CN1610638A - 在运输器中缓冲晶片的系统 - Google Patents

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M·尼古拉斯
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Abstract

本发明涉及加工成半导体装置的晶片的运输器。该晶片运输系统提供的晶片运输器能保护晶片免遭损坏和免遭粒子的沾染且对运输器中的晶片的沾染最小。本发明包括用于缓冲半导体晶片的晶片缓冲垫，该缓冲垫由闭孔聚乙烯材料制成，该材料的表面电阻率小于每平方5×107欧姆，在适度条件下可沥滤离子小于1800ng/g CL－、400ng/gF－/醋酸盐、270ng/g NO3 －、350ng/g SO4 2－和60ng/g PO4 3－。该晶片缓冲垫在严格条件下检测不到释放出的气体有机物。静电控制特性是由作为该材料的结构的一部分的碳得出的。

Description

在运输器中缓冲晶片的系统
技术领域
本发明涉及加工成半导体单元的晶片的运输器，本发明特别涉及用来在这类运输器中缓冲晶片的缓冲垫。
背景技术
本发明涉及加工成半导体单元的晶片的运输器，包括把晶片支撑在水平方位上的盒子。
半导体晶片在各种加工设备中经受各种加工步骤。必需把晶片从一个工段运输到另一个工段，为了进行必要的加工步骤，还必需临时存储晶片。此外，有时还得把晶片从一晶片制造设施运输到另一进一步加工的地点。已经公知有各种运输装置，用来处置、存储和运输晶片。“硬币堆”式晶片运输器就是一种运输时把晶片支撑在水平位置上的运输器。
半导体工业的当前发展趋势是在半导体中加工越来越大的晶片。随着半导体的规模越来越大，即随着每单位面积的电路数量的增加，作为沾染物的粒子越来越成为问题。可毁坏电路的粒子的尺寸变小并接近分子水平。
还得控制粒子之外的沾染物。涂在晶片表面上的化学物类会干扰其后的加工步骤。带电离子和胺是特别讨厌的沾染物。在半导体晶片的制造、加工、运输和存储的各阶段都得对沾染物和粒子进行控制。
运输过程中必需防止晶片遭到损坏。运输系统必需防止晶片例如在掉落时遭到损坏和受到振动。起到这类防护作用的一个重要部件为晶片运输器内部底面上的晶片缓冲垫。晶片缓冲垫必需能保护晶片免遭损坏但不得造成晶片沾染粒子和/或化学物类。
晶片泡沫垫中使用的现有材料经处理而具有静电控制特性，包括抗静电特性、静电散逸特性和导电特性。在制作晶片缓冲垫时，一般先建立一大块泡沫材料，然后加工成单个泡沫缓冲垫。现有材料经另一加工步骤而使得它们具有静电控制特性。一般的处理是用碳浸渍泡沫材料和/或用化合物处理泡沫材料的表面。
半导体工业通常用聚氨酯或开孔聚乙烯泡沫材料制造晶片缓冲垫。这些材料由于具有良好的工程特性且一般足以起到保护晶片免遭损坏的作用，因此很受人们青睐。但是，这些材料释放出沾染晶片的离子、胺和其他化学物类。半导体工业需要晶片运输器足以保护晶片免遭损坏和免遭粒子的沾染，从而在运输器中不沾染晶片。
发明内容
本发明晶片运输系统提供的晶片运输器能足以保护晶片免遭损坏和免遭粒子的沾染，从而对运输器中的晶片的化学沾染最小，从而解决这些长期存在的问题。之所以能解决这些问题，一部分原因是我们认识到，适用于晶片运输器的材料应具有固有的静电控制特性而不是经处理后才具有静电控制特性。处理时加入材料中的物质很容易与材料分离。对照之下，具有固有的静电控制特性的材料更稳定，不容易释放粒子。
本发明一优选实施例为一种由闭孔聚乙烯材料制成的用来缓冲半导体晶片的晶片缓冲垫，该材料的表面电阻率小于每平方5×107欧姆，在适度条件下可沥滤离子小于1800ng/g CL-、400ng/g F-/醋酸盐、270ng/g NO3 -、350ng/g SO4 2-和60ng/g PO4 3-。且该晶片缓冲垫最好在严格条件下检测不到脱气有机物。优选的密度约为1.5-1.9磅/立方英尺(pcf)，优选的压缩强度在10％变形下为5.0-9.0psi。由于该材料的结构中含有碳，因此具有静电控制特性。对照之下，其他的晶片缓冲垫用经表面处理或用碳浸渍的材料制成。
本发明另一优选实施例为包括本专利申请所述晶片缓冲垫、用来运输半导体晶片的硬币堆式晶片运输系统。适用于本发明系统的晶片运输器比方说参见转让给本申请人、作为参考材料包括在此的美国专利申请09/851,499。
该系统的一个实施例包括晶片运输器底座、至少一个晶片侧向支撑件、晶片运输器盖和至少一个晶片缓冲垫。该底座和晶片侧向支撑件相配合构成供半导体晶片堆放在其中的晶片堆放盒。晶片表面与侧向支撑件垂直，从而可在水平位置上运输晶片。晶片运输器盖与晶片运输器底座配合，使得横截晶片堆放盒，防止晶片受到损坏、振动和沾染粒子。晶片缓冲垫装入晶片堆放盒中并且该晶片缓冲垫具有一个材料层，该材料层由一层厚2-10mm的吸收能量的闭孔聚乙烯泡沫材料构成，该泡沫材料的密度为1.5-1.9pcf，表面电阻率小于每平方5×107欧姆，在适度条件下可沥滤离子小于1800ng/g CL-、400ng/g F-/醋酸盐、270ng/g NO3 -、350ng/g SO4 2-和60ng/g PO4 3-。该缓冲垫最好在严格条件下检测不到释放的有机物。静电控制特性是由构成该材料的结构的碳造成的。
本发明的-个实施例包括一种运输半导体晶片的方法。提供一晶片运输器和提供一插入该晶片运输器中的晶片缓冲垫。该缓冲垫由闭孔聚乙烯材料制成，该材料的表面电阻率小于每平方5×107欧姆，在适度条件下可沥滤离子小于1800ng/g CL-、400ng/g F-/醋酸盐、270ng/gNO3 -、350ng/g SO4 2-和60ng/g PO4 3-，且在严格条件下检测不到释放的有机物；然后把该缓冲垫插入晶片运输器中。
附图说明
图1为一半导体晶片运输系统的实施例的立体图；
图2为一半导体晶片运输系统另一实施例的立体图；
图3为一晶片缓冲垫的实施例的立体图；
图4为图3晶片缓冲垫的俯视图；和
图5为晶片缓冲垫另一实施例的俯视图。
具体实施方式
本晶片运输系统防止晶片在运输过程中受到损坏，并足以保护晶片免遭粒子和化学物类如胺和离子的沾染。该系统的一个重要部件为一有助于吸收作用在该系统上的力、特别是吸收例如由运输器掉到地上时造成的冲击力的晶片缓冲垫。该缓冲垫的材料特性如压缩强度有助于确定该缓冲垫的性能。如ASTM D3575-91测试所测，该系统的该晶片缓冲垫的压缩强度最好为在10％压缩量下约为7.0psi、在25％压缩量下约为9.5psi、在40％压缩量下约为14.0psi和在50％压缩量下约为19.0psi。
该晶片运输系统的晶片缓冲垫有静电控制特性，即其电阻率小于约每平方5×107欧姆。静电控制特性有助于防止不必要的静电放电。该静电控制特性最好是该材料所固有的。即用来制作泡沫材料的材料本身具有静电控制特性。因此具有固有的静电控制特性的材料无需进行获得静电控制特性的处理，包括用碳浸渍泡沫材料或用碳喷涂泡沫材料。
静电控制特性最好与在用来制作缓冲垫的材料的结构中存在的碳有关。“在该材料的结构中存在的碳”指与静电控制特性有关的碳在形成泡沫材料微孔的塑料中存在。泡沫材料的微孔在低放大倍数(例如50x)下就能看到，它们是该材料中由材料的固态塑料(聚合物)界定的开放空间。对照之下，浸渍在泡沫材料中的碳不界定泡沫材料中的微孔。
该晶片运输系统中的晶片缓冲垫使得化学物类的沾染最小。该晶片缓冲垫最好用释放量最小量的化学物类、特别是脱气的胺的闭孔聚乙烯泡沫材料制成。该系统的缓冲垫在适度条件下的可沥滤离子小于1800ng/g CI-、400ng/g F-/醋酸盐、270ng/g NO3 -、350ng/g SO4 2-和60ng/g PO4 3-且在严格条件下检测不到释放的胺。
图1示出一晶片运输系统的优选实施例。晶片运输系统10包括晶片运输器盖20、晶片运输器底座30、晶片缓冲垫100和晶片隔板110。晶片运输器底座30包括外壁120和其上装有插销70的支墩60。晶片侧向支撑件40装在底座30上以便界定晶片堆放盒130。晶片盖20包括侧壁50和供插销70插入的插槽80。晶片缓冲垫100装入底座30和盖20中以支撑晶片90。使用中，把缓冲垫100放入底座30中，并把晶片90置于缓冲垫100上，侧向支撑件40向与侧向支撑件40垂直的晶片90提供侧向支撑。把晶片隔板110置于晶片90上并交替放置晶片与隔板，然后把晶片缓冲垫100置于顶上。把盖20置于底座30上，使得晶片堆放盒130横亘其间，然后插销70插入插槽80中。
图2示出晶片运输系统的一优选实施例。晶片运输系统11包括晶片运输器盖21、晶片运输器底座31、晶片缓冲垫101和晶片隔板111。晶片运输器底座31包括由侧向支撑件41构成的外壁和其上装有插销71的支墩61。晶片侧向支撑件41装在底座31上，以便界定晶片堆放盒131。盖21包括侧壁51和供插销71插入的插槽81。晶片缓冲垫101装入底座31和盖21中以支撑晶片91。使用中，把缓冲垫101放入底座31中，并把晶片91置于缓冲垫101上，侧向支撑件41向与侧向支撑件41垂直的晶片91提供侧向支撑。把晶片隔板111置于晶片91上，并交替放置晶片与隔板，然后把一晶片缓冲垫101置于顶上。把盖21置于底座31上，使得晶片堆放盒131横亘其间，然后插销71插入插槽81中。
如图1-5所示100、101、102、103，晶片缓冲垫可呈插入晶片堆放盒中所需各种形状。晶片缓冲垫100-103由厚度最好为2-10mm的单一大致均匀材料层构成。缓冲垫100-103由吸收能量的闭孔聚乙烯泡沫材料制成，该材料的密度最好为1.5-1.9pcf，表面电阻率小于每平方5×107欧姆，在适度条件下可沥滤离子小于1800ng/g CL-、400ng/gF-/醋酸盐、270ng/g NO3 -、350ng/g SO4 2-和60ng/g PO4 3-，且在严格条件下检测不到排出的气体有机物。
在阅读本说明书后，本领域普通技术人员显然可看出晶片缓冲垫的其他实施例，包括多层材料、各种形状、其他厚度和其他表面构型如鼓起、刻痕、孔和凹槽。本发明缓冲垫可按照熟练技工公知的各种方法制成，包括模切、模制、纵切、挤压成形、切片和使用高热钢丝。晶片缓冲垫的优选制作材料为ZOTEFOAM工业公司的商标为PLASTAZOTE的闭孔聚乙烯。此外，晶片缓冲垫适用于大多数晶片运输系统。
例1：适度条件下离子释放测试程序
插入物范例
该例详细说明适度条件下离子释放测试。该方法用超纯净DI水沥滤材料，以便用离子色谱分析仪分析阴离子和阳离子。进行这些测试时使用：移液吸管(RAININ)和对应接头或等同物；Class100层流罩；PRECISION 180系列热水浴或等同物；铅环镇重；125-ml聚丙烯(PP)样本瓶；18-MW/cm去离子水；1000ppm氟化物、醋酸盐、甲酸盐、氯化物、亚硝酸盐、溴化物、硝酸盐、硫酸盐、酞酸盐、磷酸盐、锂、铵、钠、钾、镁和钙的标准物。“ppb”定义为每毫升一纳克(ng/ml)；“ppm”定义为每毫升一微克(μg/ml)。进行该程序时戴10级清洁腈橡胶手套，在class 100层流罩中制备合理地尽可能多的样本。所有实验式仪器使用前用18-MW/cm去离子水沥滤至少24小时。所有实验式仪器使用前用18-MW/cm去离子水漂洗三次。
按照下列程序进行该测试：把热水浴加热到85℃。在125-mlPP带旋盖的瓶子上贴上如下标签：Lch B1k、样本1、样本2等等(所分析的每一组样本必需有一沥滤空白)。用一清洁不锈钢剪刀把一插入物剪成约(1cm×1cm×1cm)的小块。精确称量约0.5克的剪得的样本，然后置于125-ml PP带旋盖的瓶中。记录每一样本的精确质量。在样本瓶中精确加入50.0ml的18-MW/cm去离子水。在一125-ml PP瓶中精确加入50.0ml的18-MW/cm去离子水，从而获得一空白。把铅环镇重放在样本瓶和空白瓶的盖上，然后置于热水浴中沥滤一小时。从热水浴中取出样本和空白后置于一室温水浴中。样本和空白在该室温水浴中冷却至少10分钟。轻轻倒出样本和空白到清洁、贴有标签的新125-ml PP瓶中存放，直到进行分析。
通过使用以25.0、75.0和150.0ng/ml制备的校准标准物的离子色谱分析仪进行分析。每一校准曲线的回归系数须小于0.999。下面进行质量比较程度：在该试验前，分析(用与这些校准标准物原料不同的标准物原料制备的)校准验证标准物来验证校准标准物和当前的校准(需要+/-10％的校正)；每第10个样本，分析一连续的校准验证标准物，然后在该试验结束时，验证仪器稳定性(需要+/-10％的校正)；每第10个样本，在试验前，分析一空白，然后在试验结束时验证不发生释出；分析用作样本制备的DI水的样本以验证其清洁度。如下进行数据减法：制备一空白并且在每次分析时进行分析；从样本结果中减去从空白得出的结果；把从仪器得出的结果(ng/ml)乘以所使用沥滤液(50ml)的体积，然后除以样本质量得出ng/g的单位。
例2：适度条件下离子释放测试的结果
按照例1程序分析多种材料，包括如下4种材料：闭孔静电控制聚乙烯(英国Surrey，ZOTEFOAM公司的PLASTAZOTE)；开孔抗静电聚氨酯；波纹状导电抗静电闭孔交联高密度交联聚乙烯；和闭孔抗静电聚乙烯(CELLUPLANK)。结果列出在表1中。值得注意的是，只有一种材料在适度条件下可沥滤的离子小于1800ng/g CL-、400ng/g F-/醋酸盐、270ng/g NO3 -、350ng/g SO4 2-和60ng/g PO4 3-。
表1泡沫材料测试结果
 沥滤的离子ng/g 闭孔聚乙烯PLASTAZOTE  开孔聚胺酯  高密度聚乙烯 闭孔聚乙烯CELLUPLANK
 CL- 1600  2000  4200 7200
 F-/醋酸盐 220  850  1500 97000
 NO3 - 210  220  280 约2500
 SO4 2- 300  370  370 约2500
 PO4 3- ＜50  ＜50  110 50000
 脱气有机物  存在胺 存在胺
例3用气体色谱分析仪-质量光谱分析仪分析有机物脱气
该例详细说明严格条件下有机物脱气测量程序。该方法使用一自动热解吸装置(ATD)，使用气体色谱分析仪-质量光谱分析仪(GC-MS)进行分析。此外参见热解吸气体色谱分析仪，FGTM1350。需要使用如下材料：自动热解吸装置；热解吸样本管(玻璃)；热解吸样本管(不锈钢)(SUPELCO P/N 255055)；热解吸样本管(玻璃)(SUPELCO P/N25090-U)；经Gasoline Range Organic Standard标准检定的甲醇中的500ppm庚烷。“ppb”定义为每毫升一纳克(ng/ml)；“ppm”定义为每毫升一微克(μmg/ml)。注意：进行该程序时始终戴10级清洁腈橡胶手套。
实验人员如下准备设备和样本：把一不锈钢ATD管放在天平上称重；使用一清洁不锈钢剪刀把一插入物剪成约(1cm×1cm×1cm)的小块；用镊子把0.05克的样本放入该管中，这些小块应松松的放入管中而不阻挡解吸流；用盖盖住管的两端；把这些管子放在ATD装置上，在100℃下解吸30分钟。
实验人员用ATD GC-MS进行如下分析和质量控制：把0.2ml的GRO标准物注入装有TENAX TA的玻璃管中，用作独立的校准标准物；在试验的前，分析校准验证标准物，以验证独立的校准标准物和当前校准(需要+/-10％的校正)；每第10个样本分析，一连续的校准验证标准物，然后在该试验结束时验证仪器稳定性(需要+/-10％的校正)；每第10个样本在试验前，分析一空白，然后在试验结束时验证不发生释出；分析已知浓度的样本以验证结果。
如下进行数据减法：制备一空白，并在每次分析时进行分析。从样本结果中减去从空白得出的结果。按照如下所述计算从仪器得出的结果：浓度＝(0.1mg)(总峰值区样本)，所得结果的单位为mg/g。
例4有机物脱气分析的结果
按照例3程序分析多种材料，包括如下4种材料：闭孔静电控制聚乙烯(英国Surrey，ZOTEFOAM公司的PLASTAZOTE)；开孔抗静电聚氨酯；闭孔交联高密度交联抗静电聚乙烯和闭孔抗静电聚乙烯(CELLUPLANK)。结果列出在表1最后一行中。值得注意的是，测试了多种闭孔聚乙烯材料，但只有一种材料的脱气有机物的数量检测不到。

Claims (12)

1.一种缓冲半导体晶片的晶片缓冲垫，该缓冲垫由闭孔聚乙烯材料制成，该材料的表面电阻率小于每平方5×107欧姆，在适度条件下可沥滤离子小于1800ng/g CL-、400ng/g F-/醋酸盐、270ng/g NO3 -、350ng/g SO4 2-和60ng/g PO4 3-，在严格条件下检测不到脱气有机物。
2.按权利要求1所述的晶片缓冲垫，其特征在于，该闭孔聚乙烯材料的密度为1.5-1.9pcf。
3.按权利要求1所述的晶片缓冲垫，其特征在于，该闭孔聚乙烯材料的压缩强度在10％变形下为5.0-9.0psi。
4.按权利要求3所述的晶片缓冲垫，其特征在于，该闭孔聚乙烯材料的静电控制特性是固有的。
5.一种运输半导体晶片的系统，该晶片包括由厚度隔开的两平行表面，该系统包括晶片运输器底座、至少一个晶片侧向支撑件、晶片运输器盖和至少一个晶片缓冲垫；
该晶片底座和晶片侧向支撑件相配合构成供半导体晶片堆放在其中的晶片堆放盒，晶片的两平行表面与侧向支撑件垂直；晶片运输器盖与晶片运输器底座配合使得横截晶片堆放盒；
晶片缓冲垫可装入晶片堆放盒中，包括大致均匀的厚2-10mm的由吸收能量的闭孔聚乙烯泡沫材料构成的层，该泡沫材料的密度为1.5-1.9pcf，表面电阻率小于每平方5×107欧姆，在适度条件下可沥滤离子小于1800ng/g CL-、400ng/g F-/醋酸盐、270ng/g NO3 -、350ng/gSO4 2-和60ng/g PO4 3-，且在严格条件下检测不到脱气有机物。
6.按权利要求5所述的系统，其特征在于，该闭孔聚乙烯材料的密度为1.5-1.9pcf。
7.按权利要求6所述的晶片缓冲垫，其特征在于，该闭孔聚乙烯材料的压缩强度在10％变形下为5.0-9.0psi。
8.按权利要求7所述的晶片缓冲垫，其特征在于，该闭孔聚乙烯材料的静电控制特性是固有的。
9.一种运输半导体晶片的方法，包括制备晶片运输器；构作插入该晶片运输器中的晶片缓冲垫，并插入该缓冲半导体晶片的缓冲垫；该缓冲垫由闭孔聚乙烯材料制成，该材料的表面电阻率小于每平方5×107欧姆，在适度条件下可沥滤离子小于1800ng/g CL-、400ng/gF-/醋酸盐、270ng/g NO3 -、350ng/g SO4 2-和60ng/g PO4 3-，且在严格条件下检测不到脱气有机物。
10.用来运输半导体晶片的缓冲垫的一种制作方法，该方法包括：提供一种泡沫材料，该材料的表面电阻率小于每平方5×107欧姆，在适度条件下可沥滤离子小于1800ng/g CL-、400ng/g F-/醋酸盐、270ng/gNO3 -、350ng/g SO4 2-和60ng/g PO4 3-，且在严格条件下检测不到脱气有机物；以及使用用于成形泡沫材料的装置使得泡沫材料可装入硬币堆式晶片运输器中。
11.按权利要求10所述的晶片缓冲垫，其特征在于，该泡沫材料的密度为1.5-1.9pcf。
12.按权利要求10所述的晶片缓冲垫，其特征在于，该泡沫材料的压缩强度在10％变形下为5.0-9.0psi。
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