一种晶圆盒装置、机台和晶圆检测方法与流程

1.本发明涉及半导体工艺技术领域，特别涉及一种晶圆盒装置、机台和晶圆检测方法。


背景技术：

2.半导体产品的生产制造过程需要经过很多工艺步骤，每个工艺步骤都是由相应的工艺机台负责完成的。当一批晶圆在一个工艺机台的工艺步骤完成后，工艺机台的机械臂(arm)会将该批晶圆置入晶圆盒(foup)中，然后操作人员将晶圆盒从工艺机台搬移至仓储系统，接着再借由仓储系统和运输系统将晶圆盒传送至下一个工艺机台，下一个工艺机台的机械臂将晶圆从晶圆盒中取出，传送至工艺反应室内进行工艺反应，并于工艺反应结束后将晶圆传回，再放置回晶圆盒中，以进行后续的工艺步骤。
3.晶圆盒是用来承载、运输晶圆的一种普遍媒介装置，晶圆盒的作用是在将晶圆从一个工艺机台传送至另一个工艺机台的过程中，使晶圆保存于密闭空间中，以防御大气中的微尘污染晶圆。虽然在现有的半导体制造领域中，晶圆盒具有硬度高，耐磨损，耐高温，良好的空气流通性且易于运输等很多优点，然而并不具备自动识别晶圆等功能，更不能根据识别的晶圆异常状况(如晶圆放入错误的晶圆盒、报废晶圆放入晶圆盒)进行相应的保护动作，从而避免一些突发事件的产生，确保晶圆、机台等的良好运行。
4.在每一制程的工艺机台上还设置有输入/输出装置，用以在与外界环境隔离的状态下，将晶圆片或基板载入到工艺机台中。所述输入/输出装置同时还必须配置晶圆装卸机(load port)，用以作为晶圆盒与工艺机台之间传输晶圆的中介装置。晶圆装卸机可以开启晶圆盒，将晶圆盒内的晶圆片或基板载入到工艺机台的输入/输出装置中。事实上在实际生产中，抑或是实验室进行实验中，总有些突发状况。例如，在实际生产中若机台发生故障，机台的两个、或者是三个晶圆装卸机同时有晶圆盒打开，并且有晶圆在机台中，那么设备在取出机台里的晶圆时，会因故障错将晶圆放在本不属于自己的晶圆盒之中，从而造成后续流程的错误最终导致晶圆报废。又例如，在实验室做实验时，常常因某个工艺流程的引进或者是某个部件品质的澄清，需要进行大量的老化测试(burn-in)。一片正常的硅晶圆往往会因为长时间的周期清洁、刻蚀造成其厚度抑或是重量的降低而不能及时识别出来。当晶圆的厚度低于某个阈值，就容易产生晶圆在机械式传输过程中发生破片的情况。破损的晶圆会对后继工艺流程造成污染，使得半导体产品的良率大大地降低。并且一旦工艺异常或失败，工艺机台必须停机检修，而具体要检出是哪个晶圆报废需要花费大量时间，整个生产时间也会被延误。
5.鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种晶圆盒装置、机台和方法,根据识别的晶圆异常状况,进行相应的保护动作，确保晶圆、机台等的良好运行。
7.为了达到上述目的，本发明提供一种晶圆盒装置，包含：
8.晶圆盒本体，其具有封闭的中空结构；晶圆盒本体的内侧壁自上而下间隔布置有多个承载条，相同高度的多个承载条用于承载晶圆；
9.传感器，设置在所述承载条上，用于获取晶圆的特征值；
10.判断单元，设置在晶圆盒本体上，用于根据传感器获取的特征值判断该特征值是否在阈值范围内。
11.优选的，所述特征值包括晶圆的重量和/或晶圆的厚度
12.优选的,所述晶圆盒装置，还包含晶圆装卸机；当所述判断单元判断所述特征值不在阈值范围内时，所述晶圆装卸机停止装卸晶圆。
13.优选的，所述晶圆盒装置，还包含用于放置晶圆盒的放置台,所述放置台设有用于向晶圆盒供电的供电部。
14.优选的，所述传感器为质量传感器，用于测量晶圆质量。
15.优选的，所述传感器为位移传感器，通过位移传感器支承晶圆，并根据晶圆的重量产生弹性形变生成一个对应的形变值；判断单元根据所述弹性形变的程度获取晶圆的重量。
16.优选的，所述位移传感器的底部能够进行上下调节，使得设置在同一承载条位移传感器的顶端位于同一水平面。
17.优选的，所述传感器为光敏传感器，其设置在上下相邻的两个承载条之间；所述光敏传感器包含发射部和承载部；所述承载部用于放置晶圆，其设置在所述上下相邻的两个承载条中位于下方的承载条的顶面；所述发射部设置在所述上下相邻的两个承载条中位于上方的承载条的底面；发射部向其下方的晶圆发射光束，并根据接收的晶圆反射光束生成一个距离值；判断单元根据所述距离值获取晶圆的厚度。
18.优选的，所述晶圆盒装置还包含设置在晶圆盒上的输入单元，用于输入晶圆的特征值的阈值。
19.优选的，所述阈值包括最大重量阈值、最小重量阈值、最大厚度阈值和最小厚度阈值中的任意一个或多个。
20.优选的，所述的晶圆盒装置还包括设置在晶圆盒本体的提示装置，当所述特征值不在阈值范围内时，提示装置给出提示信息。
21.优选的，所述提示装置包含设置在晶圆盒本体外部的显示单元，用于显示传感器采集的特征值；当某个传感器获取的特征值不在阈值范围内，显示单元通过高亮、闪烁进行报警。
22.优选的，所述提示装置还包含设置在晶圆盒本体的蜂鸣器，当某个传感器获取的特征值不在阈值范围内，蜂鸣器报警。
23.本发明还提供一种半导体处理机台，包括本发明所述的晶圆盒装置、处理室、传输室、设备前端模块、气锁室和晶圆装卸机。
24.本发明还提供一种晶圆检测方法，用于检测晶圆盒内的晶圆，采用本发明所述的晶圆盒装置实现的，包括：
25.将晶圆传输至晶圆盒内；
26.通过设置在晶圆盒内承载条的若干个传感器获取对应晶圆的特征值；
27.判断单元根据传感器获取的晶圆的特征值判断该特征值是否在阈值范围内。
28.所述晶圆检测方法还包含：
29.当判断单元判断所述特征值不在阈值范围内时，晶圆装卸机停止装卸晶圆，同时提示装置给出提示信息。
30.优选的，所述提示装置给出提示信息，具体包含：
31.通过提示装置的蜂鸣器报警；
32.通过提示装置的显示单元高亮、闪烁显示不在阈值范围内的特征值。
33.优选的，所述晶圆检测方法，还包含：
34.通过晶圆盒的输入单元输入晶圆的特征值的阈值。
35.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
36.1)本发明集成程度高，结构简单，易于实现。通过本发明能够自动化的实时识别晶元异常状况，并通过提示装置发出警报提醒；
37.2)本发明能够根据识别的晶元异常状况进行相应的保护动作。避免具有缺陷的晶圆对后续制程造成不利的影响，确保机台等的良好运行；通过本发明，能够有效地降低机台宕机率，大大提高晶元的成品率；
38.3)通过本发明，不需逐个检查机台的晶元便能够得知哪个是异常晶元，大大节省了机台停机检修的时间，有效地提高了晶元的生产效率；
39.4)本发明能够根据机台进行的工艺相应的设置晶元特征值的阈值范围，适用于半导体制造的所有工艺流程。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对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发明的一个实施例，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：
41.图1为本发明的晶圆盒本体内部示意图；
42.图2a为本发明的一个实施例中晶圆盒装置内部俯视图；
43.图2b为本发明的另一个实施例中晶圆盒装置内部俯视图；
44.图3为本发明的放置台示意图；
45.图4为本发明的实施例一中，晶圆盒装置内部示意图；
46.图4a为本发明的实施例一中，检测有晶圆重复放置在承载条示意图；
47.图4b为本发明的实施例一中，检测有晶圆跨承载条放置示意图；
48.图5为本发明的实施例二中，晶圆盒装置内部示意图；
49.图6为图5的局部放大示意图；
50.图7为本发明的实施例三中，晶圆盒装置内部示意图；
51.图8为图7的局部放大示意图；
52.图9为本发明的判断单元、提示装置、输入单元示意图；
53.图10为本发明的半导体处理机台结构示意图；
54.图中：1、晶圆盒本体；11、第一侧壁；12、第二侧壁；13、第三侧壁；14、插槽；15、提手；
55.2、承载条；21～23、承载条第一区段～承载条第三区段；
56.3、传感器；31、质量传感器；32、位移传感器；33、光敏传感器；331、发射部；332、承载部；
57.4、判断单元；
58.5、输入单元；
59.6、提示装置；61、显示单元；62、蜂鸣器；
60.63、晶圆装卸机；631、放置台；632、供电部；
61.64、处理室；65、传输室；66、设备前端模块；67、气锁室；
62.7；晶圆。
具体实施方式
63.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
64.本发明提供一种晶圆盒装置，如图1、图2a、图2b、图3、图10所示，包含：晶圆盒本体1、若干个传感器3、判断单元4、输入单元5、提示装置6、晶圆装卸机63、放置台631。
65.所述晶圆盒本体1，其具有封闭的中空结构，如图2a、图2b所示，其包含第一侧壁11、与所述第一侧壁11相对的第三侧壁13、设置在第一侧壁11和第三侧壁13之间的第二侧壁12。如图1、图2a、图2b所示，晶圆盒本体1的内侧壁自上而下间隔布置有多个承载条2，相同高度的多个承载条2用于承载晶圆7。晶圆盒本体正面设有一个开门(图中未示出)，用于向晶圆盒本体内放入或自晶圆盒本体1取出晶圆7，所述开门与所述第二侧壁12相对。通常晶圆盒本体1的顶部还设有一个提手15，便于搬运晶圆盒本体1。
66.所述传感器3设置在所述承载条2上，用于获取晶圆7的特征值。如图2a所示，在本发明的一个实施例中，所述承载条2分布在第一侧壁11至第三侧壁13，但不分布在所述开门上。将承载条2按照其在第一至第三侧壁的分布分为三个区段，分别为承载条第一区段21至承载条第三区段23。在该实施例中，承载条第一区段21至承载条第三区段23分别至少各设置有一个传感器3。由于三点决定一个面，通过传感器3的设置方式，使得晶圆7更平稳的置于传感器3上。
67.如图2b所示，在本发明的另一个实施例中，所述承载条2仅分布在第一侧壁11和第三侧壁13，每个承载条2设置有一个传感器3。第一侧壁11上的每个承载条2，均有一个设置在第三侧壁13的承载条2与其对应，通过该两个对应的承载条2所设的传感器水平的放置晶圆7。
68.所述特征值包括晶圆7的重量和/或晶圆7的厚度。由于晶圆7在不同的工艺下，会产生重量和/或厚度的变化。正常情况下，机台同一工艺处理后的晶圆7的重量、厚度基本一致，并且晶圆7的厚度变化及重量变化与其进行的工艺相匹配。然而，在工艺的参数设置错误时，或一些误操作中，会造成晶圆7被错误的处理，以至于晶圆7过重、过轻或过厚、过薄。如在老化测试中错误设置了工艺处理的时间；或者在晶圆7的刻蚀过程中，没有控制好输入处理室64的反应气体浓度；射频电源未按照预设的频率和强度施加到处理室64等，都可能
造成晶圆7未按正确处理而形成瑕疵甚至报废。通过晶圆7的物理特性(重量、厚度)发现晶圆瑕疵的显然是非常简便直接而又有效的方法。
69.所述判断单元4设置在晶圆盒本体1上，用于根据传感器3获取的特征值判断该特征值是否在阈值范围内。当判断单元4判断所述特征值不在阈值范围内时，所述晶圆装卸机63停止装卸晶圆7(不打开晶圆盒本体1的开门)。
70.所述输入单元5设置在晶圆盒本体1上，用于输入晶圆的特征值的阈值。所述阈值包括最大重量阈值、最小重量阈值、最大厚度阈值和最小厚度阈值中的任意一个或多个。
71.所述放置台631用于放置晶圆盒本体1,通常该放置台631设置在晶圆装卸机63上。所述放置台631设有用于向晶圆盒供电的供电部632。如图3所示供电部632向上突出的设置在放置台631上，晶圆盒本体底部设有与所述供电部632匹配的插槽14，通过所述插槽14与所述供电部632的电性连接，实现向晶圆盒装置中的传感器3供电。本发明中，供电部632同时还具有限位晶圆盒本体1的功能，能够帮助晶圆盒本体1放置在正确的位置，减少了人为误操作，提高了工作效率。
72.所述提示装置6设置在晶圆盒本体1上，当所述特征值不在阈值范围内时，提示装置6给出提示信息。所述提示装置6包含设置在晶圆盒本体外部的显示单元61和设置在晶圆盒本体的蜂鸣器62。
73.所述显示单元61用于显示传感器3采集的特征值；当某个传感器3获取的特征值不在阈值范围内，显示单元61通过高亮、闪烁进行报警。当某个传感器3获取的特征值不在阈值范围内，蜂鸣器62报警。
74.如图9所示，在本发明的实施例中，所述显示单元61、蜂鸣器62、输入单元5和判别单元均设置在第二侧壁12的外表面。
75.在本发明的实施例中，可以通过质量传感器31、位移传感器32、光敏传感器33来获取晶圆7的重量或厚度。该三种传感器的工作方式及设置方式在实施例一至实施例三中分别进行说明。
76.实施例一
77.如图4所示，在本实施例中，所述传感器3为质量传感器31，用于测量晶圆质量。首先通过输入单元5输入一个与机台所进行的工艺匹配的最大重量阈值、最小重量阈值。所述阈值范围＝[最小重量阈值,最大重量阈值]。当一片晶圆7处理完成后，晶圆装卸机63打开晶圆盒本体1的开门，该晶圆7被传输至晶圆盒本体内的承载条2上，晶圆装卸机63关闭晶圆盒本体1的开门，通过该承载条2上所设置的至少三个质量传感器31进行称重。每个质量传感器31的称重结果会通过显示单元61显示在晶圆盒本体外表面。正常情况下，每个质量传感器31的称重结果为晶圆7质量的三分之一。当存在某个质量传感器31的称重结果不在所述阈值范围内，判别单元判断该晶圆7不合格，蜂鸣器62报警，同时显示单元61通过高亮、闪烁不再阈值范围内的称重结果进行报警。晶圆装卸机63不再打开晶圆盒本体1的开门，停止装卸晶圆7。
[0078]
显然，如图4a所示，本发明中，通过质量传感器31不仅能够发现有瑕疵的晶圆7，同时，还能够发现在同一个承载条2上是否存在晶圆7重复放置。或者，如图4b所示，通过本发明能够发现晶圆7是否跨承载条2放置。
[0079]
实施例二
[0080]
在本实施例中，仍然通过晶圆7的重量来判断晶圆7是否产生瑕疵。如图5所示，本实施例中所用的传感器3为位移传感器32，通过位移传感器32支承晶圆7，并根据晶圆7的重量产生弹性形变生成一个对应的形变值；判断单元4根据所述弹性形变的程度获取晶圆7的重量。
[0081]
如图6所示，所述位移传感器32的底部能够进行上下调节，使得设置在同一承载条位移传感器32的顶端位于同一水平面，能够更精确的获得晶圆7的称重值。
[0082]
实施例三
[0083]
在本实施例中，通过检测晶圆7的厚度判断其是否有缺陷。本实施例中用的传感器3为光敏传感器33。如图7、图8所示，所述光敏传感器33设置在上下相邻的两个承载条2之间。光敏传感器33包含发射部331和承载部332。所述承载部332用于放置晶圆，其设置在所述上下相邻的两个承载条2中位于下方的承载条2的顶面；承载部332能够进行上下调节，使得设置在同一承载条2的承载部332的顶端位于同一水平面；所述发射部331设置在所述上下相邻的两个承载条2中位于上方的承载条2的底面；发射部331向其下方的晶圆7发射光束，并根据接收的晶圆7反射光束生成一个距离值；判断单元4根据所述距离值获取晶圆7的厚度。
[0084]
具体的，首先通过输入单元5输入一个与机台所进行的工艺匹配的最大厚度阈值、最小厚度阈值。所述阈值范围＝[最小厚度阈值,最大厚度阈值]。承载条2上未放置晶圆7时，该承载条2上方相邻的发射部331发射光束，该发射部331接收其下方承载部332的反射光束并生成一个第一距离值；承载条2上放置有晶圆7时，该承载条2上方相邻的发射部331发射光束，该发射部331接收该晶圆7的反射光束并生成一个第二距离值；判断单元4根据第一距离值与第二距离值的差值获取晶圆7的厚度。当获取的晶圆厚度不在所述阈值范围内，判别单元判断该晶圆7不合格，蜂鸣器62报警，同时显示单元61通过高亮、闪烁不在阈值范围内的厚度值进行报警。晶圆装卸机63不再打开晶圆盒本体1的开门，停止装卸晶圆。
[0085]
如图10所示，本发明还提供一种半导体处理机台，包括本发明所述的晶圆盒装置、处理室64、传输室65、设备前端模块66、气锁室67和晶圆装卸机63(图10中的晶圆装卸机63被所放置晶圆盒本体1遮挡)。设备前端模块66(efem)一端与晶圆装卸机63连接，另一端与气锁室67(load lock)连接，气锁室67与传输室65(tmtransmission machine)连接。传输室65与处理室64连接。
[0086]
晶圆7放置在晶圆装卸机63的放置台631上，通过efem的机械臂实现晶圆7在晶圆装卸机63和气锁室67之间传输。传输室65设置在气锁室67和处理室64之间，通过设置在传输室65内的机械臂实现晶圆7在气锁室67和处理室64之间传输。(晶圆7常因为制程的关系需要在真空状态下进行加工，因此半导体机台就必须在真空与一大气压力之间不断地进行压力转换。为了使机台内的处理室64能保持在一个稳定的状态，由气锁室67进行真空与一大气压力之间的压力转换，防止晶圆7在真空环境突然进入大气压力环境造成破损)。
[0087]
处理室64内通常设有放置晶圆7的基座，通过输气管路向处理室64输送反应气体，并通过向处理室64施加射频电源，使得处理室64内的反应气体被电离产生等离子体，处理室64内的晶圆7在等离子体的作用下进行沉积或刻蚀。处理室64侧壁上设置一开口用于容纳晶圆7进出。同时处理室64与传输室65之间还设有能够上下运动的遮挡板(图中未示出)，只有在处理室64与传输室65之间进行晶圆传输时，遮挡板才避让处理室侧壁的开口；否则
通过遮挡板遮挡处理室侧壁的开口，阻挡由传输室流向处理室64或处理室64流向传输室的气体中的污染颗粒。处理室底部设有抽真空装置(图中未示出)，用于将反应副产物排出处理室64。
[0088]
本发明还提供一种晶圆检测方法，用于检测晶圆盒内的晶圆7，采用本发明所述的晶圆盒装置实现的，包括：
[0089]
根据机台的工艺，通过晶圆盒装置的输入单元5输入晶圆特征值的阈值；所述特征值可以是表示晶圆质量的特征值，也可以是表示晶圆厚度的特征值；所述阈值包括最大重量阈值、最小重量阈值、最大厚度阈值和最小厚度阈值中的任意一个或多个。
[0090]
将晶圆7传输至晶圆盒本体内。通过设置在晶圆盒内承载条2的若干个传感器3获取对应晶圆7的特征值；所述传感器3可以是用于检测晶圆质量的质量传感器31、位移传感器32，或者是用于检测晶圆厚度的光敏传感器33；
[0091]
判断单元4根据传感器3获取的晶圆7的特征值判断该特征值是否在阈值范围内；当检测晶圆的质量时，所述阈值范围＝[最小重量阈值，最大重量阈值]；当检测晶圆7的厚度时，所述阈值范围＝[最小厚度阈值，最大厚度阈值]。
[0092]
当判断单元4判断所述特征值不在阈值范围内时，晶圆装卸机63停止装卸晶圆7，同时蜂鸣器62报警、显示单元61高亮、闪烁显示不在阈值范围内的特征值。
[0093]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。