JP2005513459A - 容器内の環境を監視するための装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

輸送又は長期保管の間に容器（５０）内の環境状態を記録するための装置及び方法である。容器（５０）は半導体ウェーハ又は他の損傷を受けやすい構成部品を受容するためのものである。

Description

発明の分野
本発明は、一般に、半導体ウェーハ及び他の損傷を受けやすい構成部品の輸送に関する。詳細には、本発明は、輸送及び／又は長期保管の間に容器内の環境状態を検知し記録するための装置及び方法に関する。
発明の背景
集積回路装置は、一般に、比較的大きい半導体ウェーハ上に製造され、そして、単一のウェーハは、しばしば、そこに形成された数百ものそうした装置を含む。集積回路が半導体ウェーハ上に形成され、いずれかの必要な試験を受けると、ウェーハは複数のダイ（一つのダイは一つ又は複数の集積回路を含む）に切断され、各ダイはその後パッケージされてパッケージ集積回路装置、すなわち、「チップ」が形成される。パッケージングは、ダイへのリードの取付（例えば、リードフレーム又はボールグリッドアレイ）及び注封材料(potting material)によるダイのインケースメントのほか、電気的試験及びキャラクタリゼーションを含む。「未加工(raw)」半導体ウェーハ（すなわち、そこにいかなる回路又は他の構造も形成されていないウェーハ）の製造だけでなく、集積回路装置の製造は、それぞれ、高度に制御及び監視された環境において実行され、これらの環境は製造施設の外部に複製することは難しい。
多くの集積回路（ＩＣ）製造者は未加工半導体ウェーハは製造せず、外部の供給元から未加工ウェーハを受け入れることがＩＣ製造者にとって通例である。従って、未加工ウェーハは製造施設からＩＣ製造者まで輸送されなければならないが、上述の通り、製造施設の外部に制御された製造環境を複製することは難しい。さらに、「加工済み(processed)」半導体ウェーハ、（すなわち、そこに複数の集積回路が形成されているウェーハ）を、切断、パッケージング及び電気的キャラクタリゼーションのために、ＩＣ製造施設から別の場所に輸送することがしばしば必要である。半導体ウェーハの輸送に加え、制御された製造施設の外部の場所で未加工及び加工済みのウェーハを長期時限にわたり保管することも時には必要である。未加工及び加工済み双方の半導体ウェーハは輸送容器において輸送及び／又は保管され、そのような輸送容器は当業において周知である。
未加工又は加工済みの状態にかかわらず、半導体ウェーハはそれぞれの環境に極めて敏感である。例えば、半導体ウェーハ及びそこに形成されたいずれかの回路は、温度、湿度及び圧力といった他の環境特性に対してと同様、化学的汚染及び微粒子汚染に極めて影響されやすい。激しい振動及び衝撃はウェーハだけでなく、ウェーハ上に形成されたあらゆる回路において過度の応力を生じ、破壊や回路の損傷をもたらす。また、半導体ウェーハ及び／又はその輸送容器での電荷の蓄積（及びその電荷の以降の放電）は、ウェーハ、特に、そこに形成された集積回路に損傷を与える。さらに、電磁放射（可視及び非可視の両方）もウェーハ及びその回路に損傷を与える。場合によっては、これらの不利な環境状態のうちの二つ以上が組合わさって存在するかもしれず、それらの作用は累積される。例えば、熱誘起応力は、過度の振動及び／又は衝撃による応力との組合せで存在する。
半導体ウェーハ又は他の損傷を受けやすい構成部品を輸送するために使用される輸送容器はそれ自体、不利な環境状態に影響されやすいかもしれない。例えば、輸送容器内の不利な環境状態（例えば、温度、湿度及び／又は圧力）は、輸送容器（輸送容器は、一般に、プラスチック材料で形成される）からのガス放出につながるかもしれず、そのようなガス放出は輸送容器内に保管された内容物（例えば、半導体ウェーハ）の汚染を生じる。さらに、輸送容器に与えられる衝撃及び振動は、容器とその内容物との間での相対的な動きを生じる。輸送容器と、例えば、半導体ウェーハとの間の相対的な動き又は摩擦は、微粒子の発生をつながり（微粒子は輸送容器材料からだけでなくウェーハ材料からも発する）、これらの微粒子は輸送容器内に保管されたウェーハを汚染する可能性がある。
半導体ウェーハが輸送の間に上記の環境状態のいずれかに曝された場合、結果として生じる損傷（例えば、ミクロ破壊、化学的汚染、微粒子汚染）は、容易に観察できないことが多く、検出するのが困難である。さらに、そうした損傷（又は、そうした損傷の作用）は、ＩＣ装置製造がほとんど完了するまで（すなわち、最終的な電気的試験の時点で）、気づかれないかもしれず、結果的に、損傷したＩＣ装置の損失をもたらすだけでなく、資源が売り物になる製品とはならない損傷した装置の処理に充てられることになる。従って、著しい環境的損傷は、低い製造歩留り及び高い生産コストにつながる。
他の環境的に損傷を受けやすい構成部品は、半導体ウェーハに利用されるものに類似の輸送容器において輸送及び／又は保管される。例えば、磁気的又は光学的にアクセス可能なディスクは、しばしば、類似の輸送容器において輸送される。そのような磁気的及び光学的にアクセス可能なディスクは、例えば、ディスクドライブの製造において使用される。また、（完成しているか又は部分的に組立てられた状態にあるかに関わらず）、フラットパネルディスプレイは、幾つかのタイプの密閉容器において輸送することが望ましい。
上述の問題に対する一つの一般的な解決策は、試験のために一群のウェーハ（すなわち、一つの輸送容器に保管されたウェーハ）から「試験ウェーハ(test wafer)」を抜き取ることであった。試験ウェーハは、輸送又は長期保管の後、いずれかの望ましくない環境状態にさらされていたウェーハから結果的に生じる損傷について分析される。しかし、ウェーハの分析はたいてい、ウェーハ又は少なくともその一部の破壊を必要とし、それが、ＩＣ製造者が若干の製品を犠牲にすることを必要とした。さらに、上述の通り、半導体ウェーハが被った損傷を検出することはしばしば困難である。しばしば用いられた別の解決策は、特定の環境状態の作用が定量化できるように、シミュレートされた輸送及び／又は保管環境においてウェーハを試験することであった。しかし、シミュレートされた環境は、実際の輸送及び／又は保管状態を正確に表現しないかもしれない。
半導体ウェーハが輸送の間に曝された環境状態をＩＣ製造者が知っていれば、ＩＣ製造者はウェーハの実行可能性を評価することができよう。未加工ウェーハの場合、製造者は、低い製造歩留りを示す潜在的に損傷を受けたウェーハに生産資源を割り当てることを回避することができよう。また、輸送及び／又は長期保管の間に、加工済みの半導体ウェーハの環境状態を監視することは、品質保証のために、また、有用な製品を犠牲にすることなく高い歩留まりを保証するために使用される。さらに、輸送容器内の環境状態を監視することは、輸送容器自体の設計を評価するためだけでなく、輸送モードを評価するためにも有益である。しかし、現在、ＩＣ製造者は、半導体ウェーハ又は他の環境的に損傷を受けやすい構成部品の輸送及び／又は長期保管の間の輸送容器内の環境状態を追跡できる能力を有していない。
米国特許第５，４８１，２４５号明細書 米国特許第４，９７２，０９９号明細書 米国特許第５，９３６，５２３号明細書 米国特許第６，２８１，７９７号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１２０４７５号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１８７０２５号明細書
一実施形態は、容器との使用のための計装基板を有し、容器は複数の構成部品を受容するための内部空洞を有する。計装基板は、容器の内部空洞に挿入され得る基板を含む。計装基板は、基板上に配置された監視システムをさらに含む。監視システムは、少なくとも一つの環境特性を検知することができる。
別の実施形態は容器を有する。容器は、内部空洞を限定するハウジング壁を有するハウジングを含む。ハウジング壁は、また、内部空洞への開口を含む。複数の棚が内部空洞内でハウジング壁に配置されており、棚の各々は構成部品を受容することができる。扉が開口の近傍でハウジングに可動式に固定されている。容器は、ハウジング壁及び扉のうちの一方に配置された監視システムをさらに含む。監視システムは、内部空洞内の少なくとも一つの環境特性を検知することができる。
発明の詳細な説明
半導体ウェーハ５を輸送及び／又は保管するための従来の輸送容器５０が図１に示されている。従来の輸送容器５０は、ハウジング壁５３を有するハウジング５２を含む。ハウジング５２は一つ又は複数の半導体ウェーハ５（明瞭のために一つだけ図示されている）を受容するための内部空洞５４を有する。ウェーハ５は、その開口５５を通して内部空洞５４へ挿入される。内部空洞５４内には、複数の棚５６がハウジング５２の壁５３に配置されており、各棚５６はウェーハ５を受け入れて支持するように適合されている。輸送容器５０は、また、開口５５を被って内部空洞５４を閉鎖するための可動扉すなわちカバー５８を含む。可動扉５８は、図１に示されるように、取り外し可能であってっもよいし、又は一つ又は複数の丁番によってハウジング５２と結合されていてもよい。複数のウェーハ５を輸送及び／又は保管するためには、ウェーハ５は内部空洞５４に入れられ（各ウェーハは棚５６のうちの一つに受容される）、そして、可動扉５８がハウジング５２に固定される。
図１に示された輸送容器５０は、広範な一連の従来の輸送容器を代表するものであり、本発明が図１に示された特定の容器５０に限定されないことが理解されなければならない。さらに、本発明が半導体ウェーハを輸送するための容器に限定されないことも理解されなければならない。例えば、本発明は、ディスクドライブ及び他の装置の製造において使用される磁気的又は光学的にアクセス可能なディスクのほか、フラットパネルディスプレイといった、他の損傷を受けやすい構成部品を輸送及び／又は保管するための輸送容器にも適用可能である。
可動扉５８がハウジング５２に固定されて、複数のウェーハ５が内部空洞５４内に封入されると、内部空洞５４及びその内容物は、周囲環境３からほぼ密封及び／又は保護されている環境内に収容される。しかし、特定の種類の化学物質及び／又は微粒子は、湿分と同様に、ハウジング５２と可動扉５８との間に設けられたシールを通り抜けたり、そうでなければ、輸送容器５０に入り込むことが可能である。また、周囲環境３の状態が内部空洞５４内の環境に影響を与えるかもしれない。例えば、周囲環境３の高温は、通常、輸送容器５０内の高温をもたらすはずである。同様に、輸送容器５０の外側に与えられた振動や衝撃は、一般に、輸送容器５０の内部空洞５４内に置かれている内容物に伝わる。さらに、汚染物質が、（例えば、容器５０とその内容物との間の相対的な動きによるガス放出又は微粒子の発生によって）輸送容器５０それ自体の内部で発生することもあり得る。上述のように、これらの不利な環境状態は半導体ウェーハ５（又は他の損傷を受けやすい構成部品）に損傷を与えていても、ＩＣ製造者が、輸送及び／又は保管の間に、ウェーハがそのような状態にさらされたということを知らないことがあり得る。
計装基板(instrumented substrate)１００の実施形態が図２〜４に示されている。計装基板１００は、輸送及び／又は長期保管の間にあらゆる形式の輸送容器内の環境状態を記録するため、及び／又は環境的に損傷を受けやすい構成部品を受容するためのあらゆる他の形式の容器内の環境状態を記録するために使用される。また、計装基板１００は、（磁気的アクセス可能ディスク、光学的アクセス可能ディスク及びフラットパネルディスプレイと同様に、未加工及び加工済みの両方の半導体ウェーハを含む）あらゆる種類の損傷を受けやすい構成部品について環境状態を監視するために使用される。そうした状態についての知識は、製造歩留りを増大させ、コストを低減し、製品品質を改善する。さらに、計装基板は、輸送容器の設計を評価するためだけでなく、輸送の態様及び方法を評価するためにも使用される。
図２〜４を参照すると、計装基板１００は、基板２００及び監視システム３００を含む。基板２００は、上面２１０及び反対側の下面２２０を有し、基板２００は周縁部２３０も有する。基板２００は、基板２００が輸送容器５０の内部空洞５４内に受容させることができるものである限り、いかなる適切な形状及び形態であってもよい。例えば、図２〜４に示されるように、基板２００は、ほぼ平面のディスクである。そのような平面ディスクは、半導体ウェーハ５と類似のサイズ及び形状、又は磁気的又は光学的にアクセス可能なディスクに類似したサイズ及び形状を示す。しかし、基板２００は、正方形又は他の多角形の形状といった、他のあらゆる適切な形状及び形態であってもよ。例えば、基板２００は、完全又は部分的に組立てられたフラットパネルディスプレイに類似の形態及び形状を有することができる。さらに、基板２００はその厚さ方向に延びる一つ又は複数の開口を含むこともできる。例えば、基板２００は（例えば、重量を低減するために）複数の「切り欠き(cutouts)」を含むことができ、又は基板２００は格子又はハニカム構造を有していてもよい。
基板２００は、あらゆる適切な材料又は材料の組合せから構成できる。例えば、基板２００は、半導体材料から構成されて、基板２００が、ある種の測定（例えば、加速度）にとって望ましい半導体ウェーハ５と類似の挙動（例えば、構造的、電気的、化学的に）を示すようにすることもできる。しかし、（回路基板材料、プラスチック、含鉄及び非鉄金属及び複合材料を含む）他の材料も、基板２００に適切であると考えられる。別の実施形態においては、基板２００は、望ましくない物質（例えば、水湿分）を吸収する吸収材料（例えば、乾燥材料）から構成され、それによって、輸送容器５０の内部空洞５４からそうした物質を除去し、容器の内容物の汚染を最小限にしている。
監視システム３００は基板２００上に配置される。監視システム３００は、基板表面２１０、２２０のうちの一方（例えば、図示されたような上面２１０）の上に配置されるか、又は監視システム３００は基板２００の両面２１０、２２０に配置される。別の実施形態においては、監視システム３００の全部又は一部は、基板２００の内部に配置される。例えば、基板２００は多層基板（例えば、回路基板材料）より構成されている。その場合、監視システム３００の全部又は一部が、多層基板の内層に配置されるか、又は内部に形成される。さらなる実施形態においては、監視システム３００の全部又は一部は、基板２００上に直接形成される。例えば、基板２００は半導体材料から構成され、監視システムの回路の少なくとも一部が半導体材料に直接形成される。
計装基板１００が閉じられた輸送容器５０内に配置されているときに、監視システム３００は、輸送容器５０の内部空洞５４内の少なくとも一つの環境特性を測定する。監視され得る環境特性は、単なる例にすぎないが、温度、湿度、圧力、化学物質の存在、微粒子の存在、電磁放射、基板２００及び／又は輸送容器５０の電荷、及び基板２００及び／又は輸送容器５０の加速度を含む。さらに、監視システム３００は、いずれかの測定された環境特性を示すデータを記憶し、測定された特性が使用者に指示されるか、又は分析のために監視システム３００からダウンロードされるようにしている。
監視システム３００の一実施形態の概略図を示している図５に関連して、図２〜４を参照すると、監視システム３００は処理装置３１０を含む。処理装置３１０は、いずれかの適切なプロセッサ、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、プログラム可能論理素子（ＰＬＤ）又は他の回路を有する。後述するように、処理装置３１０は、監視システム３００の動作を制御し、データ収集、後処理及び他の機能を実行する。
監視システム３００は、また、処理装置３１０と結合された一つ又は複数のセンサ３２０を含む。センサ３２０は、温度センサ、湿度センサ、圧力センサ、一つ又は複数の化学物質の存在を検出するセンサ、微粒子の存在を検出するセンサ、電磁放射センサ又は（振動及び／又は衝撃を測定するための）加速度センサのほか、必要に応じて、他のあらゆる適切なセンサより構成される。動作の間、センサ３２０の各々は、検出されている環境パラメータを表す電気信号（例えば、電圧）を出力し、各センサ３２０はその電気信号を処理装置３１０に供給する。
監視システム３００は、処理装置３１０に結合されたデータ記憶装置３３０をさらに含む。データ記憶装置３３０は、センサ３２０によって測定された特性を表すデータを記憶する。データ記憶装置３３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、フラッシュメモリ、ミニチュアディスクドライブ又は他の記憶装置を含むあらゆる適切なメモリから構成される。別の実施形態においては、データ記憶装置３３０は、取り外し可能なメモリデバイス（例えば、取り外し可能なフラッシュメモリカード）を含む。動作の間、処理装置３１０は、上述の通り、センサ３２０から電気信号を受け取り、それらの電気信号を表すデータをデータ記憶装置３３０に記憶する。選択的ではあるが、後述の通り、処理装置３１０は未処理の電気信号をデータ記憶装置３３０に記憶することもできる。
処理装置３１０は、上述の通り、監視システム３００の動作を制御する。処理装置３１０によって実行される例示的機能は、データ収集及び後処理を含む。処理装置３１０は、各自の状態（例えば、電圧又は電流レベル）を判定するためにセンサ３２０をポーリング(poll)する。処理装置３１０はセンサ３２０を定期的にポーリングするかもしれないし、又は処理装置３１０はセンサ３２０を非定期的な形でポーリングするかもしれない。また、処理装置３１０によってポーリングされるのではなく、センサ３２０が一定間隔で処理装置に電気信号を出力することもできる。
一般的に、センサ３２０は測定されている特定の環境現象を示す電気信号を供給し、処理装置３１０は、電気信号を測定された特性（例えば、温度）を示す値に変換するために、後処理を実行する。処理装置３１０は、その後、変換された値、（又は、選択的であるが、未処理の電気信号、例えば、電圧又は電流）を、データ記憶装置３３０に記憶する。処理装置３１０は、ＲＯＭ（読出し専用メモリ）３４０に記憶された一組の命令の制御下に機能する。ＲＯＭメモリ３４０は処理装置３１０と結合されている。
監視システム３００は、また、図２〜４に示されるように、オンボード電源３５０も含む。オンボード電源３５０は、例えば、蓄電池である。あるいは、後述のように、監視システム３００は外部電源を利用することもできる。オンボード電源３５０は、処理装置３１０、センサ３２０、データ記憶装置３３０及びＲＯＭメモリ３４０だけでなく、監視システム３００その他の構成部品の各々に電力を供給する（及び結合されている）。
監視システム３００は通信機構３６０をさらに含む。一実施形態においては、図２〜４に示されるように、通信機構は、単に、処理装置３１０と結合されているコネクタ３６０ａを有する。コネクタ３６０ａは、監視システム３００が外部装置（例えば、コンピュータシステム）と配線接続によって結合されることを可能にしており、その結果、データ記憶装置３３０に記憶されたいずれかのデータが以降の分析及び／又は処理のために外部装置にダウンロードされることを可能にしている。後述する別の実施形態においては、通信機構３６０は無線通信装置を有している。
監視システム３００が、図２〜５に関して図示及び説明されたものに加え、（理解を明瞭化及び容易にするために省略された）他の要素を含み得ることが理解されなければならない。例えば、監視システム３００は、（例えば、センサ３２０のための）信号コンディショニングを実行するため、フィルタリングを実行するため、及び／又はアドレッシング（例えば、メモリコントローラ）を実行するための付加的な回路を含む。しかし、これらの機能のいずれも処理装置３１０において実行できることも理解されなければならない。監視システム３００は、また、（明瞭化のために、図２〜４だけでなく図７〜９からも省略されている）監視システム３００の種々の要素を接続する複数の信号線及びバスも含む。
計装基板１００は、図６に示されるように、輸送及び／又は保管の間に容器内の環境状態を監視するために、輸送容器５０に配置される。計装基板１００は、輸送容器５０の内部空洞５４に設けられた棚５６のうちの一つに挿入され、基板２００の下面２２０は基板２００の周縁部２３０の少なくとも一部の付近に延びる棚（又は複数の棚）５６によってその周縁部２３０の近傍で支持される。（下側のスロットよりも大きな隙間を計装基板１００に付与する）輸送容器５０の最上棚５６において図示されているけれども、計装基板１００が輸送容器５０の棚５６のいずれの一つにも配置されることが理解されなければならない。一つ又は複数のウェーハ５は、また、輸送容器５０内に配置され、各ウェーハ５は棚５６のうちの一つに受け入れられる。可動扉すなわちカバー５８は、内部空洞５４及びそこに置かれた内容物を閉じ込めるために、ハウジング５２に固定される。計装基板１００は、その後、輸送及び／又は保管の間に輸送容器５０内の環境特性を測定する。
計装基板１００の別の実施形態が図７に示されている。一実施形態においては、監視システム３００はクロック回路３６２を含む。クロック回路３６２は処理装置３１０と結合されている。動作の間、種々の環境状態を時間の関数として記録することが望ましい。その場合、測定された特性及び対応する時間値の両方がデータ記憶装置３３０に記憶される。クロック回路３６２は、処理装置３１０に時間の指標を与える。
別の実施形態では、図７に示されるように、計装基板１００の監視システム３００は一つ又は複数の閾値インジケータ３６４を含む。以降のダウンロード及び分析のために、種々の環境状態を記録(logging)することに加えて、（又はその代わりに）、指定された特性が予め設定された閾値を超えた場合、単に指示を付与することが望ましい。例えば、輸送又は保管の期間を通じて温度測定値を記録するのではなく、閾値インジケータ３６４は、輸送容器５０内の温度が指定の閾値温度を超えたかどうかを指示することができる。温度が指定の閾値を超え、それによって、閾値インジケータ３６４を作動させた場合、輸送容器５０の内容物は、閾値を上回って、さらには、輸送容器５０の内容物への損傷をもたらすようなピーク温度に曝された。閾値インジケータ３６４が作動していなければ、いかなる不利な温度状態は輸送及び／又は保管の間に存在しなかった。
閾値インジケータ３６４は、環境パラメータがそのパラメータについて指定の閾値を超えたという指示を使用者に付与することができる、いずれかの適切な装置より構成され得る。例えば、閾値インジケータ３６４は、その予め定められた閾値を超える環境パラメータのために、閾値インジケータ３６４が作動させられたという視覚的指示を付与するＬＥＤ（発光ダイオード）又は他の装置（例えば、後述のような表示装置）を有する。また、環境状態が予め定められた閾値を超えた場合、処理装置３１０は、環境状態が閾値を超えたことを指示するデータをデータ記憶装置３３０に記憶させる。
図７に示されたさらなる実施形態においては、計装基板１００の監視システム３００はクーポンホルダ３６６を含む。試験クーポン（図８、参照数字３６７を参照）がクーポンホルダ３６６に挿入され保持される。そのような試験クーポンは、輸送容器５０内で輸送及び／又は保管されている材料と類似又は同一である材料試料より構成される。例えば、輸送容器５０の内容物が複数の半導体ウェーハ５を含む場合、試験クーポンは類似の半導体材料より構成される。輸送及び／又は保管後、試験クーポンはクーポンホルダ３６６から取り外され、破壊試験を含むさらなる試験を受ける。クーポンホルダ３６６及び試験クーポンの使用は、製品を犠牲にする必要なく、実際の材料試料の試験及び分析を可能にする。
さらに別の実施形態では、図７に示されるように、計装基板１００の監視システム３００はエアサンプラ３６８を含む。エアサンプラ３６８は、輸送及び／又は保管の間に、輸送容器５０の内部空洞５４内の空気（すなわち、より一般的には、大気）の試料を採集する。輸送及び／又は保管後、エアサンプラ３６８によって採集された空気試料は、いずれかの不利な環境特性（例えば、化学物質、湿分、微粒子）について分析され得る。エアサンプラ３６８は、空気試料を採集し保持することができる何らかの適切な装置を有する。例えば、エアサンプラ３６８は、後の分析のために、ある量の空気を吸収する吸収材料３６９を含む。しかし、監視システム３００は、輸送容器５０の内部空洞５４内の空気の多様な特性を測定する多くのセンサ３２０を含み得ることが理解されなければならない。
計装基板１００の別の実施形態が図８に示されている。図８を参照すると、（図２〜４において図示及び説明された）オンボード電源３５０の代わりに、計装基板１００の監視システム３００は、監視システム３００を外部電源１０に結合するための電力コネクタ３５５を含む。別の実施形態においては、監視システム３００は、外部電源１０との結合のための電力コネクタ３５５と組合せて、オンボード電源３５０を含む。この実施形態では、オンボード電源３５０は、外部電源１０が故障したり、又は誤って電力コネクタ３５５から断続された場合に、バックアップとして機能する。また別の実施形態においては、電力コネクタ３５５及びコネクタ３６０ａは、単一の一体化コネクタより構成されている。
図８に示されたさらなる実施形態においては、通信機構３６０は、通信のためのコネクタ３６０ａではなく、無線通信装置３６０ｂを有する。無線通信装置３６０ｂは、任意の適切な無線通信技術及び／又は方法を含む。例えば、無線通信装置３６０ｂは、ＲＦ（無線周波）又はマイクロ波通信システム、ＩＲ（赤外線）通信システム、衛星通信システム又はセル方式電話通信システムを含む。外部受信機３６５は、無線通信装置３６０ｂと結合されている。外部受信機３６５は、赤外信号を受信するためのＩＲ受信機又は、ＲＦ、マイクロ波、衛星又はセルラー方式通信信号を受信するためのアンテナを有する。無線通信装置３６０ｂの使用は、輸送及び／又は保管の間に、監視システム３００からデータがダウンロードされることを可能にする。データは、リアルタイムで、周期間隔で、又は単に使用者の要求時にダウンロードできる。無線通信装置３６０ｂは、また、輸送又は保管後に、データをダウンロードするために使用される。
さらに別の実施形態では、図８に示されるように、計装基板１００の監視システム３００は全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機３７０を含む。全地球測位システムは、地球上空を周回する衛星の集合であり、適切に構成された受信機（すなわち、ＧＰＳ受信機）を用いて検出できる信号を送信するものである。適切な数の衛星からの信号が検出された場合、これらのＧＰＳ信号はＧＰＳ受信機の位置を決定するために使用される。ＧＰＳ受信機３７０は、この分野で周知のあらゆる適切なＧＰＳ受信機より構成され、さらに、ＧＰＳ受信機３７０はディファレンシャルＧＰＳ（ＤＧＰＳ）補正情報を受信するように適合されている。広域オーグメンテーションシステム（ＷＡＡＳ）及び狭域オーグメンテーションシステム（ＬＡＡＳ）といったディファレンシャルＧＰＳシステムは、誤差補償を提供し、既知の場所に固定された一つ又は複数のＧＰＳ受信機を用いてＧＰＳ位置決定を改善する。
ＧＰＳ受信機３７０は、ＧＰＳ信号、及び、選択的に、ＤＧＰＳ補正データを受信するためのアンテナと結合されている。例えば、ＧＰＳ受信機３７０は、オンボードアンテナ３７５ａに結合されている。オンボードアンテナ３７５ａは、基板２００上に配置され、基板２００に直接形成されるか、又はその内部に形成される。また、ＧＰＳ受信機３７０は外部アンテナ３７５ｂと結合されている。無線通信装置３６０ｂ及びＧＰＳ受信機３７０が単一の一体化アンテナを共用することができ、そうした共用アンテナはオンボードアンテナ又は外部アンテナのどちらかから構成されることが理解されるであろう。
複数のＧＰＳ信号に基づいて正確な地理的基準点を得るためには、正確な時間基準を有する必要がある。この必要性を満たすために、各ＧＰＳ衛星は高度に正確かつ精密なタイムベースを提供するように適合されており、このタイムベースはＧＰＳ衛星から発するＧＰＳ信号とともに送信される。それゆえ、ＧＰＳ受信機３７０によって受信される一つ又は複数のＧＰＳ信号は、極めて正確な時間基準を付与することができる。従って、ＧＰＳ受信機３７０は、処理装置３１０に正確な時間源を提供し、それによって、環境特性が時間の関数として記録されることを可能にし、付加的なクロック回路３６２（図７参照）が不要となる。
ＧＰＳ受信機３７０の使用により、輸送容器５０内の環境状態は、輸送及び／又は保管の間に、輸送容器５０の地理的位置の関数として記録される。半導体ウェーハ及び／又は他の環境的に損傷を受けやすい構成部品が（陸、海、空又はそれらの組合せによるとにかかわらず）一般的なルートで輸送される場合、地理的位置の関数としての環境状態の変化についての知識は、不利な環境状態が絶えず見受けられるルートに沿った場所の識別を可能にする。従って、識別された地理的位置を回避するため、及び／又は不利な環境状態の影響を軽減するために、輸送の新しいルート及び／又は改善されたモードが選定される。また、ＧＰＳ受信機３７０は、在庫管理及び追跡を容易にするためにも使用される。さらに、ＧＰＳ受信機３７０が正確な時間基準を付与できるので、環境状態は、時間及び地理的位置の両方の関数として監視される。
計装基板１００のさらに別の実施形態では、図９に示されるように、監視システム３００は表示装置３８０を含む。表示装置３８０は、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）又は類似の装置を含む、あらゆる適切な視覚的表示システムより構成される。測定された環境パラメータは、表示装置３８０でオペレータに直接表示される。一つ又は複数のコマンド入力装置（例えば、スイッチ、押しボタン）とともに、表示装置３８０は、コマンド入力及び／又はプログラミングのために、オペレータによって使用される。しかし、コマンド入力及びプログラミングは、例えば、無線通信装置３６０ｂによるなどの、他の方法又は装置を用いて実現されることも理解されなければならない。表示装置３８０は、また、上述の通り、閾値インジケータとしても機能する。表示装置３８０は、通信機構３６０に代わって設けられるか、又は表示装置３８０は、コネクタ３６０ａ（図９に示されるように）又は無線通信装置３６０ｂのどちらかと組合せて設けられる。
監視システム３００を構成する種々の構成部品（例えば、処理装置３１０、センサ３２０、データ記憶装置３３０、ＲＯＭメモリ３４０、電源３５０、通信機構３６０ａ−ｂ、クロック回路３６２、閾値インジケータ３６４、エアサンプラ３６８、ＧＰＳ受信機３７０及び表示装置３８０）は、基板２００に固定されるとともに相互接続された別個の部品より構成される。また、これらの監視システム構成部品のうちの一つ又は複数は、上述の通り、基板２００上に直接形成されるか、又はその内部に形成される。
別個の構成部品として示されているけれども、監視システムの構成部品のうちの二つ以上は、回路を共用するか、又は単一の一体構成部品より構成されている。例えば、無線通信装置３６０ｂ及びＧＰＳ受信機３７０は処理回路を共用するか、又は処理装置３１０は無線通信装置３６０ｂ及びＧＰＳ受信機３７０の各々に処理機能を提供する。クロック回路３６２及び処理装置３１０は単一の一体化構成部品より構成され、同様に、データ記憶装置３３０及びＲＯＭメモリ３４０は一体化記憶装置より構成される。
図２〜９に関して図示及び説明された種々の構成部品（例えば、処理装置３１０、センサ３２０、データ記憶装置３３０、ＲＯＭメモリ３４０、電源３５０、通信機構３６０ａ−ｂ、クロック回路３６２、閾値インジケータ３６４、クーポンホルダ３６６、エアサンプラ３６８、ＧＰＳ受信機３７０及び表示装置３８０）は、それぞれ、広範な一連のそれぞれのそのような装置を代表することが意図されている。しかし、示された構成部品が必ずしもいずれかの実際の装置の実際のサイズ、形状又は機器構成を代表しているわけではないことが理解されなければならない。むしろ、図２〜９に図示された構成部品は、例示的な構成部品を代表するように意図されており、単に例示のために提示されている。
図２〜９において、計装基板１００は、基板２００上に配置された監視システム３００を含む。計装基板１００は輸送容器５０の内部空洞５４への挿入に適したサイズ及び形態を有する。ここで、図１０を参照すると、監視システムは、計装容器１５０を形成するために輸送容器に直接配置される。図１０に示された計装容器１５０の機器の形態は例示的なものにすぎず、本発明による監視システムはあらゆるタイプ又は形態の輸送容器又は他の容器に配置され得ることが理解されなければならない。
計装容器１５０は、ハウジング壁１５３を有するハウジング１５２を含む。ハウジング１５２は一つ又は複数の半導体ウェーハ５（明瞭化のために一つだけ図示）又は他の環境的に損傷を受けやすい構成部品を受容するための内部空洞１５４を有する。ウェーハ５は、内部空洞１５４にその開口１５５を通して挿入される。内部空洞１５４内には、複数の棚１５６がハウジング１５２の壁１５３に配置されており、各棚１５６はウェーハ５を受け入れて支持するように適合されている。計装容器１５０は、また、開口１５５を被って内部空洞１５４を閉鎖するための可動扉すなわちカバー１５８を含む。可動扉１５８は、図１０に示されるように、取り外し可能であってもよいし、又は一つ又は複数の丁番によってハウジング１５２と結合されていてもよい。複数のウェーハ５を輸送及び／又は保管するためには、ウェーハ５は内部空洞１５４に入れられ（各ウェーハは棚１５６のうちの一つに受容される）、そして、可動扉１５８がハウジング１５２に固定される。
計装容器１５０は、また、その内部空洞１５４内の少なくとも一つの環境特性を記録するための監視システムを含む。監視システム３００’が可動扉すなわちカバー１５８上に配置されるか、及び／又はその内部に配置され、また、監視システム３００”がハウジング１５２の壁１５３上に配置されるか、及び／又はその内部に配置される。監視システム３００’、３００”は、計装容器１５０に永久的に取付けられてもよいし、又は監視システム３００’、３００”又はその一部は取り外し可能とされてもよい。計装容器１５０の監視システム３００’、３００”は、図２〜９に関して前に図示及び説明された計装基板１００の監視システム３００と同様に機能する。
計装基板１００及び計装容器１５０の実施形態は、損傷を受けやすい構成部品を施設間で輸送したり、又はそのような構成部品を長期時限にわたって製造環境の外部で保管するという状況において上述されたが、本発明は製造施設内での構成部品の輸送にも適用可能であることが理解されなければならない。例えば、計装基板１００は、同じ製造施設内の処理ステーション間で構成部品を輸送するための処理容器において使用できるし、又は計装処理容器を形成するために、監視システム３００がそのような処理容器に配置されることも可能である。構成部品が製造施設内で受ける環境状態を検知し記録することが望ましいのは、制御された環境が製造施設内の種々の場所（例えば、処理ステーション）では維持されるが、中間場所では維持されないような場合である。
計装基板１００だけでなく計装容器１５０の実施形態もここで説明されたが、当業者はそれらの利益を理解するであろう。計装基板１００は、輸送及び／又は長期保管の間における容器内の一つ又は複数の環境状態を記録するために、あらゆる形式の容器（例えば、輸送、処理等）内に入れることができる。測定された環境特性を表すデータは、無線通信装置によってリアルタイムでダウンロードされるか、又は輸送後に、ダウンロードされて分析される。環境状態は、時間及び／又は地理的位置の関数として監視される。記録された環境データは、低い製造歩留りを示す半導体ウェーハを識別するために使用することができ、それによって、品質を保証し、製造歩留りを増大させ、コストを低減することができる。記録された環境データは、また、容器の設計を評価するためだけでなく、輸送のモード及び方法を評価するためにも使用される。
上述の詳細な説明及び添付図面は、例示的なものにすぎず制限的なものではない。それらは主に、本発明の明瞭かつ包括的な理解のために提示されており、いかなる不要な限定もそれらからくみ取られるべきではない。ここに記載された実施形態及び別の構成に対する多数の追加、削除及び修正は、本発明の精神及び添付特許請求の範囲から逸脱することなく、当業者によって考えられるであろう。
半導体ウェーハ又は他の損傷を受けやすい構成部品を輸送するための従来の輸送容器の斜視図である。 計装基板の実施形態の斜視図である。 図２に例示された計装基板の平面図である。 図２に例示された計装基板の立面図である。 図２の計装基板のための監視システムの概略図である。 図１の従来の輸送容器に配置された状態の図２の計装基板の立面図である。 計装基板の別の実施形態の斜視図である。 計装基板のさらなる実施形態の斜視図である。 計装基板のまた別の実施形態の斜視図である。 監視システムを有する輸送容器の実施形態の斜視図である。

Claims (91)

  1. 複数の構成部品を受容するための内部空洞を有する半導体ウェーハ容器とともに使用するための計装基板であって、計装基板は、
    半導体ウェーハ容器の内部空洞に挿入する基板と、
    基板上に配置された監視システムと、
    を有し、監視システムは少なくとも一つの環境特性を検知する計装基板。
  2. 監視システムは少なくとも一つの環境特性に対応するデータを記憶する請求項１に記載の計装基板。
  3. 監視システムは少なくとも一つの環境特性に対応するデータを出力する請求項１に記載の計装基板。
  4. 基板は複数の構成部品の各々にほぼ類似のサイズ及び形状を有する請求項１に記載の計装基板。
  5. 基板は半導体ウェーハにほぼ類似のサイズ及び形状を有する請求項４に記載の計装基板。
  6. 装置であって、
    半導体ウェーハ容器の内部空洞に挿入する基板と、
    基板上に配置された処理装置と、
    基板上に配置されるとともに処理装置と結合されたセンサと、
    基板上に配置されるとともに処理装置と結合されたデータ記憶装置と、
    を有し、センサは環境特性を検知する装置。
  7. 半導体ウェーハ容器の内部空洞は複数の棚を備えており、基板は複数の棚のうちの一つへの挿入に適したサイズ及び形状を有している請求項６に記載の装置。
  8. 基板のサイズ及び形状は複数の棚の一番上の一つへの挿入に適している請求項７に記載の装置。
  9. 内部空洞は特定の直径のほぼ円筒形のウェーハを受け入れ、基板は特定の直径にほぼ等しい直径のほぼ円筒形状を有していう請求項６に記載の装置。
  10. 基板は半導体材料を有している請求項６に記載の装置。
  11. 基板は吸収材料を有している請求項６に記載の装置。
  12. 基板は乾燥材料を有している請求項４に記載の装置。
  13. センサは、温度センサ、湿度センサ、圧力センサ、加速度センサ、電磁放射センサ、電荷センサ、化学センサ及び粒子センサのうちの一つを有する請求項６に記載の装置。
  14. データ記憶装置は、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ及びディスクドライブのうちの一つを有する請求項４に記載の装置。
  15. 処理装置と結合されたＲＯＭメモリをさらに有する請求項６に記載の装置。
  16. 基板上に配置されるとともに処理装置、センサ及びデータ記憶装置と結合された電源をさらに有する請求項６に記載の装置。
  17. 基板上に配置されるとともに処理装置、センサ及びデータ記憶装置と結合された電力コネクタをさらに有し、その電力コネクタは外部電源と接続可能である請求項６に記載の装置。
  18. 基板上に配置されるとともに処理装置と結合された通信機構をさらに有する請求項６に記載の装置。
  19. 通信機構はコネクタを有している請求項１８に記載の装置。
  20. 通信機構は無線通信装置を有している請求項１８に記載の装置。
  21. 無線通信装置は、ＲＦ通信装置、マイクロ波通信装置、衛星通信装置、ＩＲ通信装置及びセルラー方式通信装置のうちの一つを有する請求項２０に記載の装置。
  22. 基板上に配置されたクーポンホルダをさらに有する請求項６に記載の装置。
  23. 基板上に配置されるとともに処理装置と結合されたクロック回路をさらに有する請求項６に記載の装置。
  24. 基板上に配置されたエアサンプラをさらに有する請求項６に記載の装置。
  25. エアサンプラは吸収材料を含んでいる請求項２４に記載の装置。
  26. 処理装置と結合された閾値インジケータをさらに有する請求項６に記載の装置。
  27. 閾値インジケータは視覚的インジケータを有する請求項２６に記載の装置。
  28. 基板上に配置されるとともに処理装置と結合されたＧＰＳ受信機をさらに有する請求項６に記載の装置。
  29. ＧＰＳ受信機と結合されたオンボードアンテナをさらに有する請求項２８に記載の装置。
  30. 基板上に配置されるとともに処理装置と結合され、さらに、オンボードアンテナと結合された無線通信装置をさらに有する請求項２９に記載の装置。
  31. ＧＰＳ受信機と結合された外部アンテナをさらに有する請求項２８に記載の装置。
  32. 基板上に配置されるとともに処理装置に結合され、さらに、外部アンテナと結合された無線通信装置をさらに有する請求項３１に記載の装置。
  33. ＧＰＳ受信機は時間の指標を付与する請求項２８に記載の装置。
  34. 半導体ウェーハ容器とその中に保管される複数の半導体ウェーハとの組合せであって、 その半導体ウェーハ容器は、
    内部空洞を限定するハウジング壁を含むハウジングと、
    内部空洞内でハウジング壁に配置された複数の棚と、
    扉と、
    基板上に配置された監視システムと、
    を有し、ハウジング壁は開口を有しており、複数の棚のそれぞれは半導体ウェーハの一つを受容するように寸法設定されており、扉は開口の近傍でハウジングに動作可能に固定され、監視システムは内部空洞内の少なくとも一つの環境特性を検知するために内部空洞に露出されたセンサを有している組合せ。
  35. 監視システムは少なくとも一つの環境特性に対応するデータを記憶する請求項３４に記載の組合せ。
  36. 監視システムは少なくとも一つの環境特性に対応するデータを出力する請求項３４に記載の組合せ。
  37. 基板は半導体ウェーハではない請求項３４に記載の組合せ。
  38. 基板は半導体ウェーハを有する請求項３４に記載の組合せ。
  39. 半導体ウェーハ容器とその中に収容される複数の半導体ウェーハとの組合せであって、
    半導体ウェーハ容器は、
    内部空洞を限定するハウジング壁を含むハウジングと、
    扉と、
    半導体ウェーハの一つに配置された監視システムと、
    を有し、ハウジング壁は開口を有しており、扉は開口の近傍でハウジングに動作可能に固定され、監視システムは、
    処理装置と、
    処理装置と結合されたセンサと、
    処理装置と結合されたデータ記憶装置と、
    を有し、センサは環境特性を検知するために内部空洞に露出されている組合せ。
  40. 内部空洞は複数の棚を含み、そられ複数の棚の各々は構成部品を受容する請求項３９に記載の組合せ。
  41. 複数の棚のうちの一つは監視システムを有する半導体ウェーハを受容する請求項４０に記載の組合せ。
  42. センサは、温度センサ、湿度センサ、圧力センサ、加速度センサ、電磁放射センサ、電荷センサ、化学センサ及び粒子センサのうちの一つを有する請求項３９に記載の組合せ。
  43. データ記憶装置は、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ及びディスクドライブのうちの一つを有する請求項３９に記載の組合せ。
  44. 監視システムは処理装置と結合されたＲＯＭメモリをさらに有する請求項３９に記載の組合せ。
  45. 監視システムは、処理装置、センサ及びデータ記憶装置と結合された電源をさらに有する請求項３９に記載の組合せ。
  46. 監視システムは、処理装置、センサ及びデータ記憶装置と結合された電力コネクタをさらに有し、電力コネクタは外部電源と接続可能である請求項３９に記載の組合せ。
  47. 監視システムは処理装置と結合された通信機構をさらに有する請求項３９に記載の組合せ。
  48. 通信機構はコネクタを有している請求項４７に記載の組合せ。
  49. 通信機構は無線通信装置を有している請求項４７に記載の組合せ。
  50. 無線通信装置は、ＲＦ通信装置、マイクロ波通信装置、衛星通信装置、ＩＲ通信装置及びセルラー方式通信装置のうちの一つを有する請求項４９に記載の組合せ。
  51. 監視システムはクーポンホルダをさらに有する請求項３９に記載の組合せ。
  52. 監視システムは処理装置と結合されたクロック回路をさらに有する請求項３９に記載の組合せ。
  53. 監視システムはエアサンプラをさらに有する請求項３９に記載の組合せ。
  54. エアサンプラは吸収材料を含んでいる請求項５３に記載の組合せ。
  55. 監視システムは処理装置と結合された閾値インジケータをさらに有する請求項３９に記載の組合せ。
  56. 閾値インジケータは視覚的インジケータを有する請求項５５に記載の組合せ。
  57. 監視システムは処理装置と結合されたＧＰＳ受信機をさらに有する請求項３９に記載の組合せ。
  58. 監視システムはＧＰＳ受信機と結合されたオンボードアンテナをさらに有する請求項５７に記載の組合せ。
  59. 監視システムは、処理装置と結合され、さらに、オンボードアンテナと結合された無線通信装置をさらに有する請求項５８に記載の組合せ。
  60. 監視システムはＧＰＳ受信機と結合された外部アンテナをさらに有する請求項５７に記載の組合せ。
  61. 監視システムは、処理装置と結合され、さらに、外部アンテナと結合された無線通信装置をさらに有する請求項６０に記載の組合せ。
  62. ＧＰＳ受信機は時間の指標を付与する請求項５７に記載の組合せ。
  63. 方法であって、
    計装基板を半導体ウェーハ容器の内部空洞内に配置する段階と、
    計装基板により環境特性を検知する段階と、
    計装基板にデータを記憶する段階と、
    を有し、データは環境特性に対応している方法。
  64. 環境特性を時間の関数として検知する段階をさらに有する請求項６３に記載の方法。
  65. 環境特性を半導体ウェーハ容器の地理的位置の関数として検知する段階をさらに有する請求項６３に記載の方法。
  66. 環境特性を時間及び半導体ウェーハ容器の地理的位置の関数として検知する段階をさらに有する請求項６３に記載の方法。
  67. 環境特性を検知する行為は、温度を検知すること、湿度を検知すること、圧力を検知すること、加速度を検知すること、電磁放射を検知すること、電荷を検知すること、化学物質を検知すること、及び粒子を検知することのうちの一つを有する請求項６３に記載の方法。
  68. 計装基板から外部システムにデータをダウンロードする段階をさらに有する請求項６３に記載の方法。
  69. 無線接続を通じて外部システムにデータをダウンロードする段階をさらに有する請求項６８に記載の方法。
  70. リアルタイムで外部システムにデータをダウンロードする段階をさらに有する請求項６８に記載の方法。
  71. 計装基板に試験クーポンを設置する段階をさらに有する請求項６３に記載の方法。
  72. 内部空洞内の空気試料を採集する段階をさらに有する請求項６３に記載の方法。
  73. 環境特性が予め設定された閾値を超えたことを指示する段階をさらに有する請求項６３に記載の方法。
  74. 環境特性が予め設定された閾値を超えたことを視覚的に指示する段階をさらに有する請求項７３に記載の方法。
  75. 計装基板上の取り外し可能なメモリデバイスにデータを記憶する段階と、計装基板から取り外し可能なメモリデバイスを取り外す段階とをさらに有する請求項６３に記載の方法。
  76. データを取り外し可能なメモリデバイスに記憶する行為は、データをフラッシュメモリデバイスに記憶することを有する請求項６８に記載の方法。
  77. 方法であって、
    開口を有する内部空洞を限定するハウジング壁と、複数の棚と、開口の近傍でハウジングに動作可能に固定された扉とを有する半導体ウェーハ容器を設ける段階と、
    ハウジング壁及び扉のうちの一方に配置された監視システムを設ける段階と、
    複数の半導体ウェーハを複数の棚に挿入する段階と、
    監視システムにより内部空洞内の環境特性を検知する段階と、
    データを監視システムに記憶する工程と、
    を有し、データは環境特性に対応している方法。
  78. ハウジング壁に配置された複数の棚のうちの一つに受容されるように寸法設定された基板に監視システムを取り付ける段階をさらに有する請求項７７に記載の方法。
  79. 基板は半導体ウェーハを有する請求項７８に記載の方法。
  80. 環境特性を時間の関数として検知する段階をさらに有する請求項７７に記載の方法。
  81. 環境特性を半導体ウェーハ容器の地理的位置の関数として検知する段階をさらに有する請求項７７に記載の方法。
  82. 環境特性を時間及び半導体ウェーハ容器の地理的位置の関数として検知する段階をさらに有する請求項７７に記載の方法。
  83. 環境特性を検知する行為は、温度を検知すること、湿度を検知すること、圧力を検知すること、加速度を検知すること、電磁放射を検知すること、電荷を検知すること、化学物質を検知すること、及び粒子を検知することのうちの一つを有する請求項７７に記載の方法。
  84. 監視システムから外部システムにデータをダウンロードする段階をさらに有する請求項７７に記載の方法。
  85. 無線接続を通じて外部システムにデータをダウンロードする段階をさらに有する請求項８４に記載の方法。
  86. リアルタイムで外部システムにデータをダウンロードする段階をさらに有する請求項８４に記載の方法。
  87. 内部空洞内の空気試料を採集する段階をさらに有する請求項７７に記載の方法。
  88. 環境特性が予め設定された閾値を超えたことを指示する段階をさらに有する請求項７７に記載の方法。
  89. 環境特性が予め設定された閾値を超えたことを視覚的に指示する段階をさらに有する請求項８８に記載の方法。
  90. 取り外し可能なメモリデバイスにデータを記憶する段階と、監視システムから取り外し可能なメモリデバイスを取り外す段階とをさらに有する請求項７７に記載の方法。
  91. データを取り外し可能なメモリデバイスに記憶する行為は、データをフラッシュメモリデバイスに記憶することを有する請求項９０に記載の方法。
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