基板处理装置及基板异常的检测方法转让专利
申请号 : CN201610251284.0
文献号 : CN106067435B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 小松三教 , 丸山徹 , 矶野佳宣 , 柳博明
申请人 : 株式会社荏原制作所
摘要 :
权利要求 :
1.一种基板处理装置,其特征在于,具备:研磨单元,研磨基板;
清洗单元,清洗研磨后的所述基板;
基板异常检测部,检测所述基板的异常;及基板搬送机构,将所述基板依次搬送至所述研磨单元、所述基板异常检测部、及所述清洗单元;
所述基板异常检测部具有:光源;
摄像设备,拍摄所述基板;及输出监视部,将从所述摄像设备获得的信号与规定阈值比较,来判断基板的状态,所述基板位于所述摄像设备与所述光源之间,所述光源构成为,在拍摄时投光于成为所述基板的背景的区域,该区域位于被所述摄像设备拍摄的所述基板的表面的相反侧,所述光源构成为,以向斜下方投射光的方式倾斜来照射位于所述基板的下方的所述背景。
2.如权利要求1所述的基板处理装置,其特征在于,所述摄像设备所获得的信号由包含对应于基板的部位与对应于背景的部位的多个区域的信号构成,
所述输出监视部在来自至少一个所述区域的信号脱离阈值后,判断为基板异常。
3.如权利要求1所述的基板处理装置,其特征在于,所述摄像设备由内置CMOS传感器的相机构成。
4.如权利要求1所述的基板处理装置,其特征在于,所述基板搬送机构包含使基板移动的移动机构,在通过所述基板异常检测部的输出监视部检测出基板异常后,至少进行1次所述移动机构的规定动作和所述基板异常检测部的再检测,在连续检测出基板异常后,决定为基板异常。
5.如权利要求4所述的基板处理装置,其特征在于,所述移动机构在支撑基板的周缘部的夹盘与基板的周缘部之间形成了规定间隙的状态下,使所述夹盘及所述基板移动。
6.如权利要求4所述的基板处理装置,其特征在于,所述移动机构的规定动作是上升、下降及反转,或绕水平轴的旋转,或绕垂直轴的旋转。
7.如权利要求1所述的基板处理装置,其特征在于,所述光源是发出红外区域的光的光源。
8.如权利要求1所述的基板处理装置,其特征在于,所述光源仅在由所述摄像设备进行拍摄时亮灯。
9.如权利要求1所述的基板处理装置,其特征在于,在对所述基板进行拍摄之前,在基板面形成液体的膜。
10.如权利要求1所述的基板处理装置,其特征在于,所述基板异常是基板的破裂。
11.一种基板异常的检测方法,其特征在于,使基板位于相机与光源之间,通过所述相机来拍摄所述基板,在拍摄时,通过所述光源投光于成为所述基板的背景的区域,该区域位于被所述相机拍摄的所述基板的表面的相反侧,所述光源构成为,以向斜下方投射光的方式倾斜来照射位于所述基板的下方的所述背景,从获得的图像设定多个检查区域,多个检查区域跨越相当于基板的图像部分与相当于背景的图像部分,
在所述多个检查区域中,分别对规定阈值和根据相当于基板的图像部分及相当于背景的图像部分求出的值进行比较,来判断基板的状态。
说明书 :
基板处理装置及基板异常的检测方法
技术领域
方法。
背景技术
更大,因此,随着配线层数增加,形成薄膜时对阶梯差形状的膜被覆性(阶梯覆盖)变差。因
此,为了进行多层配线必须改善该阶梯覆盖,并以适当过程进行平坦化处理。另外,因为焦
点深度随着光微影术的微细化而变浅,所以需要对半导体组件表面实施平坦化处理,使半
导体组件的表面凹凸阶梯差缩小至焦点深度以下。
化学机械研磨是使用基板处理装置,将包含二氧化硅(SiO2)或二氧化铈(CeO2)等研磨粒的
研磨液供给至研磨垫,并使晶片滑动接触于研磨垫来进行研磨的。
与顶环旋转,而且在研磨垫上供给研磨液(浆料)。在该状态下,通过利用顶环将晶片按压于
研磨垫上,而在晶片与研磨垫之间存在研磨液的状态下研磨晶片。研磨后的晶片通过搬送
机构搬送至清洗单元,利用该清洗单元清洗研磨后的晶片并使其干燥。
器,但是,只要该光传感器的光轴不通过晶片的裂开部分,就无法检测此种晶片的破裂。
筒海绵等清洗工具上,而对此等清洗工具造成损坏。此外,还需要更换该清洗工具,导致基
板处理装置的运行成本(running cost)上升。
部,以便可将散置于该基板处理装置内的晶片碎片全部回收。但是,此种清扫花费非常长的
时间,导致基板处理装置的停机时间(downtime)增加。
发明内容
检测方法。
搬送至所述研磨单元、所述基板异常检测部、及所述清洗单元;所述基板异常检测部具有:
摄像设备,拍摄所述基板;及输出监视部,将从所述摄像设备获得的信号与规定阈值比较,
来判断基板的状态。
信号脱离阈值后,判断为基板异常。
定动作和所述基板异常检测部的再检测,在连续检测出基板异常后,决定为基板异常。
述多个检查区域中,分别对规定阈值与从相当于基板的图像部分及相当于背景的图像部分
求出的值进行比较,来判断基板的状态。
基板破碎(二次破裂)导致零件损伤及清扫等复原作业时间增长。另外,也有防止因清扫不
充分导致刮痕及其他基板破裂等二次受害的效果。
附图说明
片的情况。
具体实施方式
体1,壳体1的内部由间隔壁1a、1b划分成装载/卸载部2、研磨部3、及清洗部4。基板处理装置
具有控制晶片处理动作的动作控制部5。
盒的排列方向移动的搬送机器人(装载机)22。搬送机器人22能够通过在行驶机构21上移动
而对搭载于前装载部20的基板盒进行存取。
面的研磨垫10的第一研磨台30A;用于保持晶片且将晶片按压于研磨台30A上的研磨垫10来
研磨的第一顶环31A;用于在研磨垫10上供给研磨液(例如浆料)或修整液(例如纯水)的第
一研磨液供给喷嘴32A;用于进行研磨垫10的研磨面的修整的第一修整器33A;及将液体(例
如纯水)与气体(例如氮气)的混合流体形成雾状而喷射于研磨面上的第一雾化器34A。
研磨垫10的第三研磨台30C、第三顶环31C、第三研磨液供给喷嘴32C、第三修整器33C、及第
三雾化器34C;第四研磨单元3D具备:安装了研磨垫10的第四研磨台30D、第四顶环31D、第四
研磨液供给喷嘴32D、第四修整器33D、及第四雾化器34D。
元3A的立体图。另外,图2中省略修整器33A及雾化器34A的图示。
表面构成研磨晶片W的研磨面10a。顶环31A连接于顶环轴杆16的下端。顶环31A构成为,能够
通过真空吸引而在其下表面保持晶片W。顶环轴杆16通过未图示的上下移动机构而上下移
动。
W按压于研磨垫10的研磨面10a。晶片W表面通过研磨液中包含的研磨粒的机械性作用与研
磨液的化学性作用而研磨。研磨结束后,由修整器33A(参照图1)进行研磨面10a的修整(调
整),进一步从雾化器34A(参照图1)供给高压流体至研磨面10a,除去残留于研磨面10a的研
磨屑及研磨粒等。
TP3、第四搬送位置TP4)之间搬送晶片的机构。另外,邻接于第三研磨单元3C及第四研磨单
元3D配置有第二线性输送机7。该第二线性输送机7是在3个搬送位置(第五搬送位置TP5、第
六搬送位置TP6、第七搬送位置TP7)之间搬送晶片的机构。
线性输送机6之间的晶片交接在第二搬送位置TP2进行。
单元3C的顶环31C在研磨台30C的上方位置与第六搬送位置TP6之间移动,顶环31C与第二线
性输送机7之间的晶片交接在第六搬送位置TP6进行。第四研磨单元3D的顶环31D在研磨台
30D的上方与第七搬送位置TP7之间移动,顶环31D与第二线性输送机7之间的晶片交接在第
七搬送位置TP7进行。
磨,也可由研磨单元3A~3D中的1个或多个研磨单元(例如第一研磨单元3A及第二研磨单元
3B)来研磨。
22之间,在间隔壁1a上设有快门(未图示),晶片搬送时打开快门,可从搬送机器人22送交晶
片至升降机11。
送机7搬送至第三研磨单元3C及/或第四研磨单元3D。
之间。摇摆输送机12在第四搬送位置TP4、第五搬送位置TP5及缓冲载台72之间搬送晶片。
异常检测位置(后述),在该基板异常检测位置进行该晶片W的破裂等的异常检测。经研磨单
元3C、3D研磨后的晶片W由第二线性输送机7搬送至第五搬送位置TP5。进一步,晶片W由摇摆
输送机12搬送至处于第五搬送位置TP5上方的上述基板异常检测位置,并在该基板异常检
测位置进行该晶片W的破裂等的异常检测。
滚筒海绵(未图示)等清洗研磨后的晶片的第一清洗单元73及第二清洗单元74;及将清洗后
的晶片干燥的干燥单元75。第一搬送机器人77以如下方式动作:将晶片从缓冲载台72搬送
至第一清洗单元73,进一步从第一清洗单元73搬送至第二清洗单元74。在第二清洗单元74
与干燥单元75之间配置有第二搬送机器人78。该第二搬送机器人78以如下方式动作:将晶
片从第二清洗单元74搬送至干燥单元75。
轨101的摇摆机构102;及作为使摇摆机构102沿铅直方向移动的驱动源的升降驱动机构
105。该升降驱动机构105可采用具有伺服马达与滚珠螺杆的ROBO汽缸(ROBO Cylinder)等。
在摇摆机构102上经由摇摆支臂106连结有反转机构107。进一步在反转机构107上连结有把
持晶片W的把持机构110。
第五搬送位置TP5、及缓冲载台72之间移动。
方而设置。把持机构110进一步具备使一对把持支臂111在接近或离开晶片W的方向上移动
的开关机构113。
113使把持支臂111在彼此接近的方向移动,并以把持支臂111的夹盘112把持晶片W边缘。夹
盘112把持晶片W时,在夹盘112与晶片W边缘之间形成有规定间隙。即,晶片W在未被夹盘112
完全限制,而在夹盘112的槽(未图示)中松动地嵌合的状态下把持。在该状态下,通过升降
驱动机构105使把持支臂111上升。
动器。也可取代流体压式的旋转致动器,而使用具备用于使旋转轴108旋转的马达的马达驱
动式旋转致动器。通过旋转致动器驱动旋转轴108,整个把持机构110旋转180度,由此被把
持机构110把持的晶片W反转。
送至清洗部4。本实施方式的基板处理装置将晶片W依次搬送至研磨部3、线性输送机6及/或
7、摇摆输送机12、缓冲载台72、及清洗部4。
基板处理装置设置用于检测晶片的破裂等异常的基板异常检测部40。以下说明该基板异常
检测部40。
持晶片W状态下进行实验,但是,图4至图6省略了把持机构110的图示。另外,评估实验1~3
中,在图1所示的装置内,设有摇摆输送机12的部位的底面是背景(Background),但是图4至
图6中将背景(Background)模式化图示为带状。
41;及配置于晶片W上方,从上方拍摄晶片W的相机42。光源41是在获得CMOS组件的分光灵敏
度特性的400nm~1000nm波长区域,为了防止形成于晶片W上的铜配线等金属部的光腐蚀,
以发出长波长的光的方式构成。实验中使用发出940nm波长的光的光源。相机42使用内置
CMOS传感器的相机。
摄成白点。因而,这些白点成为对比度的障碍,会造成误检测。因为研磨的后的晶片上附着
有研磨液,所以判断为评估实验1的构成不优选。
而在晶片W上形成水膜的喷嘴43。这样一来,通过从喷嘴43供给纯水(DIW)而在晶片W上形成
水膜,可防止来自晶片上水滴的漫反射。图5(a)所示的评估实验2使用的光源41及相机42,
与图4(a)所示的评估实验1使用的光源41及相机42分别是同样的构成。
成稍暗的图像部分,所以晶片的图像部分与背景的图像部分的对比度不明显。另外,图像中
矩形白色的图像部分是对应于把持晶片的把持机构110的开关机构113的图像部分。这样一
来,虽然晶片的图像部分与背景的图像部分的对比度并不明显,但是,由于两图像部分的亮
度有些差异,因此仍可以图像处理来识别晶片与背景,所以判断为能够使用评估实验2的构
成检测晶片的破裂。
置于晶片W上方,从上方拍摄晶片W的相机42。2个光源41、41构成为,以向斜下方投射光的方
式倾斜来照射背景。光源41的角度如箭头所示可变更。图6(a)所示的评估实验3使用的光源
41及相机42,与图4(a)所示的评估实验1使用的光源41及相机42分别是同样的构成。
对比度明显。因此,判断为使用评估实验3的构成时,可准确地检测晶片的破裂。另外,图像
中矩形灰色的图像部分是对应于把持晶片的把持机构110的开关机构113的图像部分。
用评估实验3的构成。即,如图3所示,在由把持机构110把持的晶片W下侧配置2个光源41、
41,并在晶片W上方配置相机42。相机42连接于输出监视部45。图3中,由把持机构110把持的
晶片W的位置是所述基板异常检测位置。2个光源41、41形成长条立方体状,且具有与晶片W
的直径相等或比其长的长度。从垂直方向观看晶片W与2个光源41、41时,2个光源41、41以中
间夹着晶片W的方式平行地配置。2个光源41、41构成为,以向斜下方投射光的方式倾斜地照
射背景,从而能够由2个光源41、41宽广照射晶片下侧的背景。各光源41沿水平方向排列发
出红外区域的光的多数个LED而构成。另外,相机42由内置CMOS传感器的相机构成,相机42
的光轴与晶片W的中心或概略中心一致。各光源41以其投光角度能够变更的方式通过支撑
构件(未图示)支撑于装置框架上。另外,相机42通过安装构件(未图示)而固定于装置的顶
部。
到该动作信号时,对光源41、41传送ON信号。由此,光源41、41与相机42同步工作,光源41、41
仅在相机42拍摄的时间(瞬间)亮灯。光源41、41在相机42不动作时熄灯。这样一来,通过将
光源41、41的亮灯时间抑制在必要的最小限度,来防止铜配线等金属部的光腐蚀。另外,也
可构成使晶片W从图3所示的状态反转,并在使把持机构110的开关机构113位于晶片W下侧
的状态下由相机42拍摄晶片W。
片。
设定5个矩形的检查区域。各检查区域跨越相当于晶片的黑色图像部分与相当于背景的带
白色图像部分而设定。相邻接的2个检查区域形成彼此重叠的区域,避免在检查区域间遗漏
检查。
像算出在各检查区域相当于晶片的黑色图像部分与相当于背景的带白色图像部分的面积
比,将算出的面积比与预设的阈值进行比较,来判定晶片有无破裂。图7(a)、图7(b)中,以一
根棒(一根杆)表示在各检查区域算出的面积比。图中,各杆上侧白色部分与相当于晶片的
黑色图像部分的面积对应,下侧灰色部分与相当于背景的带白色图像部分的面积对应。当
在某个检查区域内晶片破裂时,因为黑色图像部分的面积比带白色图像部分的面积小,所
以上侧白色部分降低,最后低于预设的阈值而检测晶片的破裂。图7(b)中,在从下侧左起第
二个检查区域检测出破裂。另外,因为在晶片上形成有切口,所以用于检测破裂的阈值被设
定成面积比切口大时可判定为破裂的值。
如图8(b)所示,通过把持机构110使晶片W上升。
常检测位置后,点亮光源41并通过相机42拍摄晶片W,进行图7(a)、图7(b)所示的处理,进行
晶片的破裂再检测。反复进行2次图8(a)~图8(e)的工序,当连续3次检测晶片的破裂时,判
定为晶片实际发生破裂。另外,检测次数可任意设定。这样一来,通过摇摆输送机12及基板
异常检测部40来确认并非误检测的动作,由此,因为把持晶片W的夹盘112与晶片W之间有间
隙,所以可防止由移动晶片W造成的误检测。
粉碎。因此,优选在搬送晶片至清洗部4的前检测晶片的破裂。基于这样的理由,晶片W按照
研磨单元3A(及3B~3D)、基板异常检测部40、及清洗单元73、74的顺序被搬送。本实施方式
中,按照该顺序搬送晶片W的基板搬送机构由第一线性输送机6(及第二线性输送机7)、摇摆
输送机12、及第一搬送机器人77构成。基板异常检测部40配置于研磨单元3A~3D与清洗单
元73、74之间。
线性输送机6的上方。
运转。作业人员从基板处理装置取出破裂的晶片,由此防止将破裂的晶片搬送至清洗部4。
从基板处理装置取出晶片后,基板处理装置再度开始运转。
的运转。另外,也可以与作为第一缓冲载台的缓冲载台72分开地另行设置暂时放置晶片的
第二缓冲载台(未图示),在该第二缓冲载台上放置破裂的晶片之后,动作控制部5停止研磨
单元3A~3D及基板搬送机构的运转。也可以在将破裂的晶片放置于该第二缓冲载台之后,
维持该状态,而继续运转研磨单元3A~3D及基板搬送机构。第二缓冲载台例如可以配置于
清洗部4中配置的第一清洗单元73或第二清洗单元74的上方或下方。
片W时的状态,在晶片释放位置设置有监视相机51。也可在其他的研磨台的附近或其他晶片
释放位置设置监视相机,但是省略图示。这样一来,通过设置监视相机50、51,当设置于摇摆
输送机12的部位的基板异常检测部40检测晶片的破裂时,可基于来自基板异常检测部40的
检测信号,在监视相机50、51中重现检测时起规定时间前以后,例如检测时1分钟前以后的
晶片搬送状况。由此,能够掌握晶片破裂的瞬间,从而采取防止晶片破裂的对策。