟信号；控制器接收光电传感器发送的电参考模拟信号并转换为电参考数据。
90.实施例三
91.本实施例提供了一种晶圆制造设备，参见图9，包括实施例一提供的不合格晶圆的检出装置。
92.与现有技术相比，本实施例提供的晶圆制造设备的有益效果与上述实施例一提供的不合格晶圆的检出装置的有益效果基本相同，在此不一一赘述。
93.需要说明的是，检出设备可以设置在晶圆制造设备中任何能够照射晶圆的位置，实际应用中，可以依据晶圆制造设备的具体结构以及需要对晶圆进行检测的位置进行设
置。示例性地，上述晶圆制造设备还包括处理室和传送室，上述检出装置设于处理室与传送室之间，或者，检出装置设于传送室内。
94.具体地，在处理室中，流程结束后的待检晶圆采用机器人捡起，从捡起的瞬间，打开光源，晶圆从处理室转移至传送室的过程中，光源发出的光线经过待检晶圆表面反射后射入光电传感器，光电传感器将反射光信号转化为电模拟信号，控制器接收光电传感器发送的电模拟信号并转换为电数据，将电数据与参考数据进行比较，若电数据在参考数据范围内，则判断待检晶圆合格，若电数据不在参考数据范围内，则判断待检晶圆不合格。
95.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。