TWI593864B - Semiconductor manufacturing plant - Google Patents

Description

半導體製造工廠

本發明係關於半導體製造工廠，其係製成半導體鑄塊以製造半導體晶圓、並從該晶圓製造半導體裝置。

以前的半導體晶圓製造工廠和半導體裝置製造工廠係建設於彼此相離的地方。而且，在半導體晶圓的製造工廠裡製造的晶圓，以收納於搬送用容器的貨物形式，使用運輸車輛等等的手段搬送到半導體裝置製造工廠(專利文獻1)，在半導體裝置工廠裡，將晶圓從搬送用容器拿出，並藉由施以各種處理以製造半導體裝置。

專利文獻1：特開2005-85913號公報

不過，相較於過去的200mm、300mm晶圓等，直徑超過300mm，例如像450mm晶圓一樣的大尺寸晶圓，其重量重反曲也大所以難以操作。因此，將晶圓收納於搬送用容器或從其中取出時，或者以收納於搬送用容器的貨物形式運送時，會因為晶圓缺損、破裂、扭曲而造成缺陷或因變形而使平坦度惡化的問題。

發明所欲解決的課題為，提供半導體製造工廠以及晶圓製造工廠，使得即使是大尺寸晶圓，也能夠防止其破裂或缺損的缺陷的產生，或因為本身重量而造成的扭曲。

本發明藉由下述手段來解決上述課題：製造半導體晶圓的晶圓製造工廠，以及製造半導體裝置的裝置製造工廠，係設置為透過由潔淨室組成的搬送區而鄰接，在使半導體晶圓在垂直方向立起，且其中一部分或者全部浸泡於液體的狀態下，將其從晶圓製造工廠搬送到裝置製造工廠。

在上述發明中，晶圓製造工廠裡所製造的半導體晶圓的尺寸，並沒有特別限定，不過，可以製造例如像450mm晶圓一樣的大尺寸晶圓。

另外，在上述發明中，以此為佳：該液體的比重大於1，另外，該液體含有羥基乙基纖維素或其他水溶性高分子構成之增稠劑。

另外，在上述發明中，雖係於使半導體晶圓立起的狀態下浸泡於液體中搬送，但也可以在將液體裝滿容器內，並將半導體晶圓收納於該容器的狀態下搬送。

另外，在上述發明中，晶圓製造工廠和裝置製造工廠可以為一個建築物，也可以為不同的建築物。

另外，在上述發明中，其中該晶圓製造工廠的最終程序或該裝置製造工廠的最初程序中的至少一者，具有暫時保管該半導體晶圓的保管庫。

另外，在上述發明中，該晶圓製造工廠至少設有：單結晶拉出程序、切片程序、研磨程序及拋光程序。

另外，在上述發明中，該裝置製造工廠係設置為，在該半導體晶圓建入半導體元件的元件形成工廠，以及從建入該半導體元件的晶圓製造半導體裝置的裝置組裝工廠，係透過由潔淨室構成之搬送區而鄰接設置。

依據上述發明，由液體產生的浮力作用在半導體晶圓，所以，即使是大尺寸的半導體晶圓，也能防止半導體晶圓的破裂或缺損，並且，因為重力和晶圓的立起方向(即剛性高的方向)一致，所以，即使是大尺寸的半導體晶圓也能防止其因為本身重量而撓曲。

用以實施發明之型態

以下依據圖式說明上述發明的實施形態。第1圖為實施型態的半導體製造工廠的正面圖，第2圖也同樣是平面圖，第3圖為沿著第2圖的III-III線的斷面圖。

在本例中的半導體製造工廠包括：製造半導體晶圓的晶圓製造工廠WF、和製造半導體裝置的裝置製造工廠DF、AF，這些晶圓製造工廠的建築物係建造為和裝置製造工廠DF、AF的建築物彼此鄰接。而且，晶圓製造工廠WF和裝置製造工廠DF、AF係透過由潔淨室組成的搬送區Z1連接。

另外，裝置製造工廠包括：在半導體晶圓上建入半導體元件的元件形成工廠DF、以及從建入半導體元件的晶圓製造半導體裝置的裝置組裝工廠AF，這些元件形成工廠DF的建築物和裝置組裝工廠AF的建築物係建造為彼此鄰接。而且，元件形成工廠DF和裝置組裝工廠AF係透過由潔淨室組成的搬送區Z2連接。

此外，元件形成工廠DF和裝置組裝工廠AF也可以構成為一個建築物。另外，晶圓製造工廠WF和元件形成工廠DF和裝置組裝工廠AF也可以構築於一個建築物裡。

另外，在晶圓製造工廠WF的建築物和元件形成工廠DF的建築物構成為獨立的建築物的情況下，其間隔沒有被特別限定，不過，以20m以下為佳，以10m以下更佳。同樣地，元件形成工廠DF的建築物和裝置組裝工廠AF的建築物構成為獨立的建築物的情況下，其間隔沒有被特別限定，不過以20m以下為佳，以10m以下更佳。本例中的建築物的間隔太寬的話，則由潔淨室組成的搬送區Z1、Z2必然會變長，而就運作潔淨室的運作成本而言是不佳的。

繼之，參照第2圖說明各工廠WF、DF、AF的構成例。但是，第2圖之例細微代表，並非用以限定，而能夠適當地追加或省略。在本例的晶圓製造工廠WF，至少設有：單結晶拉出程序、外形研削程序、切片程序、削邊程序、晶面研磨、蝕刻程序、熱處理程序、拋光程序、洗淨程序及檢查程序。因此，如第2圖所示，在晶圓製造工廠WF中，設有CZ法拉出裝置WF1、外形研削裝置WF2、及切片裝置WF3。

CZ法拉出裝置WF1，係利用柴式長晶法(CZ法，Czochralski method)從多結晶矽原料培養矽單結晶的鑄塊。在本例中被培養的矽單結晶並未特別限定，但以大尺寸者為佳，其中以直徑超過300mm，例如適用於450mm晶圓尤佳。

另外，外形切削裝置WF2為，切削培養成矽單結晶鑄塊的外形，使其為圓筒狀且直徑均一。另外切片裝置WF3為，將外形被切削的矽單結晶鑄塊，在所欲的電阻率的範圍內切片為所欲之厚度，其係由內圓周刃切斷機或者鋼絲鋸組成。此外，在由外形切削裝置WF2加工處理之後，也可以設有一加工裝置，用以測定結晶方位切出定向平面或者槽。

在該等CZ法拉出裝置WF1和外形切削裝置WF2之間，或在外形切削裝置WF2和切片裝置WF3之間，由特定的搬送裝置搬運矽單結晶鑄塊。相對於此，在切片裝置WF3的處理結束之後就是晶圓狀態了，在這之後係由後述之搬送裝置V1將一枚或複數枚的晶圓在各裝置間搬送。

在切片裝置WF3之後，設有削邊裝置WF4、晶面研磨裝置WF5、蝕刻裝置WF6、熱處理裝置WF7、拋光裝置WF8、洗淨裝置WF9及檢查裝置WF10。

削邊裝置WF4為，因為矽晶圓質硬且脆弱，為了防止其破碎或缺損，而將晶圓以外周面加工去除稜角。晶面研磨裝置WF5為將晶圓的兩面粗研磨的裝置，將晶圓夾進固定盤，一邊讓包含研磨粒的研磨液流動，一邊摩擦，藉此去除晶圓表面的凹凸。

蝕刻裝置WF6為，為了去除因晶面研磨裝置的加工處理而造成的機械損傷，而使用酸性或者鹼性蝕刻劑以對晶圓的兩面進行化學處理。熱處理裝置WF7執行熱處理，其係因為在培養矽單結晶時從單結晶拉出裝置WF1的石英坩堝溶解的氧結合作為供體，而偏離以攙雜物控制的電阻值，所以執行熱處理以分解該氧供體。兼具緩和加工應力及降低結晶缺陷等功能。

拋光裝置WF8為使用膠態矽石液執行機械化學拋光研磨(CMP)，以除去晶圓表面的凹凸，進行平坦度高的鏡面加工。洗淨裝置WF9，係用以去除上述的各程序中附著的髒污，檢查裝置WF10係由平坦度測定裝置和粒子測定裝置組成。

晶圓製造工廠WF的最終程序中，設置了倉儲WF11，以暫時存放由檢查裝置WF10檢查合格的晶圓，以便進行生產調整。

在第3圖中顯示上述的晶圓製造工廠WF的斷面構造。此外，元件形成工廠DF和裝置組裝工廠AF的斷面構造基本上也是一樣。

晶圓製造工廠WF的建築物中，設置了上述各裝置WF1～WF11，另外還具備：搬送裝置V移動的工作區Z10、形成於該工作區Z10的地面Z11下部並設置動力供應設備和環境保全設備等(未圖示)的設備區Z20、形成於工作區Z10的天花板Z12的上部並設置用於調節外部空氣溫度並供應空氣的空調機Z31之室區Z30。

工作區Z10的地面Z11，係由可透氣的篩子板等構成，在天花板Z12全面設有HEPA濾器和ULPA濾器等的各種過濾器Z32。

另外，如同一圖所示，也可以設置化學物去除裝置CM，以化學方法去除在工作區Z10內等等發生的雜質。

藉由如上述的潔淨室構造，來自室外的外部空氣，在由空調機Z31調節溫度/濕度的狀態下，透過過濾器Z32而被導入工作區Z10內，從上方向下方流經工作區Z10之後，從設備區Z20排出氣體。如此，潔淨室的乾淨空氣也流入連接晶圓製造工廠WF和元件形成工廠DF的搬送區Z1，以及連接元件形成工廠DF和裝置組裝工廠AF的搬送區Z2，而得以確保這些搬送區Z1、Z2的潔淨。再者，在搬送區Z1、Z2大的情況下，也可以將該搬送區Z1、Z2本身設置為具有潔淨室構造(亦即，設有空調機Z31等)。

繼之，說明搬送裝置，其係將切片裝置WF3切片之晶圓，依序搬運到削邊裝置WF4→晶面研磨裝置WF5→蝕刻裝置WF6→熱處理裝置WF7→拋光裝置WF8→洗淨裝置WF9→檢查裝置WF10。

第4A圖顯示將第2圖的搬送裝置V的搬送用容器C裝滿液體L，將半導體晶圓W浸漬在該液體L中收納的狀態的正面圖，第4B圖為沿著第4A圖的IVB-IVB線的斷面圖。

在本例中的搬送裝置V係沿著軌道R移動，軌道R係從晶圓製造工廠WF中設置切片裝置WF3的區域，通過設置倉儲WF11的區域，到設置後述的裝置組裝工廠AF的捆包裝置AF6的區域連續設置。搬送裝置V的軌道R可以設置於各工廠WF、DF、AF的天花板，也可以設置於其地板。在將軌道R設置於天花板的情況下，可以採用利用在軌道R上行車的線性發動機的搬送裝置V或從軌道R懸吊的搬送裝置V。另外，將軌道R設置在地板的情況下，可以使用自動移動機器人等構成的搬送裝置V。不論是何者，均為依據生產管理裝置(未圖示)的指令自動移動。

本例中的搬送裝置V係為，使半導體晶圓W在垂直方向立起，並收納於裝滿液體L的搬送到用容器C(所謂卡匣)的狀態下，在各程序之間搬運晶圓。搬送用容器C，係由利用在軌道R上行車的線性發動機的搬送裝置V或從軌道R懸吊的搬送裝置V搬運。

本例的搬送用容器C，如第4A圖及第4B圖所示，其上方開口，且底面具有固持半導體晶圓W的固持部C1。固持部C1，在如圖所示收納複數半導體晶圓W的情況下，固持住晶圓W下部，以避免和鄰接的半導體晶圓W和容器C的內面接觸。另外，如圖所示，在搬送用容器C的上面的開口的兩端，以可轉動的方式分別設置支撐構材，其尖端具有固持部C2。該固持部C2，如同一圖所示，收納複數半導體晶圓W的情況下，固持住晶圓W上部，以避免和鄰接的半導體晶圓W和容器C的內面接觸。而且，在將晶圓W收入搬送用容器C或從搬送用容器C取出的情況下，將該支撐構材向箭頭方向轉動，以使其從容器C內退出，在將晶圓W收入容器C後再如同一圖所示，設定於晶圓W上部。

搬送用容器C也可以為收納1枚半導體晶圓W的容器。另外，也可以將搬送容器C再放入收納容器中，以防止粒子的附著和環境的污染。

裝滿搬送用容器C的液體L，以到達可以浸泡整個半導體晶圓W的液面為佳，但如第5A圖及第5B圖所示，也可以只到達浸泡半導體晶圓W的一部分的液面。半導體晶圓W係由機器人等收入搬送用容器C或從搬送用容器C取出。

裝滿搬送用容器C的液體L並未特別限定，可以使用純水等的各種液體，不過，其比重大於1為佳。另外，裝滿搬送用容器C的液體，以含有羥基乙基纖維素(hydroxyethyl cellulose,HEC)或其他水溶性高分子構成之增稠劑為佳。藉由採用比重大於1的液體L，能夠使浮力變大，另外藉由採用含有增稠劑的液體L，能夠吸收搬送期間等的振動。另外因為使用由水溶性高分子構成之增稠劑，能夠藉由一般的清洗就容易地去除液體L。再者，增稠劑的黏稠度沒有特別限定，不過若黏稠度太高則降低晶圓W的取出操作性，或拉長晶圓W的洗淨時間，因此，以下限為水的黏度0.000890Pas(25℃)、上限為0.2Pas(25℃)為例示。

另外，藉由使用比重大於水的液體L，而使浮力變大，所以即使讓半導體晶圓W處於水平方向，也能在某種程度內抑制彎曲，但使其角度越接近垂直方向，則抑制彎曲的效果就變大。將一個或複數個上述的搬送用容器C固持在搬送裝置V上，搬運到各程序。

回到第2圖，在本例的元件形成工廠DF中，設有各種裝置，以將構成積體電路的元件建入已抛光的晶圓。代表的元件形成程序為，元件分離程序、雜質擴散程序、閘形成程序、層間膜配線程序、檢查程序。

設置了用於上述程序的各種裝置，亦即，洗淨裝置DF8、氧化擴散裝置DF9、離子注入裝置DF10、照相平版印刷裝置DF11、蝕刻裝置DF12、成膜裝置DF13以及檢查裝置DF14。

而且，由搬送裝置V所固持並從設置於晶圓製造工廠FW的最終程序的倉儲WF11搬運的晶圓，被搬運到設置於元件形成工廠DF的最初的程序的倉儲DF1，並暫時存放之。該倉儲DF1亦具有執行元件形成工廠DF的生產調整的緩衝程序的功能。

存放在倉儲DF1的晶圓，依據生產管理裝置發出的指示由搬送裝置V固持，並暫時存放在對應於各裝置DF8-DF14的複數個倉儲DF2-DF7中，同時執行各裝置DF8-DF14的處理。再者，檢查裝置DF14係為在晶圓狀態下，對建入的元件進行動作測驗的裝置。

在檢查裝置DF14的檢查中合格的晶圓，由搬送裝置V固持著，並透過搬送區Z2被送到裝置組裝工廠AF，暫時存放在倉儲AF1。

在裝置組裝工廠AF中設置有：使得建入元件的晶圓滑移的滑移裝置AF2、做切割的切割裝置AF3、做封裝的封裝裝置AF4、用於進行最終檢查的檢查裝置AF5、執行用於出貨的捆包的捆包裝置AF6。

再者，因為在送入切割裝置AF3之前還是晶圓的狀態，所以，係由搬送裝置V搬運如第4A圖及第4B圖所示的搬送用容器C，但在切割裝置AF3的切割處理結束之後即為晶片狀態，所以，可以由搬送裝置V搬運承載被切割出來的晶片的托盤等。

如上述，依據本例的半導體製造工廠，因為晶圓製造工廠WF和元件形成工廠DF係鄰接建置，所以，能夠把製造出來的晶圓馬上搬送到元件形成工廠裡，而能顯著地縮短運輸時間。

另外，使得晶圓製造工廠WF製造出來的半導體晶圓W在垂直方向立起，並在其一部分或者全部浸漬在液體L中的狀態下，搬運到裝置製造工廠DF，所以，液體L造成的浮力作用在半導體晶圓W，而且，重力和晶圓W的立起方向、即剛性高的方向一致。因此，即使是具有直徑超過300mm(例如450mm晶圓)的重量的晶圓，也可以在不破裂、缺損、因為本身重量而彎曲的情況下被搬運。

另外，藉由使用比重大於1的液體L而能夠增大浮力，另外藉由使用含有增稠劑的液體L，可以吸收搬送期間等等的振動。另外藉由使用水溶性高分子構成的增稠劑，用一般的清洗就可以輕易地去除液體L。

WF．．．晶圓製造工廠

DF．．．元件形成工廠

AF．．．裝置組裝工廠

Z1、Z2．．．搬送區

V．．．搬送裝置

C．．．搬送用容器

第1圖為本發明之實施型態的半導體製造工廠的正面圖。

第2圖為第1圖的半導體製造工廠的平面圖。

第3圖為沿著第2圖的III-III線的斷面圖。

第4A圖為將半導體晶圓收納於第2圖的搬送裝置的容器的狀態的正面圖。

第4B圖為沿著第4A圖的IVB-IVB線的斷面圖。

第5A圖為將半導體晶圓收納於第2圖的搬送裝置的容器的狀態的另一例的正面圖。

第5B圖為沿著第5A圖的VB-VB線的斷面圖。

WF．．．晶圓製造工廠

DF．．．元件形成工廠

AF．．．裝置組裝工廠

Z1、Z2．．．搬送區

Claims (16)

1. 一種半導體製造工廠，其特徵在於包括：製造半導體晶圓的晶圓製造工廠；裝置製造工廠，設置為透過潔淨室構成的搬送區而鄰接於該晶圓製造工廠，從該半導體晶圓製造半導體裝置；以及搬送裝置，其設置於該搬送區中，使該晶圓製造工廠裡製造的半導體晶圓在垂直方向立起，於其中一部分或者全部浸泡在液體中的狀態下，將其搬運到該裝置製造工廠；該搬送裝置搬運被放滿該液體，並將該半導體晶圓立起收納的容器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造工廠，其中該半導體晶圓是450mm晶圓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造工廠，其中該液體的比重大於1。
4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造工廠，其中該液體含有水溶性高分子構成之增稠劑。
5. 如申請專利範圍第4項所述之半導體製造工廠，其中該水溶性高分子為羥基乙基纖維素(hydroxyethyl cellulose,HEC)。
6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造工廠，該晶圓製造工廠和該裝置製造工廠係為不同的建築物。
7. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造工廠，其中該晶圓製造工廠的最終程序或該裝置製造工廠的最初程 序中的至少一者，具有暫時保管該半導體晶圓的保管庫。
8. 如申請專利範圍第7項所述之半導體製造工廠，其中該搬送裝置依據生產管理裝置的指示，自動搬送該半導體晶圓，並且自動將其存放保管於該保管庫。
9. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造工廠，該晶圓製造工廠至少設有：單結晶拉出程序、切片程序、研磨程序及拋光程序。
10. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造工廠，其中該裝置製造工廠係設置為，在該半導體晶圓建入半導體元件的元件形成工廠，以及從建入該半導體元件的晶圓製造半導體裝置的裝置組裝工廠，係透過由潔淨室構成之搬送區而鄰接設置。
11. 一種晶圓製造工廠，其係為製造半導體晶圓的晶圓製造工廠，其特徵在於：設置為透過潔淨室構成的搬送區而鄰接於從該半導體晶圓製造半導體裝置的裝置製造工廠；設有搬送裝置，其設置於該搬送區中，使該晶圓製造工廠裡製造的半導體晶圓在垂直方向立起，於其中一部分或者全部浸泡在液體中的狀態下，將其搬運到該裝置製造工廠；該搬送裝置搬運被放滿該液體，並將該半導體晶圓立起收納的容器。
12. 如申請專利範圍第11項所述之晶圓製造工廠，其中該半導體晶圓是450mm晶圓。
13. 如申請專利範圍第11項所述之晶圓製造工廠，其中該液體的比重大於1。
14. 如申請專利範圍第11項所述之晶圓製造工廠，其中該液體含有水溶性高分子構成之增稠劑。
15. 如申請專利範圍第14項所述之晶圓製造工廠，其中該增稠劑為羥基乙基纖維素(hydroxyethyl cellulose,HEC)。
16. 如申請專利範圍第11項所述之晶圓製造工廠，該晶圓製造工廠和該裝置製造工廠係為不同的建築物。