工艺工具及其操作方法与流程

1.本公开涉及一种工艺工具及其操作方法。


背景技术：

2.半导体器件制作是一种用于制造日常电子器件中存在的集成电路的工艺。制作工艺是期间在晶片上逐渐制造出电子电路的包括沉积、光刻及化学处理步骤的多步骤序列。在制作工艺期间，晶片可被装载进处理室及装载出处理室，以施行上述步骤。在步骤之间检测处理室内晶片的存在减少对每一晶片的损坏，且因此减少对整个集成电路的损坏。


技术实现要素：

3.本公开的一态样涉及工艺工具，所述工艺工具包括：室壳体，界定处理室；工件固持器装置，布置在所述处理室内且被配置成对工件进行固持；声呐传感器，布置在所述工件固持器装置之上且包括被配置成生成朝所述工件固持器装置行进的声波的发射器、及被配置成从所述工件固持器装置或位于所述声呐传感器与所述工件固持器装置之间的物体接收反射声波的检测器；以及声呐传感器控制电路系统，耦合到所述声呐传感器且被配置成基于由所述声呐传感器的所述检测器接收的所述反射声波的声呐强度值来判断在所述工件固持器装置上是否存在所述工件。
4.本公开的另一态样涉及一种方法，所述方法包括：使用布置在处理室内的声呐传感器对所述处理室内的物体执行第一声呐测量工艺，以测量第一声呐强度值；以及将所述第一声呐强度值与预定声呐强度值进行比较，其中如果所述第一声呐强度值大于所述预定声呐强度值，则所述方法继续进行第一组处理步骤，且其中如果所述第一声呐强度值小于所述预定声呐强度值，则所述方法继续进行第二组处理步骤。
5.本公开的又一态样涉及一种方法，所述方法包括：在处理室中使用布置在工件固持器装置之上的声呐传感器执行第一声呐测量工艺，以测量第一声呐强度值；分析所述第一声呐强度值，以判断在所述工件固持器装置上是否存在前一工件；将工件装载到所述工件固持器装置上；在所述处理室中使用布置在所述工件固持器装置之上的所述声呐传感器执行第二声呐测量工艺，以测量第二声呐强度值；以及分析所述第二声呐强度值，以验证在所述工件固持器装置上存在所述工件。
附图说明
6.结合附图阅读以下详细说明，会最好地理解本公开的各方面。应注意，根据业内标准惯例，各种特征并非是按比例绘制。事实上，为使论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。
7.图1示出包括布置在晶片座之上的声呐传感器的处理室的一些实施例的剖面图。
8.图2示出包括声呐传感器的处理室的一些实施例的剖面图，其中示例性发射的声波朝向晶片投射，声波从晶片反射，且示例性反射声波被声呐传感器接收。
9.图3示出包括声呐传感器的处理室的一些其他实施例的剖面图，其中声呐传感器被配置成将晶片对准标记定位在晶片上。
10.图4示出包括声呐传感器的处理室的一些其他实施例的剖面图，其中声呐传感器被配置成检测晶片之上的膜层的厚度。
11.图5a示出包括声呐传感器的处理室的一些实施例的剖面图，所述声呐传感器布置在包括凹槽的晶片座之上。
12.图5b、图5c及图5d示出包括凹槽的晶片座的一些实施例的透视图。
13.图6示出包括布置在传送机器人之上的声呐传感器的工具壳体的一些实施例的剖面图。
14.图7至图13b示出一种方法的一些实施例的剖面图，所述方法在处理室内使用声呐传感器来检测晶片的存在并检测在晶片之上形成的膜层的存在以提高沉积工艺的可靠性。
15.图14示出与图7至图13b中所示方法对应的方法的一些实施例的流程图。
具体实施方式
16.以下公开内容提供用于实行所提供主题的不同特征的许多不同的实施例或实例。以下阐述组件及布置的具体实例以简化本公开。当然，这些仅为实例且不旨在进行限制。举例来说，以下说明中将第一特征形成在第二特征之上或第二特征上可包括其中第一特征与第二特征被形成为直接接触的实施例，且也可包括其中第一特征与第二特征之间可形成有附加特征、从而使得所述第一特征与所述第二特征可能不直接接触的实施例。另外，本公开可能在各种实例中重复使用参考编号和/或字母。这种重复使用是出于简洁及清晰的目的，而不是自身表示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。
17.此外，为易于说明，本文中可能使用例如“在...之下(beneath)”、“在...下方(below)”、“下部的(lower)”、“在...上方(above)”、“上部的(upper)”等空间相对性用语来阐述如图中所示一个元件或特征与另一(其他)元件或特征的关系。所述空间相对性用语旨在除图中所绘示的取向外还囊括器件在使用或操作中的不同取向。装置可具有其他取向(旋转90度或处于其他取向)，且本文中所用的空间相对性描述语可同样相应地进行解释。
18.在半导体制作期间，将晶片传送进及传送出一个或多个处理室，以进行各种处理步骤，例如(举例而言)沉积工艺(例如，化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)、物理气相沉积(physical vapor deposition，pvd)等)、移除工艺(例如，刻蚀、化学机械平坦化(chemical mechanical planarization)等)、热工艺(例如，退火等)、光刻工艺等。处理室内的晶片和/或设备(例如，用于沉积工艺的源)可由检测设备监控，以提高处理步骤的可靠性。举例来说，在进行处理步骤之前，可使用检测设备来确定处理室内存在晶片，以防止多于一个晶片同时位于处理室内的同一晶片座上。此外，例如，可使用检测设备来定位晶片上的晶片对准标记(多个晶片对准标记)，且基于晶片上的晶片对准标记(多个晶片对准标记)的位置，晶片可在处理室内的晶片座之上对准。
19.通常，用于监控处理室内的晶片和/或设备的检测设备包括光源检测器。光源检测器将光线投射到物体上，并使用照相机检测从物体反射的可见光。举例来说，基于反射的可见光，光源检测器可检测物体的各种特征，例如物体的存在、物体上的对准标记或物体上的缺陷。然而，在一些实施例中，将由光源检测器检测的物体可为透明的。举例来说，在包括光
学电路的电子器件中，光学电路可形成在透明的晶片上，以使得光学信号(例如，光)能够穿过晶片。因此，投射到透明晶片上的光的不到1％从透明晶片反射。因此，使用使用反射光来检测透明晶片的各种特征的光源检测器是无效的。
20.本公开的各种实施例涉及使用声呐传感器作为检测设备来监控处理室内的晶片和/或设备。声呐传感器可包括被配置成发射声波(通常被称为机械波)的发射器以及被配置成接收反射声波的检测器。因此，声呐传感器的发射器可向物体发射声波，声波可从物体反射，声呐传感器的检测器可接收反射声波。声呐传感器和/或耦合到声呐传感器的声呐传感器控制电路系统可测量声呐强度值。声呐强度值可被转换成声呐传感器与物体之间的距离。
21.因此，在一些实施例中，声呐强度值可用于判断透明晶片是否存在于处理室内的晶片座上。在一些其他实施例中，声呐强度值可用于检测透明晶片上的晶片对准标记，并有助于晶片对准工艺。此外，应理解，声呐传感器可用于检测处理室内的不透明晶片和/或设备，且因此，声呐传感器比其他检测设备(例如，光源检测器)更通用。因此，通过在处理室内使用声呐传感器，即使晶片和/或设备包括透明材料也可监控处理室内的晶片和/或设备，以提高在处理室内执行的处理步骤的可靠性。
22.图1示出包括声呐传感器的处理室的一些实施例的剖面图100。
23.如剖面图100中所示，处理室壳体102封闭并界定处理室。在一些实施例中，晶片座104布置在处理室壳体102的底部上。在一些实施例中，晶片座104可为例如静电晶片座、磁性晶片座或任何其他合适的晶片座。晶片座104被配置成在处理室中对晶片106进行各种处理步骤时牢固地固持晶片106。在一些实施例中，各种处理步骤可包括沉积工艺(例如，化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)等)、移除工艺(例如，刻蚀、化学机械平坦化等)、热工艺(例如，退火等)、光刻工艺等。在一些实施例中，晶片106包括半导体材料。此外，在一些实施例中，膜层和/或器件可布置在晶片106之上。在一些实施例中，晶片106和/或布置在晶片106之上的膜层或器件可包括透明材料。
24.在一些实施例中，声呐传感器108布置在处理室壳体102内。在一些实施例中，声呐传感器108可在处理室中布置在处理室壳体102的顶部附近，且可直接布置在晶片座104之上。因此，在一些实施例中，晶片106可布置在声呐传感器108与晶片座104之间。在一些实施例中，声呐传感器108的底部布置在距晶片座104的顶部第一距离d1处，且声呐传感器108的底部布置在距晶片106的顶部第二距离d2处。在一些实施例中，第一距离d1与第二距离d2之间的差可等于第一厚度t1，其中第一厚度t1是晶片106的厚度。在一些实施例中，第一距离d1可介于例如近似5厘米到近似200厘米之间的范围内。在一些实施例中，晶片106的第一厚度t1介于例如近似100微米与近似1000微米之间的范围内。
25.在一些实施例中，声呐传感器108被配置成检测晶片106在晶片座104之上的存在。声呐传感器108包括发射器110及检测器112。发射器110被配置成朝晶片座104发射声波，且检测器112被配置成接收反射声波。在一些实施例中，声呐传感器108耦合到声呐传感器控制电路系统114。在一些实施例中，声呐传感器控制电路系统114可布置在处理室壳体102内，而在其他实施例中，声呐传感器控制电路系统114可布置在处理室壳体102的外部。在一些实施例中，声呐传感器控制电路系统114可被配置成将声呐传感器108“接通(on)”及“关闭(off)”，以及处理并确定由声呐传感器108的检测器112接收的反射声波的声呐强度。在
一些实施例中，声呐传感器108通过配线116耦合到声呐传感器控制电路系统114，而在其他实施例中，声呐传感器108可无线耦合到声呐传感器控制电路系统114。
26.由于声呐传感器108使用声波，因此即使当晶片106包括透明材料时声呐传感器108也可检测处理室中晶片106的存在。因此，在对晶片106执行处理步骤之前，声呐传感器108可验证晶片106在处理室壳体102中位于晶片座104上。
27.图2示出声呐传感器的一些实施例的剖面图200，所述声呐传感器进行操作以检测处理室内晶片在晶片座之上的存在。
28.在一些实施例中，沉积室设备206可布置在处理室壳体102的顶部附近。在一些实施例中，沉积室设备206可包括例如用于物理气相沉积的材料源、用于化学气相沉积的喷头等。在这样的实施例中，声呐传感器108可在侧向上布置在沉积室设备206旁边。在一些实施例中，声呐传感器108可直接布置在晶片座104的位于晶片座104的中心与边缘之间的区域之上。在其他实施例中，声呐传感器108可直接布置在晶片座104的中心之上(例如，图1)。
29.在操作期间，当声呐传感器控制电路系统114将声呐传感器108“接通”时，发射器110可朝晶片座104发射发射声波202。然后，在一些实施例中，发射声波202被晶片106反射，且反射声波204朝声呐传感器108的检测器112行进。在一些实施例中，至少99％的发射声波202被晶片106反射作为反射声波204。在一些实施例中，声呐传感器108的检测器112被配置成检测声呐强度值。声呐强度值可为基于标准声呐基线值(standard sonar baseline value)的相对值。举例来说，在一些情况下，声呐强度值是由检测器112接收的反射声波204的强度与标准声呐基线值之间的比率。在一些实施例中，标准声呐基线值是当物体距声呐传感器108已知距离时由检测器112检测到的声呐强度。然而，由检测器112检测到的声呐强度值可由声呐传感器控制电路系统114进行分析，以确定声呐传感器108通过发射声波202及反射声波204检测到的声呐传感器108与物体(例如，晶片106、晶片座104、工件等)之间的距离。
30.举例来说，在一些实施例中，当晶片106不存在于晶片座104上时，声呐传感器控制电路系统114可将声呐传感器108“接通”；发射声波202从晶片座104反射；声呐传感器108接收反射声波204；且声呐传感器控制电路系统114测量第一声呐强度值。第一声呐强度值可由耦合到声呐传感器108的声呐传感器控制电路系统114进行分析，以确定声呐传感器108与晶片座104之间的第一距离d1。类似地，在一些实施例中，当晶片106存在于晶片座104上时，声呐传感器控制电路系统114可将声呐传感器108“接通”；发射声波202从晶片106反射；声呐传感器108接收反射声波204；且声呐传感器控制电路系统114测量第二声呐强度值。第二声呐强度值可由耦合到声呐传感器108的声呐传感器控制电路系统114进行分析，以确定声呐传感器108与晶片106之间的第二距离d2。在这样的实施例中，由于晶片106比晶片座104更靠近声呐传感器108，因此第二声呐强度值大于第一声呐强度值。更进一步，在一些实施例中，第一声呐强度值与第二声呐强度值之间的差可用于确定晶片106的第一厚度t1。
31.在一些实施例中，声呐强度值可与第一预定声呐强度值进行比较，以确定晶片座104上是否存在晶片106或任何工件。举例来说，在一些实施例中，声呐传感器108可检测第一声呐强度值；第一声呐强度值可与第一预定声呐强度值进行比较；且由于第一声呐强度值小于第一预定声呐强度值，因此声呐传感器控制电路系统114可确定晶片座104上不存在晶片106。类似地，在一些实施例中，声呐传感器108可检测第二声呐强度值；第二声呐强度
值可与第一预定声呐强度值进行比较；且由于第二声呐强度值大于第一预定声呐强度值，因此声呐传感器控制电路系统114可确定晶片座104上存在晶片106。
32.在一些实施例中，声呐传感器108在处理步骤之间用于验证前一处理晶片或任何前一处理工件已经从晶片座104移除，且可将待处理的晶片106或工件装载到晶片座104上。由于来自声呐传感器108的声波(例如，发射声波202、反射声波204)用于检测晶片106的存在，因此晶片106的材料的透明度并不影响。
33.图3示出包括声呐传感器的处理室的一些实施例的剖面图300，所述声呐传感器被配置成在晶片上定位晶片对准标记。
34.在一些实施例中，晶片106可包括位于晶片106的上表面上的晶片对准标记302。在一些实施例中，晶片对准标记302是与晶片106不同的材料，而在其他实施例中，晶片对准标记302是与晶片106相同的材料。在一些实施例中，晶片对准标记302和/或晶片106包括透明材料。在一些其他实施例中，晶片对准标记302可为被移除的晶片106的一部分，使得晶片对准标记由晶片106的布置在晶片106的顶表面与底表面之间的表面界定。然而，在一些实施例中，声呐传感器108可被配置成通过使用声波检测晶片对准标记302来检测第三距离d3，其中第三距离d3是声呐传感器108与晶片对准标记302之间的距离。在一些实施例中，第三距离d3大于第二距离d2。在其他实施例中，其中晶片对准标记302由晶片106的布置在晶片106的顶表面与底表面之间的表面界定，第三距离d3处于第一距离d1与第二距离d2之间。
35.因此，在一些实施例中，晶片106可被装载到晶片座104上，且声呐传感器108可使用声波来确定晶片106上具有与晶片对准标记302的第三距离d3对应的声呐强度值的位置。无论晶片对准标记302是否是与晶片106相同的材料和/或晶片对准标记302是否是透明的，声呐传感器108仍然可使用第三距离d3对第二距离d2处的声呐强度值之间的比较来有效地检测晶片对准标记302。在声呐传感器108检测到晶片对准标记302之后，可进行对准工艺来移动晶片106，使得晶片106在晶片座104之上对准。因此，可在对准的晶片106之上可靠地执行处理室壳体102内随后的处理步骤。
36.图4示出包括声呐传感器的处理室的一些其他实施例的剖面图400，所述声呐传感器被配置成检测晶片之上的膜层的厚度。
37.在一些实施例中，膜层402可布置在晶片106之上。在一些实施例中，膜层402可包括透明材料，例如(举例来说)氮化硅、二氧化硅、聚合材料或一些其他合适的透明材料。膜层402可例如通过沉积工艺(例如，物理气相沉积(pvd)、化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)、溅射、旋涂等)已经形成在晶片106之上。在一些实施例中，在形成膜层402之前，声呐传感器108可执行第二声呐测量工艺，以测量与晶片106和声呐传感器108之间的第二距离d2相关联的第二声呐强度值。然后，在一些实施例中，膜层402可形成在晶片106之上，且第三声呐测量工艺可由声呐传感器108执行，以测量第三声呐强度值。在一些实施例中，第三声呐强度值与布置在膜层402与声呐传感器108之间的第四距离d4相关联。因此，在一些实施例中，声呐传感器控制电路系统114可确定和第二强度值对应的第二距离d2与和第三声呐强度值对应的第四距离d4之间的差等于膜层402的第二厚度t2。
38.因此，在一些实施例中，声呐传感器108可用于确定膜层402的第二厚度t2是否足够。举例来说，在一些实施例中，在形成膜层402的沉积工艺期间，声呐传感器108可通过将与第四距离d4对应的第三声呐强度值与第二预定声呐强度值进行比较来检查以查看膜层
402是否处于其期望的厚度。在一些这样的实施例中，如果测量的第三声呐强度值大于第二预定声呐强度值，则沉积工艺将结束；然而，如果测量的第三声呐强度值小于第二预定声呐强度值，则沉积工艺将继续，直到测量的第三声呐强度值大于或等于第二预定声呐强度值。
39.在其他实施例中，例如在移除工艺期间，声呐传感器108可进行检查以基于声呐传感器108检测到的膜层402的第二厚度t2查看是否通过移除工艺(例如，刻蚀、化学机械平坦化等)已经移除足够的膜层402。
40.图5a示出处理室的一些实施例的剖面图500a，所述处理室包括布置在包括凹槽的晶片座之上的声呐传感器。
41.在一些实施例中，晶片座104可包括凹槽104r，其中晶片106直接接触在侧向上环绕凹槽104r的晶片座104的外围部分104p。在这样的实施例中，声呐传感器108与晶片座104的中心部分104c之间的距离可大到第五距离d5。在一些实施例中，外围部分104p从晶片座104的中心部分104c突出，且凹槽104r具有由外围部分104p界定的外表面及由中心部分104c界定的下表面。在一些实施例中，晶片座104的中心部分104c可包括管道502，管道502控制凹槽104r周围的气流，使得由于凹槽104r与处理室的其余部分之间的压力差将晶片106固定在晶片座104上。此外，在一些实施例中，声呐传感器108直接上覆在晶片座104的中心部分104c上。
42.在一些实施例中，凹槽104r可具有等于第六距离d6的深度。在一些实施例中，第六距离d6可介于例如近似1毫米与近似5毫米之间的范围内。因此，在一些实施例中，第五距离d5与第二距离d2之间的差等于晶片106的第一厚度t1与晶片座104的凹槽104r的第六距离d6之和。在这样的实施例中，当晶片座104上不存在晶片106时，声呐传感器108可测量对应于第五距离d5的第一声呐强度值。此外，当晶片座104上存在晶片106时，声呐传感器108可测量对应于第二距离d2的第二声呐强度值。由于晶片座104的凹槽104r，第一声呐强度值与第二声呐强度值之间的差大于凹槽104r不存在的情况(例如，图1)。因此，在一些实施例中，由于由晶片座104的凹槽104r提供的第六距离d6，与其中晶片座104不包括凹槽104r的其他实施例(例如，图1至图4)相比，使用声呐传感器108可能更容易区分晶片106在晶片座104之上的存在。
43.图5b、图5c及图5d分别示出包括凹槽的晶片座的一些实施例的透视图500b、500c及500d。
44.如图5b的透视图500b中所示，在一些实施例中，晶片座104包括处于连续连接的环状配置的外围部分104p。在一些实施例中，晶片座104的中心部分104c包括用于管道502的多个开口。此外，在一些实施例中，外围部分104p具有布置在晶片座104的中心部分104c的上表面上方第六距离d6处的上表面。应理解，当晶片(图5a的晶片106)存在于晶片座104上时，晶片(图5a的晶片106)将直接接触外围部分104p，但不会直接接触晶片座104的中心部分104c。
45.如图5c的透视图500c中所示，在一些实施例中，晶片座104包括从晶片座104的中心部分104c延伸的多个外围部分104p。在一些实施例中，晶片座104的中心部分104c包括用于管道502的多个开口。此外，在一些实施例中，每一外围部分104p可具有布置在晶片座104的中心部分104c的上表面上方第六距离d6处的上表面。应理解，当晶片(图5a的晶片106)存在于晶片座104上时，晶片(图5a的晶片106)将直接接触外围部分104p，但不会直接接触晶
片座104的中心部分104c。
46.如图5d的透视图500d中所示，在又一些其他实施例中，晶片座104包括直接上覆在晶片座104的中心部分104c上的外围部分104p。在一些这样的实施例中，晶片106可布置在外围部分104p之间。在一些实施例中，晶片座104的中心部分104c可为连续的环状结构，使得晶片座104的开口104a被晶片座104的中心部分104c环绕。在一些这样的实施例中，晶片106直接上覆在开口104a上，且因此不直接上覆在晶片座104的中心部分104c上。在一些这样的实施例中，其中晶片座104包括开口104a，指示晶片106不存在于晶片座104上的第一声呐强度值与指示晶片106存在于晶片座104上的第二声呐强度值之间的差甚至可大于不包括开口104a的图5b及图5c的实施例中的差。
47.图6示出包括布置在传送机器人上的声呐传感器的工具壳体的一些实施例的剖面图600。
48.剖面图600包括工具壳体602，工具壳体602包括第一开口604及第二开口606。在一些实施例中，处理室(例如，图1的处理室壳体102)、储存室等通过工具壳体602的第一开口604及第二开口606连接。在一些实施例中，传送机器人608被配置成在处理步骤之间经由第一开口604及第二开口606在各个室之间移动晶片106。在一些实施例中，传送机器人608包括机械手臂610，机械手臂610被配置成三维移动且由传送控制电路系统612控制并耦合到传送控制电路系统612。在一些实施例中，机械手臂610被配置成通过搁置在晶片106下方来传送晶片106。在一些实施例中，机械手臂610接触晶片106的部分具有整体“u”或“v”形状，以减轻机械手臂610与晶片106(例如，图9b的机械手臂610)之间的损坏。在一些其他实施例中，机械手臂610被配置成牢固地抓在晶片106的边缘上，而不会损坏晶片106。
49.在一些实施例中，声呐传感器108也固定到机械手臂610，以检测传送机器人608中晶片106的存在。在这样的实施例中，当传送机器人608传送晶片106时，声呐传感器108可布置在晶片106上方第七距离d7处。在其他实施例中，声呐传感器108可布置在机械手臂610朝向晶片106的一侧上，或者声呐传感器108可布置在机械手臂610朝向晶片106的下方。在一些实施例中，声呐传感器108可被配置成在由传送机器人608传送期间验证晶片106的存在。举例来说，在一些实施例中，声呐传感器108及声呐传感器控制电路系统114被配置成当声呐强度值大于第三预定声呐强度值时验证传送机器人608中晶片106的存在。相反，如果声呐传感器108检测到小于第三预定声呐强度值的声呐强度值，则声呐传感器108及声呐传感器控制电路系统114将确定传送机器人608的机械手臂610中不存在晶片106。
50.在一些实施例中，可监控机械手臂610中晶片106的存在，以防止机械手臂610在机械手臂610已经承载晶片106时拾取不同的晶片。在一些实施例中，如果当机械手臂610已经承载晶片106而机械手臂610试图拾取不同的晶片，则不同的晶片和/或晶片106之间会发生碰撞，且因此损坏不同的晶片和/或晶片106。此外，由于声呐传感器108的声波用于检测传送机器人608中晶片106的存在，因此如果晶片106包括透明材料声呐传感器108仍然可检测晶片106。
51.图7至图13b示出在沉积工艺期间使用声呐传感器来提高沉积工艺的控制及可靠性的方法的一些实施例的剖面图700至1300b。尽管图7至图13b是关于一种方法阐述的，但是应理解，图7至图13b中公开的结构不限于这种方法，而是可作为独立于所述方法的结构单独存在。
52.如图7的剖面图700中所示，提供由处理室壳体102封闭的处理室。在一些实施例中，处理室可用于沉积工艺(例如，pvd、cvd、ald、溅射等)。在这样的实施例中，沉积室设备206可布置在处理室的顶部附近，且直接上覆在布置在处理室的底部附近的晶片座104上。在一些实施例中，晶片座104可包括凹槽(例如，图5a至图5c)。在一些实施例中，沉积室设备206可为或包括例如材料源、喷头等。在一些实施例中，声呐传感器108直接布置在晶片座104之上。在一些实施例中，声呐传感器108包括：发射器110，被配置成朝晶片座104发射声波；以及检测器112，被配置成接收反射声波。在一些实施例中，声呐传感器108耦合到声呐传感器控制电路系统114。在一些实施例中，声呐传感器控制电路系统114被配置成基于分别从声呐传感器108的发射器110及检测器112发射及接收的声波来分析并确定声呐强度值。在一些实施例中，声呐传感器108通过配线116或无线耦合到声呐传感器控制电路系统114。
53.如图8的剖面图800中所示，在一些实施例中，声呐传感器控制电路系统114将声呐传感器108“接通”以执行第一声呐测量工艺。在一些实施例中，第一声呐测量工艺通过以下方式来进行：发射器110朝晶片座104发射发射声波202；被晶片座104反射的发射声波202作为反射声波204；以及反射声波204朝声呐传感器108往回行进，并被检测器112接收。在一些实施例中，声呐传感器控制电路系统114在第一声呐测量工艺期间测量反射声波204的第一声呐强度值。
54.在一些实施例中，第一声呐强度值是基于标准声呐基线值的相对值。举例来说，在一些情况下，第一声呐强度值是由检测器112接收的反射声波204的强度与标准声呐基线值之间的比率。在一些实施例中，标准声呐基线值是当物体距声呐传感器108已知距离时由检测器112检测到的声呐强度。
55.在一些实施例中，声呐传感器控制电路系统114可对第一声呐强度值进行分析，且能够确定第一声呐强度值对应于第一距离d1。在一些实施例中，第一距离d1是晶片座104与声呐传感器108之间的距离。在一些实施例中，第一距离d1表示晶片座104上不存在前一晶片或一些其他工件。在一些实施例中，将第一距离d1与第一预定距离进行比较，以判断晶片座104上是否存在前一晶片或一些其他工件。在一些实施例中，第一距离d1可介于例如近似5厘米到近似200厘米之间的范围内。
56.在一些其他实施例中，声呐传感器控制电路系统114将第一声呐强度值与第一预定声呐强度值进行比较，以判断晶片座104上是否存在前一晶片或一些其他工件。在一些实施例中，如果第一声呐强度值大于第一预定声呐强度值，则声呐传感器控制电路系统114可断定物体(例如前一晶片或一些其他工件)实际上布置在晶片座104与声呐传感器108之间。在这样的实施例中，其中第一声呐强度值小于第一预定声呐强度值，则声呐传感器控制电路系统114可断定晶片座104上不存在前一晶片或一些其他工件。
57.在一些实施例中，如果声呐传感器108与声呐传感器控制电路系统114确定晶片座104上存在前一晶片或一些其他工件(未示出)，则所述方法可在图7的步骤与图9a的步骤之间继续移除所述前一晶片或所述一些其他工件。
58.在一些实施例中，第一声呐测量工艺实际上可为校准工艺，以确定标准声呐基线值。在另一些其他实施例中，声呐传感器108的单独校准工艺可使用不同于晶片座104的物体来进行，以确定标准声呐基线值。在一些实施例中，校准工艺在第一声呐测量工艺之前进
行。
59.如图9a的剖面图900a中所示，在一些实施例中，在第一声呐测量工艺确定晶片座104上不存在前一晶片或工件之后，可将晶片106传送912到晶片座104上。在一些实施例中，工具壳体602包括处理室壳体102、传送机器人608及工件储存室910。在一些实施例中，传送机器人608包括机械手臂610，机械手臂610被配置成三维移动且由传送控制电路系统612控制并耦合到传送控制电路系统612。在一些实施例中，工件储存室910包括例如前开口统一盒(front opening unified pod，foup)、晶片匣盒等，且被配置成固持一个或多个工件(例如晶片106)。在一些实施例中，传送机器人608被配置成经由工具壳体602中的第一开口604、经由工具壳体602/处理室壳体102中的第二开口606将晶片106从工件储存室910传送912到晶片座104。在一些实施例中，传送机器人608的机械手臂610在传送912期间安全地抓住晶片106而不会损坏晶片106。
60.此外，在一些其他实施例中，可在晶片106从工件储存室910传送912到晶片座104之前和/或之后进行传送声呐测量工艺(transport sonar measurement process)。在这样的实施例中，另一声呐传感器(例如，图6的声呐传感器108)可存在于传送机器人608(例如，图6)上，以在从工件储存室910拾取晶片106之前检测传送机器人608是否已经固持前一晶片。
61.图9b示出在图9a的剖面图900a中阐述的步骤的简化版本的剖面图900b。
62.如图9b的剖面图900b中所示，在一些实施例中，机械手臂610经由处理室壳体102的第二开口606将晶片106传送912到晶片座104。在一些实施例中，晶片106可具有第一厚度t1。此外，在一些实施例中，晶片106可为或包括透明材料。举例而言，在一些实施例中，晶片106可包括例如熔融二氧化硅、氮化硅、二氧化硅、聚合材料或一些其他合适的透明材料。在一些其他实施例中，晶片106可包括不透明(即，不透明或半透明)材料，例如(举例来说)硅、锗等。
63.在一些实施例中，通过执行图8中的第一声呐测量工艺，将图9b中的晶片106直接布置在晶片座104上。换句话说，图8中的第一声呐测量工艺确保晶片座104上不存在前一晶片或任何前一工件，使得晶片106可适当地装载在图9a及图9b中的晶片座104上。
64.如图10的剖面图1000中所示，在一些实施例中，关闭处理室壳体102，且声呐传感器控制电路系统114将声呐传感器108“接通”以执行第二声呐测量工艺。在一些实施例中，第二声呐测量工艺通过以下方式进行：发射器110朝晶片座104发射发射声波202；被晶片106反射的发射声波202作为反射声波204；以及反射声波204朝声呐传感器108往回行进，并被检测器112接收。在一些实施例中，声呐传感器控制电路系统114在第二声呐测量工艺期间测量反射声波204的第二声呐强度值。
65.在一些实施例中，声呐传感器控制电路系统114可对第二声呐强度值进行分析，且能够确定第二声呐强度值对应于第二距离d2。在一些实施例中，第二距离d2是晶片106与声呐传感器108之间的距离。在一些实施例中，第二距离d2指示晶片座104上存在晶片106。在一些其他实施例中，将第二距离d2与第一预定距离进行比较，且声呐传感器控制电路系统114可断定晶片座104上存在晶片106。
66.在一些其他实施例中，声呐传感器控制电路系统114将第二声呐强度值与第一预定声呐强度值进行比较，以验证晶片座104上存在晶片106。在一些实施例中，如果第二声呐
强度值大于第一预定声呐强度值，则声呐传感器控制电路系统114可断定晶片106实际上布置在晶片座104上。在一些其他实施例中，将第二声呐强度值与第一声呐强度值进行比较。在这样的实施例中，由于第二声呐强度值大于第一声呐强度值，声呐传感器控制电路系统114可断定晶片座104上存在晶片106。由于使用声呐传感器108，即使晶片106包括透明材料仍然可通过第二声呐测量工艺来确定晶片座104之上存在晶片106。
67.此外，在一些实施例中，声呐传感器控制电路系统114可分析第一声呐强度值与第二声呐强度值之间的差和/或第一距离d1与第二距离d2之间的差，以确定晶片106的第一厚度t1。在一些实施例中，晶片106的第一厚度t1介于例如近似100微米与近似1000微米之间的范围内。
68.在一些实施例中，如果第二声呐强度值小于第一预定声呐强度值，声呐传感器控制电路系统114可断定晶片106并未布置在晶片座104上。在这样的实施例中，可重复图9a及图9b中的传送步骤，以将晶片106传送(图9a的912)到晶片座104上。在图9a及图9b中的传送步骤之后，可重复图10的第二声呐测量工艺，以确保晶片106被传送(图9a的912)到晶片座104上。
69.如图11的剖面图1100中所示，在一些实施例中，沉积室设备可用于执行沉积工艺以在晶片106之上形成膜层402。在一些实施例中，沉积工艺可包括例如pvd、cvd、ald、溅射、旋涂工艺或一些其他合适的沉积工艺。
70.在一些实施例中，在沉积工艺之后，在晶片106之上形成具有第二厚度t2的膜层402。在一些实施例中，膜层402可包括透明材料，例如(举例来说)熔融二氧化硅、氮化硅、二氧化硅、聚合材料或一些其他合适的透明材料。在一些其他实施例中，膜层402可包括不透明(即，不透明或半透明)材料，例如(举例来说)硅、锗、介电材料、金属材料等。
71.如图12的剖面图1200中所示，在一些实施例中，声呐传感器控制电路系统114将声呐传感器108“接通”以执行第三声呐测量工艺。在一些实施例中，第三声呐测量工艺通过以下方式进行：发射器110朝晶片座104发射发射声波202；被膜层402反射的发射声波202作为反射声波204；且反射声波204朝声呐传感器108往回行进，并被检测器112接收。在一些实施例中，声呐传感器控制电路系统114在第三声呐测量工艺期间测量反射声波204的第三声呐强度值。
72.在一些实施例中，声呐传感器控制电路系统114可对第三声呐强度值进行分析，且能够确定第三声呐强度值对应于第四距离d4。在一些实施例中，第四距离d4是膜层402与声呐传感器108之间的距离。在一些实施例中，第四距离d4表示膜层402形成在晶片106上。在一些其他实施例中，将第四距离d4与第二预定距离进行比较，且声呐传感器控制电路系统114可断定膜层402形成在晶片106之上。
73.在一些其他实施例中，声呐传感器控制电路系统114将第三声呐强度值与第二预定声呐强度值进行比较，以验证膜层402的第二厚度t2是合适的。在一些实施例中，如果第三声呐强度值大于第二预定声呐强度值，声呐传感器控制电路系统114可断定膜层402足够厚，且沉积工艺可停止。在一些实施例中，如果第三声呐强度值小于第二预定声呐强度值，声呐传感器控制电路系统114可断定膜层402还不够厚，且沉积工艺可继续。
74.在又一些其他实施例中，声呐传感器控制电路系统114将第三声呐强度值与第二强度值进行比较和/或将第四距离d4与第二距离d2进行比较，以确定膜层402的第二厚度t2。
由于使用声呐传感器108，因此即使膜层402包括透明材料仍然可通过第三声呐测量工艺来确定所述膜层的存在和/或第二厚度t2。
75.如图13a的剖面图1300a中所示，在一些实施例中，在通过第三声呐测量工艺验证沉积工艺完成之后，可从处理室壳体102移除晶片106。在一些实施例中，传送机器人608将晶片106传送1302出处理室壳体102并进入工件储存室1304。在一些实施例中，图13a的工件储存室1304不同于图9a的工件储存室910，而在其他实施例中，图13a的工件储存室1304与图9a的工件储存室910相同。在一些实施例中，晶片106然后可再次从工件储存室1304传送到一些其他处理室以进行更多处理步骤。在一些其他实施例中，传送机器人608可将晶片106直接从处理室壳体102传送到其他处理室，从而绕过工件储存室1304。
76.此外，在一些其他实施例中，传送声呐测量工艺可在晶片从晶片座104传送1302之前和/或之后进行。在这样的实施例中，另一声呐传感器(例如，图6的声呐传感器108)可存在于传送机器人608(例如，图6)上，以在从晶片座104拾取晶片106之前检测传送机器人608是否已经固持前一晶片。
77.图13b示出在图13a的剖面图1300a中阐述的步骤的简化版本的剖面图1300b。
78.如图13b的剖面图1300b中所示，在一些实施例中，机械手臂610将晶片106从晶片座104传送1302并经由处理室壳体102的第二开口606离开处理室壳体102。由于声呐传感器108监控图7至图13b中进行的沉积工艺的各个步骤，因此在沉积膜层402期间出现的误差得到减轻。此外，声呐传感器108可增加形成膜层402的可控性；例如，在一些实施例中，声呐传感器108有助于控制膜层402的第二厚度t2。
79.图14示出与图7至图13b中所示方法对应的方法1400的一些实施例的流程图。
80.虽然方法1400在下文中被示出及阐述为一系列动作或事件，但是应理解，这些动作或事件的所示次序不应被解释为限制性含义。举例来说，一些动作可以不同的次序发生和/或与除了本文中示出和/或阐述的动作或事件之外的其他动作或事件同时发生。另外，可能并非所有示出的动作均为实施本文中阐述的一个或多个方面或实施例所必需的。此外，本文中阐述的动作中的一者或多者可在一个或多个单独的动作和/或阶段中施行。
81.在动作1402处，在处理室中使用布置在晶片座之上的声呐传感器来执行第一声呐测量工艺，以测量第一声呐强度值。
82.在动作1404处，对第一声呐强度值进行分析以确定晶片座上是否存在前一晶片。图8示出与动作1402、1404对应的一些实施例的剖面图800。
83.在动作1406处，将晶片装载在晶片座上。图9a及图9b分别示出与动作1406对应的一些实施例的剖面图900a、900b。
84.在动作1408处，在处理室中使用布置在晶片座之上的声呐传感器来执行第二声呐测量工艺，以测量第二声呐强度值。
85.在动作1410处，对第二声呐强度值进行分析以验证晶片座上存在晶片。图10示出与动作1408、1410对应的一些实施例的剖面图1000。
86.在动作1412处，在处理室内执行沉积工艺以在晶片之上形成膜层。图11示出与动作1412对应的一些实施例的剖面图1100。
87.在动作1414处，在处理室中使用布置在晶片座之上的声呐传感器来执行第三声呐测量工艺，以测量第三声呐强度值。
88.在动作1416处，对第三声呐强度值进行分析以确定膜层的厚度。图12示出与动作1414及1416对应的一些实施例的剖面图1200。
89.因此，本公开涉及一种使用声呐传感器来检测处理室内物体的存在和/或对处理室内的物体进行分析的方法，以提高半导体制造的各种处理步骤的控制及可靠性。
90.因此，在一些实施例中，本公开涉及工艺工具，所述工艺工具包括：室壳体，界定处理室；工件固持器装置，布置在所述处理室内且被配置成对工件进行固持；声呐传感器，布置在所述工件固持器装置之上且包括被配置成生成朝所述工件固持器装置行进的声波的发射器、及被配置成从所述工件固持器装置或位于所述声呐传感器与所述工件固持器装置之间的物体接收反射声波的检测器；以及声呐传感器控制电路系统，耦合到所述声呐传感器且被配置成基于由所述声呐传感器的所述检测器接收的所述反射声波的声呐强度值来判断在所述工件固持器装置上是否存在所述工件。
91.在一些实施例中，所述工件固持器装置包括机械手臂。在一些实施例中，所述工件是晶片座，其中所述晶片座包括环绕中心部分的外围部分，且其中当所述晶片座正在固持所述工件时，所述工件直接接触所述外围部分且与所述中心部分间隔开。在一些实施例中，所述工件包括透明材料。在一些实施例中，所述声呐传感器直接上覆在所述工件固持器装置的位于所述工件固持器装置的中心与所述工件固持器装置的边缘之间的区域上。在一些实施例中，所述声呐传感器控制电路系统被配置成基于由所述声呐传感器的所述检测器接收的所述反射声波的所述声呐强度值来确定所述工件的厚度。
92.在其他实施例中，本公开涉及一种方法，所述方法包括：使用布置在处理室内的声呐传感器对所述处理室内的物体执行第一声呐测量工艺，以测量第一声呐强度值；以及将所述第一声呐强度值与预定声呐强度值进行比较，其中如果所述第一声呐强度值大于所述预定声呐强度值，则所述方法继续进行第一组处理步骤，且其中如果所述第一声呐强度值小于所述预定声呐强度值，则所述方法继续进行第二组处理步骤。
93.在一些实施例中，所述物体是通过所述处理室内的沉积工艺在工件上形成的透明膜层，其中所述第一声呐强度值对应于所述透明膜层的厚度，其中所述第一组处理步骤包括停止所述沉积工艺并从所述处理室移除所述工件，且其中所述第二组处理步骤包括继续所述沉积工艺以增大所述透明膜层的所述厚度。在一些实施例中，所述第一声呐强度值对应于所述声呐传感器与所述处理室内的所述物体之间的距离。在一些实施例中，所述处理室内的所述物体是布置在透明晶片上的晶片对准标记。在一些实施例中，所述第一声呐强度值指示在所述处理室内的工件固持器装置上是否存在前一工件，其中所述第一组处理步骤包括从所述工件固持器装置移除所述前一工件，且其中所述第二组处理步骤包括将工件装载到所述工件固持器装置上。在一些实施例中，所述前一工件及所述工件包括透明材料。
94.在另一些其他实施例中，本公开涉及一种方法，所述方法包括：在处理室中使用布置在工件固持器装置之上的声呐传感器执行第一声呐测量工艺，以测量第一声呐强度值；分析所述第一声呐强度值，以判断在所述工件固持器装置上是否存在前一工件；将工件装载到所述工件固持器装置上；在所述处理室中使用布置在所述工件固持器装置之上的所述声呐传感器执行第二声呐测量工艺，以测量第二声呐强度值；以及分析所述第二声呐强度值，以验证在所述工件固持器装置上存在所述工件。
95.在一些实施例中，所述工件的厚度是基于所述第一声呐强度值与所述第二声呐强
度值之间的差。在一些实施例中，所述第一声呐强度值小于所述第二声呐强度值。在一些实施例中，所述执行所述第一声呐测量工艺及所述第二声呐测量工艺以及所述分析所述第一声呐强度值及所述第二声呐强度值是使用耦合到所述声呐传感器的声呐传感器控制电路系统来实施的。在一些实施例中，如果所述第一声呐强度值指示在所述工件固持器装置上存在所述前一工件，则在将所述工件装载到所述工件固持器装置上之前，所述工艺工具的操作方法还包括：从所述工件固持器装置移除所述前一工件。在一些实施例中，工艺工具的操作方法还包括：在所述处理室内执行沉积工艺，以在所述工件之上形成膜层。在一些实施例中，工艺工具的操作方法还包括：在所述处理室中使用布置在所述工件固持器装置之上的所述声呐传感器执行第三声呐测量工艺，以测量第三声呐强度值；以及分析所述第三声呐强度值，以确定所述膜层的厚度。在一些实施例中，所述膜层的所述厚度是基于所述第二声呐强度值与所述第三声呐强度值之间的差。以上内容概述了若干实施例的特征以使所属领域中的技术人员可更好地理解本公开的各方面。所属领域中的技术人员应了解，他们可容易地使用本公开作为用于设计或修改其他工艺及结构的基础来施行本文所介绍实施例的相同目的和/或实现本文所介绍实施例的相同优点。所属领域中的技术人员还应认识到，此种等效构造并不背离本公开的精神及范围，且在不背离本发明的精神及范围的条件下，他们可对本文作出各种改变、替代及变更。