硅片位置检测方法及装置、半导体加工设备与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种硅片位置检测方法、一种硅片位置检测装置和一种半导体加工设备。

背景技术：

硅片是否完全放在硅片槽里是硅外延工艺一直关注的问题，硅片搭边会影响外延层的厚度和电阻率的分布趋势及均匀性，直接影响到外延片是否合格。

传统地，硅外延设备控制硅片传取精度的方法是控制基座的旋转稳定性以及机械手取放片的精度，每次设备维护基座重新安装后，需要对机械手在工艺腔室内的取放片位置进行重新校准，硅片是否搭边只能通过目测的方式在冷态下传取片进行观察。由于量产时基座处于封闭状态，基座位置异常、基座偏移量增加或其他原因导致硅片搭边时，无法及时获得硅片的放置状态信息，导致外延片报废甚至设备故障。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种硅片位置检测方法、一种硅片位置检测装置以及一种半导体加工设备。

为了实现上述目的，本发明提供了一种硅片位置检测方法，包括：

步骤s110、基座加载硅片之前，测量硅片槽的槽底面上的多个第一采集点分别至预设测距面的距离，以获得多个初始距离值；

步骤s120、所述基座加载硅片之后，测量所述硅片的上表面上的多个第二采集点分别至所述预设测距面的距离，以获得多个最终距离值，每个所述第二采集点对应一个所述第一采集点；

步骤s130、根据多个所述最终距离值与多个所述初始距离值获得的差值变化趋势，与预设标准趋势进行比对，判断所述硅片是否完全位于所述硅片槽中。

可选地，所述差值变化趋势包括计算每个所述最终距离值与对应的一个所述初始距离值的差值，以获得的差值变化曲线；

所述预设标准趋势包括所述硅片的厚度变化曲线。

可选地，步骤s130具体包括：

将所述差值变化曲线与所述硅片的厚度变化曲线进行比对，当两者一致时，判定所述硅片完全位于所述硅片槽中，反之，判定所述硅片的位置出现偏差；或，

将所述差值变化曲线与所述硅片的厚度变化曲线进行比对，若所述差值变化曲线偏离所述硅片的厚度变化曲线在预设范围时，判定所述硅片完全位于所述硅片槽中，若所述差值变化曲线偏离所述硅片的厚度变化曲线超出预设范围时，判定所述硅片的位置出现偏差。

可选地，所述硅片的位置出现偏差时，结束工艺并发出报警信号。

本发明的第二方面，提供了一种硅片位置检测装置，包括：

测距模块，用于在基座加载硅片之前，测量硅片槽的槽底面上的多个第一采集点分别至预设测距面的距离，以获得多个初始距离值；以及，用于在所述基座加载硅片之后，测量所述硅片的上表面上的多个第二采集点分别至所述预设测距面的距离，以获得多个最终距离值，每个所述第二采集点对应一个所述第一采集点；

控制模块，用于根据多个所述最终距离值与多个所述初始距离值获得的差值变化趋势，与预设标准趋势进行比对，判断所述硅片是否完全位于所述硅片槽中。

可选地，所述控制模块还用于：

计算每个所述最终距离值与对应的一个所述初始距离值的差值，以获得差值变化曲线。

可选地，所述控制模块还用于：

将所述差值变化曲线与所述硅片的厚度变化曲线进行比对，当两者一致时，判定所述硅片完全位于所述硅片槽中，反之，判定所述硅片的位置出现偏差；或，

将所述差值变化曲线与所述硅片的厚度变化曲线进行比对，若所述差值变化曲线偏离所述硅片的厚度变化曲线在预设范围时，判定所述硅片完全位于所述硅片槽中，若所述差值变化曲线偏离所述硅片的厚度变化曲线超出预设范围时，判定所述硅片的位置出现偏差。

可选地，所述测距模块包括激光测距传感器。

本发明的第三方面，提供了一种半导体加工设备，包括反应腔室和硅片位置检测装置，所述反应腔室内设置有基座，所述基座上设置有硅片槽，所述硅片位置检测装置包括前文记载的所述的硅片位置检测装置。

可选地，所述半导体加工设备还包括依次设置在所述反应腔室外侧的加热器和反射屏，所述测距模块位于所述反射屏的背离所述反应腔室的一侧，且所述反射屏对应所述测距模块的位置设置有第一开口。

本发明的硅片位置检测方法、硅片位置检测装置以及半导体加工设备。首先，基座加载硅片之前，测量硅片槽的底面上的多个第一采集点分别至预设测距面的距离，从而可以获得若干个初始距离值。其次，基座量加载硅片之后，测量硅片的上表面上的多个第二采集点分别至预设测距面的距离，以获得多个最终距离值，最后，根据若干个初始距离值和最终距离值获得差值变化趋势，并将其与预设标准趋势进行比对，根据比对结果，可以判断硅片是否完全位于硅片槽中，从而可以根据判断结果提醒操作人员注意，有效避免硅片出现工艺不良的现象，提高硅片的制作良率，此外，本发明的硅片位置检测方法、装置及设备硅简单，能够有效降低检测成本，提高经济效益。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明第一实施例中硅片位置检测方法的流程图；

图2为本发明第二实施例中硅片槽放置硅片前后的各采集点之间的差值变化曲线图；

图3为本发明第三实施例中硅片槽放置硅片前后的各采集点之间的差值变化曲线图；

图4为本发明第四实施例中硅片位置检测装置的结构示意图；

图5为本发明第五实施例中半导体加工设备的结构示意图。

附图标记说明

100：硅片位置检测装置；

110：测距模块；

120：控制模块；

200：半导体加工设备；

210：反应腔室；

211：基座；

211a：硅片槽；

220：加热器；

230：反射屏；

231：第一开口；

232：第二开口；

240：温度计；

300：硅片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本发明的第一方面，涉及一种硅片位置检测方法s100，具体包括：

s110、基座量加载硅片之前，测量硅片槽的槽底面上的多个第一采集点分别至预设测距面的距离，以获得多个初始距离值。

具体地，在本步骤中，可以通过在预设测距面设置测距传感器(例如，激光测距传感器等)，测量硅片槽的底面上的多个第一采集点分别至该测距传感器的距离，从而可以获得若干个初始距离值。

s120、基座加载硅片之后，测量硅片的上表面上的多个第二采集点分别至预设测距面的距离，以获得多个最终距离值，每个第二采集点均对应一个第一采集点。

具体地，在本步骤中，同样可以通过在预设测距面设置测距传感器(例如，激光测距传感器等)，测量硅片的上表面的多个第二采集点与该测距传感器之间的最终距离值。

s130、根据多个最终距离值与多个初始距离值获得的差值变化趋势，与预设标准趋势进行比对，判断硅片是否完全位于硅片槽中，其中，差值变化趋势包括差值变化趋势线，预设标准趋势包括预设标准趋势线。

具体地，在本步骤中，例如，当差值变化趋势与预设标准趋势一致时或在一定偏差范围以内时，可以判定硅片完全位于硅片槽中，反之，可以判定硅片并没有完全落在硅片槽内，而是存在搭边现象。

本实施例中的硅片位置检测方法s100，首先，基座加载硅片之前，测量硅片槽的底面上的多个第一采集点分别至预设测距面的距离，从而可以获得若干个初始距离值。其次，基座量加载硅片之后，测量硅片的上表面上的多个第二采集点分别至预设测距面的距离，以获得多个最终距离值，最后，根据若干个初始距离值和最终距离值获得差值变化趋势，并将其与预设标准趋势进行比对，根据比对结果，可以判断硅片是否完全位于硅片槽中，从而可以根据判断结果提醒操作人员注意，有效避免硅片出现工艺不良的现象，提高硅片的制作良率，此外，本实施例中硅片位置检测方法简单，能够有效降低检测成本，提高经济效益。

需要说明的是，为了提高测量准确度，上述的若干个第一采集点的位置应当位于硅片槽的底面边缘区域，相应地，第二采集点也位于硅片上表面的边缘区域。

此外，上述中每个第二采集点对应一个第一采集点是指，各第二采集点在硅片槽的底面上的正投影与第一采集点重合。

可选地，差值变化趋势包括计算每个最终距离值与对应的一个初始距离值的差值，以获得的差值变化曲线；预设标准趋势包括硅片的厚度变化曲线。

步骤s130具体包括：

将差值变化曲线与硅片的厚度变化曲线进行比对，当两者一致时，判定硅片完全位于硅片槽中，如图2所示，反之，判定硅片的位置出现偏差，如图3所示；或，

若差值变化曲线偏离硅片的厚度变化曲线在预设范围(例如，±50μm)时，判定硅片完全位于硅片槽中，若差值变化曲线偏离硅片的厚度变化曲线超出预设范围(例如，±50μm)时，判定硅片的位置出现偏差。

可选地，硅片的位置出现偏差时，结束工艺并发出报警信号，以提醒操作人员注意报警信号，并根据该报警信号及时中止当前工艺，操作人员可以实际查看硅片的位置，并根据具体情况进行机械手重新校准或解决设备问题，有效避免硅片出现工艺不良的现象，提高硅片的制作良率。

为了提高测距准确性以及节省测距成本，可以利用电机驱动基座作圆周转动，这样，可以在基座对应硅片槽的底面的边缘位置的正上方设置一个测距传感器即可，而当硅片槽的底面上的每个第一采集点转动至测距传感器的下方时，测距传感器可以测量其与该第一采集点之间的初始距离值。相应地，当基座加载硅片之后，硅片的上表面的每个第二采集点转动至测距传感器下方时，测距传感器可以测量其与该第二采集点之间的最终距离值。

本发明的第二方面，如图4和图5所示，提供了一种硅片位置检测装置100，该装置可以用于前文记载的硅片位置检测方法，下文中未提及的相关内容可以参考前文相关记载。该硅片位置检测装置100包括：

测距模块110，用于在基座211加载硅片300之前，测量硅片槽211a的底面上的多个第一采集点分别至预设测距面的距离，以获得多个初始距离值；以及，用于在基座211加载硅片300之后，测量硅片300的上表面上的多个第二采集点分别至预设测距面的距离，以获得多个最终距离值，每个第二采集点对应一个第一采集点；

控制模块120，用于根据多个最终距离值与多个初始距离值获得的差值变化趋势，与预设标准趋势进行比对，判断硅片是否完全位于硅片槽中。

本实施例中的硅片位置检测装置100，首先，基座211加载硅片300之前，测距模块110测量硅片槽211a的底面上的多个第一采集点分别至预设测距面的距离，以获得多个初始距离值，其次，在基座211加载硅片300之后，测距模块110测量硅片300的上表面的多个第二采集点分别与预设测距面的距离，以获得多个最终距离值，最后，控制模块120根据多个初始距离值和多个最终距离值获得的差值变化趋势，将其与预设标准趋势进行比对，根据比对结果，可以判断硅片是否完全位于硅片槽211a中，从而可以根据判断结果提醒操作人员注意，有效避免硅片出现工艺不良的现象，提高硅片的制作良率，此外，本实施例中硅片位置检测装置结构简单，能够有效降低检测成本，提高经济效益。

可选地，控制模块120还用于：

计算每个最终距离值与对应的一个初始距离值的差值，以获得差值变化曲线；

此外，控制模块120内还设定有预设标准趋势，其中，预设标准趋势包括硅片的厚度变化曲线。

可选地，控制模块120还用于：

将差值变化曲线与硅片的厚度变化曲线进行比对，当两者一致时，判定硅片300完全位于硅片槽211a中，反之，判定硅片300的位置出现偏差；或，

将差值变化曲线与硅片的厚度变化曲线进行比对，若差值变化曲线偏离硅片的厚度变化曲线在预设范围时，判定硅片300完全位于硅片槽211a中，若差值变化曲线偏离硅片的厚度变化曲线超出预设范围时，判定硅片300的位置出现偏差。

可选地，测距模块110包括激光测距传感器。

激光测距传感器所发出的激光的波长在600nm左右，而石英腔能够透过的波段为2.3um以下，因此它可以穿透石英腔室壁并测量硅片槽211a相对于该激光测距传感器间的距离，该激光测距传感器的测距精度可以达到12um，而硅片槽211a的高度为0.4mm，当硅片300出现搭边的情况时，硅片300在圆周方向上的高度变化在几百微米范围，因此可以识别出硅片300是否搭边。

本发明的第三方面，如图5所示，提供了一种半导体加工设备200，该半导体加工设备200包括反应腔室210和硅片位置检测装置100，反应腔室210内设置有基座211，基座211上设置有硅片槽211a，该硅片槽211a用于容纳硅片300，该硅片槽211a的直径一般比硅片300的直径大约2mm～3mm，深度约为0.7mm。其中，硅片位置检测装置100包括前文记载的硅片位置检测装置100。

本实施例中的半导体加工设备200，具有前文记载的硅片位置检测装置100，基座211加载硅片300之前，测距模块110测量硅片槽211a的底面上的多个第一采集点分别至预设测距面的距离，以获得多个初始距离值，其次，在基座211加载硅片300之后，测距模块110测量硅片300的上表面的多个第二采集点分别与预设测距面的距离，以获得多个最终距离值，最后，控制模块120根据多个初始距离值和多个最终距离值获得的差值变化趋势，将其与预设标准趋势进行比对，根据比对结果，可以判断硅片是否完全位于硅片槽211a中，从而可以根据判断结果提醒操作人员注意，有效避免硅片出现工艺不良的现象，提高硅片的制作良率，此外，可以有效简化半导体加工设备的结构，有效降低检测成本，提高经济效益。

可选地，如图5所示，半导体加工设备200还包括依次设置在反应腔室210外侧的加热器220、反射屏230和温度计240。测距模块110位于反射屏230的背离反应腔室210的一侧，且反射屏230对应测距模块110的位置设置有第一开口231，对应温度计240的位置设置有第二开口232。温度计240用于实时测量硅片300的温度。

具体地，如图5所示，可以在反应腔室210的顶部和底部均设置有加热器220和反射屏230。该加热器220可以为红外加热器，以便加热放置在反应腔室210的硅片300，所设置的反射屏230用于反射红外辐射以此来获得均匀的温度场，该反射屏230上可以镀金处理。为了提高红外透射率，反应腔室210可以采用石英腔室。测距模块110位于顶部的反射屏230背离反应腔室210的一侧，并且通过在反射屏230上所开设的第一开口231测量硅片槽211a与其之间的距离，该第一开口可以使得测距模块110的光线(例如，激光)通过即可，因此，其对温度场的影响可以忽略不计。

此外，在采用激光测距传感器时，为了能够满足6、8寸兼容，可以将激光测距传感器的激光测试位置置于6寸硅片尺寸范围以内，距离基座211的旋转轴中心大约70mm处，由于基座211的硅片槽211a直径比硅片300大约2-3mm，因此当硅片300放入硅片槽211a后，检测到的一定硅片300表面的高度。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。