CN105321837A - 半导体处理设备及其在线故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体处理设备，其包括半导体处理模块、流体传送模块、流体承载模块和控制模块。所述半导体处理模块包括一用于容纳和处理半导体晶圆的微腔室。所述流体承载模块还包括用于承载各种流体的多个容器以及分别位于所述多个容器下方的多个重量传感器，每个重量传感器感测位于其上方的容器的重量，并将其感测到的相应容器的重量数据传输给所述控制模块。所述流体传送模块用于将所述容器内的未使用流体通过管道和所述微腔室的入口输送至所述微腔室内，同时将从微腔室排出来的使用过的流体通过微腔室出口和管道收集到所述容器内。由于在各个容器下方设置了重量传感器，实时监测各个容器的重量，再根据监测数据来判断目前的半导体处理装置中的多个零件是否运行正常，如发现问题及时进行分析，推断可能出现故障的地方。

Description

半导体处理设备及其在线故障检测方法

【技术领域】

本发明涉及半导体表面处理领域，尤其涉及一种对半导体晶圆进行表面化学处理的半导体处理设备及其在线故障检测方法。

【背景技术】

目前集成电路电子产品广泛被应用到很多领域中，比如计算机、通信、工业控制和消费性电子等。集成电路的制造业，已经成为和钢铁一样重要的基础产业。

晶圆是生产集成电路所用的载体。在实际生产中需要制备的晶圆必须具有平整、超清洁的表面，而用于制备超清洁晶圆表面的现有方法可分为两种类别：诸如浸没与喷射技术的湿法处理过程，及诸如基于化学气相与等离子技术的干法处理过程。其中湿法处理过程是现有技术采用较为广泛的方法，湿法处理过程通常包括采用适当化学溶液浸没或喷射晶圆之一连串步骤组成。

一般现有的制备超清洁晶圆表面的设备主要由反应容器、化学液存储系统、化学液传送系统组成。反应容器为浸没式的反应槽池或喷淋式的反应腔室；化学液存储系统主要由容器、泵、阀门、过滤器等组成；化学传送系统主要由泵、阀门、压力和流量控制零件、管道等组成。一旦各系统中的部件如泵、阀门发生故障，如阀门不能正常开关，将会影响晶圆的清洗效果，从而影响产品的良率，因此，生产线上50％的良率问题是与清洗工艺有关。通常，需要对所有的系统部件进行实时监察以及定期维护，但由于系统部件太多，难以保证每个有问题的部件都能及时地被发现。

因此，有必要提出一种解决方案来解决上述问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题在于提供一种体积较小、结构简单、组件易于更换、方便搬运的半导体处理装置，其运行可靠，具有自动监测设备运行状态的能力，在线监测设备零部件的工作状态，及时发现和处理出现问题的部件，确保工艺效果和质量。本发明要解决的技术问题在于提供一种半导体处理装置的在线故障检测方法，其可以方便的在线检测该半导体处理装置是否发生故障，保证设备的运行质量及工艺效果，提高设备智能自动化程度。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种半导体处理设备，其包括半导体处理模块、流体传送模块、流体承载模块和控制模块。所述半导体处理模块包括一用于容纳和处理半导体晶圆的微腔室，所述微腔室包括一个或多个供流体进入所述微腔室的入口和一个或多个供流体排出所述微腔室的出口。所述流体承载模块还包括用于承载各种流体的多个容器和分别位于所述多个容器下方的多个重量传感器，每个重量传感器感测位于其上方的容器的重量，并将其感测到的相应容器的重量数据传输给所述控制模块。所述流体传送模块用于将所述容器内的未使用流体通过管道和所述微腔室的入口输送至所述微腔室内，被所述流体传送模块输送至所述微腔室内的流体在所述微腔室内对其内的半导体晶圆进行处理，之后已使用过的流体经由所述微腔室的出口、管道以及所述流体传送模块流入所述流体承载模块中的相应容器或流体排出管道内，所述控制模块用于控制所述半导体处理模块和所述流体传送模块。

进一步的，所述控制模块中记录有在半导体晶圆处理过程中的各个容器的预置时间对重量数据，所述控制模块根据各个重量传感器传输过来的重量数据得到各个容器的实际时间对重量数据，并基于各个容器的预置时间对重量数据和实际时间对重量数据自动控制容器内流体的添加或排放。

进一步的，所述控制模块中记录有在半导体晶圆处理过程中的各个容器的预置时间对重量数据，所述控制模块根据各个重量传感器传输过来的重量数据得到各个容器的实际时间对重量数据，并基于各个容器的预置时间对重量数据和实际时间对重量数据确定该容器对应的流体传输通路是否出现故障。

进一步的，如果一个容器的预置时间对重量数据和实际时间对重量数据偏差超过预定阈值，则判断该容器对应的流体传输通路出现故障，例如：传输通路上的某阀门没有按照指令运动到指定位置，或传送泵没能按设置速度传送处理液。

进一步的，所述流体传送模块包括支撑框、组装于所述支撑框上的多个基板以及阀门，所述多个基板围出一个小空间，所述阀门的设置有连通端口的端部穿过所述基板上的安装孔延伸至所述流体空间内，组装于所述支撑框上的多个基板包括底部基板、与所述底部基板间隔设置的顶部基板和两个互相间隔设置的侧面基板。

进一步的，两个侧面基板平行设置，所述顶部基板和所述底部基板平行设置，在所述底部基板上开设有连通所述流体空间的下开口，该下开口供连接用的管道穿过，所述流体传送模块还包括设置于所述下开口的下方的收液盒，在所述顶部基板上开设有连通所述流体空间的上开口，该上开口供连接用的管道穿过，每个侧面基板上都安设有多个阀门。

进一步的，所述半导体处理设备还包括设置于所述收液盒内的用于探测是否有泄漏流体的流体传感器，在所述流体传感器探测到收液盒内有泄漏流体时，则将感应数据传输给所述控制模块，由所述控制模块确定是否发生泄漏故障。

进一步的，所述流体传送模块还包括有泵，所述泵的设置有吸入液体的吸入口和排出液体的排出口的端部穿过其中的一个侧面基板上的安装孔延伸至所述流体空间内，所述阀门的设置有连通端口的端部穿过其中的另一个侧面基板上的安装孔延伸至所述流体空间内，所述泵的吸入口、所述泵的排出口、所述阀门的连通端口、所述微腔室的入口和/或所述微腔室的出口通过管道连通。

进一步的，所述控制模块根据所述容器的预置时间对重量数据来调整从该容器抽取流体的流速。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种上述半导体处理装置的在线故障检测方法，其包括：所述控制模块中记录有在半导体晶圆处理过程中的各个容器的预置时间对重量数据；每个重量传感器感测位于其上方的容器的重量，并将其感测到的相应容器的重量数据传输给所述控制模块；所述控制模块根据各个重量传感器传输过来的重量数据得到各个容器的实际时间对重量数据，并基于各个容器的预置时间对重量数据和实际时间对重量数据确定该容器对应的流体传输通路是否出现故障。

进一步的，如果一个容器的预置时间对重量数据和实际时间对重量数据偏差超过预定阈值，则判断该容器对应的流体传输通路出现故障。

进一步的，所述控制模块还接收设置于所述收液盒内的流体传感器发出的感应数据，并在所述流体传感器探测到所述收液盒内有泄漏流体时确定是否发生泄漏故障。

与现有技术相比，本发明中的半导体处理装置由几个模块组成，具有结构简单，组装方便灵活，易于更换、便于维修等优点。同时，由于设置了在各个容器下方设置重量传感器，这样可以实时的了解各个容器的重量，从而根据这些数据来确定目前的半导体处理装置是否发生故障。

关于本发明的其他目的，特征以及优点，下面将结合附图在具体实施方式中详细描述。

【附图说明】

结合参考附图及接下来的详细描述，本发明将更容易理解，其中同样的附图标记对应同样的结构部件，其中：

图1为本发明中的半导体处理设备的结构示意图；

图2A为图1中的流体承载模块在一个实施例中的立体结构示意图；

图2B为图2A中的流体承载模块的立体分解示意图；

图3A为图1中的流体传送模块在一个实施例中的立体结构示意图

图3B为图3A中的流体传送模块的平面投影视图；

图3C为图1中的流体传送模块在另一个实施例中的立体结构示意图；

图3D为图3C中的流体传送模块的平面投影视图；

图3E为图1中的流体传送模块中的收液盒的结构示意图；

图4为图1中的控制模块在一个实施例中的结构框图；

图5A为本发明中的半导体处理设备的另一种组装方式的结构示意图；

图5B为本发明中的半导体处理设备的再一种组装方式的结构示意图；

图6A为图2B中的重量传感装置在一个实施例的放大组装示意图；

图6B为图6A所示的重量传感装置的立体分解示意图；

图6C为图6B中的重量传感装置的容器托盘的剖视图；

图6D为图6B中的重量传感装置的容器托盘的仰视图；

图6E为图6B中的重量传感装置的安装本体的另一个角度的立体示意图；

图6F为图6B中的重量传感装置的重量传感单元的立体图；

图7A为图1中的半导体处理模块在一个实施例中的立体示意图；

图7B为图7A中的半导体处理模块的主视示意图；

图8为图7A中的下盒装置在一个实施例中的立体示意图；

图9为图7A中的下腔室板在一个实施例中与所述下盒装置的组装示意图；

图10为图7A中的插件在一个实施例中的反面立体示意图；

图11为图7A中的上盒装置在一个实施例中的立体示意图；

图12为图7A中的上盒装置在一个实施例中的俯视示意图；

图13为图7A中的隔板在一个实施例中的俯视示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本发明至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。本发明中的“多个”、“若干”表示两个或两个以上。本发明中的“和/或”表示“和”或者“或”。

图1示出了本发明中的半导体处理设备1的结构示意图。如图1所示，所述半导体处理设备1包括半导体处理模块10、流体传送模块20、流体承载模块30和控制模块40。

所述半导体处理模块10包括一用于容纳和处理半导体晶圆的微腔室，所述微腔室包括一个或多个供处理流体进入所述微腔室的入口和一个或多个供处理流体排出所述微腔室的出口。所述微腔室包括形成上工作表面的上腔室部和形成下工作表面的下腔室部，所述上腔室部和所述下腔室部可在一驱动装置的驱动下在装载和/或移除该半导体晶圆的打开位置和一用于容纳该半导体晶圆的关闭位置之间相对移动。当上腔室部或者所述下腔室部处于关闭位置时，半导体晶圆放置在所述上工作表面和下工作表面之间。由于采用微腔室的结构，所述半导体处理模块10的体积变得很小。

如图2A和2B所示，所述流体承载模块30用于承载各种处理所述半导体晶圆所需要的化学制剂、超清洁水或其他流体(可以统称为未使用流体)和/或承载处理过所述半导体晶圆的已使用过流体。如图2A和2B所示，其示出了所述流体承载模块30的一个实施例，所述流体承载模块30包括支撑框31、放置于所述支撑框31内的多个容器32和位于所述容器32下方的重量传感装置33，所述容器可以容纳用于处理所述半导体晶圆所需要的各种未使用流体和/或处理过所述半导体晶圆的各种已使用流体。比如一个容器内盛超清洁水，另一个容器内盛有用于处理所述晶圆表面的化学处理液，在另有一个容器内盛利用超清洁水处理过所述半导体晶圆后回收得到的废液。当然废液也可以直接通过预定流体排出管道排出，而不放置于所述流体承载模块30的容器32内。在一个实施例中，流体可以由预定流体供给管道实时供给，此时可以不用专门设置流体承载模块30来承载各种流体。当然，所述容器32也可以被认为不是流体承载模块30的一部分，此时所述流体承载模块30包括支撑框31和位于支撑框31底部的重量传感装置33。

如图6A所示，所述重量传感装置33包括多个重量传感器330，每个重量传感器330感测位于其上方的容器32的重量，并将其感测到的相应容器的重量数据传输给所述控制模块40。

在一个具体的实例中，如图6B所示，所述重量传感装置33包括多个容器托盘331、安装本体332、多个连接接头333、多个重量传感单元334和底部封板335。

如图6B和6E所示，所述安装本体332包括有形成于其顶面上的多个凸起部3321、形成于所述凸起部下侧的多个容纳腔体3322以及贯穿所述凸起部3321并与所述容纳腔体3322连通的多个穿孔3323。

如图6C和6D所示，每个容器托盘331包括本体部3311、形成于所述本体部3311底部的凹槽3312及形成于所述本体部3311底部中心的孔道3313。每个容器托盘331安装于所述安装本体332的对应凸起部3321上，其中所述孔道3313的侧壁延伸入所述凸起部3321的穿孔3323并定位于其内，所述凸起部3321则延伸入所述托盘331的凹槽3312并定位于其内。

如图6F所示，每个重量传感器单元334包括有形成于其顶部中心的连接孔3341，其收容于所述安装本体332的对应的容纳腔体3322中，其中所述连接接头333的一端延伸入所述重量传感器334的连接孔3341内，另一端经过所述穿孔3323延伸入所述托盘331的孔道3313内。底部封板335安装于所述安装本体332的底部，并将各个重量传感单元334封装于所述安装本体332内。对应的容器托盘331、连接接头333和重量传感单元334共同形成一个重量传感器330。

优选的，如图6C和6D所示，所述托盘331的本体部3311的周边形成有凸肋，这样在容器32放置于所述托盘331上时更加稳定。所述托盘331的凹槽3312的底部还设置有环形槽道3314，该环形槽道3314的设置有利于重量传感器单元334更加稳定的定位于所述容纳腔体3322内。

优选的，如图6A和6B所示，所述安装本体332包括有形成于其顶面周边上的阻挡部3324，各个凸起部3321之间具有缝隙空间，这样在容器中的液体发生泄露时，泄露的流体也会留存在阻挡部3324和凸起部3321围成的空间中，在这个空间中加入流体传感器可以检测到此处是否有流体泄露发生。在一个实施例中，所述安装本体332的凸起部3321与其顶面之间没有任何缝隙，它们是一体式结构，这样从容器中泄露的流体留存在阻挡部3324和凸起部3321围成的空间中时，不会渗透至所述安装本体332的下面，从而避免了重量传感器334收到腐蚀。在一个更进一步的实施例中，所述安装本体332的侧壁上形成有将阻挡部3324和凸起部3321围成的空间连通至外界的通道(未图示)，这样可以将泄露的流体及时排出。

所述流体传送模块20通过管道与所述微腔室的入口和出口相连通，通过管道与所述流体承载模块30中的流体相通，其用于将流体承载模块30内或由预定流体供给管道供给的各种未使用流体通过管道和所述微腔室的入口驱动至所述微腔室内。所述流体在所述微腔室内对所述半导体晶圆进行处理，比如利用超清洁水对所述半导体晶圆进行表面清洗，之后采用压力、重力或真空，通过气体的运动，运载驱使所述已使用过污染流体经由所述微腔室的出口和管道及流体传送模块里的各种阀门、接头、管道送入所述流体承载模块30中的相应容器或预定流体排出管道内。

如图3A和3B所示，其示出了所述流体传送模块20的一个实施例，所述流体传送模块20包括支撑框21、组装于所述支撑框21上的底部基板22、与所述底部基板22间隔设置的顶部基板23和两个互相间隔设置的侧面基板24和25，多个阀门26，以及一个或多个泵27。在此实施例中，两个侧面基板24和25平行设置，所述顶部基板23和所述底部基板24平行设置，所述底部基板22与两个侧面基板24和25相交，所述顶部基板23与两个侧面基板24和25相交。所述底部基板22、所述顶部基板23和两个侧面基板24和25的中间围出一个流体空间28。

所述阀门26的一端部上设置有多个连通端口261，根据外部控制所述阀门26可以选择性的将其两个连通端口261连通。所述泵27的一端部上设置有一个吸入液体的吸入口271和一个排出液体的排出口272。每个侧面基板上设有一个或多个安装孔(未标记)。所述阀门26的设置有连通端口261的端部穿过所述侧面基板24上的安装孔延伸至所述流体空间28内，所述阀门26的另一端部包括有电性线缆(未图示)，所述阀门26的电性线缆位于所述侧面基板24的非流体空间28的一侧。所述泵27的设置有吸入口271和排出口272的端部穿过所述侧面基板25上的安装孔延伸至所述流体空间28内，所述泵27的另一端部包括有电性线缆(未图示)，所述泵27的电性线缆位于所述侧面基板25的非流体空间28的一侧。

在使用时，可以利用管道将所述泵27的吸入口271、所述泵27的排出口272、所述阀门26的连通端口261、所述微腔室的入口、所述微腔室的出口和/或所述流体承载模块承载30的流体连通。这样，在泵27的驱动下可以将所述流体承载模块承载30的流体通过管道和/或所述阀门26输送至所述微腔室内，从所述微腔室流出的流体通过管道和/或所述阀门26输送至所述流体承载模块承载30或预定流体排出管道内。

在所述底部基板22上开设有连通所述流体空间28的下开口221，该下开口221供连接用的管道穿过。举例来说，假如各个模块10、20、30和40的位置关系图1所示，那么从所述下开口221穿过的管道将连通至所述流体承载模块30。在所述顶部基板23上开设有连通所述流体空间28的上开口231，该上开口231供连接用的管道穿过。举例来说，假如各个模块10、20、30和40的位置关系图1所示，那么从所述上开口231穿过的管道将连通至所述半导体处理模块10的微腔室。在一个优选的实施例中，所述流体传送模块20还包括位于所述下开口221的下方的如图3E所示的收液盒210，所述收液盒210的开口对准所述下开口221，这样流体空间28中的泄漏的液体都可以被收集至所述收液盒27中。

在所述收液盒内设置有用于探测是否有泄漏流体的流体传感器(未图示)，在所述流体传感器探测到收液盒内有泄漏流体时，则将感应数据传输给所述控制模块40，及时发出泄露警报信号，并由所述控制模块40分析泄漏故障发生地方。

本发明中的流体传送模块20的一个特点或优点在于：由于所述泵27的设置有吸入口271和排出口272的端部穿过所述侧面基板25延伸至所述流体空间28内，所述阀门26的设置有连通端口261的端部穿过所述侧面基板24延伸至所述流体空间28内，这样使得所述泵27的吸入口271和排出口272和所述阀门26的连通端口261相对设置，从而尽可能的缩短泵27的吸入口和排出口与所述阀门26的连通端口的距离，方便它们通过管道连通，空间利用率很高，使得整体的体积变小。

本发明中的流体传送模块20的另一个特点或优点在于：所述流体传送模块20的底部基板22、顶部基板23和两个侧面基板24和25围成了一个相对较为封闭的流体空间28，所述流体传送模块20的流体管道都从这个流体空间28中通过，方便这些流体管道的管理和与其它模块的交流。此外，如果发生流体泄漏或喷射的情况，泄漏或喷射的流体大都会被限制在流体空间28中，便于实施及时、有效地处理，同时还能尽可能地避免泄露扩散到其它区域，造成其它部件的损伤和破坏及产生其它安全问题。举例来说，所述液体通常为酸性或碱性液体，如果不设定封闭的流体空间，如果发生液体泄漏等情况，所述酸性或碱性液体很可能会腐蚀所述阀门或所述泵的电性线缆及其他部分，从而可能诱发安全事故或损坏设备。

本发明中的流体传送模块20的再一个特点或优点在于：在所述下开口221的下方还设置有所述收液盒210，这样可以在发生流体泄漏或喷射时，及时收纳和排除所述液体，避免对其他部分造成影响。

再次参考图3A和3B所示，所述流体传送模块20还包括从底部基板22延伸至顶部基板23的第五基板29，该第五基板29与所述侧面基板24和25垂直并相交。该第五基板29的一侧包括所述流体空间28，另一个侧的空间中设置有气阀和气压计等气体装置。所述流体承载模块30的容器内的或预定气体供给管道供给的气体可以通过所述气阀和管道被输送至所述半导体处理模块10的微腔室内，所述半导体处理模块10的微腔室排出的气体可以通过管道和所述气阀排出至所述流体承载模块30的容器内或预定气体排出管道。所述气压计可以检测微腔室内的气压。这样，所述第五基板29可以将所述流体空间28与包括气阀和气压计的气体空间隔开，这样在出现液体泄漏时不会影响到气体区的设备，从而进一步提高安全性。所述气阀也包括有电性线缆。

如图3C和3D所示，其示出了所述流体传送模块20的另一个实施例。为了更能明确所述流体传送模块20中的内部结构，在图3C中并未示出所述顶部基板23。图3C和图3D中的流体传送模块与图3A和图3B中的大部分结构相同，不同之处在于：图3C示出的流体传送模块的侧面基板25上安装的不是泵，而还是阀门26，所述阀门26的设置有连通端口261的端部穿过所述侧面基板25上的安装孔延伸至所述流体空间28内。也就是说，在此实施例中，两个侧面基板24和25上都设置所述阀门26，此时流体可以由预定流体供给管道实时供给，经由所述阀门26被输送至所述微腔室内，并从所述微腔室经由所述阀门26被输送给预定流体排出管道。

所述控制模块40通过半导体处理模块10内的驱动装置的电性线缆(未图示)、所述阀门26的电性线缆、所述泵27的电性线缆和/或气阀的电性线缆进行电性连接，实现对驱动装置、阀门26、泵27和/或气阀进行控制。所述控制模块40还与重量传感器330相连接以接收感应到的各个容器32的重量数据。

图4其示出了所述控制模块40的一个实施例，所述控制模块40包括阀门控制器41、驱动控制器42、泵控制器43、气阀控制器44和监控单元45。所述阀门控制器41可以控制所述流体传送模块20内的各个阀门26，比如各个阀门26是否连通，哪个连通端口和哪个连通端口连通等。所述驱动控制器42控制所述半导体处理模块10内的驱动装置，比如可以控制所述驱动装置使得上下微腔室处于打开位置，此时可以装载和/或移除该半导体晶圆，也可以控制所述驱动装置使得上下微腔室处于关闭位置。所述泵控制器43对所述流体传送模块20内的泵27进行控制，比如开启或关闭，再比如各种参数，比如液压、转速等。还可以控制所述气阀控制器44对所述流体传送模块20内的气阀进行控制，比如开启或关闭，再比如控制各种参数，比如气压等。所述监控单元45根据来自重量传感器330、收液盒27内的流体传感器或设置于其他位置的传感器的感应信号进行实时监控，例如：当泄露传感器检测到有液体泄漏时进行报警或提醒，并协助故障排除。

在通常的应用中，所述半导体处理模块10通过管道与所述流体传送模块20连通，所述流体传送模块20通过管道与所述流体承载模块30中的流体连通，所述控制模块40通过电性线缆与所述半导体处理模块10中的驱动装置、所述流体传送模块20中的泵、阀门、气阀电性相连，各个模块的连接关系非常简单，组装和更换非常方便。在一个实施例中，各个模块可以按照图1所示的位置关系将各个模块放置在一起，所述流体承载模块30放置于最底部，所述流体传送模块20放置于所述流体承载模块30的上部，所述半导体处理模块10放置于所述流体传送模块20的上部，所述控制模块40放置于所述流体传送模块20和所述流体承载模块30的侧面。

在其他实施例中，可以根据需要对各个模块进行位置调整各个模块之间的位置关系。图5A示出了本发明中的半导体处理设备的另一种组装方式的结构示意图。如图5A所示，所述流体承载模块30、所述流体传送模块20和所述半导体处理模块10依次从左到右放置，所述控制模块40放置于所述流体承载模块30和所述流体传送模块20上方。图5B示出了本发明中的半导体处理设备的再一种组装方式的结构示意图。如图5B所示，所述流体承载模块30放置于所述流体传送模块20的上方，所述半导体处理模块10放置于所述流体传送模块20的右侧，所述控制模块40放置于所述流体承载模块30和所述流体传送模块20左侧。

相对于庞大复杂的现有半导体处理设备来说，本发明中的半导体处理装置对装置的组成进行合理的模块化设计，该模块化的结果具有如下优点：1、实现生产线外设备部件的维护和故障排查、维修；当设备出现故障，只需要用事先准备好的备件模块将有问题的模块替换下来就可以恢复设备的运行，尽可能小地影响整个生产线的生产进度，换下来的模块在进行严格地检查、修复和维护后可成为下一次故障的备件模块；2、方便设备的组装和搬运；3、模块的组装形式多样化，可以根据不同厂家、不同生产线和其他要求、条件的变化进行组装；4、应用范围的扩大和延伸，当生产工艺需要改变时，只需要对设备的某个模块进行调整或重新设计后替换掉老得模块，例如：用可处理300毫米晶圆的处理腔模块换掉只能处理200毫米晶圆的处理腔模块。

在一个实施例中，所述监控单元45中记录有在半导体晶圆处理过程中的各个容器32的预置时间对重量数据。所述监控单元45根据各个重量传感器330传输过来的重量数据得到各个容器32的实际时间对重量数据，并基于各个容器的预置时间对重量数据和实际时间对重量数据确定该容器对应的流体传输通路是否出现故障。如果一个容器32的预置时间对重量数据和实际时间对重量数据偏差超过预定阈值，则判断该容器32对应的流体传输通路可能出现故障，比如泄漏，其中一个容器32对应的流体传输通路是指流体从该容器中被驱动入所述微腔室内的通路，或流体从所述微腔室中流入所述容器32中的通路。从所述容器的时间对重量数据中可以得知流体的使用情况，假如某一时段用量过大或过小都可能是由于发生故障而引起的。此外，所述监控单元45还可以根据所述容器的时间对重量数据来调整从该容器32抽取流体的流速，可以通过所述泵控制器43对所述泵27进行调整来调整从该容器抽取流体的流速。

所述监控单元45还可以接收来自收液盒27内的流体传感器的感应数据确定是否发生流体泄漏故障。在一个优选的实施例中，所述监控单元45可以综合流体传感器和重量传感器的感应数据进行判断，这样可以更准确的进行故障检测，比如可以直接判断是哪条通路出现故障，哪条通路的哪个位置出现故障。

上文仅对半导体处理模块10进行了简单的介绍，图7A和7B示出了所述半导体处理模块10的一个详细的实施例，下面结合图7A和图7B对所述半导体模块10进行详细介绍。

请参考图7A和图7B，其分别示出了本发明中的半导体处理模块在一个实施例中的立体示意图和正面示意图。简单来讲，所述半导体处理模块包括平整校正装置110、微腔室模块120、驱动装置130和立柱装置140。所述前三个模块中的各个组件由四根互相平行的立柱装置140所固定、支撑或导引，并沿所述立柱装置140由下往上分别为驱动装置130、微腔室模块120和平整校正装置110。其中微腔室模块120包括一处理半导体晶圆的微腔室，所述微腔室包括有上腔室板122和下腔室板126，所述上腔室板122由上盒装置124支撑，并由位于其上方的平整校正装置110固定于所述上盒装置124内；相应地，所述下腔室板126由下盒装置128支撑，下盒装置128又由位于其下方的驱动装置130支撑并驱动。

所述驱动装置130可驱动所述下盒装置128依所述立柱装置140导引而相对于所述上盒装置124移动，以便当需要装载及移除半导体晶圆时能够打开或关闭上盒装置124和下盒装置128，也即能够打开或关闭上腔室板122和下腔室板126形成的微腔室。当关闭所述微腔室时，可将化学试剂及其他流体通过所述微腔室的入口引入所述微腔室内部以供对其内的半导体晶圆进行化学分析、清洁、蚀刻及其他处理，并在处理完毕后，将所述化学试剂及其他流体通过所述微腔室的入口引出所述微腔室。

为了便于描述本发明，首先描述所述驱动装置130，所述驱动装置130由下向上依次包括底板132、位于底板上方的第一中间板134、位于第一中间板134上方的第二中间板136和位于第二中间板136上方的上板138。所述底板132、第一中间板134、第二中间板136和上板138形成的一个圆柱形的空腔，其内部空间可容纳有驱动器，所述驱动器是现有技术中较为成熟的产品，比如说气动驱动器，类似地，也可以采用其他诸如机械驱动、电动驱动或者液压驱动原理的驱动器。但是应当了解到，当所述驱动器产生向上的驱动力时，所述第二中间板136和上板138会被所述驱动器的驱动力所驱动而向上移动；当所述驱动器产生向下的驱动力时，所述第二中间板136和上板138会被所述驱动器的驱动力和自身重力所驱动而向下移动，从而使所述微腔室完成从打开状态到关闭状态的变换。易于思及的，在另外一个实施例中，所述底板132和第一中间板134可以一体成型制作成为一块底部板；所述第二中间板136和上板138可以结合制作成为一块顶部板。也就是说，所述驱动装置130并不拘泥于上述实施例中描述的实施例，只要能够达到同样的或者更优的效果的实施方式皆可。

接着描述如图7A和图7B中所示出的微腔室模块120。所述微腔室模块120由下向上依次包括下盒装置128、由下盒装置128支撑的下腔室板126、隔板125、隔板125上方的上盒装置124和由上盒装置124支撑的上腔室板122。所述下盒装置128和由下盒装置128支撑的下腔室板126可在所述驱动装置130的驱动下沿所述立柱装置140的导引而向上或者向下移动。所述隔板125、隔板125上方的上盒装置124和由上盒装置124支撑的上腔室板122通常静止不动，只可由所述平整校正装置110进行有关平整性的略微调整，有关该细节下文将会详述。当所述下盒装置128和由下盒装置128支撑的下腔室板126在所述驱动装置130的驱动下沿所述立柱装置140的导引而向上移动并与所述上腔室板122和上盒装置124闭合后，将形成微腔室。

图8为所述下盒装置124在一个实施例中700的立体示意图。所述下盒装置700的形状大体上呈底面为正方形的无盖盒状。在所述下盒装置700的四角包括对应于所述立柱装置140的四个柱位孔702。所述下盒装置700的底面较厚，且相对于上盒装置124的一面包括有三个倾斜角度和倾斜方式相同、并列且宽度相同的斜坡面704，此处包括斜坡面的底面设计用于收集位于其上方的下腔室板滴漏的化学药剂或者其他流体。藉由上述斜坡面，化学制剂或者其他流体最终可流动到所述斜坡面704的坡底。此时再配合连通所述斜坡面的坡底704的导流凹槽、孔洞、管线或者收纳盒之类的装置即可收集该流体。

同时应当认识到所述奇数斜坡面的坡底704朝向的盒壁缺失不存在的，而其他三个盒壁706与所述底面接触的内壁部位向水平方向凹陷形成一凹槽707。所述下腔室板128可经由缺失的盒壁部位，沿其他盒壁706上的凹槽707水平滑动进入所述下盒装置700并由所述底面支撑。同理，当所述下腔室板128位于下盒装置700内时也可以沿所述凹槽707滑动，从缺失的盒壁部位滑动出所述下盒装置700。所述下盒装置700的四边还分别形成有矩形的缺口708。

请参考图9，其示出了所述下腔室板128在一个实施例800中与所述下盒装置700的组装示意图。虽然所述下腔室板800通常为一体成型。所述下腔室板800包含下部820和位于所述下部820之上的上部840。所述下部820的尺寸和边缘厚度分别对应于所述下盒装置700的盒壁706之间的距离和凹槽707的宽度。以使所述下腔室板800可以沿所述下盒装置700的盒壁706上的凹槽707滑动。所述上部840上形成有腔壁，所述腔壁围成开口空腔，空腔的底面为所述微腔室的下工作面。

应当认识到，所述下腔室板800采用可抽拉式的方式滑动进入或者移出，可以非常方便地进行装载和移除。由于半导体晶圆的大小分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等等规格，加工时需要根据不同尺寸的晶圆更换匹配的下腔室板。同时，在所述下腔室板800滑动进入所述下盒装置700时，还可以使用一插件160(如图7A中所示)将其卡合于所述下盒装置内，在图10中示出了所述插件160在一个实施例900中的反面立体示意图。所述插件900的两边包含与所述下盒装置700的凹槽707对应的凸肋902，所述插件900的底部也即图示中的上面包含有对应于所述偶数斜坡面的凸起904和奇数斜坡面的凹陷906以对应所述下盒装置700的底面构造。显然地，藉由所述插件900的固定作用，所述下腔室板800可以被固定于所述下盒装置700内。

所述上腔室板122基本包括有大体上对称于所述下腔室板800的结构。所述上腔室板122包括呈正方形的上部和呈圆盘形的下部，本领域的技术人员通过图8非常易于思及到所述上腔室板122的构造，故本文省略所述上腔室板122的相关示意图。显然，所述上腔室板122的正方形的上部的边长和所述圆盘形下部的直径都可以与所述下腔室板800相同或者相近，且所述下部上形成有腔壁，所述腔壁围成开口空腔，空腔的底面为所述微腔室的上工作面。应当认识到，当所述下腔室板800的腔壁和所述上腔室板的腔壁闭合或者紧贴时，其中会形成一用于容纳半导体晶圆的空腔。

图11和图12分别示出了所述上盒装置124在一个实施例1000中的立体示意图和仰视图。所述上盒装置1000的形状大体上为底部为正方形的无盖盒装。所述上盒装置1000的四角分别有对应于所述立柱装置140的柱位孔1020所述底部的中央部分包含有略大于所述上腔室板的下部的圆形空腔1040，所述圆形空腔1040包含有向下延伸出所述底部的圆周凸肋1042。并且藉由包含三个盒壁1060的与所述上腔室板122的上部相吻合的盒状空间，形成可紧密容纳所述上腔室板122的结构。藉由该结构，所述上腔室板122可以被所述上盒装置1000所稳定的支撑。

图13示出了所述隔板125在一个实施例1200中的俯视示意图。所述隔板1200的形状呈正方形，并在所述隔板1200的四角包括对应于所述立柱装置140的四个柱位孔1220。所述隔板1200的中央部分包含有可以紧密接收上盒装置1000的圆周凸肋1042的圆形缺口1240。所述隔板1200的主要作用是支撑位于其上方的上盒装置1000和容纳于所述上盒装置1000内的上腔室板122。所述隔板1200的四边还分别形成有矩形的缺口1260，所述缺口1260可以用于容纳管线及安装其他诸如阀、流动控制器、感测器之类的元件。在一个实施例中，所述隔板1200可以采用不锈钢材料制作。

所述平整校正装置110包括校正板114、顶板112以及螺钉152。首先通过调节所述校正板114的四角上方的螺帽给予所述校正板114的四角适当的压力，可以初步调节所述上腔室板122的平整性。再利用现有的水平测量装置或者观察闭合状态的微腔室，根据测量结果或者观察结果，配合多个螺钉152在顶板112上的安装，可以精确地调整所述校正板122上的压力分布，从而使得所述上腔室板122处于较为符合工艺要求的状态。当然，在一些实施例中，也可能需要调节所述上腔室板122处于一定倾角的状态，以方便对半导体晶圆做相应的处理，此时调节所述上腔室板122的方式可以从上述描述中很容易地联想到。

所述平整校正装置110可以使所述上腔室板122的下表面处于较为合适的固定状态，而所述驱动装置130可以使所述下腔室板126的上表面下降或者上升而使得所述上腔室板122的下表面和所述下腔室板126的上表面形成的微腔室处于打开或者关闭状态。当然，为了获得较为严密的微腔室，所述上腔室板122的下表面和所述下腔室板126的上表面可以具有相应的贴合或者耦合结构，所述上腔室板122、上盒装置124、下腔室板126和下盒装置128的贴合处还可以采用诸如橡胶质地的密封O环等元件。同时为了能够使化学制剂或者其他流体能够进入和排出微腔室，所述上腔室板122和下腔室板126还应当具有中空的微小管道和导流槽之类的入口和出口结构。譬如需要使得半导体晶圆在所述微腔室内部时，半导体晶圆和所述微腔室的内壁形成有可供化学制剂流通的空隙，该空隙的预定宽度通常在0.01mm与10mm之间。诸如上述这些本文中未详细描述的部分，均为本领域技术人员所熟知的内容，在此不再累述。

在一个具体的实施例中，当采用本发明中的半导体处理装置100处理半导体晶圆时，处理过程大概可分为如下几个过程：腔室板更换过程、化学处理过程。

在腔室板更换过程，可以根据要处理的半导体晶圆尺寸而更换匹配的腔室板。首先将驱动器产生向下的驱动力而使下盒装置128和下腔室板126下降，然后打开或者拔出插件160，再将原有的下腔室板126沿所述下盒装置128的导航凹槽中滑动取出。将合适的所述下腔室板126沿所述下盒装置128的导航凹槽中滑动装入，安装所述插件160以使所述下腔室板126固定于所述下盒装置128内。

在化学处理过程，首先利用所述驱动装置130将所述微腔室闭合，再通过所述上腔室板122内的中空的微小管道及入口将化学制剂或其他流体引入所述微腔室以对内部的晶圆进行诸如分析、蚀刻之类的处理，然后通过内部的压力、诸如气体的运载或者重力驱使所述化学制剂或其他流体经由所述下腔室板126内的中空的微小管道或者导流槽之内的结构以及出口排出。特别地，由于上腔室板122和下腔室板126在设计时需要考虑诸如中空的微小管道或者导流槽之类的结构，根据具体实施例所述上腔室板122和下腔室板126可能有多种变形和更为复杂的结构，并不完全如本文中对于上腔室板122和下腔室板126的描述，故有关此处的区别不应当作为制约本发明的保护范围的因素。

除了图7A和7B示出的结构，所述半导体处理模块10还可以是采用其他类似的微腔室的结构。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供图1所示的半导体处理装置的在线故障检测方法，其包括：所述控制模块40中记录有在半导体晶圆处理过程中的各个容器的预置时间对重量数据；每个重量传感器330感测位于其上方的容器32的重量，并将其感测到的相应容器的重量数据传输给所述控制模块40；所述控制模块40根据各个重量传感器330传输过来的重量数据得到各个容器32的实际时间对重量数据，并基于各个容器的预置时间对重量数据和实际时间对重量数据确定该容器32对应的流体传输通路是否出现故障。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (12)

1.一种半导体处理设备，其特征在于，其包括半导体处理模块、流体传送模块、流体承载模块和控制模块，

所述半导体处理模块包括一用于容纳和处理半导体晶圆的微腔室，所述微腔室包括一个或多个供流体进入所述微腔室的入口和一个或多个供流体排出所述微腔室的出口，

所述流体承载模块还包括用于承载各种流体的多个容器以及分别位于所述多个容器下方的多个重量传感器，每个重量传感器感测位于其上方的容器的重量，并将其感测到的相应容器的重量数据传输给所述控制模块，

所述流体传送模块用于将所述容器内的未使用流体通过管道和所述微腔室的入口输送至所述微腔室内，被所述流体传送模块输送至所述微腔室内的流体在所述微腔室内对其内的半导体晶圆进行处理，之后已使用过的流体经由所述微腔室的出口、管道以及所述流体传送模块流入所述流体承载模块中的相应容器或流体排出管道内，

所述控制模块用于控制所述半导体处理模块和所述流体传送模块。

2.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其特征在于，所述控制模块中记录有在半导体晶圆处理过程中的各个容器的预置时间对重量数据，

所述控制模块根据各个重量传感器传输过来的重量数据得到各个容器的实际时间对重量数据，并基于各个容器的预置时间对重量数据和实际时间对重量数据的分析来判断该容器对应的流体传输通路是否出现故障。

3.根据权利要求2所述的半导体处理设备，其特征在于，如果一个容器的预置时间对重量数据和实际时间对重量数据偏差超过预定阈值，则判断该容器对应的流体传输通路出现故障。

4.根据权利要求2所述的半导体处理设备，其特征在于，所述流体传送模块包括支撑框、组装于所述支撑框上的多个基板以及阀门，所述多个基板围出一个流体空间，其中的一个或多个基板上设有安装孔，所述阀门的设置有连通端口的端部穿过所述基板上的安装孔延伸至所述流体空间内，组装于所述支撑框上的多个基板包括底部基板、与所述底部基板间隔设置的顶部基板和两个互相间隔设置的侧面基板，所述侧面基板上设置有安装孔。

5.根据权利要求4所述的半导体处理设备，其特征在于，两个侧面基板平行设置，所述顶部基板和所述底部基板平行设置，在所述底部基板上开设有连通所述流体空间的下开口，该下开口供连接用的管道穿过，所述流体传送模块还包括设置于所述下开口的下方的收液盒，在所述顶部基板上开设有连通所述流体空间的上开口，该上开口供连接用的管道穿过，每个侧面基板上都安设有多个阀门。

6.根据权利要求5所述的半导体处理设备，其特征在于，其还包括设置于所述收液盒内的用于探测是否有泄漏流体的流体传感器，在所述流体传感器探测到收液盒内有泄漏流体时，则将感应数据传输给所述控制模块，由所述控制模块确定是否发生泄漏故障。

7.根据权利要求4所述的半导体处理设备，其特征在于，所述流体传送模块还包括有泵，所述泵的设置有吸入液体的吸入口和排出液体的排出口的端部穿过其中的一个侧面基板上的安装孔延伸至所述流体空间内，所述阀门的设置有连通端口的端部穿过其中的另一个侧面基板上的安装孔延伸至所述流体空间内，所述泵的吸入口、所述泵的排出口、所述阀门的连通端口、所述微腔室的入口和/或所述微腔室的出口通过管道连通。

8.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其特征在于，所述控制模块根据所述容器的时间对重量数据来调整从该容器抽取流体的流速。

9.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其特征在于，所述控制模块中记录有在半导体晶圆处理过程中的各个容器的预置时间对重量数据，所述控制模块根据各个重量传感器传输过来的重量数据得到各个容器的实际时间对重量数据，并基于各个容器的预置时间对重量数据和实际时间对重量数据自动控制容器内流体的添加或排放。

10.一种如权利要求1-9任一所述的半导体处理装置的在线故障检测方法，其包括：

所述控制模块中记录有在半导体晶圆处理过程中的各个容器的预置时间对重量数据；

每个重量传感器感测位于其上方的容器的重量，并将其感测到的相应容器的重量数据传输给所述控制模块；

所述控制模块根据各个重量传感器传输过来的重量数据得到各个容器的实际时间对重量数据，并基于各个容器的预置时间对重量数据和实际时间对重量数据确定该容器对应的流体传输通路中的相关零件，如阀门、泵、接头、管道等等，是否出现故障。

11.根据权利要求10所述的在线故障检测方法，其特征在于，如果一个容器的预置时间对重量数据和实际时间对重量数据偏差超过预定阈值，则判断该容器对应的流体传输通路出现故障，即刻发出警告信号。

12.根据权利要求11所述的在线故障检测方法，其特征在于，所述控制模块还接收设置于所述收液盒内的流体传感器发出的感应数据，并在所述流体传感器探测到所述收液盒内有泄漏流体时确定是否发生泄漏故障。