DE202012004998U1 - Moisture-free packaging for semiconductor wafers - Google Patents
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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.Packaging system for semiconductor wafers, comprising at least one wafer-carrying box which is successively packed in at least two gas-tight bags, characterized in that a drying agent connection is inserted into a space between two bags.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Verpackungssysteme für Halbleiterwafer.The present invention relates to packaging systems for semiconductor wafers.
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.The surface of semiconductor wafers, and particularly wafers intended for use in epitaxial processes, is prone to deterioration when exposed to a humid atmosphere. This is especially true when the temperature in the wafer package drops below the dew point of the moist air or wet gas it contains.
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.For shipping, wafers are typically packaged in individual boxes called "pucks." A number of pucks forming a stack are then assembled and packaged as a unit. Wafers can also be shipped in multi-watterboxes called "boats". Usually, the packaged wafers are placed in a first gastight bag. This bag is then pumped out, after which it is filled with dry nitrogen before welding. Finally, as an additional precaution, a second bag is wrapped around the inner bag and sealed.
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.However, detailed analysis has shown that moisture can still enter such well-sealed packages and reach the wafers. Although specially designed polymer bags are used, water vapor from the outside atmosphere actually diffuses slowly through the bags. This also takes place when so-called moisture barrier bags are used, which generally comprise an aluminum film laminated to the polymer film.
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.While the initial amount of moisture in the packages may be minimal, moisture accumulates in the package during transport and storage, especially in hot and humid climates. Subsequent cooling of the package may then result in the condensation of microscopic water droplets on the wafer surface. This could take place during storage in cool locations such as air conditioned premises.
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.It now appears to be the case that germanium wafers are particularly sensitive to condensation. This is due to the fact that native germanium oxide is water-soluble. When droplets condense on a wafer, the surface is locally affected, rendering the wafer useless for subsequent epitaxy. This is highly unexpected as common sense would preclude the possibility of moisture entering well-sealed packaging.
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.This phenomenon is particularly noteworthy since it is unknown in the analog and well studied field of silicon wafers. The condensation of microscopic water droplets on the surface of silicon wafers must of course occur when the wafers are packaged in the usual way. However, the interaction of the silicon surface with the droplets as well as the reaction products that deposit on the wafer surface after evaporation of the droplets are fundamentally different and relatively harmless because the native silica is not water soluble.
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.To avoid such problems, a semiconductor wafer packaging system has been developed which comprises at least one wafer-carrying box, packed successively in at least two gas-tight bags, with a desiccant compound inserted in a space between each two bags.
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.In a preferred embodiment, the at least one wafer-carrying box is sequentially packaged in three pouches defining an inner pouch, a middle pouch, and an outer pouch with the desiccant compound interposed between the middle and outer pouches.
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.The packaging system is particularly suitable for germanium wafers. The at least one wafer-carrying box may comprise one or more individual wafer "pucks" or one or more multi-wafer "boats".
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.The desiccant compound can be silica gel, advantageously taken up in a moisture-permeable container such as a paper bag, to avoid spreading the product through the space between two bags.
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.The packaging system may comprise at least one Moisture Barrier type bag. In the three bag embodiment, the film material of the inner bag may be metallized polymer, the film material of the middle bag may be polymer, and the film material of the outer bag may be metallized polymer.
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.The inner bag containing the at least one wafer carrying box and defining an enclosed space can either be evacuated or be filled with a dry and inert gas. Similarly, the space between the successive bags may also be evacuated or filled with a dry and inert gas.
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
Unter trockenem und inertem Gas wird ein beliebiges wasserfreies und nicht reagierendes Gas wie etwa trockene Luft, N2, He oder Ar verstanden.By dry and inert gas is meant any anhydrous and non-reactive gas such as dry air, N 2 , He or Ar.
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.The function of the inner bag is to protect the wafers from moisture after the multiple external layers of the package have been removed. This manipulation is normally performed immediately prior to insertion of this inner bag with its wafer contents into a clean room.
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.The function of the optional middle bag is to shield the inner bag from any contamination by the desiccant material. It is actually preferred to avoid that z. B. powdery residues of the drying agent on the outer surface of the inner bag, as this bag is to be brought into the clean room.
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.The outer bag protects the desiccant material from the external environment. It is believed that any moisture that finds its way through the outer bag into the package is taken up by the desiccant, thus avoiding its further distribution through the other bag (s) to the wafers.
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.In a preferred embodiment, the inner bag is filled with N 2 , the middle bag of dry air and the outer bag is evacuated. The vacuum sealing of the outer bag allows a final check on the integrity of the package, as any injury will readily manifest itself through a loss of vacuum itself.
Das folgende Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines Waferpakets gemäß einer Implementierung der Erfindung mit drei Beuteln.The following example illustrates the fabrication of a wafer package in accordance with a three-bag implementation of the invention.
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.Germanium wafers that are intended for use in Epitaxialprozessen are placed in provided by EPAK ® commercial wafer shipping units (pucks) from Münzstil of polyethylene. The pucks are assembled in a stack of 12 pieces.
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.The inner bag is made of polyethylene laminated with an aluminum film, the total thickness of the bag is 90 μm. The wafer stack is placed in the bag, after which it is pumped out, filled with dry N 2 and sealed.
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.The middle bag is a transparent polyethylene bag with a thickness of 90 μm. The inner bag is placed in the middle bag, after which it is pumped out and then filled with dry N 2 and sealed.
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.The outer bag is again polyethylene laminated with an aluminum film, the total thickness of the bag being 100 microns. The middle bag is placed in the outer bag along with a silica gel capsule, after which it is pumped out and then filled with dry N 2 and sealed.
Alle Beutel sind z. B. von Texas Technologies, Inc. erhältlich.All bags are z. Available from Texas Technologies, Inc.
Der Kieselgelbehälter besteht aus 5 Gramm aktiviertem Kieselgel mit 98% Reinheit, in einem Papierbeutel von TyvekTM eingepackt, bereitgestellt von ePAK®.The silica gel container consists of 5 grams of activated silica gel with 98% purity, wrapped in a paper bag of Tyvek ™, provided by 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.To test the package under representative conditions, the complete package was stored in air at 60% relative humidity and at 25 ° C for 24 hours. The relative humidity of the atmosphere in the inner bag was measured as only 5%. This corresponds to a dew point of -20 ° C, which guarantees the absence of condensation on the wafers.
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.As a comparative example, the same package was prepared as above, except that the desiccant was omitted. The package was exposed to the same environmental conditions. The relative humidity within the wafer package was measured as 50%. This corresponds to a dew point of 14 ° C, which causes a very high condensation risk on the wafer surface.
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