监测晶圆及监测系统的制作方法

1.本发明实施例涉及半导体领域，特别涉及一种监测晶圆及监测系统。


背景技术：

2.在半导体结构的单片式反应制程中，多个晶圆会依次经过同一反应腔室以进行相应的工艺制程。当任一晶圆的工艺制程对反应腔室内的环境造成污染或者影响反应腔室的性能时，后续晶圆的工艺制程或者以及制作得到的半导体结构质量都会受到影响。
3.为保证反应腔室内的环境或者反应腔室的性能满足要求，现有技术通常会定期打开反应腔室以进行人工维护保养，但这样做可能会引入其他污染，以及维护保养的效率较低。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种监测晶圆及监测系统，能够在不打开反应腔室或不中断工艺制程的情况下，准确获取晶圆卡盘和反应腔室的情况。
5.为解决上述问题，本发明实施例提供一种监测晶圆，包括：初始晶圆，所述初始晶圆具有正面和背面，所述背面朝向晶圆卡盘；无线传输模块以及位于所述背面的探照模块和数据采集模块，所述探照模块用于向所述晶圆卡盘发出探照光线，所述数据采集模块用于采集所述探照光线在所述晶圆卡盘上的探照信息，所述无线传输模块用于接收并传输所述探照信息。
6.另外，所述探照信息包括所述晶圆卡盘表面的表面图像信息；所述数据采集模块包括摄像单元，所述摄像模块用于获取所述表面图像信息。
7.另外，所述探照光线包括绿光。由于人眼对于绿光较为敏感，在绿光环境下人眼更容易识别出瑕疵和斑点；同时，由于绿光能够提高被检测物表面不同材料的对比度，尤其是金属物质与其他材料的对比度，有利于人工检测出金属物质。
8.另外，所述探照光线包括紫光。通过紫光照射所产生的反差效果，人眼能够更容易地观察到微小的带有荧光的物质，例如因静电吸附作用而难以清除的纤维材料，有利于提升人工检测效率和检测准确度。
9.另外，所述探照信息还包括所述背面和所述晶圆卡盘之间的空间图像信息；所述摄像模块还用于获取所述空间图像信息。背面和晶圆卡盘之间的空间图像信息可用于表征反应腔室的污染情况，获取空间图像信息，有利于检测出未沉积或未吸附在晶圆卡盘表面而杂质颗粒，从而准确获取反应腔室的污染情况。
10.另外，所述探照光线包括激光，所述探照模块可沿至少三个方向进行线性扫描；所述数据采集模块包括：反射接收器，所述反射接收器用于接收所述探照光线的反射光线并获取所述反射光线的能量数据。通过反射接收器接收不同方向反射的激光，能够对晶圆卡盘的中心进行定位，进而在晶圆卡盘发生偏移时进行纠正，从而避免晶圆位置偏差造成的刻蚀缺陷，保证半导体结构具有良好性能。
11.另外，所述探照模块包括多个探照单元，每一所述探照单元发出的所述探照光线不同；所述监测晶圆还包括：控制模块，所述控制模块用于切换所述探照单元，以向所述晶圆卡盘发出不同所述探照光线。通过切换探照单元，可获取不同探照光线环境下的晶圆卡盘和反应腔室的情况，由于不同的物质在不同探照光线环境下具有不同的对比度，采用不同的探照光线对晶圆卡盘进行探照，有利于检测出不同类型的污染颗粒，进而对晶圆卡盘和反应腔室进行更为有效的维护保养。
12.另外，所述控制模块还用于控制所述无线传输模块将不同所述探照光线的探照信息传输至不同的目标对象。
13.另外，所述无线传输模块还用于接收控制命令并将所述控制命令发送至所述控制模块，所述控制模块还用于执行所述控制命令，所述控制命令的内容包括切换至指定的所述探照单元。无线传输模块和控制模块具有信息接收功能，有利于使得工作人员或数据分析装置能够对监测晶圆进行控制，从而实现更具有针对性的监测。
14.另外，所述数据采集模块还包括风速检测单元，所述风速检测单元用于检测风速数据，所述控制模块还用于根据所述风速数据切换所述探照单元。如此，能够在风速检测单元所在位置或者反应腔室内指定位置的气流发生变化时，对晶圆卡盘和反应腔室的情况进行监测，及时导致风速变化的原因，进而及时地进行维护保养。
15.相应地，本发明实施例还提供一种监测系统，包括：上述任一项所述的监测晶圆；数据分析装置，所述数据分析装置用于接收所述监测晶圆传输的探照信息。
16.另外，探照模块包括多个探照单元，每一所述探照单元发出的所述探照光线不同；所述监测晶圆还包括控制模块，所述控制模块用于切换所述探照单元，以向晶圆卡盘发出不同所述探照光线；所述数据分析装置还用于向所述监测晶圆发送供所述控制模块执行的控制命令，所述控制命令的内容包括切换至指定的所述探照单元。
17.另外，数据采集模块还包括风速检测单元，所述风速检测单元用于检测风速数据，所述无线传输模块还用于接收所述风速数据并将所述风速数据传输至所述数据分析装置；所述数据分析装置还用于基于所述风速数据发送所述控制命令。
18.与现有技术相比，本发明实施例提供的技术方案具有以下优点：
19.上述技术方案中，作为控片的监测晶圆朝向晶圆卡盘的背面具有数据采集模块，数据采集模块采集得到的数据能够通过无线传输模块传出，从而实现在不打开反应腔室或不中断制程的情况下准确获取晶圆卡盘和反应腔室的情况；此外，由于数据采集模块位于监测晶圆背面，并且监测到的数据每次都由新进入反应腔室的监测晶圆采集，从而避免了反应腔室内工艺制程对监测晶圆数据采集模块的采集造成的影响，进而保证采集到的数据信息的准确性；此外，数据采集模块等功能模块位于监测晶圆背面，监测晶圆在监测晶圆卡盘和反应腔室的污染情况的同时，还可以用于监测反应腔室的工艺制程稳定性。
附图说明
20.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
21.图1为本发明实施例提供的一种监测晶圆的结构示意图；
22.图2为图1所示监测晶圆的探照模块的结构示意图；
23.图3至图6为本发明实施例提供的监测晶圆工作原理示意图。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。
25.参考图1，监测晶圆包括：初始晶圆10，初始晶圆10具有正面和背面101，背面101朝向晶圆卡盘(未图示)；无线传输模块13以及位于背面101的探照模块11和数据采集模块12，探照模块11用于向晶圆卡盘发出探照光线，数据采集模块12用于采集探照光线在晶圆卡盘上的探照信息，无线传输模块13用于接收并传输探照信息。
26.初始晶圆10为晶圆控片(monitor wafer)，用于监控批次间工艺制程的稳定性。晶圆控片既可以与产品晶圆一起置于机台或反应腔室内进行工艺制程，也可以单独进行工艺制程。本实施例中以初始晶圆10位于反应腔室内进行单片式反应为例进行详细说明。
27.晶圆卡盘可以是静电卡盘，通过静电作用固定晶圆，需要说明的是，采用静电卡盘固定晶圆时，静电卡盘容易吸附纤维等有机物杂质；无线传输模块13可以位于背面101，也可以位于初始晶圆10的侧面或正面。
28.本实施例中，探照模块11包括多个探照单元，具体为第一探照单元111、第二探照单元112以及第三探照单元113，每一探照单元发出的探照光线不同；监测晶圆还包括：控制模块14，控制模块14用于切换多个探照单元，以向晶圆卡盘发出不同探照光线。如此，可获取不同探照光线环境下的晶圆卡盘和反应腔室的情况，由于不同的物质在不同探照光线环境下具有不同的对比度，采用不同的探照光线对晶圆卡盘进行探照，有利于检测出不同类型的污染颗粒，进而对晶圆卡盘和反应腔室进行更为有效的维护保养。
29.其中，探照单元可以在刚开始切换时发出探照光线，也可以在切换完成之后发出探照光线，还可以始终发出探照光线。本文以控制模块14切换探照单元、指定的探照单元到达指定的位置以及探照单元发出探照光线为同一时刻进行说明。
30.本实施例中，当无线传输模块13接收到不同探照光线的探照信息时，控制模块14还用于控制无线传输模块13将不同的探照光线的探照信息传输至不同的目标对象。
31.其中，目标对象可以是针对某一类探照光线的数据分析装置，通过设置对应的数据分析装置对某一类探照光线的探照信息进行解析，有利于提高该类探照光线的探照信息的解析效率，进而更为准确和及时地获取晶圆卡盘和反应腔室的情况，保证晶圆卡盘以及反应腔室处于良好状态；此外，目标对象还可以是不同的工作人员，不同的工作人员对不同的探照信息的认知程度不同，通过不同的工作人员去识别其更熟悉的探照信息，能够更为准确地解析探照信息；此外，目标对象还可以是不同的功能装置，例如清洗装置和移动装置，清洗装置可以根据某一类探照光线的探照信息判定是否需要对反应腔室和位于反应腔室内的晶圆卡盘进行清洗，移动装置可以根据另一类探照光线的探照信息判定是否需要移动晶圆卡盘的位置以及相应的移动量。
32.本实施例中，参考图2，多个探照单元可固定在承载结构114上，承载结构114可旋
转，从而使得晶圆卡盘表面处于在不同的探照单元的探照范围内。
33.本实施例中，探照信息包括晶圆卡盘表面的表面图像信息，数据采集模块12包括摄像单元121，摄像单元121用于获取表面图像信息。表面图像信息可用于表征晶圆卡盘的表面状态，包括结构形貌情况和材料分布情况等。
34.本实施例中，第一探照单元111为绿光光源，第一探照单元111发出的探照光线为绿光。由于人眼对于绿光较为敏感，在绿光环境下人眼更容易识别出瑕疵和斑点；同时，由于绿光能够提高被检测物表面不同材料的对比度，尤其是金属物质与其他材料的对比度，有利于人工检测出金属物质。
35.需要说明的是，绿光对于晶圆卡盘的表面图像信息对比度提升较大；此外，晶圆卡盘表面的金属物质可能来源于其他产品晶圆，也可能来源于工艺制程中未被清除掉的前驱体。
36.本实施例中，第二探照单元112为紫光光源，第二探照单元112发出的探照光线为紫光。通过紫光照射所产生的反差效果，人眼能够更容易地观察到微小的带有荧光的物质，例如因静电吸附作用而难以清除的纤维材料，有利于提升人工检测效率和检测准确度。
37.需要说明的是，紫光对于初始晶圆10和晶圆卡盘之间空间图像信息对比度提升较大。在进行紫光探照时，可利用摄像模块121获取初始晶圆10和晶圆卡盘之间的空间图像信息。空间图像信息可用于表征反应腔室的污染情况，获取空间图像信息，有利于检测出未沉积或未吸附在晶圆卡盘表面而杂质颗粒，从而准确获取反应腔室的污染情况。
38.本实施例中，第三探照光源113为激光光源，第三探照光源113发射的光线为激光，第三探照光源113可沿至少三个方向进行线性扫描；数据采集模块12还包括：反射接收器122，反射接收器122用于接收探照光线的反射光线并获取反射光线的能量数据。
39.由于激光拥有更强的能量，采用激光进行探照，能够保证探照光线的反射光线具有较高的能量，进而被反射接收器122接收并识别；此外，当激光扫描至晶圆卡盘的边缘位置时，由于介质材料的改变，晶圆卡盘反射的能量会发生较为明显的变化，如此，可根据接收的反射光线的能量数据确定当前激光在晶圆卡盘上的位置为晶圆卡盘的边缘点。
40.通过获取三个边缘点，就可以计算得到晶圆卡盘的中心位置。如此，能够对晶圆卡盘的中心进行定位，进而在晶圆卡盘发生偏移时进行纠正，从而避免晶圆位置偏差造成的刻蚀缺陷，保证半导体结构具有良好性能。
41.其中，介质材料的改变导致反射能量发生变化包括但不限于以下两种情况：晶圆卡盘的边缘没有其他材料，当激光照射在晶圆卡盘边缘时，由于部分光线没有被晶圆卡盘反射，导致反射接收器122接收到的反射光线的能量较少；此外，晶圆卡盘的边缘为反射率较低或较高的其他材料，当激光照射在晶圆卡盘边缘点时，由于部分光线的反射率降低或升高，反射接收器122接收到的反射光线的能量也会相应发生改变。
42.此外，可根据接收的反射光线的能量数据确定当前激光在晶圆卡盘所在表面的位置为晶圆卡盘的边缘点，具体指的是：控制模块或外部的数据分析装置可根据第三探照光源113的照射时刻，或者是切换到第三探照光源113的时刻到反射接收器122接收到边缘点的反射光线的时刻得到探照光线的光程，并根据光程以及激光的扫描方向获取边缘点的位置。本实施例中，可认为第三探照单元113到晶圆卡盘边缘点的距离为光程的一半，光程可由激光的往返时间乘以光速得到。
43.本实施例中，无线传输模块13还用于接收控制命令并将控制命令发送至控制模块14，控制模块14还用于执行控制命令，控制命令的内容包括切换至指定的探照单元。无线传输模块13和控制模块14具有接收功能，有利于工作人员或其他功能装置对监测晶圆进行实时控制，从而实现更具有针对性的监测。
44.本实施例中，数据采集模块12还包括风速检测单元123，风速检测单元123用于检测风速数据，控制模块14还用于根据风速数据切换探照单元。
45.其中，控制模块14还用于根据风速数据切换探照单元，具体包括：无线传输模块13将风速检测单元123检测得到的风速数据发送给外部的数据分析装置，数据分析装置解析风速数据，并根据解析结果发送控制命令给无线传输模块13，无线传输模块13将控制命令发送给控制模块14执行，控制模块14根据控制命令切换至指定的探照单元。
46.本实施例中，风速的变化可在以下两种但不限于以下两种情况中出现：其一，向初始晶圆10的背面101吹送具有一定热量的惰性气流，从而加热晶圆10，此时，反应腔室内的杂质颗粒可能会堵塞吹送口，进而造成吹送口流速加快或者反应腔室内出现紊流；第二，为避免晶圆卡盘的静电吸附力对晶圆造成损伤，可采用吹送气体的方式对背面101施加与静电吸附力相反的作用力，使得晶圆在被固定的同时与晶圆卡盘之间具有一定的距离，此时，反应腔室内的杂质颗粒也可能堵塞吹送口，进而造成流速加快或者紊流。
47.本实施例中，监测晶圆还包括开关15，开关15与控制单元14连接，开关15可以在监测晶圆进入反应腔室之前打开，从而启动控制模块14；也可以在离开反应腔室之后，通过控制模块14关闭开关15，在关闭开关15的同时，控制模块14自身也会相应关闭。
48.以下将通过监测晶圆的示例性实际应用场景对监测晶圆进行详细说明。
49.在一个应用场景下，由于反应腔室内制作得到的半导体结构存在杂质缺陷，需要向反应腔室内送入监测晶圆以监测晶圆卡盘和反应腔室的情况，判断晶圆卡盘上是否存在杂质问题。
50.参考图1和图3，当监测晶圆被前开式晶圆传送盒foup传送到晶圆卡盘22上时，顶针21将初始晶圆10顶起，距离晶圆卡盘22一段距离。
51.本实施例中，先采用第一探照单元111进行绿光探照，摄像单元121将绿光探照的探照信息，主要是晶圆卡盘22的表面图像信息，通过无线传输模块13传给外部专门针对绿光的数据分析装置。在分析得到晶圆卡盘22表面不存在杂质问题的情况下，数据分析装置向无线传输模块13发送供控制模块14执行的控制命令，控制命令的内容为将探照模块11切换为第二探照单元112，进行紫光探照。
52.其中，“采用第一探照单元111进行初次探照”这一指令既可以是控制模块14的内置初始指令，也可以是数据分析装置或者工作人员的控制；在其他实施例中，还可以是先采用第二探照单元进行初次探照。
53.本实施例中，探照模块11外部包绕有平面镜16，平面镜16用于扩散探照模块11发射的光。
54.参考图4，在进行绿光探照之后进行第二探照单元112的紫光探照。
55.在进行紫光探照时，摄像单元121将紫光的探照信息，主要是晶圆卡盘22与初始晶圆10之间的空间图像信息，通过无线传输模块13传给外部清洗装置，清洗装置具有数据解析功能。在分析得到反应腔室内存在杂质问题的情况下，对反应腔室进行清洗工艺，以去除
杂质。
56.在进行清洗工艺之前，可以先控制监测晶圆移出反应腔室，避免清洗工艺对监测晶圆的性能造成影响，保证监测晶圆具有较高的可重复利用性；在其他实施例中，对监测晶圆和反应腔室同时进行清洗工艺，如此，有利于缩短工艺时间，无需再次送入监测晶圆以监测清洗后的污染情况，此外，还有利于避免杂质颗粒吸附在监测晶圆表面并随着监测晶圆的移出污染其他工艺环境或其他部件。
57.在其他实施例中，在没有解析出杂质问题时，对监测晶圆的正面进行制程工艺，以监测批次间的工艺制程稳定性。
58.在另一个应用场景下，由于制作得到的半导体结构存在刻蚀不均匀或刻蚀位置发生偏移等刻蚀缺陷，需要向反应腔室内送入监测晶圆以监测晶圆卡盘的位置情况，判断晶圆卡盘上是否存在偏移问题。
59.需要说明的是，晶圆卡盘的偏移会导致产品晶圆的位置发生偏移，进而造成制作得到的半导体结构存在刻蚀不均匀等刻蚀缺陷。而为保证监测晶圆能够有效监测，监测晶圆本身的位置需要保证准确，即在垂直于晶圆卡盘表面的方向上，监测晶圆的中心的正投影应当与发生偏移前的晶圆卡盘的中心的正投影重合。
60.本实施例可在送入监测晶圆的同时关闭晶圆卡盘，避免晶圆卡盘的静电吸附力对监测晶圆造成偏移；也可以为监测晶圆镀上额外的膜层，以避免监测晶圆受到静电吸附力而发生偏移。
61.参考图5和图6，第三探照单元113对晶圆卡盘22进行至少三个方向的扫描，从而获取晶圆卡盘22边缘点的位置。
62.本实施例中，第三探照单元113位于初始晶圆10的背面的第一中心位置102。图6中图示有扫描路径222，扫描路径222为自第一中心位置102出射的在晶圆卡盘22边缘处截止的虚线，第三探照单元113根据扫描路径222进行线性扫描。
63.第三探照单元113在扫描完成之后通过无线传输模块13(参考图1)将扫描数据发送给外部的移动装置，扫描数据包括反射光线的能量数据以及接收到反射光线的时间，控制模块14(参考图1)将反射光线的扫描路径222以及第三探照单元113发射对应扫描路径222的激光的时间发送给外部的移动装置。
64.移动装置内内置有解析单元，解析单元对接收到的数据进行解析，获取激光照射到边缘点的时长以及激光在该时长内的光程，进而根据扫描路径的方向获取每一边缘点的位置。解析单元可根据至少三个边缘点的位置解析得到晶圆卡盘22的第二中心位置221相对于第一中心位置102的平面偏移量，平面偏移量为矢量。
65.移动装置根据平面偏移量对晶圆卡盘22的位置进行纠正，以保证晶圆卡盘22处于预设位置。如此，无需进行手动校准，有利于提高校准效率以及提高校准准确度，避免手动校准引入新的污染，例如防静电手套上的纤维。
66.本实施例中，作为控片的监测晶圆朝向晶圆卡盘的背面具有数据采集模块，数据采集模块采集得到的数据能够通过无线传输模块传出，从而实现在不打开反应腔室或不中断制程的情况下准确获取晶圆卡盘和反应腔室的情况；此外，由于数据采集模块位于监测晶圆背面，因此每次监测到的数据都是由新进入反应腔室的监测晶圆采集到的，从而避免反应腔室内的工艺制程对数据采集模块的采集造成影响，进而保证采集到的数据信息的准
确性；此外，数据采集模块等功能模块位于监测晶圆背面，监测晶圆在监测晶圆卡盘和反应腔室的污染情况的同时，还可以用于监测反应腔室的工艺制程稳定性。
67.相应地，本发明实施例还提供一种监测系统，包括：上述任一种监测晶圆；数据分析装置，数据分析装置用于接收监测晶圆传输的探照信息。
68.本实施例中，探照模块包括多个探照单元，每一探照单元发出的探照光线不同；监测晶圆还包括控制模块，控制模块用于切换探照单元，以向晶圆卡盘发出不同探照光线，数据分析装置还用于向监测晶圆发送供控制模块执行的控制命令，控制命令的内容包括切换至指定的探照单元。
69.本实施例中，数据采集模块还包括风速检测单元，风速检测单元用于检测所在位置或者指定位置的风速数据，无线传输模块还用于接收风速数据并将风速数据传输至数据分析装置，数据分析装置还用于基于风速数据发送控制命令。
70.本实施例中，通过设置数据分析装置和监测晶圆，可在不打开反应腔室或不中断制程的情况下准确获取晶圆卡盘的探照信息并进行解析，以供工作人员或者其他设备进行与解析结果相关的动作。
71.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。