批次型湿法清洗设备及使用方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及晶圆清洗设备，特别是涉及一种批次型湿法清洗设备及使用方法。


背景技术：

2.批次型湿法清洗设备是指单槽单次可同时清洗单批次25片或2批次50片甚至更多数量的晶圆，具有清洗效率高、晶圆片间清洗效果均匀等优点，但也存在极大的风险，比如如果清洗槽体发生破损，或是循环泵发生故障，或晶圆发生斜片错位等不良而未及时发现，则受影响的晶圆数量也是成倍增加。因而在批次型湿法清洗设备中，实时掌握设备及晶圆状况是一件非常重要的工作。但晶圆厂通常是24小时连续生产，厂内人员相对不足，加上湿法清洗过程中使用的酸性和/或碱性清洗液等会挥发产生有毒有害性物质导致人体伤害，故难以实现对湿法清洗设备进行24小时的现场查看。而现有的湿法清洗工艺中，仅在晶圆装载区设置有监控装置，以检查翻转后/进foup(前端开口晶圆盒)前的晶圆有无斜片和/或叠片，以及检测来料盒是否为空盒，而无法实现对晶圆装入晶圆盒之前的检测。如果晶圆在装入晶圆盒前已经发生碎片、倾斜等不良，继续进行传送作业不仅会导致晶圆的碎片，而且晶圆碎片会导致晶圆盒和设备等的损伤和污染，造成巨大的经济损失。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种批次型湿法清洗设备，用于解决现有的批次型湿法清洗设备中，无法实现对晶圆装入晶圆盒之前的检测，而如果晶圆在装入晶圆盒前已经发生碎片、倾斜等不良，继续进行传送作业不仅会导致晶圆的碎片，且晶圆碎片会导致晶圆盒和设备等的损伤和污染，造成巨大的经济损失等问题。
4.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种批次型湿法清洗设备，包括清洗槽、机械手臂、图像采集装置、控制装置及报警装置；所述机械手臂用于在清洗槽和晶圆盒之间传送晶圆，所述图像采集装置固定于所述机械手臂上，用于在传送晶圆的过程中采集晶圆的图像，所述图像采集装置外围设置有透明保护罩，所述控制装置与所述图像采集装置及报警装置相连接，用于根据所述图像采集装置采集的图像判断传送的晶圆是否存在异常，若异常则控制报警装置发出报警信息。
5.可选地，所述透明保护罩为石英玻璃表面贴附pfa保护膜的复合材质。
6.可选地，所述控制装置为plc控制器，所述plc控制器与mes系统相连接，当所述控制装置判断传送的晶圆存在异常时，mes系统停止作业。
7.可选地，所述机械手臂包括支撑部及位于所述支撑部的相对两侧，且与所述支撑部相连接的夹持部，所述图像采集装置固定于所述支撑部上。
8.可选地，所述报警装置为声光报警器。
9.可选地，所述报警装置包括带通信功能的报警器，当控制装置判断传送的晶圆存在异常时，所述报警装置发送报警短信至移动设备终端。
10.可选地，所述报警装置包括声光报警器和带通信功能的报警器。
11.可选地，所述控制装置内预先存储有待传送晶圆的数量和晶圆间间距，当所述控制装置判断传送的晶圆的数量和晶圆间间距中任意一项存在异常时，控制报警装置发出报警信息。
12.本发明还提供一种如上述任一方案中所述的批次型湿法清洗设备的使用方法，所述使用方法包括在晶圆传送过程中通过图像采集装置采集晶圆的图像以判断传送的晶圆是否存在异常，若异常则控制报警装置发出报警信息。
13.可选地，所述使用方法还包括在传送的晶圆存在异常时关闭所述批次型湿法清洗设备的步骤。
14.如上所述，本发明的批次型湿法清洗设备及使用方法，具有以下有益效果：本发明经改善的结构设计，在机械手臂上设置图像采集装置以对传送中的晶圆进行实时监测，可以第一时间发现晶圆的异常，避免在晶圆已经发生破损和/或错位等情况下继续进行传送而导致更大的损失，且设置透明保护罩对图像采集装置进行保护，可以有效避免清洗槽内的清洗液挥发产生的腐蚀性气体对图像采集装置造成损伤；全程为无接触检测，不影响设备的正常作业，不会引入新的污染，在不影响设备产出率的同时有助于生产良率的提高。
附图说明
15.图1显示为本发明的批次型湿法清洗设备处于机械手臂自清洗槽中抓取晶圆的状态示意图。
16.图2显示为本发明的批次型湿法清洗设备处于机械手臂已将晶圆自清洗槽中取出的状态示意图。
17.图3显示为图2沿垂直晶圆的排布方向(即沿晶圆径向)的截面结构示意图。
18.图4显示为本发明的批次型湿法清洗设备中的图像采集装置和机械手臂的位置关系示意图。
19.元件标号说明
20.11
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清洗槽
21.12
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机械手臂
22.121
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支撑部
23.122
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夹持部
24.13
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图像采集装置
25.14
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控制装置
26.15
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报警装置
27.16
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透明保护罩
28.17
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晶圆
具体实施方式
29.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
30.请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以
配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质技术内容的变更下，当亦视为本发明可实施的范畴。
31.如图1至图4所示，本发明提供一种批次型湿法清洗设备，包括清洗槽11、机械手臂12、图像采集装置13、控制装置14及报警装置15；所述清洗槽11用于承载清洗液及对晶圆17进行清洗作业，所述机械手臂12用于在清洗槽11和晶圆盒之间传送晶圆17，所述图像采集装置13固定于所述机械手臂12上，用于在传送晶圆17的过程中采集晶圆17的图像，所述图像采集装置13外围设置有透明保护罩16，以保护所述图像采集装置13不被清洗槽11内的清洗液挥发的水汽及腐蚀性气体污染，同时也有效避免图像采集装置13发生意外脱落，所述控制装置14与所述图像采集装置13及报警装置15相连接，用于根据所述图像采集装置13采集的图像判断传送的晶圆17是否存在异常，若异常则控制报警装置15发出报警信息。本发明经改善的结构设计，在机械手臂上设置图像采集装置以对传送中的晶圆进行实时监测，可以第一时间发现晶圆的异常，避免在晶圆已经发生破损和/或错位等情况下继续进行传送而导致更大的损失，且设置透明保护罩对图像采集装置进行保护，可以有效避免清洗槽内的清洗液挥发产生的腐蚀性气体对图像采集装置造成损伤；全程为无接触检测，不影响设备的正常作业，不会引入新的污染，在不影响设备产出率的同时有助于生产良率的提高。
32.所述清洗槽11单次可同时进行单批次25片或两批次50片乃至以上数量的晶圆17的清洗。为此，清洗槽11内设置有用于承载晶圆17的托盘(未示出)，托盘上均匀间隔设置有多个放置晶圆17的卡槽，清洗槽11与清洗液供应管路相连通，可通过槽体底部的排水口进行排水，或采用溢流(overflow)方式进行废弃清洗液的排放。
33.作为示例，所述机械手臂12包括支撑部121及位于所述支撑部121的相对两侧，且与所述支撑部121相连接的夹持部122，所述图像采集装置13固定于所述支撑部121上。两个夹持部122可以为l型结构，其水平部分具有卡槽，当两个夹持部122的水平部分相互接触时，晶圆17落入卡槽中而被夹持。当然，在其他示例中，所述机械手臂12还可以为其他结构，本实施例中不做严格限制。
34.在一示例中，所述透明保护罩16为石英玻璃表面贴附pfa(聚四氟乙烯)保护膜的复合材质，以确保所述透明保护护罩在不影响所述图像采集装置13的图像采集功能的同时具有较好的机械性能。比如，因为表面贴附有pfa保护膜，使得所述透明保护罩16即便在受到意外撞击破裂时，碎片也不会脱落，有助于提高整个设备的安全性。而且更大的优点在于，因为机械手臂12需要进入到清洗槽11中进行取片和放置作业，而清洗槽11中的清洗液，比如氢氟酸，盐酸等清洗液会挥发出水汽以及腐蚀性气体，故透明保护罩16会持续暴露在这样的作业环境中，如果表面被腐蚀变得毛糙或是粘结有水汽，那图像采集装置13很难采集到清晰的图像；本实施例中的透明保护罩16采用石英玻璃和pfa保护膜的复合材质，可以有效提高透明保护罩16的抗腐蚀和抗水汽凝结功能，确保图像采集装置13能实时采集到清晰的图像。当然，在其他示例中，透明保护罩的结构也可以是采用石英玻璃做底座而其他部位采用pfa材质以制成一个封闭壳体。
35.作为示例，所述图像采集装置13为cmos单反相机，其具有采集精度高、成像速度快等优点。在进一步的示例中，所述cmos单反相机像素为2400w及以上，曝光时间为1～30且可根据需要进行调整，比如根据晶圆17数量进行调整。且cmos相机还可具有自动对焦功能、采集作业过程中处于lv模式和自动对焦模式，图像显示时可以局部放大、lot号显示，图像处理时可实现增益、灰度、剪切、旋转、平行轮廓计数以及可实现lot号查询和日期查询等功能，采集出的图像不仅有助于分析晶圆17状态，同时便于存档及后续调用分析。
36.所述控制装置14为具有存储、编程及分析功能的控制器，其内部可预先存储有标准的晶圆17传送作业的图像和/或数据，当然，这些信息也可以存储在其他电子器件中，比如存储在远程的中央控制器，而控制装置14通过与中央控制器的电连接对存储的信息进行调用以进行比对判断。比如，控制装置14可以预先存储有需传送的晶圆17的数量，而在采集到机械手臂12上的晶圆17图像(所有晶圆17的轮廓构成的图像)后，控制装置14通过确认等间距图像数量以确定晶圆17的数量，然后与预先存储的数量进行比对，如果数量相同则ok，继续作业，如果数量不同，则设备报警，停止作业；当然，也可以在检测到数量相同时进一步对晶圆17间的间距一一进行检测，如果所有晶圆17的间距相同或者差异值在允许范围内则继续作业，否则报警停机，或者检测晶圆17数量和间距的过程可以同时进行，本实施例中不做严格限制。由于传送晶圆17的过程中，无论是晶圆17数量或是晶圆17间的间距与预先存储的数据存在偏差都可能隐藏着巨大的隐患，故本实施例中，所述控制装置14内预先存储有待传送晶圆17的数量和晶圆17间间距，当所述控制装置14判断传送的晶圆17的数量和晶圆17间间距中任意一项存在异常时，控制报警装置15发出报警信息。在一示例中，所述控制装置14为plc控制器，所述plc控制器与mes系统相连接，当所述控制装置14判断传送的晶圆17存在异常时，mes系统停止作业，实现报警自锁功能。mes系统为制造企业生产过程执行管理系统，具体到晶圆厂内，mes系统控制清洗设备的清洗作业、机械手臂12的传送作业、晶圆盒的转移作业等等，不同工序紧密关联，前一工序出现故障势必会影响下一工序，因而在检测到晶圆在传送过程中出现意外状况时，必须通过mes系统使关联工艺设备停止作业，避免在晶圆已经发生碎片和/或错位的情况下强行继续作业而造成更大的损失。当然，在其他示例中，对图像进行分析和对设备进行控制的作业也可以通过不同的模块来实现，本实施例中不做严格限制。
37.在一示例中，所述报警装置15为声光报警器，这种报警器的优点是报警信息足够醒目，能够很快引起工作人员的注意。
38.在另一示例中，所述报警装置15包括带通信功能的报警器，当控制装置14判断传送的晶圆存在异常时，所述报警装置15发送报警短信至移动设备终端，比如工作人员的电脑或值班手机上。这种报警器的优点是可以实现远程信息传送，尤其是在深夜设备无人值守的情况下，远程报警的优点更加突出。
39.当然，在其他示例中，也可以同时设置前述声光报警器及带通信功能的报警器，具体请参考前述描述，此处不赘述。
40.本发明的批次型湿法清洗设备不仅可以用于半导体晶圆的清洗，比如用于200mm，300mm的半导体晶圆的清洗，还可以用于太阳能电池片的清洗，通过对传送过程中的晶圆进行实时监控，可以有效降低设备风险，提高设备生产良率。
41.本发明还提供一种上述任一项方案中所述的批次型湿法清洗设备的使用方法，故
对设备的介绍请参考前述内容，出于简洁的内容不赘述。所述使用方法包括在晶圆传送过程中(包括将晶圆传送到清洗槽内进行清洗的传送过程及清洗完后将晶圆传到晶圆盒的传送过程)通过图像采集装置采集晶圆的图像以判断传送的晶圆是否存在异常，若异常则控制报警装置发出报警信息。在进一步的示例中，在传送的晶圆存在异常时关闭所述批次型湿法清洗设备的步骤。由于半导体厂内各工艺段紧密相连，批次型湿法清洗设备关闭的同时亦可以同时关闭其上下游的工艺设备，以避免造成更大的损失。
42.综上所述，本发明提供一种批次型湿法清洗设备及使用方法。设备包括清洗槽、机械手臂、图像采集装置、控制装置及报警装置；所述机械手臂用于在清洗槽和晶圆盒之间传送晶圆，所述图像采集装置固定于所述机械手臂上，用于在传送晶圆的过程中采集晶圆的图像，所述图像采集装置外围设置有透明保护罩，所述控制装置与所述图像采集装置及报警装置相连接，用于根据所述图像采集装置采集的图像判断传送的晶圆是否存在异常，若异常则控制报警装置发出报警信息。本发明经改善的结构设计，在机械手臂上设置图像采集装置以对传送中的晶圆进行实时监测，可以第一时间发现晶圆的异常，避免在晶圆已经发生破损和/或错位等情况下继续进行传送而导致更大的损失，且设置透明保护罩对图像采集装置进行保护，可以有效避免清洗槽内的清洗液挥发产生的腐蚀性气体对图像采集装置造成损伤；全程为无接触检测，不影响设备的正常作业，不会引入新的污染，在不影响设备产出率的同时有助于生产良率的提高。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
43.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。