TW201833531A - 用於半導體基板處理系統的先進的原位粒子偵測系統 - Google Patents

用於半導體基板處理系統的先進的原位粒子偵測系統 Download PDF

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Abstract

提供了一種具有一原位粒子偵測器的FI和一種用於其中的粒子偵測的方法。在一態樣中，該FI包含：一風扇、一基板支撐件、一粒子偵測器，及一排氣口。風扇、基板支撐件，及粒子偵測器經排置以使得：在操作中，該風扇朝向該排氣口來引導空氣並且將該空氣引導至在位於該基板支撐件上的一基板的上方以產生層流。被設置在該基板支撐件的下游處和在該排氣口的上游處的該粒子偵測器在粒子被排出之前對空氣進行分析和偵測粒子濃度。收集的粒子偵測資料可與來自在該FI中的其他的感測器的資料相組合並且可被使用以識別出粒子污染的來源。該粒子偵測器亦可被併入其他的系統元件(其中包含(但不限於)裝載閘腔室或緩衝腔室)以偵測其中的粒子濃度。

Description

用於半導體基板處理系統的先進的原位粒子偵測系統
在此揭示的態樣關於：用於半導體製造的系統和方法，及更為特定地關於：用於原位粒子偵測的系統和方法。
在半導體製造中，乾淨的、無污染的處理環境 有助於：將整體的製程良率最大化。當基板電路和幾何形狀縮小至奈米(nm)尺度時，此者特別為真實的(因為粒子變得更可能導致缺陷和良率損失)。在位於處理系統內的處理環境(其中包含工廠界面(factory interface, FI))中的每一者中的粒子偵測有助於減少或消除：在系統中的粒子污染。用於FI的傳統的粒子偵測方法包含：手持的粒子偵測裝置的使用。
使用手持的粒子偵測裝置的一個問題係：偵測僅當FI為開放時((例如)在進行初始的安裝時或進行預防性的維護期間)發生。此外，因為不頻繁地進行粒子偵測讀數的讀取，識別出粒子污染的來源和對問題進行故障排除會耗用大量的時間，其中在該期間系統係關閉的並且在FI中的其他的感測器並不進行操作。
因而，需要用於在FI中的粒子監控的改善的系統和方法。
提供了一種具有一原位粒子偵測器的FI和一種用於其中的粒子偵測的方法。在一態樣中，該FI包含：一風扇、一基板支撐件、一粒子偵測器，及一排氣口。風扇、基板支撐件，及粒子偵測器經排置以使得：在操作中，該風扇朝向該排氣口來引導空氣並且將該空氣引導至在位於該基板支撐件上的一基板的上方以產生層流。被設置在該基板支撐件的下游處和該排氣口的上游處的該粒子偵測器在粒子被排出之前對空氣進行分析和偵測粒子濃度。收集的粒子偵測資料可與來自在該FI中的其他的感測器的資料相組合並且被使用以識別出粒子污染的來源以便進行更為有效的故障排除。粒子偵測器亦可被併入其他的系統元件(其中包含(但不限於)：裝載閘腔室或緩衝腔室)以偵測其中的粒子濃度。
在一態樣中，揭示了一種工廠界面。該工廠界面包含：一風扇、一基板支撐件，該基板支撐件被設置在該風扇的下游處、一粒子偵測器，該粒子偵測器耦接至該工廠界面的一內表面並且被設置在該基板支撐件的下游處、一粒子偵測管，該粒子偵測管耦接至該粒子偵測器並且向在該工廠界面內的一位置開放，及一排氣口，該排氣口被設置在該粒子偵測器的下游處。
在另一態樣中，揭示了一種粒子偵測系統。該粒子系統包含：一粒子偵測器，該粒子偵測器被設置於在一工廠界面中的一風扇和一基板支撐件的下游處、一伺服器，該伺服器連接至該粒子偵測器，該伺服器連接至被設置在該工廠界面中的一或多個額外的感測器並且經配置以收集來自該粒子偵測器和在該工廠界面中的該一或多個額外的感測器的粒子濃度資料，及一網路，該網路耦接至該伺服器，該網路經配置以將粒子濃度資料傳訊至一或多個設備操作者。
在又一態樣中，揭示了一種用於在一半導體製造系統中的原位粒子偵測的方法。該方法包含以下步驟：經由一工廠界面門在一工廠界面中承接一基板、經由一裝載閘狹縫門將該基板從該工廠界面傳送至一傳送腔室或一處理腔室、經由該裝載閘狹縫門將該基板從該傳送腔室或該處理腔室傳送至在該工廠界面中的一基板支撐件，及在經由該裝載閘狹縫門將該基板從該工廠界面傳送至該傳送腔室或該處理腔室並且經由該裝載閘狹縫門將該基板從該傳送腔室或該處理腔室傳送至在該工廠界面中的該基板支撐件期間，連續地監控在該工廠界面中的粒子濃度。
提供了一種具有一原位粒子偵測器的FI和一種用於其中的粒子偵測的方法。在一態樣中，該FI包含：一風扇、一基板支撐件、一粒子偵測器，及一排氣口。風扇、基板支撐件，及粒子偵測器經排置以使得：在操作中，風扇朝向該排氣口來引導空氣並且將該空氣引導至在位於該基板支撐件上的一基板的上方以產生層流。被設置在該基板支撐件的下游處和該排氣口的上游處的粒子偵測器在粒子被排出之前對於空氣進行分析和偵測粒子濃度。收集的粒子偵測資料可與來自在該FI中的其他的感測器的資料相組合並且被使用以識別出粒子污染的來源以便進行更為有效的故障排除。粒子偵測器亦可被併入其他的系統元件(其中包含(但不限於)：裝載閘腔室或緩衝腔室)以偵測其中的粒子濃度。
第1圖係根據該揭露的一態樣的一基板處理系統100。如同在第1圖中所顯示者，一對前開式晶圓傳送盒(front opening unified pods, FOUP)102供應：由機器人手臂104從工廠界面103承接並且在被放置到基板處理腔室108a-108f中的一者之前被放置到低壓保持區域106的基板。第二機器人手臂110可被使用以將基板從低壓保持區域106傳送至基板處理腔室108a-108f和將基板從基板處理腔室108a-108f傳回至低壓保持區域106。基板處理腔室108a-108f可包含：用於沉積、退火、固化及/或蝕刻在基板上形成的膜的一或多個系統元件。
第2圖係具有原位粒子偵測能力的FI 203的一橫截面圖。可使用FI 203以代替在第1圖中的FI 103。FI 203包含：風扇210、過濾器220、基板支撐件230、裝載閘狹縫門240a、240b、FI門250、粒子偵測器260、粒子偵測管270、第一基板保持器和效應器機器人280a、第二基板保持器和效應器機器人280b，及排氣口290。FI 203可選擇性地進一步包含：感測器(其中包含(但不限於)：風扇速度感測器及/或壓力感測器(未被顯示出))。前述的元件中的每一者通常是藉由任何的適當的耦合方式被耦接至FI 203的一或多個壁。舉例而言，可藉由被製造成將粒子偵測器260耦接至特定的FI的支架將粒子偵測器260耦接至FI 203的一或多個壁。FI 203亦可包含：例如為在基板支撐件230下方的冷卻站的另外的元件。
在第2圖的態樣中，風扇210、基板支撐件230，及粒子偵測器260係以一垂直配置來排置。更為特定地，風扇210被設置在FI 203的上部分中並且經配置以引導空氣向下而經過被設置在風扇210(未被顯示出)下方的一開口、而經過過濾器220到FI 203的下部分、基板支撐件230被設置於風扇210的下方，以及粒子偵測器260被設置於基板支撐件230的下方。基板支撐件230包含：一多葉片的支撐結構，該多葉片的支撐結構於其間具有開口以在FI內的垂直方向上促進氣流。粒子偵測器260可被設置在基板支撐件230的下方的任何的適當的距離處(諸如在基板支撐件230下方的幾吋處(例如在大約1吋與大約24吋之間(諸如在大約5吋與大約15吋之間)))。基板支撐件230亦被設置於第一基板保持器和效應器機器人280a與第二基板保持器和效應器機器人280b的附近處並且被設置於第一基板保持器和效應器機器人280a與第二基板保持器和效應器機器人280b之間。雖然第2圖顯示一垂直配置，在此亦考慮到其他的配置(其中在該等配置中基板支撐件230被設置在風扇210的下游處且粒子偵測器260被設置在基板支撐件230的下游處)(例如：水平配置)。其他的配置包含：數個排置，其中在該等排置中風扇210、基板支撐件230、粒子偵測器260，及排氣口290的相對位置提供適當的結果。
過濾器220作為第一屏障以避免在FI 203中的粒子污染。過濾器220通常為任何的適當的過濾器(例如：以塑膠材料製成的多孔板，該多孔板具有多個孔，該等孔的尺寸經設計以限制粒子被向下地引導而流入FI 203)。過濾器220促進：從被風扇210向下引導的空氣或其他的氣體中移除粒子。
粒子偵測器260係用於偵測具有如大約50 nm般大小的尺寸的粒子至最大為具有如大約25微米(µm)般大小的尺寸的粒子的遠端偵測器。粒子偵測器260的一示例係散射的雷射偵測器。粒子偵測器260通常包含：一幫浦，該幫浦用於將空氣從在FI 203內的環境抽取至粒子偵測器260、一感測器，該感測器用於分析樣本空氣、一雷射，及一偵測器，該偵測器具有散射的雷射。粒子偵測器260進一步包含：用於將空氣引入粒子偵測器260的至少一個粒子偵測管270。第2圖顯示：單一的粒子偵測管270；然而，粒子偵測器260通常包含：以任何的適當的配置來設置的任何的適當的數目的粒子偵測管270。在顯示於第2圖中的實例中，粒子偵測管從粒子偵測器260的上表面朝風扇210向上延伸。雷射和偵測器被設置在粒子偵測管270的下游處。通常地，當空氣經過由雷射所產生的雷射束時，粒子造成：雷射的散射。粒子偵測器260分析散射的雷射發射以識別出粒子濃度。在另外的實例中，粒子偵測器260包含：多通道的系統(例如：6個通道，其中每一通道經配置以偵測在一特定的尺寸範圍內的粒子)。該等通道中的每一通道的特定的尺寸範圍中的一些者可與其他的通道重疊。雖然第2圖的態樣包含一個粒子偵測器260，其他的態樣可包含：位於整個工廠界面的多個偵測器。此外，考慮到粒子偵測器260通常係任何的適當的粒子偵測器。
如同在前文中所描述者，第2圖的粒子偵測管270(作為一實例)係具有任何的長度的直管。在一態樣中，管並不彎曲以為了與空氣流經過FI 203的方向對齊並且增加偵測靈敏度。粒子偵測管270可包含位於管的頂部的開口(意即：遠離粒子偵測器260的端部)，及/或沿著被引導朝向在FI 203內的一些位置的管的長度的開口。在一態樣中，開口被引導朝向裝載閘狹縫門240a、240b中的一者以監控來自於裝載閘狹縫門240a或240b的區域的粒子。在另一態樣中，開口位於基板支撐件230的下方以監控來自於FI 203的頂部的粒子(例如：經過過濾器220的粒子)。在又一態樣中，開口被引導朝向FI門250以監控來自於FI門250的粒子。雖然一個粒子偵測管270被顯示，粒子偵測器260可包含：複數個粒子偵測管270，該等粒子偵測管被設置在位於FI 203內的不同的位置內並且向位於FI 203內的該等不同的位置開放(或是另外地被引導朝向位於FI 203內的不同的位置)。
如同在前文中所討論者，於第2圖的實例中，粒子偵測管270(或是複數個粒子偵測管270)通常在被連接至粒子偵測器260的端部與位於用於進行粒子偵測的位置處的開口之間大致上是直的。然而，為了要向在FI 203內的不同的位置開放，複數個粒子偵測管可包含各種彎曲和轉彎以為了到達分別的位置；然而，開口將保持於一位置處，該位置經配置以與空氣移動經過FI 203的方向對齊。用於進行偵測的在FI 203內的不同的位置 通常被選擇為：可被使用以最為有效地獲取在FI203內的全部的粒子污染和移動(基於程序和硬體考量)的彼些位置。
在被顯示於第2圖中的實例中，排氣口290包含：一擋板，該擋板具有複數個孔，其中粒子經由該等孔被引導經過氣體出口並離開FI 203。排氣口的板孔結構允許空氣流從其中流過而同時獲取較大的污染物(例如：切削的基板或破碎的基板)，而避免其非期望地進入排放系統。
第3圖係在半導體製造系統(例如：處理系統100)的FI中的連續的原位粒子偵測的程序流程300。程序流程300透過經由FI狹縫門在FI中承接一基板的方式來開始(在操作310處)。在操作320處，基板係經由裝載閘狹縫門從FI被傳送至在半導體製造系統中的傳送腔室或處理腔室。接著，基板係經由裝載閘狹縫門從傳送腔室或處理腔室被傳送至在FI中的基板支撐件(在操作330處)。更為特定地，基板係從傳送腔室或處理腔室被傳回至FI以用於進行基板的後處理冷卻 (post-processing cool down)。時常地，基板在位於FI中的基板支撐件上耗用最長的時間來進行後處理冷卻。如同在操作340處所顯示者，在進行基板傳送操作期間連續地監控在FI中的粒子濃度。連續的粒子監控允許：存在的或打開狹縫閥門時進入的粒子(或是當抓取基板時在機器人上攜帶的粒子)的偵測。因此，除了在冷卻期間監控由風扇從基板吹走的粒子之外，本揭露提供：用於在其他的時間處(其發生於現有的基板不存在的情況下)監控粒子的系統和方法。
在操作中，連續地監控在FI中的粒子濃度透過藉由風扇210將空氣引導朝向排氣口290以產生層流的方式來開始。如同在第2圖的垂直配置中所顯示者，風扇210將空氣向下引導至基板支撐件230和粒子偵測器260的上方並且朝向排氣口290引導。在其他的配置中，風扇210可以一水平方向將空氣引導至基板支撐件230和粒子偵測器260的上方。首先引導環境空氣(例如：在位於製造設備內的周圍環境中接收的空氣)透過過濾器220以在進入位於過濾器220下方的FI之前從空氣流中去除任何的粒子。當基板被設置在基板支撐件230上，在基板的表面上的粒子將被夾帶在空氣流中並且離開基板表面。隨著空氣流被朝向排氣口290引導，空氣流和夾帶的粒子而後被引導至粒子偵測器260的上方。空氣流係由管270來接收並且由粒子偵測器260來進行分析。
第4圖係顯示由在一FI中的粒子偵測器所偵測的粒子濃度相對於時間的圖形400的幻燈片。Y軸對應於粒子計數或濃度，並且x軸對應於時間，以使得圖形400顯示：相對於一段時間的在FI中的粒子濃度。資料線402顯示：由粒子偵測器(例如：第2圖的粒子偵測器260)所偵測的粒子濃度。在第一時間區間404中，資料線402係直線的並且顯示：在FI 203中的很小的粒子濃度或是在FI 203中不具有粒子濃度。換言之，相對於第一時間區間404的資料線402顯示：FI 203正在運行，其中具有很少的粒子污染或是不具有粒子污染。在第二時間區間406中，粒子濃度增加(如同由資料線402的峰值所顯示者)。在FI 203的粒子濃度可為：許多的事件(其中包含(但不限於)：減小的風扇速度、壓力差、FI門的打開，或有缺陷的密封)的結果。
由粒子偵測器260收集的資料(例如：被顯示在第4圖中的資料)可被傳遞至系統監控伺服器並且與由在工廠界面中的其他的感測器(例如：風扇速度和壓力感測器)所收集的其他的資料相組合以識別出粒子污染的來源。舉例而言，若來自粒子偵測器260的資料顯示：粒子濃度在一段時間內增加，伺服器將此資料與從一感測器(例如：風扇速度感測器)中收集的資料作比較，以查看：風扇速度在相同的時間段內是否減小和造成粒子污染的增加。然後可使用組合的資料以快速地識別出粒子污染的根本原因和縮短有效地解決半導體處理系統的故障的時間。
此外，連續收集的粒子偵測資料可被整合至粒子偵測系統500(如同在第5圖中所顯示者)，並且被使用以提供粒子污染警示至設備操作者。粒子偵測系統500包含：在FI 203中的粒子偵測器260，該粒子偵測器連接至電源510和伺服器520。伺服器520通常被連接至網路530以傳訊至(例如)設備操作者。其他的FI偵測器亦可被連接至粒子偵測系統500以有助於：當在FI 203內的粒子濃度過高時促進快速的故障排除。舉例而言，在一態樣中，一或多個額外的偵測器可被設置在FI 203中並且連接至粒子偵測系統500。在另一態樣中，一或多個額外的偵測器可被設置在第二FI中並且連接至粒子偵測系統500。此外，在另外的態樣中，粒子偵測系統500經配置以當在FI 203中的粒子濃度超過一預先決定的臨界值時經由網路530傳送警告訊息。警告訊息可指示粒子污染的嚴重性或潛在的問題。考慮到可依據粒子污染的嚴重性來利用不同的警告及/或警告訊息。
所描述的用於連續的原位粒子偵測的系統和方法的益處包含(但不限於)：在進行粒子偵測期間的系統的停機時間的減小或消除和故障排除的效率的增加(由於將粒子偵測器所收集的資料與其他的感測器資料相組合以識別出對於FI的粒子污染的來源)。此外，在此描述的系統和方法導致：增加的製程良率和減低的基板的不良率。
雖然前述者考慮到：將粒子偵測器設置在FI內，粒子偵測器亦可被併入其他的系統元件(其中包含(但不限於)裝載閘腔室或緩衝腔室)中。
雖然前述者係關於本揭露的態樣，可設計該揭露的其他的和另外的態樣，而不偏離其基本範疇，並且其範疇係由後續的申請專利範圍所決定。
100‧‧‧基板處理系統
102‧‧‧前開式晶圓傳送盒
103‧‧‧工廠界面
104‧‧‧機器人手臂
106‧‧‧低壓保持區域
108a‧‧‧基板處理腔室
110‧‧‧第二機器人手臂
203‧‧‧工廠界面
210‧‧‧風扇
220‧‧‧過濾器
230‧‧‧基板支撐件
240a‧‧‧裝載閘狹縫門
240b‧‧‧裝載閘狹縫門
250‧‧‧FI門
260‧‧‧粒子偵測器
270‧‧‧粒子偵測管
280a‧‧‧效應器機器人
280b‧‧‧效應器機器人
290‧‧‧排氣口
300‧‧‧程序流程
310‧‧‧操作
320‧‧‧操作
330‧‧‧操作
340‧‧‧操作
400‧‧‧圖形
402‧‧‧資料線
404‧‧‧第一時間區間
406‧‧‧第二時間區間
500‧‧‧粒子偵測系統
510‧‧‧電源
520‧‧‧伺服器
530‧‧‧網路
為了使得可詳細地理解前文引述本揭露的特徵的方式，該揭露的更為特定的描述(在前文中簡短地概括者)可藉由參照態樣來獲得，該等態樣中的一些者被示例說明於隨附的圖式中。然而，應注意到：隨附的圖式僅示例說明示例性的態樣，因而不被認為是對範疇作出限制(因為該揭露可容許其他的同等有效的態樣)。
第1圖係根據該揭露的一態樣的一基板處理系統。
第2圖係根據該揭露的一態樣的具有原位粒子偵測能力的FI的一橫截面圖。
第3圖係根據該揭露的一態樣的在一半導體製造系統的FI中的連續的原位粒子偵測的程序流程。
第4圖係由在FI中的粒子偵測器偵測的粒子濃度相對於時間的圖形。
第5圖係根據該揭露的一態樣的一粒子偵測系統。
為了要促進理解，在可能的情況中已經使用相同的元件符號以指定給圖式共用的相同的元件。考慮到：一態樣的元件和特徵可被有利地併入於其他的態樣中，而無需進一步的詳述。
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Claims (20)

  1. 一種工廠界面，包含： 一風扇； 一基板支撐件，該基板支撐件被設置在該風扇的下游處； 一粒子偵測器，該粒子偵測器耦接至該工廠界面的一內表面並且被設置在該基板支撐件的下游處；一粒子偵測管，該粒子偵測管耦接至該粒子偵測器並且向在該工廠界面內的一位置開放；及一排氣口，該排氣口被設置在該粒子偵測器的下游處。
  2. 如請求項1所述之工廠界面，進一步包含：一或多個裝載閘狹縫門，其中該粒子偵測器被設置在該一或多個裝載閘狹縫門的下游處。
  3. 如請求項1所述之工廠界面，進一步包含：一過濾器，其中該過濾器被設置在該風扇與該基板支撐件之間。
  4. 如請求項1所述之工廠界面，進一步包含：一第一基板保持器和效應器機器人與一第二基板保持器和效應器機器人。
  5. 如請求項4所述之工廠界面，其中該粒子偵測器被設置於該第一基板保持器和效應器機器人與該第二基板保持器和效應器機器人的附近處並且被設置在該第一基板保持器和效應器機器人與該第二基板保持器和效應器機器人之間。
  6. 如請求項1所述之工廠界面，其中該排氣口包含：一擋板和一氣體出口。
  7. 如請求項1所述之工廠界面，其中該粒子偵測管係直線狀的。
  8. 如請求項7所述之工廠界面，進一步包含：複數個粒子偵測管，其中該複數個粒子偵測管中的每一粒子偵測管向在該工廠界面內的一不同的位置開放以用於進行分別的不同的位置的粒子偵測。
  9. 如請求項7所述之工廠界面，其中該粒子偵測管包含：沿著其一軸長度的一開口。
  10. 如請求項9所述之工廠界面，其中該粒子偵測管在其一端部處包含一開口。
  11. 如請求項10所述之工廠界面，其中該開口被設置在位於該基板支撐件下方的一位置處。
  12. 如請求項10所述之工廠界面，進一步包含：一或多個裝載閘門，其中該開口被設置在與該一或多個裝載閘門相鄰的一位置處。
  13. 如請求項10所述之工廠界面，進一步包含：透過該工廠界面的一或多個壁的一工廠界面門，其中該開口被設置在與該工廠界面門相鄰的一位置處。
  14. 如請求項1所述之工廠界面，其中該風扇經配置以將空氣向下游地並且朝該排氣口引導，及其中該粒子偵測器經配置以偵測在該風扇與該排氣口之間的該空氣的一粒子濃度。
  15. 一種粒子偵測系統，包含： 一粒子偵測器，該粒子偵測器被設置於在一工廠界面中的一風扇和一基板支撐件的下游處； 連接至該粒子偵測器的一伺服器，該伺服器連接至被設置在該工廠界面中的一或多個額外的感測器並且經配置以收集來自該粒子偵測器和在該工廠界面中的該一或多個額外的感測器的粒子濃度資料；及 耦接至該伺服器的一網路，該網路經配置以將粒子濃度資料和來自該一或多個額外的感測器的資料傳訊至一或多個設備操作者。
  16. 如請求項15所述之粒子偵測系統，其中該粒子偵測器包含：一或多個粒子偵測管，該一或多個粒子偵測管向在該工廠界面內的一或多個位置開放以用於進行該一或多個位置的粒子偵測。
  17. 如請求項15所述之粒子偵測系統，進一步包含：一第二粒子偵測器，該第二粒子偵測器被設置於在一第二工廠界面中的一第二基板支撐件的下游處，該伺服器連接至該第二粒子偵測器。
  18. 一種用於在一半導體製造系統中的原位粒子偵測的方法，包含以下步驟： 經由一工廠界面狹縫門在一工廠界面中承接一基板； 經由一裝載閘狹縫門將該基板從該工廠界面傳送至一傳送腔室或一處理腔室； 經由該裝載閘狹縫門將該基板從該傳送腔室或該處理腔室傳送至在該工廠界面中的一基板支撐件；及 在經由該裝載閘狹縫門將該基板從該工廠界面傳送至該傳送腔室或該處理腔室並且經由該裝載閘狹縫門將該基板從該傳送腔室或該處理腔室傳送至在該工廠界面中的該基板支撐件，連續地監控在該工廠界面中的粒子濃度。
  19. 如請求項18所述之方法，其中在傳送該基板期間連續地監控粒子濃度的步驟包含以下步驟： 藉由一風扇將空氣引導至該基板支撐件和被設置在該基板支撐件的下游處的一粒子偵測器的上方以產生一層流；及 使用該粒子偵測器來偵測在該空氣中的該粒子濃度。
  20. 如請求項19所述之方法，進一步包含以下步驟： 從該粒子偵測器中收集粒子濃度資料；及 將收集的該粒子濃度資料以一警告訊息的形式傳訊至一設備操作者，該警告訊息指示該粒子濃度的一嚴重性。
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