基底表面颗粒检测装置及加工机台的制作方法

本实用新型涉及半导体集成电路制造技术领域，尤其涉及一种基底表面颗粒检测装置及加工机台。

背景技术：

半导体晶圆(Wafer)是生产集成电路所用的载体。在半导体集成电路生产制造的工艺流程中，半导体晶圆会经过光刻、刻蚀、沉积和抛光等工序处理，每一道工序对半导体晶圆的正面、背面或者正面和背面来说，都可以产生颗粒(particle)污染，这些颗粒污染，一旦超标，可能会导致缺陷(defocus)的产生和元器件的失效。例如目前的半导体晶圆的光刻工序，首先需要通过12寸半导体涂胶显影机台(track机台)中对半导体晶圆进行光刻胶旋涂(spin coating)、烘烤(bake)、传送(transform)等过程，由于半导体晶圆的背部在这些过程中会不断的与半导体涂胶显影机台中的中间载体(chuck)和对接柱(pin)等一些器件接触、摩擦，由此会产生颗粒粘附在半导体晶圆的背面，不仅会造成所述半导体涂胶显影机台的污染，而且当所述半导体晶圆被传送进扫描曝光机(scanner)进行曝光时,这些颗粒会造成半导体晶圆背部的不平整，导致半导体晶圆正面上的曝光缺陷(defocus)，最终导致制得的元器件的缺陷，甚至失效。

因此，需要一种基底表面颗粒检测装置和加工机台，能够对晶圆表面上所携带的颗粒进行检测，以防止颗粒污染机台并避免颗粒引起的加工缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基底表面颗粒检测装置和加工机台，能够对晶圆或显示屏基板等基底的表面上所携带的颗粒进行检测，以防止颗粒污染机台并避免颗粒引起的加工缺陷。

为解决上述问题，本实用新型提出一种基底表面颗粒检测装置，包括用于夹持基底的承片台、用于向所述基底的背面和/或正面发射激光的激光发射器、用于收集所述激光发射器发射的激光在所述基底上散射后的光信号的探测器以及用于驱动所述承片台和/或所述激光发射器运动的驱动装置。

可选的，所述承片台包括环状结构以及与所述环状结构的外边缘连接的竖直侧壁，所述环状结构能够暴露所夹持的基底的背面的部分区域。

可选的，所述环状结构上设有多个用于承接所述基底并将所述基底放置在所述环状结构上的支撑柱，所述支撑柱与所述竖直侧壁平行且在所述环状结构上对称分布，所述支撑柱能相对所述圆环状结构进行上下竖直移动。

可选的，所述驱动装置带动所述承片台和/或所述激光发射器沿方波路线运动。

可选的，所述基底表面颗粒检测装置还包括与所述光探测器电连接的报警器。

可选的，所述基底为晶圆或者用于制作显示屏的基板。

本发明还提供一种加工机台，包括上述的基底表面颗粒检测装置。

可选的，所述加工机台为涂胶显影机台，所述加工机台还包括与所述基底表面颗粒检测装置组装在一起的涂胶装置、显影装置、边缘曝光装置、晶片盒站和机械传送手臂，所述基底表面颗粒检测装置组装在所述边缘曝光装置的一侧。

可选的，所述加工机台还包括设置在所述基底表面颗粒检测装置远离所述边缘曝光装置一侧的扫描曝光装置。

可选的，所述加工机台为图形曝光机台，所述加工机台还包括与所述基底表面颗粒检测装置组装在一起的扫描曝光装置和机械传送手臂。

可选的，所述加工机台为化学机械抛光机台，所述加工机台还包括与所述基底表面颗粒检测装置组装在一起的抛光装置和机械传送手臂。

可选的，所述加工机台为刻蚀机台，所述加工机台还包括与所述基底表面颗粒检测装置组装在一起的刻蚀装置和机械传送手臂。

可选的，所述加工机台为沉积机台，所述加工机台还包括与所述基底表面颗粒检测装置组装在一起的沉积装置和机械传送手臂。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

1、本实用新型的基底表面颗粒检测装置包括承片台、激光发射器和光探测器，能够对承片台所夹持的基底的背面和/或正面上所携带的颗粒进行检测，从而能够在基底加工的相应工序中及时发现颗粒污染，以防止颗粒污染加工机台以及避免颗粒引起加工缺陷。

2、本实用新型的加工机台，相当于在原有的加工机台中增加一用于检测基底背面和/或正面上的颗粒污染情况的基底表面颗粒检测装置，从而能够在对基底进行加工的相应工序中及时发现颗粒污染，以防止颗粒污染加工机台以及避免颗粒引起加工缺，例如，在涂胶显影机台中添加用于检测晶圆背面上的颗粒污染情况的基底表面颗粒检测装置，能够在晶圆光刻加工的涂胶烘干工序后及时发现晶圆背面的颗粒污染，防止颗粒污染曝光机台以及避免颗粒引起曝光缺陷。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的基底表面颗粒检测装置的结构示意图；

图2是图1所示的基底表面颗粒检测装置的承片台的俯视结构示意图；

图3A和图3B是图1所示的基底表面颗粒检测装置的激光探测原理图；

图4是图1所示的基底表面颗粒检测装置的探测路线图；

图5是本实用新型另一实施例的基底表面颗粒检测装置的结构示意图；

图6是本实用新型又一实施例的基底表面颗粒检测装置的结构示意图；

图7A至7F是本实用新型具体实施例的加工机台的系统结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明，然而，本实用新型可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。其中的“和/或”的含义是二选一或者两者兼具。

请参考图1，本实用新型一实施例提供一种基底表面颗粒检测装置，能够用于检测晶圆背面上的颗粒污染情况，所述基底表面颗粒检测装置包括承片台(stage)11、支撑柱(pin)12、激光发射器13、光探测器14以及驱动承片台11运动的驱动装置(未图示)，其中，承片台11的正面用于夹持晶圆10；支撑柱12设置在所述承片台11的正面上，用于承接所述晶圆10并将所述晶圆10放置在所述承片台11的正面上；激光发射器13和光探测器14设置在所述承片台11的背面下方，激光发射器13用于向所述晶圆10的背面上发射激光(即产生入射到晶圆10背面上的入射光)，光探测器14用于收集激光发射器13发射的激光在所述晶圆10背面上散射后的光信号(即收集晶圆10背面上的散射光)。

请结合图1和图2，本实施例中，所述承片台11包括圆环状结构112，所述圆环状结构112的外圆1121的半径R可以是150.1mm，内圆122的半径r可以是148mm，所述外圆1121的边缘上接有竖直侧壁111，所述竖直侧壁111与所述圆环状结构112组成凹槽状圆环结构，所述内圆1121能够暴露出所夹持的晶圆10的背面的部分区域。所述支撑柱(pin)12为多个(例如为4个)，所有支撑柱12与所述竖直侧壁111平行且在所述圆环状结构112上对称分布，所有支撑柱12能够相对所述圆环状结构112(即所述承片台11的底面)进行上下竖直移动，从而能够在向上移动后将一机械传送手臂传来的晶圆10顶接住，并在向下移动后将晶圆10向下放置到圆环状结构112上(如图1中的虚线所示)。所有支撑柱12承接住晶圆10时，能够共同作用使晶圆10保持平衡。例如使晶圆10的背面水平放置。

本实施例中的激光发射器13可以采用488nm镭射激光，请参考图1、图3A和图3B，当激光发射器13向晶圆10的背面发射激光光束(即入射光)200后，晶圆10的背面上的颗粒经所述激光光束200照射后时，每个颗粒表面会衍射光，进而导致晶圆10的背面上产生大量的散射光，而每个颗粒表面产生的衍射光的角度与颗粒的粒径成反向的变化关系，如图3A中所示的颗粒201a的粒径小，其衍射光角度θ1大，而图3B中所示的颗粒201b的粒径大，其衍射光角度θ2小。光探测器14通过收集晶圆10背面上的衍射光信号(即散射光)来判断出晶圆10背面上的颗粒(particle)的存在以及大小。可选的，所述基底表面颗粒检测装置还包括与所述光探测器14电连接的报警器(未图示)，一旦光探测器14检测出的晶圆10背面上的颗粒数量以及大小超出规格，则通过报警器进行报警，防止所述晶圆10进入下个工序，避免对下个工序的机台造成污染以及在下个工序中产生缺陷。

下面以本实施例的基底表面颗粒检测装置用于光刻制程中来详细说明本实施例的基底表面颗粒检测装置的使用过程。在经涂胶显影机台(Track)的涂胶装置(COT)涂胶的工序中，晶圆10的背面一般不会与涂胶显影机台(Track)的支撑柱(pin)以及承片台(chuck)等一些器件产生物理接触，且在所述涂胶工序中会对晶圆10的背面有冲洗(back rinse)操作，所以该工序一般不会产生颗粒污染，而在涂胶后将晶圆10传送到烘干(即边缘曝光装置WEE的处理)等工序时，晶圆10的背面会不断地与涂胶显影机台中的中间载体(chuck)和对接柱(pin)等一些器件接触、摩擦，由此会产生颗粒和背面缺陷，需要对其进行检测，以防止污染后续的曝光机台和产生曝光缺陷，此时可以借助涂胶显影机台(Track)的机械传送手臂将晶圆10放置到本实施例的基底表面颗粒检测装置的支撑柱12上，支撑柱12是通过预先的向上运动从承片台11上向上伸出的，支撑柱12承接着晶圆10缓慢向下移动，直至将晶圆10放置到承片台11的底面圆环状结构112上，晶圆10的背面上被圆环状结构112的内圆暴露的区域为颗粒检测区域100，激光发射器13向晶圆10背面上的颗粒检测区域100发射激光光束(即入射光)，同时驱动装置带动承片台11沿方波路线移动，使得激光发射器13发出的激光光束在颗粒检测区域100形成如图4中的探测路线141，即承片台11运动方向与探测路线141相反，在此过程中光探测器14实时监测晶圆10背面上的散射光信号，并进一步判断出晶圆10背面上的颗粒情况，当所测的晶圆10背面上的颗粒情况超出规格时，通过报警器进行报警警示，进而使得相关人员将晶圆10送去清洗，防止晶圆10携带的颗粒进入到后续的扫描曝光机台(scanner)而造成扫描曝光机台污染，并避免这些颗粒造成晶圆10背面的不平整，进而避免导致晶圆10正面上的曝光缺陷(defocus)的产生。

请参考图5，本实用新型的另一实施例提出一种基底表面颗粒检测装置，能用于检测晶圆正面上的颗粒污染情况，所述基底表面颗粒检测装置也包括承片台(stage)11、支撑柱(pin)12、激光发射器13、光探测器14以及驱动承片台11运动的驱动装置(未图示)。本实施例与图1所示的实施例的主要区别在于，激光发射器13和光探测器14设置在所述承片台11的正面的上方，激光发射器13用于向所述晶圆10的正面上发射激光(即产生入射到晶圆10正面上的入射光)，光探测器14用于收集激光发射器13发射的激光在所述晶圆10正面上散射后的光信号(即收集晶圆10正面上的散射光)。本实施例的基底表面颗粒检测装置的承片台(stage)11和支撑柱(pin)12的结构以及基底表面颗粒检测装置的使用方法均可参考图1所示的实施例，在此不再赘述。

请参考图6，本实用新型的又一实施例提出一种基底表面颗粒检测装置，能用于检测晶圆正面和背面上的颗粒污染情况，所述基底表面颗粒检测装置包括承片台(stage)11、支撑柱(pin)12、两个激光发射器13、两个光探测器14以及驱动承片台11运动的驱动装置(未图示)。本实施例与图1和图5所示的实施例的主要区别在于，一个激光发射器13和一个光探测器14设置在所述承片台11的正面的上方，该激光发射器13用于向所述晶圆10的正面上发射激光(即产生入射到晶圆10正面上的入射光)，该光探测器14用于收集所述激光发射器13发射的激光在所述晶圆10正面上散射后的光信号(即收集晶圆10正面上的散射光)；另一个激光发射器13和另一个光探测器14设置在所述承片台11的背面的下方，该激光发射器13用于向所述晶圆10的背面上发射激光(即产生入射到晶圆10背面上的入射光)，该光探测器14用于收集所述激光发射器13发射的激光在所述晶圆10背面上散射后的光信号(即收集晶圆10背面上的散射光)。本实施例的基底表面颗粒检测装置中的两个激光发射器13可以同时工作，也可以仅有一个工作。本实施例的基底表面颗粒检测装置的承片台(stage)11和支撑柱(pin)12的结构以及基底表面颗粒检测装置的使用方法均可参考图1和图5所示的实施例，在此不再赘述。

需要说明的是，本实用新型的各个实施例中，驱动装置带动承片台11的运动路线不仅仅限于方波路线，也可以是沿内圆边缘开始向晶圆中心前进的螺旋线。在本实用新型的技术方案中，只要使得激光发射器13发射的激光光束能够扫过晶圆10的整个颗粒检测区域表面即可，因此在本实用新型的各个实施例中，驱动装置可以是带动激光发射器13运动以使激光发射器13发射的激光光束扫过晶圆10的整个颗粒检测区域表面的装置，也可以是分别带动承片台11和激光反射器13运动的两个装置，承片台11和激光发射器13相对运动，使得激光发射器13发射的激光光束扫过晶圆10的整个颗粒检测区域表面。此外，本实用新型的基底表面颗粒检测装置不仅仅可以用于对晶圆的背面和/或正面进行颗粒检测，还能对用于制作显示屏的基板等其他基底表面进行颗粒检测，承载台的底部不限于上述的圆环状结构，可以根据需要检测的基底的形状进行定制，只要能够完全将基底放置在内不晃动且暴露出基底背面的大部分区域即可，例如当基底为矩形时，承载台的底部可以矩形环状结构，其外边缘的形状为矩形，内边缘的形状可以是矩形、圆形、三角形、菱形、五边形、六边形、八边形等等。

由上所述，本实用新型的基底表面颗粒检测装置包括承片台、激光发射器和光探测器，能够对承片台所夹持的晶圆或用于制作显示屏的基板等基底的背面和/或正面上所携带的颗粒进行检测，从而能够在基底加工的相应工序中及时发现颗粒污染，以防止颗粒污染加工机台以及避免颗粒引起加工缺陷。

请参考图7A至7F，本实用新型还提供一种加工机台，包括上述的基底表面颗粒检测装置。

请参考图7A，在本实用新型的一实施例中，所述加工机台为用于对晶圆进行涂胶显影等的涂胶显影机台，所述涂胶显影机台是集成电路芯片制造过程中用于对晶圆进行涂胶、对胶加温固化，并借助外部的扫描曝光机台进行图形曝光后，再进行显影成型的机台设备。本实施例的涂胶显影机台包括集装在一起的基底表面颗粒检测装置1、用于涂胶的涂胶装置(COT/BAC/TAC)2、用于显影的显影装置(DEV)3、用于对晶圆边缘进行曝光的边缘曝光装置(WEE)4、用于装载晶圆的晶片盒站6和用于传送晶圆的机械传送手臂5，所述基底表面颗粒检测装置1可以是图1或图6所示的基底表面颗粒检测装置1，被组装在所述边缘曝光装置的一侧。在晶圆加工的过程中，通过机械传送手臂5从晶片盒站6内取出晶圆并放置到涂胶装置2中进行涂胶，之后再通过机械传送手臂5将涂胶后的晶圆传送到内部的边缘曝光装置4进行边缘曝光，之后送到基底表面颗粒检测装置1处进行晶圆背面的颗粒污染检测，在晶圆通过颗粒污染检测后，送到外部的扫描曝光机台进行图形曝光，图形曝光完成后再通过机械传送手臂5将所述晶圆放置到显影装置3进行显影，显影结束后将晶圆放回晶片盒站6或传送到另一加工机台等指定位置。

本实施例的涂胶显影机台，由于在边缘曝光装置4的一侧设置了基底表面颗粒检测装置1，因此能够在晶圆经过边缘曝光装置4之后，对其背面进行颗粒污染检测，因而能防止晶圆背面携带的颗粒污染后续扫描曝光机台，同时避免晶圆背面携带的这些颗粒造成晶圆背面的不平整，进而避免晶圆正面上的曝光缺陷(defocus)的产生。

请参考图7B，在本实用新型的另一实施例中，所述加工机台为具有图形曝光功能的涂胶显影机台，所述涂胶显影机台是一能完成整个光刻工艺的光刻综合机台，能在集成电路芯片制造过程中对晶圆进行涂胶、对胶加温固化，并借助内部的扫描曝光装置进行图形曝光，还能对图形曝光后的晶圆进行显影成型。本实施例的涂胶显影机台包括集装在一起的基底表面颗粒检测装置1、涂胶装置(COT/BAC/TAC)2、显影装置(DEV)3、边缘曝光装置(WEE)4、晶片盒站6、机械传送手臂5和扫描曝光装置7，所述基底表面颗粒检测装置1可以是图1或图6所示的基底表面颗粒检测装置1，被组装在所述边缘曝光装置4的一侧。在晶圆加工的过程中，通过机械传送手臂5从晶片盒站6内取出晶圆并放置到涂胶装置2中进行涂胶，之后再通过机械传送手臂5将涂胶后的晶圆传送到内部的边缘曝光装置4进行边缘曝光，之后送到基底表面颗粒检测装置1处进行晶圆背面的颗粒污染检测，在晶圆通过颗粒污染检测后，送到内部的扫描曝光装置7进行图形曝光，图形曝光完成后再通过机械传送手臂5将所述晶圆放置到显影装置3进行显影，显影结束后将晶圆放回晶片盒站6或传送到另一加工机台等指定位置。

本实施例的涂胶显影机台，由于在边缘曝光装置4和扫描曝光装置7之间设置了一基底表面颗粒检测装置1，因此能够在晶圆经过边缘曝光装置4之后，对其背面进行颗粒污染检测，因而能防止晶圆背面携带的颗粒污染后续扫描曝光装置，同时避免晶圆背面携带的这些颗粒造成晶圆背面的不平整，进而避免晶圆正面上的曝光缺陷(defocus)的产生。

请参考图7C，在本实用新型的又一实施例中，所述加工机台为图形曝光机台，所述图形曝光机台是集成电路芯片制造过程中用于对晶圆表面的光刻胶进行扫描曝光以形成图形的设备。所述图形曝光机台包括组装在一起的基底表面颗粒检测装置1、扫描曝光装置7和机械传送手臂5。所述基底表面颗粒检测装置1可以是图1或图6所示的基底表面颗粒检测装置1。在晶圆曝光之前，先通过机械传送手臂5将晶圆送到基底表面颗粒检测装置1处进行晶圆背面的颗粒污染检测，在晶圆通过颗粒污染检测后，再通过机械传送手臂5送到扫描曝光装置7进行图形曝光，图形曝光完成后再通过机械传送手臂5将所述晶圆放置到一显影装置进行显影。

本实施例的图形曝光机台，由于在扫描曝光装置7之前设置了一基底表面颗粒检测装置1，因此能够在晶圆曝光之前，先对其背面进行颗粒污染检测，从而能防止晶圆背面携带的颗粒污染扫描曝光装置7，同时避免晶圆背面携带的这些颗粒造成晶圆背面的不平整，进而避免晶圆正面上的曝光缺陷(defocus)的产生。

请参考图7D，在本实用新型的又一实施例中，所述加工机台为化学机械抛光机台，所述化学机械抛光机台是集成电路芯片制造过程中用于对晶圆正面和/或背面进行研磨抛光的设备，所述化学机械抛光机台包括组装在一起的基底表面颗粒检测装置1、抛光装置8和机械传送手臂5，所述基底表面颗粒检测装置1可以是图1或图5或图6所示的基底表面颗粒检测装置1。在晶圆抛光之前和/或抛光之后，先通过机械传送手臂5将晶圆送到基底表面颗粒检测装置1处进行晶圆背面和/或正面上的颗粒污染检测，在晶圆通过颗粒污染检测后，再通过机械传送手臂5将所述晶圆放置到指定位置，若是在抛光之前通过基底表面颗粒检测装置1对晶圆背面和/或正面进行颗粒污染检测，则在晶圆通过颗粒污染检测后，通过机械传送手臂5将所述晶圆放置到抛光装置8的抛光垫上；若是在抛光之后通过基底表面颗粒检测装置1对晶圆背面和/或正面进行颗粒污染检测，则在晶圆通过颗粒污染检测后，通过机械传送手臂5将所述晶圆放置到下一个加工工序的机台上。

本实施例的抛光机台，当在抛光之前对晶圆背面和/正面进行颗粒污染检测时，能防止晶圆携带的颗粒污染抛光装置，同时避免晶圆表面携带的这些颗粒造成晶圆表面的不平整，进而避免抛光缺陷(defocus)的产生；当在抛光之后对晶圆背面和/正面进行颗粒污染检测时，能防止晶圆携带的颗粒污染后续加工工序机台，同时避免晶圆表面携带的这些颗粒造成晶圆表面的不平整，进而避免后续的加工缺陷(defocus)的产生。

请参考图7E，在本实用新型的又一实施例中，所述加工机台为刻蚀机台，所述刻蚀机台是集成电路芯片制造过程中用于对晶圆正面和/或背面进行刻蚀的设备，所述刻蚀机台包括组装在一起的基底表面颗粒检测装置1、刻蚀装置9和机械传送手臂5，所述基底表面颗粒检测装置1可以是图1或图5或图6所示的基底表面颗粒检测装置1。在晶圆刻蚀之前和/或刻蚀之后，先通过机械传送手臂5将晶圆送到基底表面颗粒检测装置1处进行晶圆背面和/或正面上的颗粒污染检测，在晶圆通过颗粒污染检测后，再通过机械传送手臂5将所述晶圆放置到指定位置，若是在刻蚀之前通过基底表面颗粒检测装置1对晶圆背面和/或正面进行颗粒污染检测，则在晶圆通过颗粒污染检测后，通过机械传送手臂5将所述晶圆放置到刻蚀装置9处进行刻蚀；若是在经刻蚀装置9刻蚀之后通过基底表面颗粒检测装置1对晶圆背面和/或正面进行颗粒污染检测，则在晶圆通过颗粒污染检测后，通过机械传送手臂5将所述晶圆放置到下一个加工工序的机台上。

本实施例的刻蚀机台，当在刻蚀之前对晶圆背面和/正面进行颗粒污染检测时，能防止晶圆携带的颗粒污染刻蚀装置，同时避免晶圆表面携带的这些颗粒造成晶圆表面的不平整，进而避免刻蚀缺陷(defocus)的产生；当在刻蚀之后对晶圆背面和/正面进行颗粒污染检测时，能防止晶圆携带的颗粒污染后续加工工序机台，同时避免晶圆表面携带的这些颗粒造成晶圆表面的不平整，进而避免后续的加工缺陷(defocus)的产生。

请参考图7F，在本实用新型的又一实施例中，所述加工机台为沉积机台，所述沉积机台是集成电路芯片制造过程中用于在晶圆正面和/或背面进行膜层沉积的设备，所述沉积机台可以是物理气相沉积机台，也可以是化学气相沉积机台，所述沉积机台包括组装在一起的基底表面颗粒检测装置1、沉积装置15和机械传送手臂5。所述基底表面颗粒检测装置1可以是图5或图6所示的基底表面颗粒检测装置1。在向晶圆上沉积膜层之前，先通过机械传送手臂5将晶圆送到基底表面颗粒检测装置1处进行晶圆背面和/或正面上的颗粒污染检测，在晶圆通过颗粒污染检测后，再通过机械传送手臂5将所述晶圆放置到沉积装置15处进行膜层沉积，从而能防止晶圆携带的颗粒污染沉积装置，同时避免晶圆表面携带的这些颗粒造成晶圆表面的不平整，进而避免沉积缺陷(defocus)的产生。

需要说明的是，上述各实施例中的加工机台能够加工的物品不仅仅限于晶圆，还可以是用于制作显示屏的基板等基底。

综上所述，本实用新型的加工机台，相当于在原有的加工机台中增加一用于检测基底背面和/或正面上的颗粒污染情况的基底表面颗粒检测装置，从而能够在基底加工的相应工序中及时发现颗粒污染，以防止颗粒污染加工机台以及避免颗粒引起加工缺。

显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。