DE202012004998U1

DE202012004998U1 - Feuchtigkeitsfreie Verpackung für Halbleiterwafer

Info

Publication number: DE202012004998U1
Application number: DE201220004998
Authority: DE
Original assignee: Umicore NV SA
Current assignee: Umicore NV SA
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2012-06-15
Anticipated expiration: 2022-05-22
Also published as: RU130139U1; CN202897176U

Abstract

Verpackungssystem für Halbleiterwafer, umfassend mindestens eine wafertragende Box, die nacheinander in mindestens zwei gasdichte Beutel eingepackt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trocknungsmittelverbindung in einen Raum zwischen je zwei Beutel eingefügt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verpackungssysteme für Halbleiterwafer.
Die Oberfläche von Halbleiterwafern und insbesondere von Wafern, die zum Einsatz in Epitaxialprozessen bestimmt sind, ist, wenn sie einer feuchten Atmosphäre ausgesetzt wird, für eine Verschlechterung anfällig. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Temperatur in der Waferverpackung unter den Taupunkt der enthaltenen feuchten Luft oder des enthaltenen feuchten Gases abfällt.
Für den Versand werden Wafer in der Regel in als „Pucks” bezeichnete individuelle Boxen gepackt. Eine Anzahl von Pucks, die einen Stapel bilden, wird dann zusammengebaut und als eine Einheit verpackt. Wafer können auch in als „Boote” bezeichnete Mehrwaferboxen verschickt werden. Üblicherweise werden die verpackten Wafer in einem ersten gasdichten Beutel platziert. Dieser Beutel wird dann ausgepumpt, wonach er vor dem Verschweißen mit trockenem Stickstoff gefüllt wird. Als eine zusätzliche Vorsichtsmaßnahme wird dann schließlich ein zweiter Beutel um den inneren Beutel gewickelt und verschweißt.
Eine eingehende Analyse hat jedoch gezeigt, dass Feuchtigkeit immer noch in solche gut eingeschweißten Verpackungen eintreten und die Wafer erreichen kann. Obwohl speziell entwickelte Polymerbeutel verwendet werden, diffundiert tatsächlich Wasserdampf aus der äußeren Atmosphäre langsam durch die Beutel. Dies erfolgt auch dann, wenn so genannte Moisture-Barrier Bags verwendet werden, die in der Regel einen auf die Polymerfolie laminierten Aluminiumfilm umfassen.
Während die Anfangsmenge an Feuchtigkeit in den Verpackungen minimal sein kann, sammelt sich Feuchtigkeit in der Verpackung während des Transports und der Lagerung insbesondere in heißen und feuchten Klimazonen, ständig an. Das nachfolgende Kühlen der Verpackung kann dann zu der Kondensation von mikroskopischen Wassertröpfchen auf der Waferoberfläche führen. Dies könnte während der Lagerung an kühlen Orten wie etwa in klimatisierten Räumlichkeiten stattfinden.
Es scheint nun der Fall zu sein, dass Germaniumwafer für Kondensation besonders empfindlich sind. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass natives Germaniumoxid wasserlöslich ist. Wenn auf einem Wafer Tröpfchen kondensieren, wird die Oberfläche lokal beeinflusst, wodurch der Wafer für die nachfolgende Epitaxie nutzlos wird. Dies ist höchst unerwartet, da der gesunde Menschenverstand von vorneherein die Möglichkeit ausschließen würde, dass in gut verschweißte Verpackungen Feuchtigkeit eintritt.
Dieses Phänomen ist besonders bemerkenswert, da es auf dem analogen und gut untersuchten Gebiet der Siliziumwafer unbekannt ist. Die Kondensation von mikroskopischen Wassertröpfchen auf der Oberfläche von Siliziumwafern muss natürlich auftreten, wenn die Wafer auf die übliche Weise verpackt werden. Die Wechselwirkung der Siliziumoberfläche mit den Tröpfchen sowie die Reaktionsprodukte, die sich nach dem Verdampfen der Tröpfchen auf der Waferoberfläche abscheiden, sind jedoch fundamental verschieden und relativ harmlos, da das native Siliziumoxid nicht wasserlöslich ist.
Zur Vermeidung solcher Probleme wurde ein Verpackungssystem für Halbleiterwafer entwickelt, das mindestens eine wafertragende Box, nacheinander in mindestens zwei gasdichte Beutel gepackt, umfasst, wobei eine Trocknungsmittelverbindung in einen Raum zwischen je zwei Beutel eingefügt ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die mindestens eine wafertragende Box nacheinander in drei Beutel eingepackt, einen inneren Beutel, einen mittleren Beutel und einen äußeren Beutel definierend, wobei die Trocknungsmittelverbindung zwischen dem mittleren und dem äußeren Beutel eingefügt ist.
Das Verpackungssystem eignet sich besonders für Germaniumwafer. Die mindestens eine wafertragende Box kann einen oder mehrere individuelle Wafer-„Pucks” oder einen oder mehrere Mehrwafer-„Boote” umfassen.
Die Trocknungsmittelverbindung kann Kieselgel sein, vorteilhafterweise in einem feuchtigkeitsdurchlässigen Behälter wie etwa einem Papierbeutel aufgenommen, um die Verteilung des Produkts durch den Zwischenraum zwischen zwei Beuteln zu vermeiden.
Das Verpackungssystem kann mindestens einen Beutel vom Moisture-Barrier-Typ umfassen. Bei der Ausführungsform mit drei Beuteln kann das Folienmaterial des inneren Beutels aus metallisiertem Polymer bestehen, das Folienmaterial des mittleren Beutels kann aus Polymer bestehen und das Folienmaterial des äußeren Beutels kann aus metallisiertem Polymer bestehen.
Der innere Beutel, der die mindestens eine wafertragende Box enthält und der einen umschlossenen Raum definiert, kann entweder ausgepumpt oder mit einem trockenen und inerten Gas gefüllt sein. Analog kann der Zwischenraum zwischen den aufeinanderfolgenden Beuteln ebenfalls ausgepumpt oder mit einem trockenen und inerten Gas gefüllt sein.
Unter Moisture Barrier Bag wird ein Beutel verstanden, der aus einem Material mit einer Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR – Water-Vapor Transmission Rate) von maximal 0,02 g pro 24 h pro 100 in² hergestellt ist, wie gemäß ASTM F-1249 spezifiziert und gemessen. Ein derartiges Material besteht in der Regel aus einer oder mehreren zusammenlaminierten Polymerfolien (z. B. Polyethylen, Polyester, Nylon, Polyethylenterephthalat) und ist optional metallisiert (z. B. mit Aluminium).
Unter trockenem und inertem Gas wird ein beliebiges wasserfreies und nicht reagierendes Gas wie etwa trockene Luft, N₂, He oder Ar verstanden.
Die Funktion des inneren Beutels besteht darin, die Wafer vor Feuchtigkeit zu schonen, nachdem die mehreren externen Schichten des Pakets entfernt worden sind. Diese Manipulation wird normalerweise unmittelbar vor dem Einführen dieses inneren Beutels mit seinem Waferinhalt in einen Reinraum durchgeführt.
Die Funktion des optionalen mittleren Beutels besteht darin, den inneren Beutel von einer etwaigen Kontamination durch das Trocknungsmittelmaterial abzuschirmen. Es wird tatsächlich bevorzugt, zu vermeiden, dass z. B. pulverförmige Reste von dem Trocknungsmittel an der äußeren Oberfläche des inneren Beutels haften, da dieser Beutel in den Reinraum gebracht werden soll.
Der äußere Beutel schont das Trocknungsmittelmaterial vor der äußeren Umgebung. Es wird davon ausgegangen, dass etwaige Feuchtigkeit, die ihren Weg durch den äußeren Beutel in das Paket findet, von dem Trocknungsmittel aufgenommen wird, wodurch ihre weitere Verteilung durch den oder die anderen Beutel zu den Wafern vermieden wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der innere Beutel mit N₂ gefüllt, der mittlere Beutel mit trockener Luft und der äußere Beutel ist ausgepumpt. Die Vakuumversiegelung des äußeren Beutels gestattet eine Endprüfung der Integrität des Pakets, da sich eine etwaige Verletzung ohne Weiteres durch einen Verlust an Vakuum selbst manifestieren wird.
1 ist eine schematische Darstellung eines typischen Waferpakets gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform mit drei Beuteln ist dargestellt. Es sind gezeigt: Eine Baugruppe aus Wafer-Pucks (1), die Halbleiterwafer (2) in einem inneren Beutel (4) enthalten und einen umschlossenen Raum (3) definierend; ein mittlerer Beutel (6), der den inneren Beutel umgibt und einen Zwischenraum (5) zwischen dem inneren und dem mittleren Beutel definiert; einen äußeren Beutel (8), der den mittleren Beutel umgibt und einen Zwischenraum (7) zwischen dem mittleren und dem äußeren Beutel definiert; einen Trocknungsmittelbehälter (9) in dem Raum zwischen dem mittleren und dem äußeren Beutel.
Das folgende Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines Waferpakets gemäß einer Implementierung der Erfindung mit drei Beuteln.
Germaniumwafer, die für den Einsatz in Epitaxialprozessen bestimmt sind, werden in von ePAK^® bereitgestellten kommerziellen Waferversandeinheiten (Pucks) vom Münzstil aus Polyethylen platziert. Die Pucks werden in einem Stapel aus 12 Stücken zusammenmontiert.
Der innere Beutel besteht aus mit einem Aluminiumfilm laminierten Polyethylen, die Gesamtdicke des Beutels beträgt 90 μm. Der Waferstapel wird in dem Beutel platziert, woraufhin er ausgepumpt, mit trockenem N₂ gefüllt und zugeschweißt wird.
Der mittlere Beutel ist ein transparenter Polyethylenbeutel mit einer Dicke von 90 μm. Der innere Beutel wird in den mittleren Beutel platziert, woraufhin er ausgepumpt und dann mit trockenem N₂ gefüllt und zugeschweißt wird.
Der äußere Beutel ist wieder mit einem Aluminiumfilm laminiertes Polyethylen, wobei die Gesamtdicke des Beutels 100 μm beträgt. Der mittlere Beutel wird in den äußeren Beutel zusammen mit einer Kieselgelkapsel platziert, woraufhin er ausgepumpt und dann mit trockenem N₂ gefüllt und zugeschweißt wird.
Alle Beutel sind z. B. von Texas Technologies, Inc. erhältlich.
Der Kieselgelbehälter besteht aus 5 Gramm aktiviertem Kieselgel mit 98% Reinheit, in einem Papierbeutel von Tyvek^TM eingepackt, bereitgestellt von ePAK^®.
Um das Paket unter repräsentativen Bedingungen zu testen, wurde das vollständige Paket 24 Stunden lang in Luft bei 60% relativer Feuchtigkeit und bei 25°C gelagert. Die relative Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Beutel wurde als nur 5% gemessen. Dies entspricht einem Taupunkt von –20°C, was die Abwesenheit von Kondensation auf den Wafern garantiert.
Als ein Vergleichsbeispiel wurde das gleiche Paket wie oben vorbereitet, außer dass das Trocknungsmittel entfiel. Das Paket wurde den gleichen Umweltbedingungen ausgesetzt. Die relative Feuchtigkeit innerhalb des Waferpakets wurde als 50% gemessen. Dies entspricht einem Taupunkt von 14°C, was ein sehr starkes Kondensationsrisiko auf der Waferoberfläche mit sich bringt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM F-1249 [0014]

Claims

Verpackungssystem für Halbleiterwafer, umfassend mindestens eine wafertragende Box, die nacheinander in mindestens zwei gasdichte Beutel eingepackt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trocknungsmittelverbindung in einen Raum zwischen je zwei Beutel eingefügt ist.
Verpackungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine wafertragende Box nacheinander in drei Beutel eingepackt wird, einen inneren Beutel, einen mittleren Beutel und einen äußeren Beutel definierend, wobei die Trocknungsmittelverbindung zwischen dem mittleren und dem äußeren Beutel eingefügt ist.
Verpackungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienmaterial des inneren Beutels aus einem metallisierten Polymer besteht, das Folienmaterial des mittleren Beutels aus einem Polymer besteht und das Folienmaterial des äußeren Beutels aus einem metallisierten Polymer besteht.
Verpackungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterwafer Germaniumwafer sind.
Verpackungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsmittelverbindung Kieselgel ist.
Verpackungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsmittelverbindung in einem Behälter enthalten ist.
Verpackungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Beutel ein Moisture Barrier Bag ist.
Verpackungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Beutel einen umschlossenen Raum definiert, wobei der Raum entweder ausgepumpt oder mit einem trockenen und inerten Gas gefüllt ist.
Verpackungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei je zwei aufeinanderfolgende Beutel einen Zwischenraum definieren, wobei der Raum entweder ausgepumpt oder mit einem trockenen und inerten Gas gefüllt ist.