CN111106051A - 晶圆自动添加装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆自动添加装置及方法，该装置包括缓冲栈、存储栈、检测模块及晶圆传送模块；缓冲栈用于在进入批次型工艺处理栈前暂时存放待处理批次的工艺晶圆，设置有多个卡槽；存储栈用于存储替位晶圆，其具有替位晶圆进出口；检测模块用于检测缓冲栈内未放置有工艺晶圆的卡槽的位置和数量；晶圆传送模块传送替位晶圆于缓冲栈和存储栈之间，抓取替位晶圆并传送至缓冲栈内未放置有工艺晶圆的卡槽处，以使工艺晶圆和替位晶圆的数量之和符合缓冲栈的卡槽数量。采用本发明的晶圆自动添加装置及方法，可以有效避免因每批次工艺晶圆的实际数量不同而引发的工艺不良等问题，有助于提高生产良率。

Description

晶圆自动添加装置及方法
技术领域
本发明属于半导体晶圆制程工艺领域，特别是涉及一种晶圆自动添加装置及晶圆自动添加方法。
背景技术
批次型处理工艺因其极高的生产效率而在半导体制造行业中得到广泛应用，比如批次型扩散沉积工艺和批次型湿法刻蚀及清洗工艺等。但批次型处理工艺仍然存在诸多需要改善的方面，比如因批次间的晶圆数量不同导致工艺分布差异以及由此引发的工艺不良等问题。
举例来说，批次型半导体芯片制造过程中使用了湿法刻蚀工艺及湿法清洗工艺，利用传统的浸入式刻蚀及清洗设备最多可同时处理数十片晶圆。在这种传统的浸入式刻蚀及清洗工艺中，利用25℃以上的高温化学药液对特定膜层或待刻蚀物质进行刻蚀清洗作业的过程中，晶圆投入刻蚀处理槽或清洗槽后，由于晶圆和药液之间的温度差异，导致刻蚀处理槽或清洗槽中瞬时间内伴随着温度下降的过程，即温度相对较低的晶圆接触到温度相对较高的化学药液后，两者之间发生热交换，导致化学药液的温度瞬间急剧下降，之后逐渐回升并最终回到正常的工艺处理温度。由于处理批次(同时投入刻蚀/清洗槽内进行工艺处理的晶圆的最小单位)间的晶圆实际数量不同，使得处理批次间温度下降的程度不同，图1示意了刻蚀处理槽内投入不同数量的晶圆后刻蚀处理槽内出现的温度变化差异，可以看到，当一种磷酸刻蚀槽内起始处理温度设定在基准值,例如163℃，根据不同批次投入化学药液内的晶圆的具体数量因实际制程变化而产生不同时，化学药液内瞬降温度的下限也就不同，投入晶圆数量由20片至50片的差异变化时，瞬降温度的下限也更严重，由此会导致绝对刻蚀量的差异并引发工艺不良，导致湿法刻蚀/清洗工艺或其他批次型处理工艺的制程稳定度变得不能被准确控制。随着半导体器件的关键尺寸日益缩小以及晶圆内的器件分布集成度日益提升，对于这种因批次间晶圆数量差异导致在批次型湿法刻蚀或清洗过程中出现刻蚀量或清洗程度的差异而引发的不良急需提出改善对策。
发明内容
鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆自动添加装置及晶圆自动添加方法，用于解决现有技术中因为不同的处理批次内的晶圆的实际数量不同，导致不同的处理批次晶圆被投入制程腔室内，比如一刻蚀/清洗槽后刻蚀/清洗槽内的温度变化呈现出差异，继而导致晶圆刻蚀量的差异并引发工艺不良等问题。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种晶圆自动添加装置，包括缓冲栈、存储栈、检测模块及晶圆传送模块；所述缓冲栈用于在进入批次型工艺处理栈前暂时存放待处理批次的工艺晶圆，所述缓冲栈上设置有多个用于放置工艺晶圆的卡槽；所述存储栈用于存储替位晶圆，所述存储栈具有替位晶圆进出口；所述检测模块用于检测所述缓冲栈内未放置有工艺晶圆的卡槽的位置和数量；所述晶圆传送模块传送所述替位晶圆于所述缓冲栈和所述存储栈之间，以自所述存储栈抓取所述替位晶圆并传送至所述缓冲栈内以填补所述缓冲栈内未放置有工艺晶圆的所述卡槽，以使所述缓冲栈内的所述工艺晶圆和所述替位晶圆的数量之和符合所述缓冲栈内所述卡槽的数量，所述缓冲栈内的所述工艺晶圆的排列图形识记待处理批次的晶圆排列图形并保持至所述工艺处理栈中。
可选地，所述缓冲栈的卡槽的数量的一倍或整数倍对应后一道制程的完整批次处理数量，并且所述缓冲栈的卡槽数量大于等于前一道制程的完整批次处理数量或者大于等于晶舟盒的装载运输数量。
更可选地，所述缓冲栈内所述卡槽的数量为25个。
可选地，所述缓冲栈和所述存储栈位于所述晶圆传送模块的相对两侧，所述检测模块位于所述缓冲栈中。
可选地，所述替位晶圆选自裸硅晶圆、氮化硅晶圆和二氧化硅晶圆所构成的群组中的一种或多种。
可选地，所述存储栈包括若干个放置替位晶圆的载台、若干个驱动电机、PLC控制器及传感器，所述替位晶圆进出口对应其中一个所述载台，其中，若干个所述驱动电机与若干个所述载台一一对应连接，以驱动所述载台在上下左右方向上移动；所述PLC控制器与所述若干个驱动电机相连接，以由所述驱动电机驱动所述载台在上下左右方向上移动；所述传感器与所述替位晶圆进出口相邻，以检测所述替位晶圆进出口对应的所述载台上是否放置有替位晶圆；所述PLC控制器还与所述传感器相连接，用于在所述传感器检测到所述替位晶圆进出口对应的所述载台上没有替位晶圆时控制若干个所述载台移动，以使所述替位晶圆进出口对应的载台上放置有替位晶圆。
可选地，所述晶圆自动添加装置还包括替位晶圆回收栈，用于对使用过的替位晶圆进行回收。
本发明还提供一种晶圆自动添加方法，所述晶圆自动添加方法采用如上述任一方案中所述的晶圆自动添加装置进行，其包括步骤：将第一待处理批次的工艺晶圆转载到所述缓冲栈的所述卡槽中，所述缓冲栈中的所述卡槽中工艺晶圆的排列图形对应所述第一待处理批次的工艺晶圆的排列图形，并采用所述检测模块对所述缓冲栈的卡槽进行检测以确定所述缓冲栈内未放置有工艺晶圆的卡槽的位置和数量；及当检测到所述缓冲栈内有未放置有工艺晶圆的卡槽时，所述晶圆传送模块从所述存储栈内抓取替位晶圆并传送至所述缓冲栈内以填补所述缓冲栈内未放置有工艺晶圆的所述卡槽，以使所述缓冲栈内的所述工艺晶圆和所述替位晶圆的数量之和符合所述缓冲栈内所述卡槽的数量，且所述第一待处理批次的工艺晶圆的排列图形仍保持在所述缓冲栈中。
可选地，当所述缓冲栈内所述卡槽的数量符合工艺处理栈的批次处理数量的1/n，n为大于1的整数时,所述缓冲栈内保持有所述第一待处理批次晶圆排列图形的所述工艺晶圆和所述替位晶圆转载到所述工艺处理栈，再将第二待处理批次的工艺晶圆转载到所述缓冲栈中已经未放置有所述第一待处理批次的工艺晶圆和填充的替位晶圆的所述卡槽中，所述缓冲栈中的所述卡槽中的工艺晶圆的排列图形对应所述第二待处理批次的工艺晶圆的排列图形并采用所述检测模块对所述缓冲栈的卡槽进行检测以确定所述缓冲栈内未放置有工艺晶圆和替位晶圆的卡槽的位置和数量；当检测到所述缓冲栈内有未放置有工艺晶圆和替位晶圆的卡槽时，所述晶圆传送模块从所述存储栈内抓取替位晶圆并传送至所述缓冲栈内以填补所述缓冲栈内未放置有工艺晶圆和替位晶圆的所述卡槽，以使所述缓冲栈内的所述工艺晶圆和所述替位晶圆的数量之和符合所述缓冲栈内所述卡槽的数量，且所述第二待处理批次的工艺晶圆的排列图形仍保持在所述缓冲栈中，及所述缓冲栈内保持有所述第二待处理批次晶圆排列图形的所述工艺晶圆和所述替位晶圆转载到所述工艺处理栈，其中所述工艺处理栈内同时保持所述第一待处理批次和所述第二待处理批次的工艺晶圆的排列图形。
可选地，所述排列图形包含工艺晶圆的晶圆排列次序及晶圆间空位排列间隔。
在另一可选方案中，在使所述缓冲栈内所述工艺晶圆和所述替位晶圆的数量之和达到所述工艺处理栈的所述卡槽的数量后还包括将所述工艺晶圆和所述替位晶圆放入所述工艺处理栈的步骤，所述工艺晶圆和所述替位晶圆在所述工艺处理栈中的排列图形与在所述缓冲栈内的排列图形对应。
可选地，当所述缓冲栈内所述卡槽的数量少于所述工艺处理栈的批次处理数量，所述晶圆自动添加方法还包括：所述缓冲栈内保持有所述第一待处理批次晶圆排列图形的所述工艺晶圆和所述替位晶圆转载到所述工艺处理栈；所述晶圆传送模块从所述存储栈内抓取替位晶圆并传送至所述缓冲栈内；及所述缓冲栈内所述替位晶圆转载到所述工艺处理栈，以填补符合所述工艺处理栈的晶圆批次处理数量,所述工艺处理栈内至少保持所述第一待处理批次的工艺晶圆的排列图形。
可选地，在所述工艺晶圆和所述替位晶圆由所述缓冲栈转载到所述工艺处理栈后,所述工艺处理栈包括刻蚀处理槽的晶圆固定槽座，所述晶圆固定槽座具有多个槽位，所述槽位以无空置槽位方式填满有所述工艺晶圆和所述替位晶圆。
如上所述，本发明的晶圆自动添加装置能够通过自动检测待处理批次的工艺晶圆的数量并基于检测结果添加替位晶圆以使待处理的工艺晶圆的数量和添加的替位晶圆的数量之和达到固定数量，比如为所述缓冲栈的所述卡槽的数量的一倍或数倍，全部添加完成后的替位晶圆和待处理批次的工艺晶圆一起经由工艺处理栈进入到制程腔室中，比如一刻蚀/清洗槽内，由此可以有效避免因处理批次的工艺晶圆的数量不同而导致刻蚀/清洗槽内的温度变化差异导致的刻蚀量差异以及由此引发的工艺不良等问题，有助于提高生产良率。采用本发明的晶圆自动添加方法可以对晶圆进行有效管理，便于后续工艺的顺利进行，有助于生产良率提高。且可以有效避免工艺晶圆和替位晶圆的混淆，避免生产事故。
附图说明
图1显示为现有技术中刻蚀/清洗槽内投入不同数量的工艺晶圆后刻蚀/清洗槽内出现的温度变化差异示意图。
图2显示为本发明实施例一的晶圆自动添加装置的结构示意图。
图3显示为本发明实施例一中的晶圆自动添加装置的存储栈的一例示图。
图4及图5显示为本发明实施例一的晶圆自动添加装置的作业过程前后示意图。
图6显示为采用本发明实施例一的晶圆自动添加装置添加替位晶圆并连同工艺晶圆一同投入163℃的磷酸刻蚀/清洗槽内后刻蚀/清洗槽内出现的温度变化示意图。
图7显示为本发明实施例二的晶圆自动添加方法的流程图。
图8至图13显示为本发明实施例二的晶圆自动添加方法的过程示意图。
图14及图15显示为本发明实施例三的晶圆自动添加方法的过程示意图。
组件标号说明
1 缓冲栈
11 卡槽
2 存储栈
21 晶圆进出口
22 载台
23 PLC控制器
24 传感器
25 驱动电机
3 检测模块
4 晶圆传送模块
41 感应装置
51，51’ 工艺晶圆
52 替位晶圆
6 中央控制器
7 工艺处理栈
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2至图13。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。且为使图示更加简洁，本说明书中对同一图示中的相同结构尽量不重复标记。
实施例一
如图2所示，本发明提供一种晶圆自动添加装置，包括缓冲栈1、存储栈2、检测模块3及晶圆传送模块4；所述缓冲栈1用于在待处理批次的工艺晶圆51进入批次型工艺处理栈7前暂时存放所述工艺晶圆51，所述缓冲栈1上设置有多个用于放置工艺晶圆51的卡槽11；所述存储栈2用于存储替位晶圆52，所述存储栈2具有替位晶圆进出口21；所述检测模块3用于对所述缓冲栈1内已经存放的所述工艺晶圆51的数量和位置进行检测以确定所述缓冲栈1内未放置有工艺晶圆51的卡槽11的位置和数量；所述晶圆传送模块4传送所述替位晶圆52于所述缓冲栈1和所述存储栈2之间，以自所述存储栈2内抓取所述替位晶圆52并传送至所述缓冲栈1内以填补所述缓冲栈1内未放置有工艺晶圆51的所述卡槽11，以使所述缓冲栈1内的所述工艺晶圆51和所述替位晶圆52的数量之和符合所述缓冲栈1内所述卡槽11的数量，所述缓冲栈1内的所述工艺晶圆51的排列图形识记待处理批次的晶圆排列图形并保持至所述工艺处理栈7中。全部添加后的所述替位晶圆52最终将和待处理批次的所述工艺晶圆51一起经所述工艺处理栈7后投入到制程腔室中，比如一刻蚀/清洗槽中，由此可以有效避免因处理批次的工艺晶圆的数量不同而导致刻蚀/清洗槽内的温度变化差异导致的工艺分布差异以及由此引发的工艺不良等问题，有助于提高生产良率。
所述缓冲栈1的所述卡槽11的数量可以对应前一道批次型工艺处理栈的批次处理数量，比如对应前一道处理批次的全部批次处理数量，例如一晶舟盒内可装载的晶圆全部数量,通常是25片,或者，所述卡槽11的一倍或整数倍数量可以对应后一道批次型工艺处理栈的批次处理数量，即所述卡槽11的数量可以和批次型工艺处理栈的批次处理数量相等,也可以是所述卡槽11的数量的2倍及以上等于工艺处理栈的批次处理数量，例如所述卡槽11的数量是25片时，后一道批次型工艺处理栈的批次处理数量是50片。作为最佳示例，所述缓冲栈1的所述卡槽11数量的一倍或整数倍对应后一道制程的完整批次处理数量,且所述缓冲栈1的卡槽11的数量大于等于前一道制程的完整批次处理数量或者大于等于晶舟盒的完整装载运输数量。作为次佳示例，所述缓冲栈1的所述卡槽11数量的一倍或整数倍对应前一道制程的完整批次处理数量或者对应晶舟盒的完整装载运输数量,且所述缓冲栈1的卡槽11的数量小于等于后一道制程的完整批次处理数量。本实施例中，作为示例，所述卡槽数量为25，相应地晶舟盒的装载运输数量为25，而后一道制程刻蚀/清洗批次数量为50片，所以所述缓冲栈1的所述卡槽11数量可以对应晶舟盒的完整装载运输数量，并且所述缓冲栈1的所述卡槽11数量的整数倍又可以对应后一道制程的完整批次处理数量，这样的设置使得所述缓冲栈1与整个半导体制造厂内的设备更加匹配，有利于工艺制程的优化和简化。当然，在其他示例中，所述卡槽11的数量还可以有其他选择，但优选为25的整数倍。且需要说明的是，卡槽数量的计算应该是以所述缓冲栈1中能被有效利用且系统设定上能被检测辨别的卡槽为准，排除无效或不被设定在检测范围内的卡槽。
作为示例，所述排列图形包含工艺晶圆的晶圆排列次序及晶圆间空位排列间隔，经本发明的晶圆自动添加装置进行传送的待处理批次的工艺晶圆51，其在传送至所述缓冲栈1前、传送至所述缓冲栈1内后以及后续传送到所述工艺处理栈7中，所述工艺晶圆51的排列次序和晶圆间空位排列间隙始终保持一致，这样可以确保对所述工艺晶圆51的追踪管理，避免传送过程中出现误差。所述排列图形具体可转换为电子化晶圆编码定序地图，以供半导体处理设备的使用，便于追朔晶圆生产历程。
所述替位晶圆52优选伪晶圆(dummy wafer)，伪晶圆即表面未制作有任何器件的晶圆，其在半导体制造厂内的工艺调试中广泛使用，而本发明赋予伪晶圆新的功能，使用伪晶圆可以有效降低生产成本。当然，所述替位晶圆52也可以是与所述工艺晶圆51同属性的其他晶圆，本实施例中不做严格限制。
作为示例，所述晶圆传送模块4与所述检测模块3相连接，以在所述检测模块3检测到所述缓冲栈1内存在未放置有所述工艺晶圆51的卡槽11时从所述存储栈2内抓取所述替位晶圆52并传送至所述缓冲栈1内以填补所述缓冲栈1内未放置有所述工艺晶圆51的所述卡槽11。
所述缓冲栈1和所述存储栈2的位置理论上没有任何限制，只要位于所述晶圆传送模块4可延伸到的范围内即可。作为示例，本实施例中，所述缓冲栈1和所述存储栈2位于所述晶圆传送模块4的相对两侧，即所述晶圆传送模块4位于所述缓冲栈1和所述存储栈2之间，这样的位置设置可以使所述晶圆传送模块4很容易地从所述存储栈2取出替位晶圆52并补充到所述缓冲栈1内，有利于减小整个系统所占的空间，有利于半导体制造厂内的布局优化。作为示例，所述存储栈2还可以包括清洗装置(未图示)，比如包括清洗气体管路，以对所述替位晶圆52进行清洗作业。当然所述缓冲栈1和所述存储栈2的实际结构可以完全一致，只是分别用于存储工艺晶圆51和替位晶圆52而已。
所述检测模块3的位置亦可以根据需要灵活设置，只要所述检测模块3的检测范围足以覆盖整个所述缓冲栈1即可。本实施例中，作为示例，所述检测模块3位于所述缓冲栈1中指位于可检测所述缓冲栈1的范围空间中，包含位于所述缓冲栈1的内部、其他部位或外部，使所述检测模块3的检测范围能够覆盖整个所述缓冲栈1即可。在所述缓冲栈1比较大的情况下，可以设置多个所述检测模块3，以确保能够全面检测到所述缓冲栈1的情况。当然，在其他示例中，也可以单独设置一支架以固定所述检测模块3，或者将所述检测模块3通过一支架固定在位于所述缓冲栈1相对一侧的所述存储栈2上，甚至可以将所述检测模块3设置于所述晶圆传送模块4上，本实施例中不做严格限制，重要的是确保所述检测模块3能够检测到所述缓冲栈1内的全部情况。
作为示例，所述检测模块3的检测端包括CCD相机或CMOS相机，当然，其他可实现快速准确摄像的装置也可，本实施例中不做严格限制。所述检测模块3可以自动进行检测分析，也可以仅进行图像抓取，之后将抓取的图像传送到一中央控制器6，该中央控制器6对图像进行分析，并基于分析结果控制其他装置的作业，即所述检测模块3与所述中央控制器6相连接，对此内容将在后文中继续提及。所述中央控制器6可以是电脑，可快速进行数据存储分析。
所述晶圆传送模块4可以是任何可以在上下左右方向灵活进行移动作业的装置。本实施例中，所述晶圆传送模块4优选机械传送臂，所述机械传送臂可抓取晶圆并在上下左右方向上移动。
由于处理批次的工艺晶圆51的种类不同，因而为保持和工艺晶圆51的表面特性一致，所述替位晶圆52包括裸硅晶圆、氮化硅晶圆和二氧化硅晶圆中的一种或多种，不同种类的裸晶圆可以放置于同一个所述存储栈2内，通过在对应不同种类的替位晶圆52位置上设置条形码之类的标签进行物料管理。本实施例中，所述存储栈2包括多个，多个所述存储栈2分别用于存储不同种类的替位晶圆，多个所述存储栈2可以是并列排布或者是上下叠置，只要将其排布信息输送至所述晶圆传送模块4以便所述晶圆传送模块4可根据需要抓取所需种类的替位晶圆即可。当然，所述替位晶圆52的存储信息可以存储至所述中央控制器6，并由所述中央控制器6依据事先获得的工艺生产参数(recipe)控制所述晶圆传送模块4抓取相匹配的替位晶圆。
在一示例中，所述晶圆传送模块4基于所述中央控制器6的指令在上下左右方向上移动，因而所述替位晶圆52的取放点无需严格限定，比如，所述替位晶圆进出口21包括多个，在对应每一个替位晶圆52的存放处都设置有所述替位晶圆进出口21，且可以在所述晶圆传送模块4的末端设置感应装置41，所述感应装置41可以自动感应相应的位置上是否有所述替位晶圆52，若没有，则所述晶圆传送模块4移动到下一个位置进行感应，直至抓取到所述替位晶圆52。由于所述检测模块3已经事先检测到了所述缓冲栈内未放置有工艺晶圆51的位置和数量，这些信息被输送至所述中央控制器6，因而所述中央控制器6将基于所述检测模块3事先检测到的结果控制所述晶圆传送模块4将抓取的替位晶圆52传送至所述缓冲栈1内以填补所述缓冲栈1内未放置有工艺晶圆51的所述卡槽11，最终使所述工艺晶圆51和所述替位晶圆52的数量之和符合所述缓冲栈1内所述卡槽11的数量。所述感应装置41可以是诸如位置传感器之类的装置。当然，市面上已经有诸多商用化的智能机器人，具备数据存储和分析功能，因而可以基于所述检测模块3的检测结果进行所述替位晶圆52的抓取，具体不做限制。
在另一示例中，所述存储栈2包括若干个放置替位晶圆52的载台22、若干个驱动电机25、PLC控制器23及传感器24，所述替位晶圆进出口21的尺寸可以对应其中一个所述载台22，其中，若干个所述驱动电机25与若干个所述载台22一一对应连接，以驱动所述载台22在上下左右方向上移动；所述PLC控制器23与所述若干个驱动电机25相连接，以由所述驱动电机25驱动所述载台22在上下左右方向上移动；所述传感器24与所述替位晶圆进出口21相邻，以检测所述替位晶圆进出口21对应的所述载台22上是否放置有替位晶圆52；所述PLC控制器23还与所述传感器24相连接，用于在所述传感器24检测到所述替位晶圆进出口21对应的所述载台22上没有替位晶圆52时控制若干个所述载台22移动，以使所述替位晶圆进出口21对应的载台22上放置有替位晶圆52。即本实施例中多个所述载台22可以在上下左右方向上移动以使所述晶圆传送模块4可以在固定位置抓取晶圆，有利于减少所述晶圆传送模块4的检测和升降时间。
从所述工艺处理栈7取出后的替位晶圆52经清洗或其他批次处理后可以送回原位到所述存储栈2，也可以如本实施例中所示设置替位晶圆回收栈，用于对使用过的替位晶圆52进行回收。所述替位晶圆回收栈的具体形状可以和所述存储栈2或所述缓冲栈1一样，其具体位置也并无严格限定，只要保证其在所述晶圆传送模块4所能延伸到的范围内即可。
为使本发明的技术方案和优点更加突出，下面结合图4及图5来对本发明的晶圆自动添加装置的工作原理及过程做一简要说明。
首先，待处理批次的工艺晶圆51被传送至本发明的晶圆自动添加装置，同一批次所有的工艺晶圆51将被转移到本发明的晶圆自动添加装置的所述缓冲栈1的所述卡槽11上同时保持该批次的晶圆排列图形到所述缓冲栈1，例如同批次编号次序1，2，3，5的晶圆排列及编号次序4为空位的形态也会转移到所述缓冲栈1中。之后，所述检测模块3将开始对所述缓冲栈1内的工艺晶圆51的数量和位置进行检测以确定所述缓冲栈1内未放置有所述工艺晶圆51的卡槽11的位置和数量。比如，经检测，该处理批次的工艺晶圆51数量与所述缓冲栈1内所述卡槽11的数量不一致，即存在未放置有所述工艺晶圆51的卡槽11(如图4中左侧所示的空卡槽)，所述晶圆传送模块4将从所述存储栈2内抓取替位晶圆52并传送至所述缓冲栈1内以填补所述缓冲栈1内未放置有工艺晶圆51的所述卡槽11，以使所述工艺晶圆51和填补的所述替位晶圆52的数量之和符合所述缓冲栈1的所述卡槽11的数量，也就是说，在可辩别范围内的卡槽11不会有空位卡槽。填充后所述缓冲栈1的情况如图5所示。经填充处理后所有的工艺晶圆51和填补的所述替位晶圆52将被一同放入工艺处理栈7并连同所述工艺处理栈7一同进入制程腔室中，比如进入到刻蚀/清洗槽内进行刻蚀清洗作业或其他批次式工艺作业。由于经填充后，所述工艺晶圆51和所述替位晶圆52的数量之和达到统一的处理数量，因而可以有效避免因处理批次的工艺晶圆的数量不同而导致刻蚀/清洗槽内的温度变化差异导致的刻蚀量差异以及由此引发的工艺不良等问题，有助于提高生产良率。比如从图6所示的往163℃的磷酸刻蚀/清洗槽内出现的温度变化示意图可以看到，由于经添加替位晶圆后，替位晶圆数量和工艺晶圆的数量之和达到统一的数量，即每一批次投入的晶圆数量都相同，因而在投入刻蚀/清洗槽后化学药液不会出现批次间的温度变化的差异，有助于确保刻蚀工艺的稳定，改善工艺分布。而且，当前批次处理过程中保持原批次的晶圆排列图形也容易做制程分析。当然，对所述存储栈2因根据需要及时进行替位晶圆52的补给。且对所述替位晶圆52还需进行管理，必要时更换掉使用了多次的替位晶圆52，比如将使用3次以上的所述替位晶圆52做废弃处理，具体可参考各个半导体厂内的伪晶圆管理流程，对此内容不做更多展开。
需要说明的是，虽然本实施例中主要以刻蚀/清洗槽来示例本发明的有益效果，但本发明可适用于半导体制造中的任何批次型工艺，尤其是对工艺分布均匀性要求很高的批次型工艺中，比如应用到批次型扩散沉积工艺中，可以提高晶圆受热均匀性和提高扩散气体的分布均匀性等，由此可以显著提升批次型扩散沉积的均匀性和稳定性，即所述工艺处理栈可以是任何批次型工艺处理栈，比如刻蚀/清洗槽的晶圆固定槽座和炉管沉积设备的晶舟等，采用本发明的晶圆自动添加装置对待处理的工艺晶圆进行替位晶圆的添加以使工艺晶圆和替位晶圆的数量达到一固定数量，比如与所述缓冲栈的所述卡槽的数量一致，可以有效避免因每批次工艺晶圆的实际数量不同而导致的工艺分布差异以及由此引发的工艺不良等问题，有助于提高生产良率。且可以有效避免工艺晶圆和替位晶圆的混淆，避免生产事故。此外，本发明还能运用于衔接不同批次处理数量的半导体制程设备并能够有效率地做出制程分析和生产追踪。
实施例二
如图7至图13所示，本发明还提供一种晶圆自动添加方法，其采用实施例一中的晶圆自动添加装置进行，包括如下步骤：
S01：将第一待处理批次的工艺晶圆51转载到所述缓冲栈1的所述卡槽11中，所述缓冲栈1中的所述卡槽11中工艺晶圆51的排列图形对应所述第一待处理批次的工艺晶圆51的排列图形，即所述工艺晶圆51在所述缓冲栈1中转移有第一待处理批次的排列图形，包括排列顺序和排列间隙等信息，与其在传送到所述缓冲栈1之前的排列图形完全一样，然后采用所述检测模块3对所述缓冲栈1的卡槽11进行检测以确定所述缓冲栈1内未放置有工艺晶圆51的卡槽11的位置和数量，具体如图8所示；
S02：当检测到所述缓冲栈1内有未放置有工艺晶圆51的卡槽11时，所述晶圆传送模块4从所述存储栈2内抓取替位晶圆52并传送至所述缓冲栈1内以填补所述缓冲栈1内未放置有工艺晶圆51的所述卡槽11，以使所述缓冲栈1内的所述工艺晶圆51和所述替位晶圆52的数量之和符合所述缓冲栈1内所述卡槽11的数量，且所述第一待处理批次的工艺晶圆51的排列图形仍保持在所述缓冲栈1中，对第一批次待处理的工艺晶圆51进行替位晶圆52添加后的情况如图9所示。采用本实施例的晶圆自动添加方法将待处理的工艺晶圆51数量和替位晶圆52的数量添加成一固定数量，可以有效避免因各个处理批次的工艺晶圆的数量不同而导致所述工艺处理栈7内晶圆数量不一致而导致的工艺分布差异以及由此引发的工艺不良，有助于后续工艺的顺利进行，有助于提高生产良率。对晶圆的排列图形进行严格管理以使其在不同的栈点能保持排列图形的严格对应，可以避免工艺晶圆和替位晶圆的混淆，便于后续顺利取出所述替位晶圆。所述步骤S02可以实施在所述步骤S01后，也可以实施在所述步骤S01中。
作为示例，所述步骤S01中，将所述工艺晶圆51放置到所述缓冲栈1的卡槽11中既可以利用实施例一中的晶圆传送模块4进行，也可以利用设备内其他现有的传送装置，具体不做限制。所述检测模块3可以是CCD相机或CMOS相机，或者是其他任何可以进行快速准确摄像的装置。
作为示例，所述步骤S02中晶圆传送模块4可根据中央控制器6的指令抓取与所述工艺晶圆51的类型相匹配的替位晶圆52，比如裸硅晶圆、氮化硅晶圆和二氧化硅晶圆等类型中的一种，以保持和所述工艺晶圆51的种类一致，避免在工艺过程中引入杂质污染。
本发明的晶圆自动添加方法可以是一次完成，即在所述缓冲栈1的所述卡槽11数量比较少或所述第一处理批次的工艺晶圆51的数量比较多的情况下经过一次添加即可完成整个所述晶圆自动添加作业，之后将所述缓冲栈1内的所述工艺晶圆51和所述替位晶圆52放入所述工艺处理栈7，并连同所述工艺处理栈7一起进入制程腔室进行工艺处理，比如将所述工艺晶圆51和所述替位晶圆52放入一晶圆固定槽座中，之后连同所述晶圆固定槽座一起进入刻蚀/清洗槽中，或将所述工艺晶圆51和所述替位晶圆52放入一晶舟中，之后连同所述晶舟进入扩散沉积腔室。所述工艺晶圆51和所述替位晶圆52在所述工艺处理栈7中的排列图形与在所述缓冲栈1内的排列图形对应。对单批次的工艺晶圆的处理还可参考实施例一中的描述。本实施例中重点针对两个批次的待处理晶圆的作业过程进行介绍，即当所述缓冲栈1内所述卡槽11的数量为所述工艺处理栈7的批次处理数量的1/n，其中，n为大于1的整数时，比如当n为2，即所述工艺处理栈7的批次处理数量为50时，本实施例的晶圆自动添加方法还包括：
将所述缓冲栈1内保持有所述第一待处理批次晶圆排列图形的所述工艺晶圆51和所述替位晶圆52转载到所述工艺处理栈7中，具体如图10所示；
接下来将第二待处理批次的工艺晶圆51’转载到所述缓冲栈1中已经未放置有所述第一待处理批次的工艺晶圆51和填充的替位晶圆52的所述卡槽11中，所述缓冲栈1中的所述卡槽11中的工艺晶圆51的排列图形对应所述第二待处理批次的工艺晶圆51’的排列图形并采用所述检测模块3对所述缓冲栈1的卡槽11进行检测以确定所述缓冲栈1内未放置有工艺晶圆51’和替位晶圆52的卡槽11的位置和数量，具体如图11所示。
当检测到所述缓冲栈1内有未放置有工艺晶圆51’和替位晶圆52的卡槽11时，所述晶圆传送模块从所述存储栈2内抓取替位晶圆52并传送至所述缓冲栈1内以填补所述缓冲栈1内未放置有工艺晶圆51’和替位晶圆52的所述卡槽11，以使所述缓冲栈1内的所述工艺晶圆51’和所述替位晶圆52的数量之和符合所述缓冲栈1内所述卡槽11的数量，且所述第二待处理批次的工艺晶圆51’的排列图形仍保持在所述缓冲栈1中，对所述第二批次的待处理的工艺晶圆51’进行替位晶圆52的添加后的情况如图12所示。
最后将所述缓冲栈1内保持有所述第二待处理批次晶圆排列图形的所述工艺晶圆51’和所述替位晶圆52转载到所述工艺处理栈7，其中所述工艺处理栈7内同时保持所述第一待处理批次的工艺晶圆51和所述第二待处理批次的所述工艺晶圆51’的排列图形，具体如图13所示。
当所述工艺处理栈7的批次处理数量为所述缓冲栈1的所述卡槽11数量的3倍或3倍以上时，按上述方法进行多次操作即可，采用本发明的晶圆自动添加方法，可使待处理批次的工艺晶圆的排列顺序在整个作业过程中保持不变，有助于对晶圆的追踪管理，可以有效避免工艺晶圆和替位晶圆之间的混淆。
作为示例，所述排列图形包含所述工艺晶圆51的晶圆排列次序及晶圆间空位排列间隔，当然，可以理解的是，当所述工艺晶圆51的晶圆排列次序及晶圆间空位排列间隔被保持不变时，填充的所述替位晶圆52的晶圆排列次序及晶圆间空位排列间隔也将保持不变，因而所述工艺晶圆51和所述替位晶圆52的位置在整个流转过程中被严格锁定，如同被定位(mapping)跟踪一样，因而可以避免所述工艺晶圆51和所述替位晶圆52的混淆，尤其是可以对所述工艺晶圆51进行追踪管理。
实施例三
如图14及图15所示，本发明还示例另一种情境下的晶圆自动添加方法，其采用实施例一中的晶圆自动添加装置进行，且其步骤与实施例二大体相似，故本实施例中未提及的内容，具体可参考实施例一及实施例二，出于简洁的目的不再赘述。本实施例与实施例二的区别在于，当所述缓冲栈1内所述卡槽11的数量少于所述工艺处理栈7的批次处理数量，所述晶圆自动添加方法还包括将所述缓冲栈1内保持有所述第一待处理批次晶圆排列图形的所述工艺晶圆51和所述替位晶圆52转载到所述工艺处理栈7，然后所述晶圆传送模块4从所述存储栈2内抓取替位晶圆52并传送至所述缓冲栈1内，之后所述缓冲栈1内的所述替位晶圆52转载到所述工艺处理栈7，以填补符合所述工艺处理栈7的晶圆批次处理数量，所述工艺处理栈7内至少保持所述第一待处理批次的工艺晶圆51的排列图形，具体如图14及图15所示。当然，需要再次说明的是，对所述存储栈2需及时进行替位晶圆52的补给，以确保替位晶圆52的数量能满足需求。补给方式可参照半导体厂内的其他晶圆补给方式，具体不展开。
实施例二和实施例三中，在工艺晶圆51和替位晶圆52由所述缓冲栈1转载到所述工艺处理栈7后，所述工艺处理栈7可以是刻蚀/清洗槽的晶圆固定槽座，所述晶圆固定槽座具有多个槽位，所述槽位以无空置槽位方式填满有所述工艺晶圆51和所述替位晶圆52。所述工艺处理栈7也可以是炉管沉积设备的晶舟，只是在立式炉管中晶圆通常是水平放置，当然所述工艺处理栈还可以是其他的批次型工艺处理栈，具体不做限制。采用本实施例的晶圆自动添加方法将待处理的工艺晶圆数量和替位晶圆的数量添加成一固定数量，比如添加成缓冲栈的卡槽数量的整数倍以使其与所述工艺处理栈的批次处理数量一致，可以有效避免因处理批次的工艺晶圆的数量不同而导致所述工艺处理栈内因晶圆数量不一致而导致的工艺分布差异以及由此引发的工艺不良，比如因刻蚀/清洗槽内的温度变化差异导致的刻蚀量差异以及由此引发的工艺不良等问题，有助于后续工艺的顺利进行，有助于提高生产良率。
作为示例，在制程腔室内完成工艺处理后还包括将所述替位晶圆52取出的步骤，由于在前序的步骤中已经对所述替位晶圆52的位置进行了严格锁定，因而此步骤中可以很准确地取出所述替位晶圆52而不用担心误操作。取出后的所述替位晶圆52可以重新放回所述存储栈2中并在所述存储栈2中进行清洗作业，也可以放至专门的回收栈以统一进行回收处理。
综上所述，本发明提供一种晶圆自动添加装置，包括缓冲栈、存储栈、检测模块及晶圆传送模块；所述缓冲栈用于在进入批次型工艺处理栈前暂时存放待处理批次的工艺晶圆，所述缓冲栈上设置有多个用于放置工艺晶圆的卡槽；所述存储栈用于存储替位晶圆，所述存储栈具有替位晶圆进出口；所述检测模块用于检测所述缓冲栈内未放置有工艺晶圆的卡槽的位置和数量；所述晶圆传送模块传送替位晶圆于所述缓冲栈和所述存储栈之间，以自所述存储栈内抓取替位晶圆并传送至所述缓冲栈内以填补所述缓冲栈内未放置有工艺晶圆的所述卡槽，以使所述工艺晶圆和所述替位晶圆的数量之和符合所述缓冲栈内所述卡槽的数量，所述缓冲栈内的所述工艺晶圆的排列图形识记待处理批次的晶圆排列图形并保持至所述工艺处理栈中。本发明的晶圆自动添加装置能够通过自动检测待处理批次的工艺晶圆的数量并基于检测结果添加替位晶圆以使待处理的工艺晶圆数和添加的替位晶圆的数量之和达到一固定数量，比如符合所述缓冲栈内所述卡槽的数量的一倍或数倍，全部添加完成后的替位晶圆将和待处理批次的工艺晶圆一起经由工艺处理栈进入到制程腔室中，比如一刻蚀/清洗槽内，由此可以有效避免因处理批次的工艺晶圆的数量不同而导致刻蚀/清洗槽内的温度变化差异导致的刻蚀量差异以及由此引发的工艺不良等问题，有助于提高生产良率。采用本发明的晶圆自动添加方法，可以克服因实际的待处理工艺晶圆数量不一致而引发的工艺不良，有助于提高生产良率。且可以有效避免工艺晶圆和替位晶圆的混淆，避免生产事故。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种晶圆自动添加装置，其特征在于，包括：
缓冲栈，用于在进入批次型工艺处理栈前暂时存放待处理批次的工艺晶圆，所述缓冲栈上设置有多个用于放置工艺晶圆的卡槽；
存储栈，用于存储替位晶圆，所述存储栈具有替位晶圆进出口；
检测模块，用于检测所述缓冲栈内未放置有工艺晶圆的卡槽的位置和数量；及
晶圆传送模块，传送所述替位晶圆于所述缓冲栈和所述存储栈之间，以自所述存储栈抓取所述替位晶圆并传送至所述缓冲栈内以填补所述缓冲栈内未放置有工艺晶圆的所述卡槽，以使所述缓冲栈内所述工艺晶圆和所述替位晶圆的数量之和符合所述缓冲栈内所述卡槽的数量，所述缓冲栈内的所述工艺晶圆的排列图形识记待处理批次的晶圆排列图形并保持至所述工艺处理栈中。
2.根据权利要求1所述的晶圆自动添加装置，其特征在于：所述缓冲栈的卡槽数量的一倍或整数倍对应后一道制程的完整批次处理数量,并且所述缓冲栈的卡槽数量大于等于前一道制程的完整批次处理数量或者大于等于晶舟盒的装载运输数量。
3.根据权利要求2所述的晶圆自动添加装置，其特征在于：所述缓冲栈内所述卡槽的数量为25个。
4.根据权利要求1所述的晶圆自动添加装置，其特征在于：所述缓冲栈和所述存储栈位于所述晶圆传送模块的相对两侧，所述检测模块位于所述缓冲栈中。
5.根据权利要求1所述的晶圆自动添加装置，其特征在于：对应于一个所述缓冲栈，所述存储栈包括多个，多个所述存储栈分别用于存储不同种类的替位晶圆。
6.根据权利要求1所述的晶圆自动添加装置，其特征在于：所述存储栈包括若干个放置替位晶圆的载台、若干个驱动电机、PLC控制器及传感器，所述替位晶圆进出口对应其中一个所述载台，其中，
若干个所述驱动电机与若干个所述载台一一对应连接，以驱动所述载台在上下左右方向上移动；
所述PLC控制器与所述若干个驱动电机相连接，以由所述驱动电机驱动所述载台在上下左右方向上移动；
所述传感器与所述替位晶圆进出口相邻，以检测所述替位晶圆进出口对应的所述载台上是否放置有替位晶圆；
所述PLC控制器还与所述传感器相连接，用于在所述传感器检测到所述替位晶圆进出口对应的所述载台上没有替位晶圆时控制若干个所述载台移动，以使所述替位晶圆进出口对应的载台上放置有替位晶圆。
7.根据权利要求1至6任一项所述的晶圆自动添加装置，其特征在于：所述晶圆自动添加装置还包括替位晶圆回收栈，用于对使用过的替位晶圆进行回收。
8.一种晶圆自动添加方法，采用如权利要求1所述的晶圆自动添加装置进行，其特征在于，包括：
将第一待处理批次的工艺晶圆转载到所述缓冲栈的所述卡槽中，所述缓冲栈中的所述卡槽中工艺晶圆的排列图形对应所述第一待处理批次的工艺晶圆的排列图形，并采用所述检测模块对所述缓冲栈的卡槽进行检测以确定所述缓冲栈内未放置有工艺晶圆的卡槽的位置和数量；及
当检测到所述缓冲栈内有未放置有工艺晶圆的卡槽时，所述晶圆传送模块从所述存储栈内抓取替位晶圆并传送至所述缓冲栈内以填补所述缓冲栈内未放置有工艺晶圆的所述卡槽，以使所述缓冲栈内的所述工艺晶圆和所述替位晶圆的数量之和符合所述缓冲栈内所述卡槽的数量，且所述第一待处理批次的工艺晶圆的排列图形仍保持在所述缓冲栈中。
9.根据权利要求8所述的晶圆自动添加方法，其特征在于：当所述缓冲栈内所述卡槽的数量符合工艺处理栈的批次处理数量的1/n，其中，n为大于1的整数，所述晶圆自动添加方法还包括：
所述缓冲栈内保持有所述第一待处理批次晶圆排列图形的所述工艺晶圆和所述替位晶圆转载到所述工艺处理栈，再将第二待处理批次的工艺晶圆转载到所述缓冲栈中已未放置有所述第一待处理批次的工艺晶圆和填充的替位晶圆的所述卡槽中，所述缓冲栈中的所述卡槽中的工艺晶圆的排列图形对应所述第二待处理批次的工艺晶圆的排列图形并采用所述检测模块对所述缓冲栈的卡槽进行检测以确定所述缓冲栈内未放置有工艺晶圆和替位晶圆的卡槽的位置和数量；
当检测到所述缓冲栈内有未放置有工艺晶圆和替位晶圆的卡槽时，所述晶圆传送模块从所述存储栈内抓取替位晶圆并传送至所述缓冲栈内以填补所述缓冲栈内未放置有工艺晶圆和替位晶圆的所述卡槽，以使所述缓冲栈内的所述工艺晶圆和所述替位晶圆的数量之和符合所述缓冲栈内所述卡槽的数量，且所述第二待处理批次的工艺晶圆的排列图形仍保持在所述缓冲栈中；及
所述缓冲栈内保持有所述第二待处理批次晶圆排列图形的所述工艺晶圆和所述替位晶圆转载到所述工艺处理栈，其中所述工艺处理栈内同时保持所述第一待处理批次和所述第二待处理批次的工艺晶圆的排列图形。
10.根据权利要求8所述的晶圆自动添加方法，其特征在于：所述排列图形包含工艺晶圆的晶圆排列次序及晶圆间空位排列间隔。
11.根据权利要求8所述的晶圆自动添加方法，其特征在于：所述晶圆自动添加方法还包括将所述缓冲栈内所述工艺晶圆和所述替位晶圆放入所述工艺处理栈的步骤，所述工艺晶圆和所述替位晶圆在所述工艺处理栈中的排列图形与在所述缓冲栈内的排列图形对应。
12.根据权利要求8所述的晶圆自动添加方法，其特征在于：所述缓冲栈内所述卡槽的数量少于所述工艺处理栈的批次处理数量,所述晶圆自动添加方法还包括：
所述缓冲栈内保持有所述第一待处理批次晶圆排列图形的所述工艺晶圆和所述替位晶圆转载到所述工艺处理栈；
所述晶圆传送模块从所述存储栈内抓取替位晶圆并传送至所述缓冲栈内；及
所述缓冲栈内所述替位晶圆转载到所述工艺处理栈，以填补符合所述工艺处理栈的晶圆批次处理数量，所述工艺处理栈内至少保持所述第一待处理批次的工艺晶圆的排列图形。
13.根据权利要求8-12任一项所述的晶圆自动添加方法，其特征在于：在所述工艺晶圆和所述替位晶圆由所述缓冲栈转载到所述工艺处理栈后，所述工艺处理栈包括刻蚀处理槽的晶圆固定槽座，所述晶圆固定槽座具有多个槽位，所述槽位以无空置槽位方式填满有所述工艺晶圆和所述替位晶圆。
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