晶圆位置检测的国内专利技术介绍

晶圆位置检测的国内专利技术介绍

龚雪薇

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心  江苏省苏州市  215163

摘要：本文简要介绍了国内半导体制造领域中晶圆位置检测的专利技术，并就重点专利申请中的检测技术进行分类阐述，以供相关从业人员学习和参考。

关键词：晶圆；位置；检测

1.引言

在半导体制造领域中，半导体设备包括多种腔室，如预装载腔室、传送腔室、工艺处理腔室，各腔室组合起来对单一或批量晶圆进行处理，半导体设备的各个腔室通常设置有晶圆载台以放置和固定晶圆，待处理的晶圆被装在晶圆载台上的晶圆盒（又称作晶舟或提篮，英文名为Cassette）中，机械手等传送装置将晶圆从晶圆盒中取出，并传送至各个腔室，在完成相应制程后，晶圆被传送回晶圆盒。在晶圆被传送出/回晶圆盒，或晶圆被传送到各个腔室的晶圆载台的过程中，常会出现晶圆位置与目标位置产生偏差的情况，如晶圆从晶圆盒中凸出或滑出、晶圆放置位置与预定位置发生偏移等，因此需要通过晶圆位置检测技术对晶圆位置进行检测和监控，提醒操作人员及时作出调整，从而提高晶圆的制造品质和效率。

2.晶圆位置检测技术介绍

国内通常在相应设备或部件上设置晶圆位置检测装置或系统，通过电、光或热信号来检测晶圆的位置状况，常见的是采用传感器来精准获得晶圆的位置信息，传感器包括温度传感器和光电传感器，其中光电传感器包括对射型、回归反射型和扩散发射型。

3.晶圆位置检测相关专利介绍

（1）采用温度传感器检测：

2018年12月05日，德淮半导体有限公司提出专利申请（申请号：CN201822036076.6），该申请涉及一种置晶圆位置检测方法，其通过在用于承载晶圆的加热盘上设置至少一组温度传感器，且每组温度传感器内的两个温度传感器关于加热盘的中心对称分布，并利用控制器判断每组温度传感器内的两个温度传感器检测到的温度值是否相同，若不同，则说明晶圆当前的放置位置出现了偏移，从而可以及时了解晶圆在反应腔室内的位置情况，避免在膜层沉积工艺结束之后才知晓晶圆位置出现了偏移的问题。

（2）根据射频信号变化检测：

2021年8月30日，江苏鲁汶仪器有限公司提出专利申请（申请号：CN202111004423.7），该申请涉及一种用于静电吸盘上晶圆位置偏移的检测方法，采用射频检测器实时检测两个电容连接点处的射频信号电压，将其与基准电压进行比对，判断晶圆是否发生偏移，当采集到的信号电压等于基准电压，晶圆未发生偏移，当采集到的信号电压与基准电压的差值的绝对值越大，晶圆偏移的程度越明显，可以借此来决定是否需要开腔取片或者机械手重新取片放片，从而保证晶圆刻蚀的均匀性与安全性。

（3）根据蚀刻速率检测：

2016年6月30日，上海华力微电子有限公司提出专利申请（申请号：CN201610510480.5），该申请涉及一种通过检测边缘刻蚀速率均一性监控晶圆位置偏移的方法，将晶圆布置在干法刻蚀设备中，对干法刻蚀设备中的晶圆进行干法刻蚀，根据检测出的晶圆边缘区域的刻蚀速率均一性判断晶圆位置的偏移情况，具体为根据检测出的晶圆边缘区域的刻蚀速率均一性判断晶圆相对于聚焦环的位置，判断晶圆相对于聚焦环的位置偏移方向。

（4）采用视觉相机拍照检测：

2012年9月27日，盛美半导体设备(上海)有限公司提出专利申请（申请号为CN201210369969.7），该申请涉及一种晶圆位置检测方法，其选定晶圆图像检测区域并获取该检测区域内的晶圆图像参考像素；将晶圆放置在载置台上，低速旋转载置台，并向晶圆的外周边缘部吹气，干燥晶圆的外周边缘部；拍摄晶圆的图像，并将晶圆的图像发送至图像处理装置，将检测区域内的晶圆图像转换成像素，将像素与检测区域内的晶圆图像参考像素比较，若二者一致，则晶圆被正确的放置于载置台上，若二者不一致，则晶圆在载置台上的位置偏离了正确位置。

2022年3月23日，南京伟测半导体科技有限公司提出专利申请（申请号：CN 202210289165.X），该申请涉及一种晶舟盒内晶圆位置检测方法，其通过将盖上盒盖的盒体前方、后方、左方、右方和上方五向拍照，并通过处理单元解析照片进行比较，自动判定晶舟盒内晶圆的位置，可判断出盒体内晶圆的位置是否正确，若判断位置不正确可及时的发出警报进行提醒。

（5）采用光电传感器检测：

2017年7月20日，江苏鲁汶仪器有限公司提出专利申请（申请号：CN201710597149.6），该申请涉及一种具有晶圆位置检测装置的气相腐蚀腔体，其晶圆位置检测单元包括第一光电发射接收模块和第二光电发射接收模块，所述第一光电发射接收模块和所述第二光电发射接收模块分别设置在与所述气相腐蚀腔体相配合的晶圆运载机械手的手臂的两端，基于来自第一光电接收模块或第二光电接收模块的信号强度与预先标定的规定信号强度的差值，对晶圆是否相对于水平方向发生了倾斜这一情况进行检测并判断，在判断为晶圆相对于水平方向发生了倾斜的情况下，由报警模块发出报警信息，通知操作者。

2020年7月31日，中国科学院微电子研究所提出专利申请（CN202010762993.1），该申请涉及一种晶圆清洗设备及晶圆清洗方法，所述清洗设备包括位置检测器，位置检测器可以为光学传感器，所述光学传感器设置在晶圆清洗设备中的晶圆上方，用于在所述晶圆旋转时检测所述晶圆是否偏离所述设定位置。以支撑盘设置为圆形为例，设定位置可以设置为：晶圆的圆心在支撑盘上的投影与支撑盘的圆心重合，即当晶圆在支撑盘上处于设定位置时，晶圆的圆心应当与支撑盘的圆心位于同一竖直线上，若位置检测器检测到晶圆的圆心在支撑盘上的投影没有与支撑盘的圆心重合，或者检测到晶圆边缘上的任意两个点到支撑盘的圆心的距离不相等时，则可以判断出晶圆偏离设定位置。

4.结束语

综上所述，国内晶圆检测的专利技术面广，技术相对成熟，随着光电技术的不断发展，检测技术也在不断完善，但其研究深度和申请质量有待进一步加强，国内申请人应多研究和借鉴国外的前沿技术，加强专利布局，重视核心技术的外围开发，进一步增强我国检测技术的竞争实力。

作者简介：龚雪薇（1988-），女，汉族，云南玉溪，发明实质审查员/中级职称，硕士研究生.