TWI496228B - 半導體晶圓監視裝置及方法 - Google Patents

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TWI496228B
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Description

半導體晶圓監視裝置及方法
本發明係關於半導體晶圓計量。
微電子器件係使用各種技術於半導體晶圓上製造，(例如)包括沈積技術(化學氣相沈積(CVD)、電漿化學氣相沈積(PECVD)、物理氣相沈積(PVD)等)及移除技術(如化學蝕刻、化學機械研磨(CMP)等)。半導體(如矽晶圓)可依改變其質量(例如藉由清潔、離子植入、微影及類似者)之方式進一步處理。
取決於被製造之器件，各晶圓可循序地通過數百個不同處理步驟以建立及/或移除需用於其最終操作的層及材料。實際上，各晶圓在一生產線往下傳遞。半導體製造之本質意指生產流程中之某些處理步驟或步驟順序可依類似或相同方式重複。例如，此可能係建立金屬導體之類似層以互連主動電路之不同部分。
為了確保用於不同工廠之半導體設備的一致性及可交互運作性，係採用標準遍及大多數半導體製造產業。例如，藉由半導體設備及材料國際(SEMI)發展之標準具有高市場採用度。標準化之一範例係半導體(矽)晶圓的尺寸及形狀：對於大量生產其典型係具有300毫米(mm)之直徑的圓盤。
在處理期間，晶圓典型係在關閉箱(如標準機器介面(SMIF)或前開式晶圓盒(Front Opening Unified Pods；FOUP))內圍繞生產線(即在不同程序間)運輸。此等箱提供用於晶圓之實體及環境保護(尤其防止可污染待處理表面之大氣中的粒子)及促進自動化材料處理。各FOUP可具有一標準組態，例如固持最多13個或(更普遍)25個晶圓。
生產一完全矽晶圓所需之處理步驟的成本及複雜性連同其達到其中其操作可正確地評價之生產線末端所花費的時間，已導致需要監視生產線上之設備的操作及整個處理中被處理之晶圓的品質，以致對於性能有信心且可確保最後晶圓之良率。
該等處理技術典型會造成半導體晶圓表面處或其上之質量中的改變。對於表面之改變的組態對器件功能通常至關重要，因此出於品質控制目的係需要在生產期間評價晶圓以決定其是否具有正確組態。
專家計量工具可用於生產流程中以致該監視係在所關注之相關程序後不久且通常在後續處理前(即在處理步驟間)實行。
然而，實施晶圓計量經常會增加生產線操作的明顯成本(如僅藉由增加另外之製造步驟)而不增加被製造器件的體積或必然其品質。例如，係有關聯測量設備之資本採購及折舊之設備運轉成本，處理區域中之設備(「清潔室」)所需的空間之成本，及藉由該設備所消耗之設施及服務的成本。
此外，監視晶圓的品質可強加與生產線之減少效率關聯的操作成本。若使用特殊製造之測試晶圓則工廠自動化處理系統典型必須安排一特殊FOUP(含有測試晶圓)至用於處理之正確設備且接著至用於測試的測量設備之路線。未生產時間係當測試晶圓被處理時在處理設備上造成，因為在此時間期間不能處理生產晶圓。或者，若測量係在產品晶圓上進行，則對於必須監視之各程序步驟，一FOUP在向生產線下行進期間必須採取的移動的數目係加倍(因為FOUP可能在待監視的各處理步驟間移動至計量裝置且從其移動)。此增加工廠的循環時間，生產中晶圓所需儲存(WIP儲存)的數量，及在各件設備前所需的佇列且亦在自動化FOUP處理系統之容量上造成額外要求。
因為實施產品晶圓計量之成本，器件製造商經常實施取樣方案，其中僅選擇之晶圓被測量，(例如)僅某一數目之FOUP中之各晶圓，或各FOUP或選擇之FOUP內僅某一數目的晶圓。此兩方案引入其中可能經歷錯誤而未發現的額外危機。係有在未被選擇用於測量之一特定FOUP中的晶圓處理期間發生之一設備錯誤的可能性。亦可能用錯誤製法處理一FOUP，以致(例如)錯誤層被沈積或甚至FOUP未被排程使得整個處理步驟被省略。即使FOUP被選定用於測量，則除非FOUP中之所有晶圓被檢查，否則在個別晶圓上發生之潛在錯誤仍存在。
測量一處理步驟之任一側的一晶圓質量中的改變係用於實施產品晶圓計量之具吸引力的方法。其係相對較低成本、高速率及可自動地適應不同晶圓電路圖案。此外，其經常可提供比替代技術更高精度的結果。例如，在許多典型材料上，材料層的厚度可解析降至一原子規模。討論中之晶圓在相關處理步驟前及後被稱重。質量中之改變係與生產設備之效能及/或晶圓的所需特性相關。
雖然質量計量設備之設備運轉成本可能低於替代方法，此技術仍可能遭受減少生產線效率的效應。的確，因為前及後處理測量的需要，生產線的效率可能比替代測量方法受到更多負面影響。FOUP及/或晶圓取樣方案係因此經常在使用質量計量處實施。此可能引入以上識別的危險。
本申請案揭示兩種技術，其可增加半導體晶圓製程中之計量裝置的效率及總處理能力。
晶圓運輸器計量
在第一態樣中，本發明提供一種半導體晶圓計量方法，其中測量係在一用於在處理位置間運輸一晶圓之裝載單元(即晶圓運輸器，如FOUP或SMIF)中含有的一或多個晶圓上進行。在此態樣中，係省略從一使晶圓經受計量測量之裝載單元擷取晶圓的步驟。
此態樣之一優點係藉由省略晶圓擷取步驟而節省時間。另一優點係因為運輸器係經測量實體，故可用在一製造系統(如清潔室)內或在一自動材料處理系統上之各式各樣的測量位置。此可進一步減少一計量測量花費之時間量，如藉由減少至一在處理步驟間之測量位置的行進時間。
此外，本發明者已瞭解關聯晶圓計量之一些目前限制可藉由當產品晶圓仍在FOUP環境內時執行對產品晶圓的測量來改進。藉由監視裝載單元，一FOUP內之所有晶圓(如一或多個晶圓)可使用計量(如質量計量)有效地一起測量。處理中之問題可使用此等測量取得。此想法係在以下討論之第二態樣中更詳細探索。
因此，根據本發明之第一態樣，係可提供一種監視半導體晶圓製造的方法，該方法包括偵測一監視實體之可測量特性，其中該監視實體包括一裝載晶圓運輸器。裝載於該運輸器內之晶圓或複數個晶圓影響可測量特性，藉以若裝載晶圓或複數個晶圓係處理則可測量特性改變。
晶圓運輸器可能在一其中用於可測量特性之第一及/或第二值被偵測之測量區，及一其中晶圓處理發生之處理區間可活動。運輸器在處理區處可卸載及可重新裝載。可能有複數個處理區及/或複數個測量區。處理區可造成一產品半導體晶圓之處理線。測量區可沿該線適當地配置直至促成程序步驟及程序監視(即計量)步驟間之有效率晶圓移動。典型地，處理區可位於一自動化材料處理系統(AMHS)的機架中。晶圓運輸器可藉由一機架內運輸機構(如架空軌)在位於一單一機架的工具間移動。晶圓運輸器可藉由一機架間運輸機構在機架間移動。機架內及機架間機構之間可能有複數個交換點。測量區可設於機架間運輸機構上或可從其存取。測量區可被設於交換點(例如在可藉由晶圓運輸器經常造訪之位置)處。
晶圓運輸器可封閉裝載晶圓以保護其免於大氣中的粒子之污染。晶圓運輸器可為一前開式晶圓盒(FOUP)，例如可固持13或25個晶圓。FOUP可為AMHS的部分，其可在處理線上實施來管理FOUP在不同處理裝置(如一機架內的工具)間之移動，且管理目前不被處理之FOUP的儲存及佇列。一用於擷取計量測量之機構可整合進入至AMHS。例如，當AMHS係利用一架空軌實施，可將計量系統整合進入至該軌，以致當FOUP沿該軌行進而暫時停止時加以測量。或者，測量裝置可設於沿該軌之各種位置處，例如在該軌下之儲存架上。計量因此可在處理工具間移動之期間有效率地執行。此可除去對於任何分開排程移動或額外WIP佇列的需要。
或者，可將測量裝置整合進入至處理設備的裝載/卸載機構。例如，可使測量裝置附接至處理設備之一裝載埠中的動態銷。測量因此可在一裝載埠中銜接一FOUP前及在未銜接後執行。
在一具體實施例中，相同測量裝置係用來獲得前及後處理測量。此可最小化或消除歸因於測量裝置間之差異(例如當測量振動時之不同彈簧常數)而造成的錯誤。否則，彈簧常數可能在測量裝置間匹配。其可因此需要具有一接近各處理區的測量區。
可監視自FOUP至FOUP之比較結果的表現以提供一在測量步驟間進行之處理的穩定性之指示。所需特性中之任何稍微漂移或步驟改變可在FOUP測量之傾向中識別。
在計量測量期間維持一FOUP內之晶圓的隔離可能對於生產線具有明顯優點。在先前配置中(其中係對個別晶圓執行計量測量)，晶圓必須從FOUP卸載，其承受每次FOUP門敞開且一晶圓為了測量移除時引入缺陷或粒子至各晶圓上的危險。此危險係藉由無須敞開FOUP門用於計量測量來消除。
此外，一件測量設備製造成本中的一明顯部分可藉由需要執行在FOUP外測量晶圓之所需動作的機構吸收。例如，可能需要一卸載機構以敞開FOUP門，當晶圓在FOUP外側時可能需要一環境調節單元以使晶圓的微粒污染減至最少，且可能需要一具有專用末端附件之機器手臂以將各晶圓自FOUP移動至測量處。
本發明可明顯地提升晶圓處理線之操作速率(如總處理能力)。若測量一25個晶圓FOUP內的各晶圓，一典型晶圓計量系統可能僅能每小時測量3至5個FOUP。若使用取樣方案(如其中僅測量各FOUP中之3個晶圓)，此可能提升至每小時10至15個FOUP。在本發明中，當一FOUP內之所有晶圓係同時測量時，總處理能力可多於每小時120個FOUP，例如高達每小時200個FOUP。
在一具體實施例中，計量技術包括裝載晶圓運輸器(如FOUP或SMIF)之質量的決定。此具體實施例可藉由一其中重力係使用一力感測器精確地測量的稱重系統實施。在中位準之精度，可假設此力僅歸因於FOUP的質量。然而，若需要更高位準之精度時，可能需要考慮其他力。一此類力係藉由大氣浮力造成。若測量係在大氣(即非真空)中取得，FOUP將移動此大氣之一體積，其造成一上推力。上推力取決於大氣(空氣)密度，其繼而取決於包括溫度、大氣壓力、相對溼度及空氣組成物的各種因子。上推力減少藉由力感測器偵測到之FOUP的表觀重量。本發明可包括配置以補償大氣浮力的步驟。
可提供感測器以監視溫度、壓力及相對溼度。一處理器可從此等感測器接收測量及用其來計算空氣密度，其可用以補償一對應重量測量中之浮力。
圍繞FOUP的空氣可在其上施加一浮力(在一與重力相反方向中)，可能例如歸因於在周圍溫度及壓力中之波動而在一處理步驟之前或後可測量出不同浮力。浮力取決於FOUP的體積，其在計量測量間不經歷實質上改變。的確，計量測量間唯一不可忽視之改變可為FOUP內容之質量中的改變(即FOUP內之複數個晶圓及空氣的質量)。
處理半導體晶圓可造成其加熱，其意指當其返回至FOUP時，FOUP內的溫度可能與周圍環境不相同。空氣密度且因此FOUP內之空氣質量可因此在前及後測量間改變。若有足夠佇列時間，其可等待用於溫度等化。或者，溫度等化可促進藉由提供一風扇將經過濾空氣吹進入至FOUP內以抵消FOUP內之空氣在大氣浮力上的效應。在另一替代中，可配置溫度及溼度感測器來測量FOUP中之測量條件以允許計算FOUP中的空氣密度。
浮力校正測量可能複雜，但本發明者已識別一替代測量技術，其中無須浮力校正。在此一替代具體實施例中，測量參數可為一振動頻率。在此具體實施例中，裝載運輸器(FOUP及其內容)係附接至一彈簧元件且係藉由一力初始地擾動，以致其在有關其質量及一彈簧常數的自然頻率處共振。可使FOUP在水平方向中振盪，以致來自晶圓本身之耦合振動不使預期回應複雜。此外，可針對擾動力以激發一在系統中遠離晶圓自然頻率的共振頻率，以避免使晶圓共振。可選擇擾動力以在頻率中接近裝載運輸器的一預期自然共振頻率。或者，可針對擾動力以激發在運輸器中裝載的晶圓的共振頻率。在此一具體實施例中，晶圓振動可能可偵測而運輸器振動可忽略。
本發明的第一態樣亦可提供用於監視半導體晶圓製造之裝置，該裝置具有一用於測量一晶圓運輸器之重量的稱重儀器，該晶圓運輸器裝載有一或多個半導體晶圓；及監視構件，其經配置用以決定在稱重儀器處藉由大氣施加在該運輸器上的浮力。
該裝置可包括一移動機構，其經配置用以在稱重儀器及晶圓處理設備間移動晶圓運輸器。
該監視構件可配置以感測晶圓運輸器內及外之條件。監視構件可包括一溫度監視器、一壓力監視器及一溼度監視器，其經配置用以決定圍繞稱重儀器及/或運輸器內之溫度、壓力及溼度。
壓力監視器可包括一壓力感測器，其在800至1200毫巴(mbar)絕對值之範圍間具有一優於0.4%的精度。溫度敏感性可少於0.02%/℃。回應時間可少於200ms。溫度監視器可具有一溫度感測器，其具有一優於0.2℃之精度及少於10秒之回應時間。溼度監視器可具有一溼度感測器，其具有一優於2%之精度及少於1分鐘的回應時間。
稱重儀器可在0至8公斤或0至10公斤之範圍間具有0.25毫克的可讀性。該儀器可具有優於0.75毫克之可重複性及在106 /℃中少於1份之溫度敏感性漂移。
該裝置可包括一溫度等化器，其係用於維持運輸器內之一實質上恆定溫度。溫度等化器可包括一風扇，其係用於將空氣(如，經過濾空氣)吹進入至運輸器內。
本發明之第一態樣亦可提供用於監視半導體晶圓製造之裝置，該裝置包括：一支撐結構，其經配置用以支撐裝載有半導體晶圓之一晶圓運輸器；一振動激發器件，其經配置用以振動該晶圓運輸器；及一測量器件，其係用於測量該晶圓運輸器之一頻率響應。一在裝載該運輸器中之晶圓被處理前及後偵測到的頻率響應中之改變，可為經處理晶圓的質量中改變之代表，且可用來監視如以上討論之處理。
其他計量技術亦可應用於一裝載晶圓運輸器。例如，若該運輸器對於紅外線或X射線輻射係透明，傅立葉變換紅外線(Fourier Transform Infra Red；FTIR)光譜或X射線反射量測法(XRR)技術可用來對於仍在晶圓運輸器環境內之一或多個晶圓獲得測量值。
多個晶圓計量
在一第二態樣中，本發明提供一種半導體晶圓計量技術，其中一受監視元件包括複數個晶圓，即一單一計量測量結果係獲得用於一群晶圓。例如，受監視元件可為裝載有複數個晶圓之一FOUP或從一FOUP一起擷取的複數個晶圓。
先前計量技術已集中在從個別晶圓獲得精確測量。本發明提出藉由取得該單元之測量將複數個晶圓視為一單元。可將測量之單一結果視為個別晶圓回應之一組合，但在此態樣中不分開地偵測個別晶圓回應。所偵測的係晶圓之個別回應的有效組合，其可依一相加方式組合以提供(在絕對值項中)一更大的可測量實體。所提出技術可用作錯誤一高位準檢查。在該群晶圓之一或多個中的製造錯誤可造成其對偵測結果的貢獻以落下至一預期範圍外，其將會影響偵測結果以(例如)經由個別測量提示哪一個晶圓係故障之進一步調查。此外，可彼此比較針對各晶圓群取得之測量，以提供被監視之程序步驟或複數個步驟的穩定性之一指示，(例如)以致使能夠在問題實際上發生前採取預防性動作。第二態樣之技術可提供一用於高位準檢查之相對較高總處理能力，其可改進製造之總效率。本發明者已因此瞭解獲得一用於各個別晶圓之測量的習知計量技術，可藉由取得一群測量以識別一錯誤之存在且接著(若需要)個別測量以識別故障晶圓及錯誤之本質來改進。
本發明係有關計量測量，即可識別對於藉由處理造成之晶圓的改變之測量。對於一單一處理步驟造成晶圓之改變可能太小以致無法藉由與一預定參考值相比較而偵測出。例如，各處理步驟可影響少於各處理晶圓之材料的0.5%。一計量測量必須能用足夠精度偵測此改變以決定其是否落入可接受邊界內。在本發明中，係獲得一群計量測量，其中可獲得對於藉由複數個晶圓之一或多個晶圓處理步驟造成的複數個晶圓之改變的和。
在一具體實施例中，受監視實體可為複數個晶圓的質量。歸因於一處理步驟之一單一晶圓的質量改變可少於單一晶圓質量的0.5%(如，對於一具有少於130克質量之晶圓的650毫克或更少之改變)。
因為組合回應產生一大的可測量現象，其係可用以獲得一對於該測量的較大相對解析度或使用一具有低解析度之測量器件。
因此，根據本發明之第二態樣，可提供一種監視半導體晶圓製造的方法，該方法包括偵測一受監視實體的可測量特性，其中該受監視實體包括複數個半導體晶圓。因此，針對複數個半導體晶圓偵測一用於計量之單一結果。例如，可配置一單一儀器以實質上同時地偵測該複數個晶圓之各晶圓的可測量特性，以致被偵測的係一用於該群晶圓的單一結果。該可測量特性可對應於個別晶圓特性之彙總(如，和)。個別晶圓特性係未在受監視實體的可測量特性之偵測中分開地偵測。的確，受監視實體的可測量特性可置於一測量儀器的可重複偵測範圍中而各個別晶圓特性(若經測量)將會置於該範圍外。
類似於取樣方案，本發明之第二態樣不允許各晶圓之精確特性被分開地檢查。然而，不同於取樣方案，在本發明中，運輸器中之各晶圓促成計量測量(如，總質量)。若任何晶圓已被不正確地處理或完全未處理，則本發明的方法可允許一錯誤已發生之識別。
可測量特性可針對相同之受監視實體在一晶圓處理步驟前及後偵測以致使執行一比較來評價藉由該處理步驟造成的改變。因此，該方法可包括針對待處理之複數個半導體晶圓獲得一第一群計量測量；處理該等半導體晶圓；針對處理後之該複數個半導體晶圓獲得一第二群計量測量；及比較該第一群計量測量及該第二群計量測量以監視該處理。
第二態樣的方法可對從一晶圓運輸器擷取之成群半導體晶圓予以執行。此等具體實施例可在其中處理設備包括一組平行執行類似晶圓處理的工具內係有用。例如，在所謂叢集工具中，複數個相同處理室係定位圍繞一接收一晶圓運輸器的中心。運輸器中的晶圓可在處理室間分散用於處理。平行處理可增加總處理能力。在第二態樣之一具體實施例中，受監視實體可為一群晶圓，其係各在一叢集工具的一特定處理室中處理。因此，擷取裝置可提供用於從一晶圓運輸器擷取此一群以致可執行計量測量。可配置該擷取裝置以依一可選擇(可組態)(如正常)方式(如每四個晶圓)從運輸器中移除晶圓，以匹配該等晶圓如何在叢集工具中之室間分散。擷取裝置可包括一多指狀工具以同時擷取一群晶圓。
藉由執行對運輸器內容之一子集的計量，當偵測一錯誤時可更精確地以一問題來源為目標。當一故障僅在一子集之測量中發生時，可追蹤問題至用於該子集之特定處理室。
可測量特性可為用於習知計量的任何特性，即習知計量即可使用已知計量技術實施之偵測步驟，例如大氣浮力校正質量測量，傳立葉變換紅外線(FTIR)光譜或X射線反射量測法(XRR)。在後兩種範例中，入射輻射之單一束可分成複數個分開子束，其係各被導向至複數個晶圓的一各別者。一來自各晶圓的回應信號可在被偵測前組合。然而，本發明可利用之事實係矽晶圓典型藉由導引入射輻射之一單一束穿過串聯之複數個半導體晶圓來發射紅外線輻射且偵測結果。
在一具體實施例中，係組合本發明的第一及第二態樣，藉以該受監視實體包括在一晶圓運輸器中含有之複數個半導體晶圓。在此情況下，因為可同時地測量多個晶圓，故待測量之總質量將增加。然而，總質量中之改變係歸因於對於各晶圓之質量的一個別改變，故總質量改變亦將增加。本發明之第一態樣及第二態樣的組合可表達為一種監視半導體晶圓製造之方法，該方法包含：對於裝載有待處理之複數個半導體晶圓之一晶圓運輸器獲得一第一計量測量；從該晶圓運輸器卸載該等半導體晶圓；執行對該等卸載半導體晶圓的處理；將該等經處理半導體晶圓重新裝載至該晶圓運輸器；對於裝載有該等經處理半導體晶圓之該晶圓運輸器獲得一第二計量測量；及比較該第一測量及該第二測量以監視該等晶圓之處理。
在該具體實施例的一實施中，在該計量測量步驟中偵測到的可測量特性可為裝載運輸器的質量。因此，可將晶圓運輸器之質量包括在偵測到的可測量特性內。
此具體實施例之一替代表達可表達為一種監視一或多個半導體處理步驟的方法，該方法包括：在執行處理步驟前，獲得對於係裝載有一或多個待處理半導體晶圓之一晶圓運輸器之質量的代表之測量參數的一第一值；執行對該半導體晶圓的處理步驟；在處理步驟執行後，獲得對於係裝載有經處理半導體晶圓之晶圓運輸器的質量之代表的測量參數之一第二值；及比較該第一值及該第二值以監視處理步驟。測量參數無須為一直接重力測量。例如，其可為一係藉由施加一振盪脈衝激發之裝載晶圓運輸器的振動之自然頻率。此一測量參數係(如，取決於)裝載晶圓運輸器之質量的代表，以致運輸器的質量中之改變係反映在測量參數中之改變。測量參數之絕對值可能並非必要；重要因子可為比較之結果，例如其隨著時間之表現或其如何匹配一預期。
當應用至本發明的兩個態樣時質量計量係有利。此係因為其可在遠端執行，即無須直接執行其中已發生的處理(即，晶圓處理)之晶圓的表面之存取。關聯運輸器本身之質量可在前及後處理測量間固持充分地類似，以致當比較第一測量及第二測量時其將實質上抵消。例如，一關聯所關注程序步驟之質量差異可藉由從第二質量測量中減去第一質量測量來計算。在此一情況中，各質量測量可涉及裝載運輸器之重量的直接測量。其他類型之質量測量(即關聯或代表裝載運輸器之質量的參數之測量)亦可行。
受監視半導體製程可包括導致一晶圓之質量改變之任何類型的晶圓處理，如CVD、PECVD及PVD的沈積技術；例如化學蝕刻及CMP、及/或清潔、離子植入、微影及類似者的移除技術。所監視之處理可為一單一處理步驟或一系列之步驟。
圖1顯示一半導體晶圓處理工廠之部分的示意圖。該工廠包括一室(如「清潔室」)34，其中一運輸器單元(在此具體實施例中係一FOUP)16(典型有複數個此單元)在處理設備(未顯示)及計量裝置(在下文中討論)間承載半導體晶圓18。在此具體實施例中，運輸器單元16係一經由一附接臂24附接至一架空軌22的FOUP。FOUP 16具有一前門14，其係可敞開成為一含有複數個架12之空腔，各架12係穩固地配置以維持一半導體晶圓18。當前門14關閉時，FOUP 16中之空腔受保護防止室34中的環境。
架空軌22可為一自動化材料處理系統(AMHS)的部分，其自動地控制室34內之運輸器單元的移動。此等系統係已知用於圍繞一半導體處理工廠移動FOUP。
在具體實施例中，附接臂24係可延伸以允許將FOUP 16放置在藉由壁35定義的一計量封閉件內之一稱重儀器30的一盤20上。壁35係提供以防止室34內之氣流影響重量測量。稱重儀器30可為一具有一測試重量的10公斤質量比較器。盤20係位於計量封閉件之一上部分中且稱重儀器30在一下部分中。兩個部分係以一用於桿32之穿透孔分隔。
稱重儀器30可藉由偵測FOUP 16歸因於重力之重量獲得對於FOUP 16之質量測量。包含在FOUP 16中之半導體晶圓18的質量將會促成質量測量之值。因而，若一質量測量係在包含在FOUP 16中之半導體晶圓18被處理前及後取得，則藉由處理造成之半導體晶圓18的質量中的任何改變將會反映在FOUP質量測量中的改變。計量裝置可經組態用以使其他因素在質量測量上的效應減至最少。例如，FOUP 16及包含在其內之特定晶圓係與用於晶圓處理前及後進行質量測量者的相同。
亦可補償大氣浮力的效應，如下文中解釋。室34進一步含有一溫度感測器36、一溼度感測器38及一壓力感測器40。感測器係設置以致其感測元件係與盤20位於室34的上部分中。可用藉由此等感測器製成的測量來補償大氣浮力在FOUP 16上的效應。壓力感測器40可為一Druck PMP4010AB。可結合溫度及濕度感測器，例如成為一Pico RH02。藉由此等感測器取得之測量值被饋送至一處理單元42(例如一外部PC或內部微處理器)，以允許例如使用以下方程式計算空氣密度：
其中ρ air 係以g/cm3 為單位之空氣密度， P 係以mBar為單位之壓力， T 係以℃為單位之溫度，且 H 係表示為百分比之相對濕度。空氣密度可用以使用以下方程式計算大氣浮力在運輸器單元16上之效應：
B =ρ air V t ,
其中 B 係以克為單位之大氣浮力，ρ air 係以g/cm3 為單位之運輸器外側的經計算空氣密度，且 V t 係以cm3 為單位藉由運輸器占用的空間之體積。運輸器之質量可因此表示為：
M t =W t -B ,
其中 M t 係以克為單位之運輸器的大氣浮力補償質量，且 W t 係以克為單位之運輸器的偵測到重量(為簡化係從以上分析中省略標準重力常數)。
在溫度在運輸器內及外之間等化之具體實施例中，V t 係僅藉由運輸器及晶圓實際上占用之體積(即，排除運輸器內的空氣體積)。在此情況下，裝載晶圓之質量中的改變△ m w 可簡單地表示為M t post - M t pre ，其中上標pre與post分別指示晶圓處理前及後取得之測量。
在其中溫度係不同的具體實施例中， V t 係運輸器邊界內之全部體積(即，包括運輸器內之空氣體積)。在此情況下，運輸器中之質量的改變可表示為：
ΔM t =Δm w +Δm air ,
其中△ m air 係運輸器內之空氣的質量之改變，即
Δm a ir =(ρ air post - ρ air pre )V air ,
其中V air 係運輸器內的空氣體積，且ρ air pre 與ρ air post 係針對運輸器內偵測到之溫度及溼度從根據以上公式計算出之運輸器內的空氣密度。
因此，圖1中的裝置可用來執行對一裝載FOUP的重量之差異比較，以監視對藉由該FOUP運輸之晶圓執行的處理之效應。因為在FOUP中之所有晶圓上的處理效應將會反映在質量測量中，故此裝置可識別可藉由已知「取樣」技術錯失的錯誤，而不使計量區段的總處理能力降級。
圖2顯示一含有係本發明之另一具體實施例的計量裝置之半導體處理工廠的另一示意圖。在此具體實施例中，計量裝置係整合進入至AMHS中，以致其連同FOUP 16沿室34內之架空軌22移動。此允許在室內任何位置處執行計量，其可增加工廠的總效率。
如具有圖1中顯示之具體實施例，FOUP 16(其作為晶圓運輸器)裝載有半導體晶圓18，其係藉由在一空腔內之架12予以維持，該空腔係從藉由一可敞開門14密封隔離室34中的大氣。FOUP 16係經由支撐44附接至一振動激發/偵測器件46。振動激發/偵測器件46係藉由附接臂24自架空軌22懸置以致其可連同FOUP 16圍繞室34移動。在一替代配置中，振動激發/偵測器件46可設於類似以上參考圖1討論之計量封閉件的隔離封閉件中的一盤之下。
振動激發/偵測裝置46(如音圈或類似者)經配置用以透過支撐44激發FOUP 16的振動。該支撐可為一彈簧，且激發振動可遍及一頻率範圍變化以發現該系統之共振頻率。共振頻率取決於附接至彈簧之自由端的質量，因此偵測系統之共振頻率係一獲得用於可測量參數之一值的方法，該可測量參數係FOUP之質量的代表。若FOUP之質量改變(即裝載半導體晶圓18之質量歸因於處理的改變)，則系統之共振頻率將改變。振動激發/偵測器件46係連接(無線或有線地)至一處理單元42，處理單元42經配置用以處理一來自振動激發/偵測器件46之信號以識別共振頻率。
支撐44係實質上無摩擦，且經配置用以兼能支撐FOUP 16之重量且當其振盪時使自由度限於所關注。此可使用一空氣軸承台或一撓性軸承機構實施。
為了偵測振動的頻率，振動激發/偵測器件46可包括一頻率感測器(未顯示)。頻率感測器可為任何已知類型，例如三角測量雷射距離感測器或光學聚焦感測器，其中一反射離開FOUP的輻射(例如光或雷射束)之入射束造成感測器內之特性隨著束行進距離變化而改變。該具體實施例可配置以偵測自由或強迫振盪。
圖3係一說明一種係本發明之具體實施例的監視半導體製造之方法的流程圖。該方法可使用圖1或圖2中所示之裝置實施。該方法以一在一半導體處理工廠之測量(計量)區中的裝載有半導體晶圓之晶圓運輸器(如FOUP)開始。FOUP可使用AMHS移動進入至測量區內。該方法中之第一步驟係在方塊100，其係獲得一代表FOUP之質量的參數的第一測量。如以上討論，其可為一用於FOUP之共振振動頻率或一大氣浮力補償重量測量。
在獲得第一測量後該方法移至方塊102，其中運輸器係從測量區移動至一在半導體處理工廠中的處理區內，在該處半導體晶圓可依各種方法之任一者(例如蝕刻、沈積或類似者)加以處理。
當運輸器到達處理區時，該方法移動至方塊104，其中一半導體晶圓從運輸器卸載。在方塊106處，經卸載半導體接著接受處理。在方塊108處，晶圓在處理後重新裝載至運輸器內。步驟104、106及108針對運輸器內之各晶圓重複，直至所有晶圓已處理及重新裝載。在一替代具體實施例中，可卸載所有晶圓以致其可被同時處理。
在晶圓皆被處理及重新裝載後，該方法移動至步驟112，其中運輸器從處理區移動至一測量區。測量區可與在步驟100處使用之測量區相同或不同。如圖2中說明之具體實施例中所見，測量裝置可與運輸器關聯，在該情況中測量區可為處理工廠中之任何點處，甚至在一處理區中。
當運輸器在一測量區中時，該方法移動至步驟114，其中獲得代表FOUP之質量之參數的第二測量。測量條件經符合需要地配置以致該等測量間之主要差異係歸因於藉由處理造成的裝載晶圓之質量中的改變。
在獲得第二測量後，該方法移動至方塊116，其中比較第一測量及第二測量以獲得一差異結果，其可用作對於晶圓之處理的一代表值。可比較此值與一標準或臨限值，以決定在半導體晶圓之處理期間是否已發生任何錯誤。例如，若該處理涉及自晶圓移除材料且差異結果可指示質量的失去不足夠，即一晶圓可能未被適當地處理。
在另一具體實施例中，可執行對從FOUP環境擷取之複數個晶圓的計量測量。圖4A及4B顯示其中一群晶圓可從一運輸器同時擷取之擷取程序的範例。在一替代(未說明)具體實施例中，一習知機器手臂可依序卸載單一晶圓且將其放置(如堆疊)在一計量儀器上。
圖4A顯示圖1所述從處理室34中之架空軌22懸置的晶圓運輸器16。運輸器16在架12上含有六個晶圓18。在圖4A中，運輸器16的門被敞開以透過孔徑15暴露晶圓18。一晶圓擷取器50係可活動地設置在軌22上以從運輸器16擷取三個晶圓。雖然此具體實施例說明從固持六個晶圓的運輸器擷取三個晶圓，但本發明不受限於擷取或維持之晶圓的數目。晶圓擷取器50包括複數個可插入托盤52，其係附接至一可沿軌22可活動的背板54。可插入托盤52係可容納地穿過孔徑15以接合待擷取的晶圓。圖4B顯示離開運輸器16具有經擷取晶圓的晶圓擷取器50，其可接著被運輸至測量裝置(如，與圖1中顯示之配置類似的稱重儀器)用於獲得一用於該群經擷取晶圓的單一計量測量。
圖5A、5B及5C顯示一晶圓擷取器60的三種不同組態，其經配置用以擷取一使用者可選擇群之晶圓。晶圓擷取器60包括支撐六個托盤的一背板64。托盤係鉸接至支撐以在其間移動及選擇性地占用一延伸位置62或一縮回位置66。
圖5A顯示一在延伸組態62中具有三個交替托盤及在縮回組態66中的三個托盤之組態。圖5B顯示一其中所有托盤占用延伸組態62的組態。圖5C顯示一係圖5A中所示的相反之組態，即在圖5A中縮回的三個托盤現於延伸組態62中，且在圖5A中延伸的三個托盤現於縮回組態66中。
圖6顯示一其中可實施本發明之自動化材料處理系統(AMHS)70之示意性平面圖。AMHS 70包括三個機架71，其各由面向內之兩相反列工具78組成。各工具具有一或多個裝載埠80，其中可放置一晶圓運輸器(未顯示)，其上晶圓係藉由工具卸載及處理。晶圓運輸器係沿機架內架空軌74在一機架71內(例如機架71中之工具78間)移動。晶圓運輸器係沿一機架間軌72在機架71間移動。軌轉移機構76係設於一機架內軌74及機架間軌72間之各接面處，以允許晶圓運輸器在軌類型間有效率地轉移。晶圓運輸器的運輸及轉移可藉由一中央電腦(未顯示)自動地控制。
為了使系統有效率地操作，可能需要等待處理之晶圓停在一合宜位置，(例如)在機架間軌72下的儲存架82上。
在本發明之一具體實施例中，含有用於執行對晶圓運輸器的計量測量之設備的測量區84可位於儲存架82上，即可位於一機架間區中。測量區亦可設於機架71內，即一機架內的工具78中一或多者可為一計量工具，其經調適以執行對一裝載晶圓運輸器或一晶圓運輸器的擷取內容的一計量測量。或者或額外地，一工具的裝載埠80可具有整合於其中之計量設備。
12．．．架
14．．．前門
15．．．孔徑
16．．．FOUP/運輸器單元(前開式晶圓盒)
18．．．半導體晶圓
20．．．盤
22．．．架空軌
24．．．附接臂
30．．．稱重儀器
32．．．桿
34．．．室
35．．．壁
36．．．溫度感測器
38．．．溼度感測器
40．．．壓力感測器
42．．．處理單元
44．．．支撐
46．．．振動激發/偵測器件
50．．．晶圓擷取器
52．．．托盤
54．．．背板
60．．．晶圓擷取器
62．．．延伸組態
64．．．背板
66．．．縮回組態
70．．．自動化材料處理系統(AMHS)
71．．．機架
72．．．機架間軌
74．．．機架內(架空)軌
76．．．軌轉移機構
78．．．工具
80．．．裝載埠
82．．．儲存架
84．．．測量區
本發明之兩個態樣係參考附圖描述於上文中，其中：
圖1顯示執行用於一裝載FOUP之補償質量測量的大氣浮力之裝置；
圖2顯示一用於激發及偵測一裝載FOUP之共振振動頻率的裝置；
圖3係一說明係本發明之具體實施例的監視半導體晶圓製造之方法的流程圖；
圖4A及4B顯示一晶圓擷取裝置；
圖5A、5B及5C顯示一選擇晶圓擷取裝置；及
圖6係一其中應用本發明之晶圓運輸器系統的示意性平面圖。
12．．．架
14．．．前門
16．．．FOUP/運輸器單元(前開式晶圓盒)
18．．．半導體晶圓
20．．．盤
22．．．架空軌
24．．．附接臂
30．．．稱重儀器
32．．．桿
34．．．室
35．．．壁
36．．．溫度感測器
38．．．溼度感測器
40．．．壓力感測器
42．．．處理單元

Claims (11)

  1. 一種監視半導體晶圓製造的方法，該方法包括偵測一受監視實體之一可測量特性，其中該受監視實體包括一裝載一或多個半導體晶圓之晶圓運輸器，其經配置用以在一製造環境內之各分開(separate)晶圓處理裝置間運輸該一或多個半導體晶圓，其中該晶圓運輸器係一自動化材料處理系統之部分，該自動化材料處理系統包括複數個機架(bays)，該複數個機架之每一者包括複數個該等分開晶圓處理裝置，且其中該自動化材料處理系統包括用於在單一機架中之分開晶圓處理裝置之間移動晶圓運輸器之機架內(intra-bay)運輸機構，及用於在該複數個機架之間移動晶圓運輸器之一機架間(inter-bay)運輸機構，其中該方法包括，在該偵測步驟之前，處理一或多個半導體晶圓及將該一或多個經處理晶圓裝載至該晶圓運輸器，其中該處理步驟造成該可測量特性之一改變，其中該偵測步驟偵測該可測量特性之該改變，其中該方法包括，使該裝載該一或多個半導體晶圓之晶圓運輸器在該處理步驟發生之該自動化材料處理系統中之一機架之該等分開晶圓處理裝置中之一晶圓處理裝置及該偵測步驟發生之一測量裝置之間移動，及其中該測量裝置係設於該機架間運輸機構上或可從其存取。
  2. 如請求項1之方法，其包括在該處理步驟前，偵測該裝載一或多個半導體晶圓之晶圓運輸器之該可測量特性及卸載該一或多個半導體晶圓準備用於該處理步驟，其中比較在處理後偵測到的該可測量特性與處理前偵測到之該可測量特性，以監視該處理程序。
  3. 如請求項1之方法，其中該處理步驟包括一材料沈積技術，例如CVD、PECVD及PVD；及/或一材料移除技術，例如化學蝕刻、CMP、清潔、離子植入、微影或類似者。
  4. 如請求項1之方法，其中該裝載一或多個半導體晶圓之晶圓運輸器係一前開式晶圓盒(FOUP)或一標準機器介面(SMIF)。
  5. 如請求項1之方法，其中該偵測步驟包括測量該裝載一或多個半導體晶圓之晶圓運輸器的質量。
  6. 如請求項5之方法，其中該偵測步驟包括在一稱重儀器上測量歸因於該裝載一或多個半導體晶圓之晶圓運輸器之重力的一重力。
  7. 如請求項6之方法，其包括決定在該稱重儀器處藉由大氣在該裝載一或多個半導體晶圓之晶圓運輸器上施加之浮力。
  8. 如請求項5之方法，其中該偵測步驟包括振動該裝載一或多個半導體晶圓之晶圓運輸器及測量該裝載一或多個半導體晶圓之晶圓運輸器之一頻率響應。
  9. 如請求項1之方法，其包括： 對於裝載有待處理之一或多個半導體晶圓之一晶圓運輸器獲得一第一計量測量；從在該等分開晶圓處理裝置之一第一晶圓處理裝置處之該晶圓運輸器卸載該等半導體晶圓；執行對該等卸載半導體晶圓的一第一處理；將該等經處理半導體晶圓重新裝載至該晶圓運輸器；對於裝載有該等經處理半導體晶圓之該晶圓運輸器獲得一第二計量測量；比較該第一測量及該第二測量以監視該等晶圓之處理；移動該裝載該一或多個半導體晶圓之晶圓運輸器至一遠離該第一晶圓處理裝置之該等分開晶圓處理裝置之一第二晶圓處理裝置；從在該第二晶圓處理裝置處之該晶圓運輸器卸載該等半導體晶圓；執行對該等卸載半導體晶圓的一第二處理；將該等經處理半導體晶圓重新裝載至該晶圓運輸器；對於裝載有該等經處理半導體晶圓之該晶圓運輸器獲得一第三計量測量；及比較該第二測量及該第三測量以監視該等晶圓之處理。
  10. 如請求項1之方法，其中該測量裝置可設於該機架間運輸機構及一機架內運輸機構間之一交換點處。
  11. 如請求項1之方法，其中該測量裝置係位於該機架間運輸機構之一機架間軌下之一儲存架上。
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