晶圆位置检测装置、晶圆位置检测方法与流程

本申请涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种晶圆位置检测装置、晶圆位置检测方法。

背景技术：

由于晶圆表面的污染物会影响器件的性能，在半导体制造工艺中需要对晶圆进行清洗。晶圆清洗要求既能去除污染物又不能损坏晶圆，需要使用晶圆清洗设备清洗晶圆。

晶圆清洗设备包括采用边缘夹持方式固定晶圆的机台和采用真空吸盘固定晶圆的机台。比如，单片式湿法清洗机台dnsss系列清洗机，由于这种机台具有晶边清洗功能，其采用真空吸盘将晶圆固定，如图1所示，晶圆11被真空吸盘12固定，真空轴13将真空吸盘12与晶圆11之间的气体抽出。一般情况下，晶圆固定时，晶圆的圆心需要固定在机台的中心，然而由于真空吸盘固定晶圆的腔室没有用于检测晶圆位置是否正确的器件，即使晶圆的圆心不在真空吸盘的中心，真空吸盘也能够带动晶圆旋转，在高速(约2500rmp/min)旋转的情况下，很容易造成晶圆碎片。

技术实现要素：

本申请提供了一种晶圆位置检测装置及晶圆位置检测方法，可以解决相关技术中在采用真空吸盘固定晶圆的清洗机台在清洗晶圆前无法检测晶圆位置的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种晶圆位置检测装置，包括支撑杆、u型检测头、至少两组光感应器、检测轨道和驱动马达；

支撑杆包括上支撑杆和下支撑杆，上支撑杆与下支撑杆通过中间驱动马达连接，上支撑杆的顶部连接u型检测头的底部，下支撑杆的底部固定在检测轨道内；

中间驱动马达用于令上支撑杆处于第一位置或第二位置；当上支撑杆处于第一位置时，上支撑杆与下支撑杆在同一条直线上；当上支撑杆处于第二位置时，上支撑杆与下支撑杆垂直；

u型检测头的两个侧边上设置有至少两组光感应器，每组光感应器包括接收器和发射器；

检测轨道上设置有下端驱动马达，下端驱动马达用于带动下支撑杆沿检测轨道运动。

可选的，u型检测头的两个侧边互相平行；

u型检测头的底部与两个侧边垂直；

u型检测头的第一侧边设置有光感应器的发射器，u型检测头的第二侧边设置有光感应器的接收器。

可选的，所有光感应器的发射器位于同一直线上且垂直于u型检测头的底部，所有光感应器的接收器位于同一直线上且垂直于u型检测头的底部；

每组光感应器的发射器和接收器的位置对应。

可选的，u型检测头的开口宽度大于晶圆的厚度。

可选的，下端驱动马达设置在检测轨道的一端。

可选的，还包括若干个辅助定位器和挡片，若干个辅助定位器设置在检测轨道的下方，辅助定位器的中间设置有光传感器；

支撑杆的下方设置有挡片，挡片的长度大于辅助定位器与检测轨道之间的距离；当下端驱动马达带动下支撑杆沿检测轨道运动时，挡片经过辅助定位器的中间。

可选的，辅助定位器的数量为双数，辅助定位器关于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心对称。

第二方面，本申请实施例提供了一种晶圆位置检测方法，应用于如第一方面所示的晶圆位置检测装置，该方法包括

通过中间驱动马达令上支撑杆处于第二位置；当上支撑杆处于第二位置时，上支撑杆与下支撑杆垂直，晶圆位于u型检测头的两个侧边之间；

通过下端驱动马达带动下支撑杆沿检测轨道运动；

获取u型检测头上每组光感应器对应的检测位置信号；

检测检测位置信号与标准位置信号是否匹配；

若检测到检测位置信号与标准位置信号匹配，则确定晶圆的中心位于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心；

若检测到检测位置信号与标准位置信号不匹配，则确定晶圆的中心不位于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心。

可选的，每组检测位置信号和每组标准位置信号均包括两个特征点；

其中，第一特征点表示光传感器达到晶圆的边缘，第二特征点表示光传感器离开晶圆的边缘；

在标准位置信号中，第一特征点对应的晶圆边缘位置与第二特征点对应的晶圆边缘位置关于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心对称。

可选的，第一特征点为信号值从0变为1的点，第二特征点为信号值从1变为0的点。

可选的，晶圆位置检测装置还包括若干个辅助定位器和挡片，若干个辅助定位器设置在检测轨道的下方，辅助定位器的中间设置有光传感器；

在标准位置信号中，特征点对应的晶圆边缘位置与辅助定位器的位置相对应。

可选的，检测检测位置信号与标准位置信号是否匹配，包括：

检测每组光传感器对应的检测位置信号和标准位置信号中第一特征点对应的晶圆边缘位置是否匹配，以及第二特征点对应的晶圆边缘位置是否匹配。

本申请技术方案，至少包括如下优点：

本申请实施例提供了一种晶圆位置检测装置，包括支撑杆、u型检测头、至少两组光感应器、检测轨道、驱动马达，支撑杆包括上支撑杆和下支撑杆，上支撑杆与下支撑杆通过中间驱动马达连接，上支撑杆的顶部连接u型检测头的底部，下支撑杆的底部固定在检测轨道内，中间驱动马达令上支撑杆垂直于下支撑杆或令上支撑杆与下支撑杆在同一直线上，u型检测头的侧边上设置有光传感器，检测轨道上设置有下端驱动马达；在晶圆清洗站点增加该晶圆位置检测装置，通过中间驱动马达令上支撑杆处于第二位置，通过下端驱动马达带动下支撑杆沿检测轨道运动，随着下支撑杆的运动，u型检测头扫过晶圆，在u型检测头运动过程中，获取u型检测头上每组光感应器的检测位置信号，检测检测位置信号与标准位置信号是否匹配，若检测到检测位置信号与标准位置信号匹配，则确定晶圆的中心位于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心，若检测到检测位置信号与标准位置信号不匹配，则确定晶圆的中心不位于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心；解决了现有的晶圆清洗机台中，真空吸盘固定腔室无法检测晶圆位置的问题；达到了便捷地检测晶圆的位置，避免清洗过程中晶圆破碎的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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的附图。

图1是真空吸盘固定晶圆的示意图；

图2是本申请一示例性实施例提供的晶圆位置检测装置的结构示意图；

图3是本申请一示例性实施例提供的晶圆位置检测装置的结构示意图；

图4是本申请一示例性实施例提供的晶圆位置检测装置与晶圆清洗机台的局部位置关系示意图；

图5是本申请一示例性实施例提供的晶圆位置检测装置中u型检测头的示意图；

图6是本申请另一示例性实施例提供的晶圆位置检测装置中u型检测头的示意图；

图7是本申请一示例性实施例提供的晶圆位置检测装置的侧视图；

图8是本申请另一示例性实施例提供的晶圆位置检测装置的侧视图；

图9是是本申请另一示例性实施例提供的检测轨道下方设置的光感应器的结构示意图；

图10是本申请一示例性实施例提供的晶圆位置检测方法的流程图；

图11是本申请一示例性实施例提供的晶圆位置检测方法的实施示意图；

图12是本申请另一示例性实施例提供的晶圆位置检测方法的流程图；

图13是本申请另一示例性实施例提供的晶圆位置检测方法的实施示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参考图2，其示出了本申请实施例提供的一种晶圆位置检测装置的结构示意图。如图2所示，该晶圆位置检测装置包括支撑杆、u型检测头25、至少两组光感应器、检测轨道20和驱动马达。

驱动马达包括中间驱动马达21和下端驱动马达22。

可选的，驱动马达为伺服马达。

支撑杆包括上支撑杆24和下支撑杆23，上支撑杆24与下支撑杆23通过中间驱动马达21连接。

中间驱动马达21用于令上支撑杆24处于第一位置或第二位置。当上支撑杆24处于第一位置时，上支撑杆24与下支撑杆23在同一直线上，如图2所示；当上支撑杆24处于第二位置时，上支撑杆24与下支撑杆23垂直，且上支撑杆23垂直于检测轨道20，如图3所示。

如图2所示，上支撑杆24的顶部连接u型检测头25的底部，下支撑杆23的底部固定在检测轨道20内。

检测轨道20上设置有下端驱动马达22，下端驱动马达22用于带动下支撑杆23沿检测轨道20运动。下支撑杆23沿检测轨道20按s1方向运动，或沿检测轨道20沿s2方向运动。

在下端驱动马达22的驱动作用下，下支撑杆23沿着检测轨道20运动，与下支撑杆23连接的上支撑杆24、以及与上支撑杆24连接的u型检测头25也随着下支撑杆23沿s1方向或s2方向运动。

当需要检测晶圆位置时，利用中间驱动马达21令上支撑杆24处于第二位置，即若上支撑杆24处于第一位置，则由中间驱动马达21带动上支撑杆24转动，当上支撑杆24到达第二位置时，保持上支撑杆24在第二位置不动；若上支撑杆24处于第二位置，则由中间驱动马达21保持上支撑杆24在第二位置不动。

需要说明的是，当上支撑杆24处于第一位置时，若中间驱动马达21带动上支撑杆24转动到第二位置，u型检测头25落入晶圆的半径范围内，则在中间驱动马达21带动上支撑杆24转动到第二位置之前，由下端驱动马达22带动下支撑杆沿检测轨道20运动，令u型检测头25移动至晶圆的半径范围以外，然后再由中间驱动马达21带动上支撑杆24转动到第二位置。

一般情况下，当晶圆位置检测装置不工作时，上支撑杆24处于第一位置，晶圆的传输路径不会被晶圆检测装置挡住；当晶圆检测装置工作时，中间驱动马达21带动上支撑杆24转动到第二位置，下端驱动马达22带动下支撑杆23沿检测轨道20运动，在下支撑杆23沿检测轨道20运动过程中，晶圆11的边缘经过u型检测头25的两个侧边之间，如图4所示。

u型检测头25的两个侧边上设置有至少两组光感应器，每组光感应器包括接收器和发射器。当晶圆的边缘经过u型检测头25的两个侧边之间时，光感应器的信号发生变化，信号值按0-1-0变化。

如图5所示，u型检测头25的第一侧边251和第二侧边252互相平行，u型检测头25的底部250与第一侧边251和第二侧边252垂直。u型检测头25的第一侧边251上设置有光感应器的发射器，u型检测头25的第二侧边252上设置有光感应器的接收器。

所有光感应器的发射器位于同一直线上且垂直于u型检测头25的底部250，所有光感应器的接收器位于同一直线上且垂直于u型检测头25的底部250；每组光感应器的发射器和接收器的位置对应，即每组光感应器的发射器与接收器的连线与u型检测头25的侧边垂直。

在一个例子中，u型检测头25上设置有2组光感应器的接收器和发射器，如图5所示，第一组光感应器的发射器261和第二组光感应器的发射器271设置在u型检测头25的第一侧边251上，第一组光感应器的接收器262和第二组光感应器的接收器272设置在u型检测头25的第二侧边252上。

u型检测头25上还可以设置2组以上光感应器的接收器和发射器，比如u型检测头25上设置有3组光感应器的接收器和发射器，如图6所示。

需要说明的是，u型检测头25上设置的光感应器的位置和数量根据实际情况确定，本申请实施例对此不作限定；当设置有2组以上光感应器时，本领域技术人员可以根据本申请实施例和所属技术领域的公知常识毫无疑义地确定光感应器的接收器和发射器的设置位置。

u型检测头25的开口宽度大于晶圆的厚度。u型检测头25的开口宽度指u型检测头的两个侧边之间的最小距离。

可选的，下端驱动马达22设置在检测轨道20的一端。

图7示出了本申请实施例提供的晶圆位置检测装置的侧视图。

为了对该晶圆位置检测装置在检测轨道的位置进行定位，该晶圆位置检测装置还包括若干个辅助定位器和挡片，如图8所示，若干个辅助定位器80设置在检测轨道的下方，支撑杆的下方设置有挡片28，挡片28的长度大于辅助定位器80与检测轨道20之间的距离。

可选的，挡片28设置在下支撑杆23的下方。

辅助定位器80的中间设置有光传感器81，光传感器81持续发出光线，如图9所示。

下端驱动马达22带动下支撑杆23沿检测轨道运动20时，挡片28经过辅助定位器80的中间，辅助定位器80中设置的光传感器81的检测位置信号发生变化。

可选的，辅助定位器80的数量为双数，比如辅助定位器80有4个。辅助定位器关于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心对称。

请参考图10，其示出了本申请实施例提供的一种晶圆位置检测方法，该方法应用于如图2或图3或图8所示的晶圆位置检测装置。如图10所示，该晶圆位置检测装置可以包括如下步骤：

步骤1001，通过中间驱动马达令上支撑杆处于第二位置。

当上支撑杆24处于第二位置时，上支撑杆24与下支撑杆23垂直，且上支撑杆23与检测轨道20垂直，晶圆11位于u型检测头25的两个侧边之间。

步骤1002，通过下端驱动马达带动下支撑杆沿检测轨道运动。

如图11所示，下支撑杆23沿检测轨道20运动时，u型检测头25扫过晶圆11。

步骤1003，获取u型检测头上每组光感应器对应的检测位置信号。

随着u型检测头25的不断运动，光感应器会扫过晶圆上的不同位置，当光感应器通过晶圆11的边缘时，光感应器对应的检测位置信号的值会发生变化。

步骤1004，检测检测位置信号与标准位置信号是否一致。

标准位置信号表示晶圆的中心位于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心。

标准位置信号是在晶圆的中心位于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心时，通过晶圆位置检测装置中u型检测头上设置的光传感器获取到的。

可选的，标准位置信号保存在系统参数中。

每组光感应器具有一个对应的标准位置信号。针对每组光感应器，检测检测位置信号与标准位置信号是否匹配。

可选的，检测位置信号与标准位置信号匹配是指检测位置信号与标准位置信号之间的差异在误差范围内；误差范围是预先根据实际情况设定的。

若检测到检测位置信号与标准位置信号匹配，则确定晶圆的中心位于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心。

若检测到检测位置信号与标准位置信号不匹配，则确定晶圆的中心不位于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心。

可选的，晶圆的中心位于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心是指，晶圆的中心所在位置与真空吸盘的中心所在位置之间的差异在误差范围内；误差范围是预先根据实际情况设定的。

综上所述，本申请实施例提供的晶圆位置检测方法，增加晶圆位置检测装置，晶圆位置检测装置包括支撑杆、u型检测头、至少两组光感应器、检测轨道、驱动马达，支撑杆包括上支撑杆和下支撑杆，上支撑杆与下支撑杆通过中间驱动马达连接，上支撑杆的顶部连接u型检测头的底部，下支撑杆的底部固定在检测轨道内，中间驱动马达令上支撑杆垂直于下支撑杆或令上支撑杆与下支撑杆在同一直线上，u型检测头的侧边上设置有光传感器，检测轨道上设置有下端驱动马达；通过中间驱动马达令上支撑杆处于第二位置，通过下端驱动马达带动下支撑杆沿检测轨道运动，在下支撑杆运动过程中，u型检测头扫过晶圆，在u型检测头运动过程中，获取u型检测头上每组光感应器的检测位置信号，检测检测位置信号与标准位置信号是否匹配，若检测到检测位置信号与标准位置信号匹配，则确定晶圆的中心位于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心，若检测到检测位置信号与标准位置信号不匹配，则确定晶圆的中心不位于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心；解决了现有的晶圆清洗机台中，真空吸盘固定腔室无法检测晶圆位置的问题；达到了便捷地检测晶圆的位置，避免清洗过程中晶圆破碎的效果。

在基于图10所示实施例的可选实施例中，以u型检测头上有两组光感应器为例，如图11所示，u型检测头25上设置有光感应器27和光感应器26。

在下端驱动马达22带动下支撑杆23沿着检测轨道20运动时，当u型检测头25通过b1位置时，光感应器27的信号值从0变为1；当u型检测头25通过位置a1时，光感应器26的信号值从0变为1；当u型检测头25通过位置a2时，光感应器26的信号值从1变为0；当u型检测头25通过位置b2时，光感应器27的信号值从1变为0。

每组检测位置信号和每组标准位置信号均包括两个特征点，第一特征点表示光传感器到达晶圆的边缘，第二特征点表示光传感器离开晶圆的边缘。

第一特征点为信号值从0变为1的点，第二特征点为信号值从1变为0的点。

在标准位置信号中，第一特征点对应的晶圆边缘位置与第二特征点对应的晶圆边缘位置关于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心对称。

以图11为例，晶圆11的中心位于晶圆清洗机台上真空吸盘12的中心o，光感应器27对应的标准位置信号s27中的第一特征点为b1，第二特征点为b2，在第一特征点b1，光感应器27达到晶圆11的边缘，在第二特征点b2光感应器27离开晶圆11的边缘，在第一特征点b1对应的位置和第二特征点对应的位置b2之间，u型检测头25上的光感应器27的接收器或发射器始终在晶圆11的上方；与光感应器26对应的标准位置信号s26中的第一特征点为a1，第二特征点为a2，在第一特征点a1对应的位置，光感应器26达到晶圆11的边缘，在第二特征点a2对应的位置光感应器26离开晶圆11的边缘，在第一特征点a1对应的位置和第二特征点a2对应的位置之间，u型检测头25上光感应器26的接收器或发射器始终在晶圆11的上方。

第一特征点a1对应的晶圆边缘位置与第二特征点a2对应的晶圆边缘位置关于晶圆清洗机台上真空吸盘12的中心o对称。

当晶圆位置检测装置包括若干个辅助定位器80和挡片28时，若干个辅助定位器80设置在检测轨道20的下方，辅助定位器80的中间设置有光传感器；在每组光感应器对应的标准位置信号中，特征点对应的晶圆边缘位置与辅助定位器的位置相对应。如图11所示，位置b1、位置a1、位置a2、位置b2分别设置了辅助定位器80。

可选的，上述步骤1004还可以由如下步骤实现，如图12所示：

步骤1004’，检测每组光感应器对应的检测位置信号和标准位置信号中第一特征点对应的晶圆边缘位置是否匹配，以及第二特征点对应的晶圆边缘位置是否匹配。

针对每组光感应器，检测检测位置信号中第一特征点对应的晶圆边缘位置与标准位置信号中第一特征点对应的晶圆边缘位置是否匹配；检测检测位置信号中第二特征点对应的晶圆边缘位置与标准位置信号中第二特征点对应的晶圆边缘位置是否匹配。

可选的，通过特征点对应在检测轨道20上的位置确定特征点对应的晶圆边缘位置。

针对任意一组光感应器，检测到第一特征点对应的晶圆边缘位置匹配，且检测到第二特征点对应的晶圆边缘位置匹配，则确定晶圆的中心位于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心。

若存在至少一组光感应器，满足检测到第一特征点对应的晶圆边缘位置不匹配，和/或，检测到第二特征点对应的晶圆边缘位置不匹配，则确定晶圆的中心不位于晶圆清洗机台上真空吸盘的中心。

在一个例子中，晶圆位置检测装置的u型检测头25上设置有2组光感应器，晶圆11的中心o’不位于真空吸盘12的中心o，即晶圆11的中心从o偏移至o’，如图13所示。当晶圆11的中心位于真空吸盘12的中心o时，获取到的光感应器26对应的标准位置信号为s26，获取到的光感应器27对应的标准位置信号为s27。

执行步骤1001至步骤1003，获取u型检测头25上每组光感应器对应的检测位置信号，即光感应器27对应检测位置信号s27’，光感应器26对应位置检测信号s26’,位置检测信号s27’中的第一特征点为b1’，第二特征点为b2’，位置检测信号s26’中的第一特征点为a1’，第二特征点为a2’。

针对光感应器26，检测检测位置信号s26’中第一特征点a1’对应的晶圆边缘位置与标准位置信号s26中第一特征点a1对应的晶圆边缘位置是否匹配，检测检测位置信号s26’中第二特征点a2’对应的晶圆边缘位置与标准位置信号s26中第二特征点a2对应的晶圆边缘位置是否匹配。

从图13可以看出，第一特征点a1’对应的晶圆边缘位置与第一特征点a1对应的晶圆边缘位置不同，第二特征点a2’对应的晶圆边缘位置与第二特征点a2对应的晶圆边缘位置不同。

针对光感应器27，检测检测位置信号s27’中第一特征点b1’对应的晶圆边缘位置与标准位置信号s27中第一特征点b1对应的晶圆边缘位置是否匹配，检测检测位置信号s27’中第二特征点b2’对应的晶圆边缘位置与标准位置信号s27中第二特征点b2对应的晶圆边缘位置是否匹配。

从图13可以看出，第一特征点b1’对应的晶圆边缘位置与第一特征点b1对应的晶圆边缘位置不同，第二特征点b2’对应的晶圆边缘位置与第二特征点b2对应的晶圆边缘位置不同。

由于针对任意一组光感应器，满足检测到第一特征点对应的晶圆边缘位置不匹配，和，检测到第二特征点对应的晶圆边缘位置不匹配，确定晶圆11的中心不位于晶圆清洗机台上真空吸盘12的中心。

在晶圆清洗机台位置增加晶圆位置检测装置，在晶圆位置检测装置中的下支撑杆沿检测轨道运动时，晶圆位置检测装置中的u型检测头随之扫过晶圆，获取u型检测头上两组光感应器对应的检测位置信号，通过检测位置信号与标准位置信号中特征点对应的晶圆边缘位置是否匹配，检测出晶圆的中心是否在真空吸盘的中心，达到了在进行制程前检测晶圆位置是否正确，避免因晶圆位置不正确造成晶圆破片的效果。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。