CN209328859U - 半导体装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种半导体装置，包括：与外部环境隔离的隔间；过滤外部空气并向所述隔间内输送洁净空气的过滤单元，设置于所述隔间上；连通所述隔间和外部环境的可开启或关闭的排风口，设置于所述隔间上；连接所述过滤单元和所述排风口的联动模块，所述排风口在所述过滤单元运行时开启，在所述过滤单元停止运行时关闭。本实用新型通过引入可开启或关闭的格栅式的排风口和控制所述排风口开关的联动模块，在过滤单元停止运行时关闭所述排风口，从而防止了外部环境中未过滤空气的倒灌，避免了颗粒物污染，减少了因颗粒物污染导致的产品良率下降及晶圆报废。

Description

半导体装置

技术领域

本实用新型涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种半导体装置。

背景技术

目前，在半导体集成电路制造领域中，存放晶圆的晶圆盒按照工厂自动化解决方案可采用FOUP(front opening unified pod)或SMIF pod(standard mechanicalinterface pod)等。而不论采用哪种晶圆盒，半导体生产设备都需要通过设备前端模块(EFEM,equipment front end module)与晶圆盒相连，以实现晶圆在晶圆盒与半导体生产设备之间的传送。

在现有的设备前端模块中，为了维持微环境的洁净度，一般都会配置HEPA或ULPA级别的空气过滤器。通过空气过滤器向设备前端模块内不断输送过滤后的洁净空气，并从排风口排出。通过在设备前端模块内维持一定标准的静压差，将设备前端模块中产生的颗粒污染物排出。然而，当空气过滤器因设备断电等原因停止运行时，设备前端模块内将无法维持原有静压差，且现有的排风口一般采用常开式的通孔盖板设计，外界环境中的未过滤空气就有可能在压力差的作用下从通孔处倒灌入设备前端模块内，其中携带的颗粒污染物将对滞留在设备前端模块中的晶圆造成污染，影响产品良率，甚至导致晶圆报废。

因此，有必要提出一种新的半导体装置，解决上述问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种半导体装置，用于解决现有技术中空气过滤器停止运行时因外部环境中的未过滤空气倒灌而产生颗粒污染的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本实用新型提供了一种半导体装置，其特征在于，包括：

与外部环境隔离的隔间；

过滤外部空气并向所述隔间内输送洁净空气的过滤单元，设置于所述隔间上；

连通所述隔间和外部环境的可开启或关闭的排风口，设置于所述隔间上；

连接所述过滤单元和所述排风口的联动模块，所述排风口在所述过滤单元运行时开启、在所述过滤单元停止运行时关闭。

作为本实用新型的一种可选方案，所述过滤单元设置于所述隔间的顶部；所述排风口设置于所述隔间的底部。

作为本实用新型的一种可选方案，所述排风口包括可开启或闭合的排风格栅；所述排风格栅开启时，所述排风口开启；所述排风格栅闭合时，所述排风口关闭。

作为本实用新型的一种可选方案，所述半导体装置包含用于在半导体生产设备和晶圆盒之间传送晶圆的设备前端模块。

作为本实用新型的一种可选方案，所述半导体装置还包括：

用于连接半导体生产设备的设备接口，设置于所述隔间的侧面；

用于连接晶圆盒的晶圆盒接口，设置于所述隔间的侧面。

作为本实用新型的一种可选方案，所述半导体装置还包括用于传送所述晶圆的机械手臂，位于所述隔间中。

作为本实用新型的一种可选方案，所述半导体装置还包括用于对所述晶圆进行对准的晶圆对准单元，位于所述隔间中。

作为本实用新型的一种可选方案，所述半导体装置还包括用于在所述晶圆传入所述半导体生产设备前暂时存放所述晶圆的晶圆暂存单元，位于所述隔间中。

作为本实用新型的一种可选方案，所述联动模块包括：

用于在通电时开启所述排风口、在断电时关闭所述排风口的断电反馈单元，所述断电反馈单元连接所述排风口；

用于同时向所述过滤单元和所述断电反馈单元供电的供电单元，所述供电单元连接所述过滤单元和所述断电反馈单元。

作为本实用新型的一种可选方案，所述联动模块还包括：

用于量测并输出所述隔间内静压差的静压差量测单元，位于所述隔间内；

用于在所述静压差低于设定范围时发出警报并控制所述断电反馈单元断电的报警单元，所述报警单元连接所述静压差量测单元和所述断电反馈单元。

如上所述，本实用新型提供了一种半导体装置，通过引入可开启或关闭的格栅式的排风口和控制所述排风口开关的联动模块，在过滤单元停止运行时关闭所述排风口，从而防止了外部环境中未过滤空气的倒灌，避免了颗粒物污染，减少了因颗粒物污染导致的产品良率下降及晶圆报废。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例一中提供的半导体装置的示意图。

图2显示为本实用新型实施例一中提供的半导体装置的俯视图。

图3显示为本实用新型实施例一中提供的半导体装置的侧视图。

图4(A)显示为本实用新型实施例一中提供的排风格栅的局部俯视图。

图4(B)显示为本实用新型实施例一中提供的排风格栅闭合时AA’处的横截面示意图。

图4(C)显示为本实用新型实施例一中提供的排风格栅开启时AA’处的横截面示意图。

图5显示为本实用新型实施例二中提供的半导体装置的联动模块的连接关系图。

元件标号说明

001 半导体生产设备

002 晶圆盒

002a 晶圆盒承载台

101 隔间

101a 隔间支撑结构

102 过滤单元

103 排风口

103a 排风格栅

103b 格栅片

104 设备接口

105 晶圆盒接口

106 机械手臂

107 晶圆对准单元

108 晶圆暂存单元

109 断电反馈单元

110 供电单元

111 静压差量测单元

112 报警单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1至图4，本实用新型提供了一种半导体装置，包括：

与外部环境隔离的隔间101；

过滤外部空气并向所述隔间101内输送洁净空气的过滤单元102，设置于所述隔间101上；

连通所述隔间101和外部环境的可开启或关闭的排风口103，设置于所述隔间101上；

连接所述过滤单元102和所述排风口103的联动模块，所述排风口103在所述过滤单元102运行时开启、在所述过滤单元102停止运行时关闭。

如图1所示，是本实施例所提供的一种半导体装置的示意图，图2是其俯视图，图3是其侧视图。需要指出的是，为了更清楚地展示所述半导体装置的内部结构，图1至图3中的所述隔间101和所述过滤单元102都做了部分透明化处理。

在本实施例中，如图1所示，所述半导体装置作为设备前端模块，用于在半导体生产设备001和晶圆盒002之间传送晶圆。当然，不仅限于设备前端模块，所述半导体装置还可以用于其他需求高洁净度的工作环境。例如，在洁净度100级的无尘车间中，在执行晶圆目检或光罩维护等人工操作时，需要获得洁净度要求更高(如洁净度1级)的局部环境。在上述情况下也可以引入本实用新型中所提供的半导体装置。所述隔间101与外部环境隔离，以确保所述隔间101内部保有相对较高的洁净度，不会引入外部环境中的颗粒污染物。可选地，所述隔间101的侧壁由PMMA等洁净板材构成，不但能确保所述隔间101内部的封闭洁净环境，也便于实时观察所述隔间101的内部情况。

作为示例，如图1和图3所示，所述过滤单元102设置于所述隔间101的顶部；所述排风口103设置于所述隔间101的底部。通过将所述过滤单元102设置于所述隔间101的顶部，将所述排风口103设置于所述隔间101的底部，在所述隔间101的内部形成垂直层流。所述垂直层流是由所述过滤单元102所过滤的洁净空气，在自上而下的静压下以分层状态和适当的流速垂直流动。在所述垂直层流的作用下，即使所述隔间101中产生了少量颗粒污染物，所述颗粒污染物也不会聚集累积，而是很快从所述排风口103处排出至外部环境。如图3所示，箭头方向标示了外部环境中的未过滤空气通过所述过滤单元102过滤后进入所述隔间101，在所述隔间101内形成垂直层流，并最终通过所述排风口103排出至外部环境的路径。可选地，在本实施例中，所述设备前端模块还包括隔间支撑结构101a，所述隔间101由所述隔间支撑结构101a所支撑。如图3所示，所述隔间支撑结构101a为上下连通的中空结构，底部直接连通无尘车间内的通孔地板，从所述排风口103排出的气流直接排至所述通孔地板下。可选地，所述过滤单元102采用ULPA空气过滤器，所述ULPA空气过滤器的预过滤滤芯由无纺布、尼龙网、活性碳滤材和金属孔网等多层材料构成，高效过滤滤芯由超细玻璃纤维过滤层构成。所述ULPA空气过滤器的滤料结构紧凑，过滤效率高，且气流通过阻力高，在ULPA空气过滤器处于非运行状态时，所述隔间101内外的气流难以主动通过所述ULPA空气过滤器。这也进一步确保了所述隔间101的内部在ULPA空气过滤器不运行时也能够维持封闭的洁净环境。如图1和图3所示，所述ULPA空气过滤器占据所述隔间101的整个顶部空间，以确保在所述隔间101内的所有区域都能形成垂直层流。

作为示例，如图1、图2和图4(A)～(C)所示，所述排风口103包括可开启或闭合的排风格栅103a；所述排风格栅103a开启时，所述排风口103开启；所述排风格栅103a闭合时，所述排风口103关闭。所述排风口103包括可开启或闭合的排风格栅103a，所述排风格栅103a位于所述隔间101的底部，并铺满所述隔间101的底部。如图4(A)所示，是所述排风格栅103a的局部俯视图，图4(B)和图4(C)是图4A中AA’处的横截面示意图。所述排风格栅103a由一组格栅片103b排列组成，组成所述排风格栅103a的格栅片103b可绕其中心轴转动。如图4(B)所示，当所述排风格栅103a闭合时，所述格栅片103b位于平行于水平面的闭合位置，各所述格栅片103b之间紧密贴合，气流无法通过所述排风格栅103a；如图4(C)所示，当所述排风格栅103a开启时，所述格栅片103b绕其中心轴转动一定角度，各所述格栅片103b之间露出空隙，气流可以通过所述排风格栅103a。当然，本实施例仅例举了所述排风口103的一种实施方案，在本实用新型的其他实施案例中，所述排风口103还可以采用其他类型的可开闭式的排风格栅，排风格栅的结构也不限于本实施例所例举的格栅结构；所述排风口103还可以采用连通至单一排气管的方案，通过阀门控制开启或关闭所述排气管，实现所述排风口103的开启或关闭。

作为示例，所述联动模块在所述过滤单元102运行时开启所述排风口103、在所述过滤单元102停止运行时关闭所述排风口103，所述联动模块连接所述过滤单元102和所述排风口103。在本实施例中，通过引入所述联动模块，使所述排风口103的开关与所述过滤单元102的运行联动，即只有所述过滤单元102处于运行状态时，所述排风口103才会打开，并允许气流通过；而当所述过滤单元102由于设备停机等异常原因而处于停止运行的状态时，所述排风口103关闭，气流无法通过所述排风口103。如前文所述，在所述过滤单元102处于运行状态时，所述隔间101内通过自上而下的静压形成垂直层流，确保了颗粒污染物能够及时排出；而当所述过滤单元102不运行时，所述隔间101内不再保有自上而下的静压，此时，外部环境的气压可能会大于所述隔间101内的气压，外部环境中的未过滤空气就有可能通过所述排风口103倒灌进所述隔间101内，进而对所述隔间101内滞留的晶圆表面造成颗粒物污染。因此，本实施例通过联动所述过滤单元102及所述排风口103，当所述过滤单元102因设备停机等异常而停止运行时，及时关闭所述排风口103，阻止了外部气流可能的倒灌，避免了晶圆表面的颗粒物污染，防止晶圆因颗粒物污染而导致良率不佳甚至废片。所述联动模块未在图1至图3中标出，本实施例也不限定其具体位置。

作为示例，如图1至图3所示，所述半导体装置还包括：

用于连接半导体生产设备001的设备接口104，设置于所述隔间101的侧面；

用于连接晶圆盒002的晶圆盒接口105，设置于所述隔间101的侧面。

如图1至图3所示，在所述隔间101的一侧面设有所述设备接口104，用于连接所述半导体生产设备001。所述隔间101中的晶圆可以从所述设备接口104处出入所述半导体生产设备001。可选地，所述设备接口104是一开口，开口紧密贴合所述半导体生产设备001的晶圆装卸载气闸(airlock)，以防止外部环境中的未过滤气流携带颗粒污染物从空隙处进入所述隔间101。当然，所述设备接口104也不限于贴合连接所述半导体生产设备001的晶圆装卸载气闸，也可以贴合于所述半导体生产设备001上包含所述晶圆装卸载气闸的一侧面。由于不同设备制造商所提供的设备接口解决方案各不相同，所述设备接口104可以根据所述半导体生产设备001的实际情况进行对应设置。

在所述隔间101的另一侧面，设有所述晶圆盒接口105，用于连接所述晶圆盒002。所述晶圆盒002中的晶圆可以从所述晶圆盒接口105处出入所述隔间101。可选地，所述晶圆盒002可以是FOUP或SMIF pod等工厂自动化标准晶圆盒，所述晶圆盒接口105可以根据所述晶圆盒002的类型进行对应设置，能够对FOUP或SMIF pod晶圆盒进行开启和关闭，以便存取晶圆盒内的晶圆。所述晶圆盒接口105同样也需要确保与所述晶圆盒002紧密接合，以防止外部环境中的未过滤气流携带颗粒污染物从空隙处进入所述隔间101。可选地，所述晶圆盒002在和所述隔间101连接时放置于晶圆盒承载台002a上，以确保所述晶圆盒002始终处于稳固状态。

在本实施例中，所述设备接口104和所述晶圆盒接口105设置于所述隔间101的相对的两个侧面上，这也是设备前端模块的常见设置。当然，根据生产车间内设备放置的实际布局需要，以上接口位置也可以进行灵活设置。例如，所述设备接口104和所述晶圆盒接口105也可以设置于所述隔间101的相邻的两个侧面上，甚至并排设置于同一侧面上。

作为示例，如图1至图3所示，所述半导体装置还包括用于传送所述晶圆的机械手臂106，位于所述隔间101中。作为在半导体生产设备001和晶圆盒002之间传送晶圆的设备前端模块，本实施例通过配置所述机械手臂106用以抓取并传送晶圆。可选地，所述机械手臂106为常压机械手臂，因为在本实施例的设备前端模块的应用中，常压机械手臂已足以符合晶圆常速水平传送的需求。在本实用新型的其他实施方案中，所述机械手臂106也可以采用真空机械手臂，通过真空吸附并固定晶圆，以满足晶圆翻转或高速传送等应用需求。如图1所示，所述机械手臂106位于所述排风格栅103a的正上方，这可以确保所述机械手臂106所抓取的晶圆始终处于所述隔间101的垂直层流中，避免晶圆受到颗粒物污染；而当所述过滤单元102因设备停机等异常而停止运行时，所述排风格栅103a及时关闭，有效阻止了下方外部气流可能的倒灌，避免了颗粒物污染对所述机械手臂106上的晶圆的污染。在本实用新型的其他实施案例中，也可以由所述半导体生产设备001自带的机械手臂直接进入所述隔间101中存取晶圆，而不必在所述隔间101中额外设置机械手臂。

作为示例，如图1至图3所示，所述半导体装置还包括用于对所述晶圆进行对准的晶圆对准单元107，位于所述隔间101中。在本实施例中，通过引入所述晶圆对准单元107，在晶圆进入所述半导体生产设备001作业前，对晶圆进行预对准，以校准晶圆位置并统一晶圆凹口(notch)位置。可选地，所述晶圆对准单元107包括定位校准装置(aligner)，通过所述定位校准装置校正晶圆的位置偏移量，防止因晶圆位置偏移而导致撞击碎片；同时，将待作业晶圆的凹口都统一朝向相同方向，以增加工艺及品管监控的可追溯性。可选地，所述晶圆在所述半导体生产设备001中完成作业后，还可以由所述晶圆对准单元107再次校准后，再传送回所述晶圆盒002中。

作为示例，如图1至图3所示，所述半导体装置还包括用于在所述晶圆传入所述半导体生产设备001前暂时存放所述晶圆的晶圆暂存单元108，位于所述隔间101中。在本实施例中，由于半导体生产设备001的晶圆装卸载气闸在存取晶圆时还需要一定的真空抽放时间，通过引入所述晶圆暂存单元108，可以将所述晶圆盒002中取出的待作业晶圆暂时存放于所述晶圆暂存单元108，以提高晶圆传送效率及设备产能；在所述晶圆存放于所述晶圆暂存单元108前，还可以先在所述晶圆对准单元107中完成晶圆预对准，以提升所述晶圆对准单元107的利用率。可选地，所述晶圆暂存单元108还可以作为退火或高温灰化等设备的冷却平台，用于放置冷却在高温工艺过程后待冷却的晶圆，以免高温晶圆损坏晶圆盒。

实施例二

请参阅图5，本实施例与实施例一中的方案相比，进一步限定了所述联动模块的具体实现形式。

作为示例，如图5所示，所述联动模块包括：

用于在通电时开启所述排风口103、在断电时关闭所述排风口103的断电反馈单元109，所述断电反馈单元109连接所述排风口103；

用于同时向所述过滤单元102和所述断电反馈单元109供电的供电单元110，所述供电单元110连接所述过滤单元102和所述断电反馈单元109。

在图5中，所述供电单元110同时向所述过滤单元102和所述断电反馈单元109供电，因此，当所述供电单元110断电时，所述过滤单元102和所述断电反馈单元109同时断电，所述过滤单元102停止运行，所述断电反馈单元109关闭所述排风口103；而当所述供电单元110供电时，所述过滤单元102和所述断电反馈单元109同时通电，所述过滤单元102维持运行，所述断电反馈单元109开启所述排风口103。通过引入上述各单元，实现了所述过滤单元102与所述排风口103的联动，当所述过滤单元102因断电而停止运行时，所述排风口103也能够及时关闭，防止因外部的未过滤空气倒灌而造成颗粒物污染。可选地，所述断电反馈单元109包含继电器，所述继电器的线圈端连接于所述供电单元110，所述继电器的触点端连接于所述排风口103。当所述供电单元110保持供电时，所述继电器的线圈端通电，所述继电器的触点端驱动所述排风口103保持开启状态；当所述供电单元110断电时，所述继电器的线圈端断电，所述继电器的触点端驱动所述排风口103关闭。

作为示例，如图5所示，所述联动模块还包括：

用于量测并输出所述隔间101内静压差的静压差量测单元111，位于所述隔间101内；

用于在所述静压差低于设定范围时发出警报并控制所述断电反馈单元断电的报警单元112，所述报警单元112连接所述静压差量测单元111和所述断电反馈单元109。

本实用新型中所提供的所述半导体装置通过在所述隔间101内自上而下的静压差形成垂直层流，从而及时排出所述隔间101中的颗粒污染物，维持所述隔间101内的高洁净度。通过引入所述供电单元110和所述断电反馈单元109，虽然已实现了所述过滤单元102与所述排风口103的联动，确保所述过滤单元102断电停机时，所述排风口103也能及时关闭，但在实际生产过程中，还常常出现所述过滤单元102的供电正常，却因故障等原因，使所述隔间101内的静压差未达到设定标准，进而无法形成有效的垂直层流，导致形成颗粒物污染。针对上述情况，本实施例还引入了所述静压差量测单元111和所述报警单元112，通过设置于所述隔间101内的静压差量测单元111，实时量测并输出所述隔间101内静压差，并在量测得到的静压差低于设定范围时发出警报，并控制所述断电反馈单元断电，进而及时关闭所述排风口103。这不但可以警示维护人员及时进行排除故障，也能避免晶圆受到颗粒污染。例如，静压差的最小值可设定为5.0Pa，当所述静压差量测单元111所测得的数值小于5.0Pa时，即认为所述半导体装置内的静压差异常，所述报警单元112发出警报，并控制所述断电反馈单元断电，关闭所述排风口103。

综上所述，本实用新型提供了一种半导体装置，包括：与外部环境隔离的隔间；过滤外部空气并向所述隔间内输送洁净空气的过滤单元，设置于所述隔间上；连通所述隔间和外部环境的可开启或关闭的排风口，设置于所述隔间上；连接所述过滤单元和所述排风口的联动模块，所述排风口在所述过滤单元运行时开启，在所述过滤单元停止运行时关闭。本实用新型通过引入可开启或关闭的栅格式的排风口和控制所述排风口开关的联动模块，在过滤单元停止运行时关闭所述排风口，从而防止了外部环境中未过滤空气的倒灌，避免了颗粒物污染，减少了因颗粒物污染导致的产品良率下降及晶圆报废。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，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实用新型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，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种半导体装置，其特征在于，包括：

与外部环境隔离的隔间；

过滤外部空气并向所述隔间内输送洁净空气的过滤单元，设置于所述隔间上；

连通所述隔间和外部环境的可开启或关闭的排风口，设置于所述隔间上；

连接所述过滤单元和所述排风口的联动模块，所述排风口在所述过滤单元运行时开启、在所述过滤单元停止运行时关闭。

2.根据权利要求1所述的一种半导体装置，其特征在于，所述过滤单元设置于所述隔间的顶部；所述排风口设置于所述隔间的底部。

3.根据权利要求1所述的一种半导体装置，其特征在于，所述排风口包括可开启或闭合的排风格栅；所述排风格栅开启时，所述排风口开启；所述排风格栅闭合时，所述排风口关闭。

4.根据权利要求1所述的一种半导体装置，其特征在于，所述半导体装置包含用于在半导体生产设备和晶圆盒之间传送晶圆的设备前端模块。

5.根据权利要求4所述的一种半导体装置，其特征在于，所述半导体装置还包括：

用于连接半导体生产设备的设备接口，设置于所述隔间的侧面；

用于连接晶圆盒的晶圆盒接口，设置于所述隔间的侧面。

6.根据权利要求4所述的一种半导体装置，其特征在于，所述半导体装置还包括用于传送所述晶圆的机械手臂，位于所述隔间中。

7.根据权利要求4所述的一种半导体装置，其特征在于，所述半导体装置还包括用于对所述晶圆进行对准的晶圆对准单元，位于所述隔间中。

8.根据权利要求4所述的一种半导体装置，其特征在于，所述半导体装置还包括用于在所述晶圆传入所述半导体生产设备前暂时存放所述晶圆的晶圆暂存单元，位于所述隔间中。

9.根据权利要求1所述的一种半导体装置，其特征在于，所述联动模块包括：

用于在通电时开启所述排风口、在断电时关闭所述排风口的断电反馈单元，所述断电反馈单元连接所述排风口；

用于同时向所述过滤单元和所述断电反馈单元供电的供电单元，所述供电单元连接所述过滤单元和所述断电反馈单元。

10.根据权利要求9所述的一种半导体装置，其特征在于，所述联动模块还包括：

用于量测并输出所述隔间内静压差的静压差量测单元，位于所述隔间内；

用于在所述静压差低于设定范围时发出警报并控制所述断电反馈单元断电的报警单元，所述报警单元连接所述静压差量测单元和所述断电反馈单元。