2022-01-08半导体生产中晶圆盒（花篮、晶圆舟）污染的管理

晶圆盒作为半导体生产中重要的原物料用于输送和存储晶圆，在晶圆的生产过程中起到防止晶圆被环境污染以及外物碰擦。晶圆盒内部有对称的沟槽，尺寸严格统一，用于支撑晶圆的两边，通常一个晶圆盒装 25 片晶圆。晶圆盒一般采用耐温，耐磨，防静电添加的半透明塑料材质，不同颜色的添加剂用于区分半导体生产中的金属制程段。由于半导体的关键尺寸小，图案密集，生产中的颗粒度要求非常严格，晶圆盒必须保证洁净的环境，来链接到不同生产机台的微环境和反应腔。

---

在 8 寸厂，在线缺陷检测以及对污染晶圆盒的颗粒污染研究发现晶圆盒的污染会造成代工厂的在线报废以及最后的良率问题，晶圆盒污染管理方面遇到的问题也愈发引起行业的关注。在线缺陷检测发现不同时间段，不同产品和不同生产机台出来的产品会有类似特殊颗粒高的现象。对这些案例进行分析，这类案例多为整盒产品受影响，发现颗粒多集中在晶圆的两侧与晶圆盒接触的位置，而且发生在前后段不同的晶圆盒上，颗粒的成分前后段也有所区别。正常的目检并不能清晰的看到晶圆盒包括晶圆盒沟槽的异常，通过震动晶圆盒的方式发现在个别的晶圆盒沟槽中可以重复出晶圆污染的情况。怀疑的模型是在晶圆盒肉眼不可见的沟槽中有颗粒源，在晶圆传送的过程中，晶圆晶边会和晶圆盒的沟槽发生摩擦，因为整个晶圆盒的晶圆是密闭在一个由底盘，晶圆盒罩，晶圆盒组成的空间，所以扬起来颗粒的可以很容易把整盒晶圆污染。生产线上找到出问题的晶圆盒，用装载晶圆震动的方式借由表面颗粒扫面的仪器重复出了产品上颗粒高的现象。晶圆上的颗粒造成后续蚀刻的停止，或者导体的残留，导致半导体的器件的失效。

---

---

对污染的晶圆盒进行追踪，发现大部分污染的晶圆盒是出自于使用年限比较长的，但同时新下线的晶圆盒中也有一部分比例出现了严重污染，污染的晶圆盒来自于不同工艺制程。这些现象表明，生产线的晶圆盒的污染并不是单纯的生产机台或者是工艺带来的污染，更多的是一个晶圆盒系统管理的问题。污染的晶圆盒会造成生产线上报废以及良率的损失，在线的缺陷检测是种抽检的办法，而且成本高。所以对污染晶圆盒的有效的检测方法显得尤为重要。晶圆厂通常会在晶圆盒下线时设置晶圆盒的外观以及规格检测，由于晶圆盒卡槽的间隙很小，在 5 毫米附近，所以很难通过常规的外观检测发现污染源。借鉴晶圆厂内的强光检测可以有效解决这一问题。在检测的过程中需要注意检测的角度和检测的方向，因为通常都是晶圆的背面一侧污染晶圆盒。晶圆厂可以根据晶圆盒的污染情况去定义晶圆盒的检测频率。由于生产过程中副产物的累积对晶圆盒的污染不可避免，所以并不是强光看到污染痕迹的晶圆盒就会对晶圆造成影响。可以根据恶劣实验条件的数据得到不同的污染级别的分类。现有晶圆厂对于晶圆盒的清洁方法主要是先用去离子水清洗，同时加上超声波震荡，然后干燥。干燥的方法：常规都使用机械甩干，即高速旋转，可以选择同时吹热氮气。在深的沟槽结构，考离心力是无法甩出在底部的水残留的。解决这只有使用 Maragoni IPA干燥，运用 Maragoni 表面张力原理和范德华分子力。这样的方法对于粘结较牢的副产物并不是最有效的，可以先借助一些机械外力。

---

晶圆在生产过程尤其是在蚀刻的生产过程中，由于静电吸盘的尺寸小于晶圆的尺寸，蚀刻过程中的副产物往往会沉积在晶圆背面的边缘。这样晶圆的背面就会污染到晶圆盒的沟槽，尤其是那些后制程没有晶圆盒清洗的步骤，生产线上选取蚀刻前后的晶圆进行观察，主要是在晶背边缘，发现在蚀刻过后晶背边缘会多出一些副产物，副产物的成分和后端晶圆盒污染的颗粒成分一致。而目前针对于制程过程中有可能的晶背污染，晶圆厂多采用晶圆盒随晶圆清洗的设备在线清洗，但对于单片清洗的设备会忽略这一点。这种产品晶背污染所带来的晶圆盒污染是累积的，通常情况下并不会很快的造成产品的交叉污染，主要是通过晶圆盒回收时的针对性清洗来解决。针对于制程过程中副产物的降低的研究主要集中在增加一些清洁气体的引入 European Patent EP0825278（附件1），而针对于静电吸盘的尺寸的设计在一些半导体厂商展开。在一些新下线的晶圆盒中同样产生严重污染用这种方法是解释不通的，通过跟踪这些受污染新下线的晶圆盒历史，发现大部分的晶圆盒是用于生产中的一些监测晶圆晶圆盒的使用，由于监测晶圆一般并没有很完善的后洗制程，再加上会有比产品更严重的副产物累计在晶背边缘，这一类就需要把监测晶圆的晶圆盒的送洗频率加大来解决。还有少部分的晶圆盒的污染是跟生产线机台的异常或者是晶圆的异常，比如破片相关。对于晶圆厂里用于检测蚀刻率等离线参数以及处理异常状况的晶圆盒要加强使用后的清洗。

---

在污染源和检测加强的基础上，晶圆厂仍需要在晶圆盒的管理的其他方面下功夫。由于检测用晶圆盒高几率受污染，所以应该严格定义检测用晶圆盒和产品晶圆盒的混用。一套完整的晶圆盒历史追踪系统也是必须的，不仅可以记录晶圆盒承载产品的记录，晶圆盒下线回收记录，还需要记录晶圆盒异常更换的记录。

---