CN117855077A - 一种基于过压及洁净控制的晶圆检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于过压及洁净控制的晶圆检测系统，属于半导体检测的环境控制领域，晶圆检测系统包括EFEM装置、检测装置和过渡腔；所述过渡腔设置在EFEM装置和检测装置之间；其中，在EFEM装置处设置前端风机过滤集成单元和离子棒，形成EFEM洁净气流流路；在过渡腔处形成过渡气流流路；在检测装置处设置检测风机过滤集成单元和厂务排风组件，形成检测气流及排风流路。本申请通过结构设计实现流路过压及洁净度控制，合理的过压及流场控制有助于晶圆检测系统在稳定环境中保持高效、可靠、持续的运行，便于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于半导体检测的环境控制领域，具体涉及一种基于过压及洁净控制的晶圆检测系统。
背景技术
众所周知，在半导体领域，洁净度是整机关键指标之一，决定着光学镜片的寿命，关系到晶圆曝光线条的质量。同样，在半导体检测领域，整机洁净度指标对晶圆自身洁净度、晶圆表面瑕疵辨识以及缺陷检测有着至关重要的影响。然而，在具体实现技术手段中，除了材料选型、过滤器选型和风量控制，通常会忽略流场、结构以及间隙密封的作用，就会导致整机洁净度不达标，并且很难排查具体原因。之所以会这样，通常是由于设计人员在前期对设计方案理解不透彻，对结构细节把握不够，缺乏现场相关调试经验导致。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于过压及洁净控制的晶圆检测系统，其能解决上述问题。
设计原理：通过结构设计、流场控制以及风量调节实现对装置洁净度及过压控制。具体方案如下。
一种基于过压及洁净控制的晶圆检测系统，晶圆检测系统包括EFEM装置、检测装置和过渡腔；所述过渡腔设置在EFEM装置和检测装置之间；其中，在EFEM装置处设置前端风机过滤集成单元和离子棒，形成EFEM洁净气流流路；在过渡腔处形成过渡气流流路；在检测装置处设置检测风机过滤集成单元和厂务排风组件，形成检测气流及排风流路。
进一步的，所述EFEM装置包括EFEM室和设置在EFEM室处的带有片叉的机械手臂和EFEM控制器；所述前端风机过滤集成单元设置在EFEM室的顶部向下送风，所述离子棒设置在前端风机过滤集成单元和机械手臂之间。
进一步的，所述检测装置包括检测室和设置在检测室处的检测机架、运动载台、光机模组和检测控制单元；所述检测风机过滤集成单元设置在检测室顶部并向下送风，厂务排风组件设置在检测室的后端下方；检测气流经厂务排风组件向外排除形成排风流路。
进一步的，检测风机过滤集成单元设置多组，并朝向下方的光机模组送风。
进一步的，所述过渡腔包括风腔底板、两个侧挡风板和一个导风顶板围成的前后导通的风腔，用于导风和晶圆在EFEM装置及检测装置间的传输。
进一步的，在过渡腔朝向EFEM装置的一端还设置有与风腔口适配的安装法兰，用于将过渡腔安装至EFEM装置。
进一步的，在两个侧挡风板的外侧还设置有联接件，起到连接和加强筋板作用。
进一步的，所述导风顶板的板面从前端往后端呈至少部分的弧形收口设置，以此使得过渡腔的后端口面积小于前端口面积。
进一步的，所述过渡腔的出风口正对检测装置的运动载台设置。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：1.本方案通过过渡腔将EFEM装置与检测装置内部实现结构连接，不仅可以传输晶圆，还可以将EFEM中的洁净气体直接传送至运动载台，从而为整个晶圆关键路径的洁净度控制提供了保证；2.本方案通过调大EFEM装置中的前端风机过滤集成单元的风量，适当调小检测装置中检测风机过滤集成单元与过渡腔过滤单元的风量，并合理调整排风风量，从而实现内部流场经EFEM流向晶圆的运动载台，然后再由运动载台流向厂务排风组件，最终排至厂务，避免了气浴流场在晶圆关键路径的串扰，进而实现对整套系统的洁净度控制；3.通过在检测装置与EFEM装置连接处增加密封条、顶部FFU结构设计与密封、门板缝隙设计与密封以及检测风机过滤集成单元风量的调整，进而实现系统的过压控制。
附图说明
图1为本发明过压及洁净控制的晶圆检测系统的示意图；
图2为过渡腔的结构示意图。
图中，
100、EFEM装置；1、前端风机过滤集成单元；2、离子棒；3、机械手臂；4、EFEM控制器；
200、检测装置；5、检测机架；6、运动载台；7、光机模组；8、检测控制单元；9、厂务排风组件；10、第一检测风机过滤集成单元；11、第二检测风机过滤集成单元；
300、过渡腔；301、风腔底板；302、侧挡风板；303、导风顶板；304、安装法兰；305、联接件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
参见图1，一种基于过压及洁净控制的晶圆检测系统，晶圆检测系统包括EFEM装置100、检测装置200和过渡腔300；所述过渡腔300设置在EFEM装置100和检测装置200之间。
流场压控设计：在关键区域进行流路设计，参见图1中的箭头，在EFEM装置100处设置前端风机过滤集成单元1和离子棒2，形成EFEM洁净气流流路a；在过渡腔300处形成过渡气流流路b；在检测装置200处设置检测风机过滤集成单元和厂务排风组件9，形成检测气流c及排风流路d。通过各流路的风机进行流量控制，从而实现压力或过压控制。通过集成的过滤组件，实现洁净度控制。当然，为了实现过压和洁净度控制控制，图未示的需要EFEM装置100、检测装置200和过渡腔300设置流量、压力和颗粒检测传感器，该处不在详细展开，只要在关键区域设置对应的传感器即可。
匹配上述的流场压控设计，进一步的进行材料选型，在晶圆/硅片所经过区域所选择使用的材料必须满足洁净度要求，比如材料不能释气、不能含有裸露的铜、气缸油脂不能泄漏或者挥发至装置内部等。
匹配上述的流场压控设计，进一步的进行密封设计。主要包含EFEM装置100、检测装置200的防护门板密封、风机过滤集成单元(FFU)与EFEM以及检测装置连接处的密封、过渡腔与EFEM以及检测装置连接处的密封、厂务排风管等与检测装置连接处的密封等等，这里密封设计还包含密封条选型及其材料选型；这些可以根据成本和环境适应性选择接口。
匹配上述的流场压控设计，进一步的进行系统自身的结构设计，主要指主要包含风机过滤集成单元(FFU)自身结构设计及布局、EFEM装置与过渡腔300、排风结构设计等，通过结构设计提升整体密封性并对流场的优化。具体结构设计如下。
其中，EFEM装置100的设计，EFEM是指硅片传输系统，是检测系统的前端设备，属于核心运动部件之一。具体的，EFEM装置100包括EFEM室和设置在EFEM室处的带有片叉的机械手臂3和EFEM控制器4；所述前端风机过滤集成单元1设置在EFEM室的顶部向下送风，所述离子棒2设置在前端风机过滤集成单元1和机械手臂3之间。所述机械手臂3上设有片叉，用于晶圆的输送；所述EFEM控制器4用于控制机械手臂3的运动。
涉及的风机过滤集成单元，即FFU(风机过滤单元)，是指安装有HEPA高净化等级过滤器的风机单元，通过FFU，使得EFEM装置100和检测装置200内部能够获得洁净、足量的气源，也可以通过调整FFU风量，改善装置内部流场。
涉及的离子棒2，主要是通过供给洁净的气体后吹出含有正负电荷离子的洁净气浴，从而去除晶圆区域的静电效应。
其中，检测装置200包括检测室和设置在检测室处的检测机架5、运动载台6、光机模组7和检测控制单元8。
检测风机过滤集成单元设置在检测室顶部并向下送风，厂务排风组件9设置在检测室的后端下方；检测气流经厂务排风组件9向外排除形成排风流路。厂务排风组件9中，厂务主要包含对CDA、PV、N2等气源的压力在线监控以及各厂务接口的安全连接，便于针对机台出现的问题进行排查分析；排风组件主要指通过厂务排风或者风机将检测室内的热风或者产生的颗粒抽走，也会根据流场需求对局部区域进行抽风调节处理。
检测风机过滤集成单元设置多组，并朝向下方的光机模组7送风。
检测装置200的运动载台6，主要功能是承载并移动晶圆到预期位置，属于核心运动部件，不仅对自身洁净度要求高，也要求晶圆工作区域做到最高洁净等级，但是该区域的运动机构中不可避免存在油脂等润滑物质，各种阀件也会摩擦产生污染物，此外，气浮中的CDA(压缩干空气)，其洁净等级也会对该区域产生较大影响。因此成为洁净和过压控制的关键区域。
检测装置200的光机模组7，是指含有光源、照明、物镜以及控制等的一套成像采集系统，通常情况下，该区域零部件自身以及其装配和运输等都需要极高的洁净等级，通常采用物料隔离或者氮气过压保护，同时，检测装置200顶部的检测风机过滤集成单元也保证了顶部区域的洁净度。
检测风机过滤集成单元可以是一个，也可以是多个并排的铺满检测装置200的检测室顶部，图1的示例中，检测风机过滤集成单元包含第一检测风机过滤集成单元10和第二检测风机过滤集成单元11，由此将经过滤后的洁净气流向下输送给光机模组7、运动载台6等。
参见图2，过渡腔300包括风腔底板301、两个侧挡风板302和一个导风顶板303围成的前后导通的风腔，用于导风和晶圆在EFEM装置100及检测装置200间的传输。
进一步的，在过渡腔300朝向EFEM装置100的一端还设置有与风腔口适配的安装法兰304，用于将过渡腔300安装至EFEM装置100。
进一步的，在两个侧挡风板302的外侧还设置有联接件305，起到连接和加强筋板作用。
具体示例中，所述导风顶板303的板面从前端往后端呈至少部分的弧形收口设置，以此使得过渡腔300的后端口面积小于前端口面积。
当然可替换的，风腔底板301也可以从前往后斜向上呈弧形收口。也可以是直斜面。
过渡腔300此处为矩形从前往后收敛横截面，也可以是圆形、扁圆形截面等。只要起到导风作用即可。
参见图1，所述过渡腔300的出风口正对检测装置200的运动载台6设置。
过渡风腔300主要作用有两个，一个是使得晶圆经过EFEM装置100的机械手臂3带的片叉传递到工件台，另一个作用是可以将EFEM区域的风量导流至检测装置200的运动载台6。
综上，本检测系统的压力控制主要是通过结构设计以及进出风量控制实现；洁净度控制主要是通过内部流场以及合理的密封或者颗粒抽排来实现，此外，本方案合理的过压及流场控制，也有助于装置在稳定环境中保持高效、可靠、持续的运行，从而实现晶圆检测的过压控制以及洁净度控制。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于过压及洁净控制的晶圆检测系统，其特征在于：晶圆检测系统包括EFEM装置(100)、检测装置(200)和过渡腔(300)；所述过渡腔(300)设置在EFEM装置(100)和检测装置(200)之间；
其中，在EFEM装置(100)处设置前端风机过滤集成单元(1)和离子棒(2)，形成EFEM洁净气流流路；
在过渡腔(300)处形成过渡气流流路；
在检测装置(200)处设置检测风机过滤集成单元和厂务排风组件(9)，形成检测气流及排风流路。
2.根据权利要求1所述的晶圆检测系统，其特征在于：所述EFEM装置(100)包括EFEM室和设置在EFEM室处的带有片叉的机械手臂(3)和EFEM控制器(4)；所述前端风机过滤集成单元(1)设置在EFEM室的顶部向下送风，所述离子棒(2)设置在前端风机过滤集成单元(1)和机械手臂(3)之间。
3.根据权利要求1所述的晶圆检测系统，其特征在于：所述检测装置(200)包括检测室和设置在检测室处的检测机架(5)、运动载台(6)、光机模组(7)和检测控制单元(8)；所述检测风机过滤集成单元设置在检测室顶部并向下送风，厂务排风组件(9)设置在检测室的后端下方；检测气流经厂务排风组件(9)向外排除形成排风流路。
4.根据权利要求1或3所述的晶圆检测系统，其特征在于：检测风机过滤集成单元设置多组，并朝向下方的光机模组(7)送风。
5.根据权利要求3所述的晶圆检测系统，其特征在于：所述过渡腔(300)包括风腔底板(301)、两个侧挡风板(302)和一个导风顶板(303)围成的前后导通的风腔，用于导风和晶圆在EFEM装置(100)及检测装置(200)间的传输。
6.根据权利要求5所述的晶圆检测系统，其特征在于：
在过渡腔(300)朝向EFEM装置(100)的一端还设置有与风腔口适配的安装法兰(304)，用于将过渡腔(300)安装至EFEM装置(100)。
7.根据权利要求5所述的晶圆检测系统，其特征在于：
在两个侧挡风板(302)的外侧还设置有联接件(305)，起到连接和加强筋板作用。
8.根据权利要求5所述的晶圆检测系统，其特征在于：所述导风顶板(303)的板面从前端往后端呈至少部分的弧形收口设置，以此使得过渡腔(300)的后端口面积小于前端口面积。
9.根据权利要求5所述的晶圆检测系统，其特征在于：
所述过渡腔(300)的出风口正对检测装置(200)的运动载台(6)设置。
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