TWI716878B

TWI716878B - 氣簾控制系統

Info

Publication number: TWI716878B
Application number: TW108117410A
Authority: TW
Inventors: 陳勇州
Original assignee: 華景電通股份有限公司
Priority date: 2019-05-21
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2021-01-21
Also published as: TW202044469A

Abstract

一種氣簾控制系統與晶圓傳載裝置連接，晶圓傳載裝置至少包括門組件。氣簾控制系統包括吹淨模組、濕度感測單元、及控制單元。吹淨模組包括：設置於對應晶圓傳載裝置的門組件的上方的氣簾模組，吹淨模組向氣簾模組提供氣流；至少一個淨氣管路，氣流經由淨氣管路流向氣簾模組；及透過淨氣管路與氣簾模組連接的質量流量控制器。濕度感測單元用以偵測晶圓盒內氣體的濕度值；控制單元接收由濕度感測單元偵測到的濕度值，將接收到的濕度值與預設值做比較，以控制質量流量控制器調節提供氣簾模組的氣流的流量。

Description

氣簾控制系統

本發明涉及一種半導體技術領域的晶圓負載系統，特別是一種利用晶圓盒載運晶圓時，使用氣簾模組吹淨外部環境的系統。

應用於晶圓生產設備中的氣簾裝置例如在中華民國新型專利公告第M565395號具體公開了一種氣簾裝置，可簡易安裝於晶圓盒前方並形成氣流牆，透過氣流牆的吹淨，外部環境的微粒、髒污等將不易進入晶圓盒，藉以改善晶圓受到外部環境的汙染。

該專利提供控制模組控制晶圓盒打開時，除了同時控制充氣模組對晶圓盒的內部進行充氣，還同時控制氣簾裝置作動，以使氣簾裝置對晶圓盒的開口位置進行吹淨。然而為了方便，氣簾裝置進行吹淨所用的氣流流量是固定的，無法調控，更無法監控晶圓盒內氣體的濕度去調整氣流流量。於使用過程中為了維持晶圓的最佳濕度狀態，及避免微粒、髒污進入晶圓盒，長期需要消耗相當大量的氣流，會有使用成本居高不下的問題。

根據現有技術的缺點，本發明的主要目的在於提供一種氣簾控制系統，用以改善過度消耗吹淨所用的氣流流量的問題。

根據上述目的，本發明提供一種氣簾控制系統，與晶圓傳載裝置連接，晶圓傳載裝置至少包括：承載單元，用以承載具有活動門之晶圓盒，承載單元配置有至少一個排氣口，排氣口用以將流動晶圓盒內的氣體排出；以及門組件，用以開啟/關閉晶圓盒的活動門，其中氣簾控制系統包括吹淨模組、濕度感測單元及控制單元。

吹淨模組設置於晶圓傳載裝置內，包括氣簾模組、至少一個淨氣管路、及至少一個質量流量控制器，其中，氣簾模組設置於對應晶圓傳載裝置的門組件的上方，吹淨模組向氣簾模組提供氣流；氣流經由至少一個淨氣管路流向氣簾模組；質量流量控制器透過淨氣管路與氣簾模組連接。濕度感測單元用以偵測晶圓盒內氣體的濕度值；控制單元接收由濕度感測單元偵測到的濕度值，將接收到的濕度值與預設值做比較，以控制質量流量控制器調節提供氣簾模組的氣流的流量，使晶圓盒內的氣體的濕度值達到預設值以下。

本發明的氣簾控制系統的濕度感測單元設置在晶圓傳載裝置的排氣管路，並接近於排氣口，可以隨時便於偵測到排氣管路內氣體的濕度值，經測試驗證後，排氣管路內氣體的濕度值對吹淨時間的變化類似於晶圓盒內氣體的濕度值對吹淨時間的變化，因此濕度感測單元所偵測到的結果可以代表晶圓盒內氣體的濕度值。可以提升本發明的氣簾控制系統控制向氣簾模組提供氣流的流量的控制便利性及操作簡易性。

100:晶圓傳載裝置

24:第一供氣設備

A:承載單元

25:淨氣壓力偵測單元

A1:門組件

26:氣體過濾單元

AR:氣體

30:排氣管路

AF:氣流牆

31:排氣口

110:框架

32:輔助排氣單元

110A:上半部

33:排氣單元

110B:下半部

40:充氣管路

SF:容置空間

41:充氣嘴

111:第一側邊

42:第二供氣設備

112:接觸盤面

43:充氣開關

300:晶圓盒

1:濕度感測單元

301:活動門

2:控制單元

200:氣簾控制系統

10:本體

201:吹淨模組

101:進氣孔

20:淨氣管路

11:蓋體

21:氣簾模組

12:過濾板

22:質量流量控制器

SP:封閉空間

23:淨氣開關組件

230:副淨氣管路

231:電動開關

232:氣動開關

233:壓力閥

圖1A及圖1B分別為本發明的氣簾控制系統與晶圓傳載裝置的配置示意圖。

圖2為本發明的氣簾控制系統與晶圓傳載裝置進行充氣流程及吹淨流程的方塊示意圖。

圖3為本發明的氣簾控制系統中氣簾模組的結構示意圖。

圖4為本發明的氣簾控制系統進行吹淨流程的方塊示意圖。

為了使本發明所屬技術領域者充分了解其技術內容，於此提供相關之其實施方式與其實施例來加以說明。此外在閱讀本發明所提供之實施方式時，請同時參閱圖式及如下的說明書內容，其中，圖式中各組成元件之形狀與相對之大小僅用以輔助了解本實施方式之內容，並非用於限制各組成元件之形狀與相對之大小，以此先行說明。

首先，請同時參考圖1A、圖1B，圖1A及圖1B分別是表示氣簾控制系統與晶圓傳載裝置的配置示意圖。本發明的晶圓傳載裝置100可以至少包括有承載單元A及門組件A1，其中承載單元A包含有用以承載前開式晶圓盒300(FOUP，以下簡稱為晶圓盒)的接觸盤面112；門組件A1用以將設置於接觸盤面112上的晶圓盒300所具的活動門301開啟，並將活動門301帶離晶圓盒300，從而使晶圓盒300內部與外部環境連通。藉此，外部的機械手臂或是人員將可依據需求，由晶圓盒300中取放晶圓(圖未示)；門組件A1的作動可以依據使用者或終端客戶的控制指令。另外，本發明的氣簾控制系統200還包括氣簾模組21，特別是適用於晶圓傳載裝置100。氣簾模組21可以是固定設置於晶圓傳載裝置100的一側，較佳為設置對應位於晶圓傳載裝置100的門組件A1的上方。當門組件A1帶動晶圓盒300的活動門301開啟時，氣簾模組21將朝向預定方向(例如可以是朝向門組件A1的方向)，持續且均勻地排出第一供氣設備24(參考圖2)所提供的氣流，藉此，在晶圓盒300的內部空間與外部環境連通的過程中，氣簾模組21對應在晶圓盒300原本設置有活動門301的位置周圍(例如是前方)形成有一道氣流牆AF，從而可大幅降低外部髒污直接進入晶圓盒300內部的機率。

晶圓傳載裝置100中具有框架110，框架110在第一側邊111再區分為下半部110B與上半部110A。其中，上半部110A具有用以容置晶圓盒300的容置空間SF，上半部110A位於容置空間SF的另一側設有門組件A1。此外，晶圓傳載裝置100的下半部110B中配置有吹淨模組201。當接觸盤面112與晶圓盒300接觸並固定後，接觸盤面112可以被驅動向門組件A1局部移動，使得晶圓盒300的活動門301能與門組件A1接觸，以便將晶圓盒300的活動門301打開。

接觸盤面112包括二個突出的充氣嘴41及二個突出的排氣口31，並將充氣嘴41及排氣口31配置於接觸盤面112的周邊上；而充氣嘴41與充氣管路40(參考圖2)連接；排氣口31與排氣管路30(參考圖2)連接。

接著請參考圖2，圖2為本發明的氣簾控制系統與晶圓傳載裝置進行充氣流程、排氣流程及吹淨流程的方塊示意圖。要說明的是，充氣流程指的是將氣體導入晶圓盒300內；排氣流程指的是將氣體AR由晶圓盒300內向外排出；吹淨流程指的是利用氣簾模組21向對應在晶圓盒300原本設置有活動門301的位置，例如前方，形成一道氣流牆AF以進行吹淨，此吹淨流程的目的是與外部環境隔離，可以避免晶圓盒300內氣體AR受到汙染，並保持低濕度，還可以將晶圓盒300內的濕氣、汙染物帶走。

首先說明在晶圓傳載裝置中的充氣流程。晶圓傳載裝置100的充氣流程是由充氣管路40、充氣嘴41、第二供氣設備42及充氣開關43來達成。其中，第二供氣設備42、充氣關開43及充氣嘴41之間利用充氣管路40來連接，在此實施例中，充氣流程是由第二供氣設備42將氣體導入充氣管路40，藉由充氣開關43控制氣體進出充氣管路40的流量，最後氣體導入至充氣嘴41，藉由閥元件(圖未示)來調節充氣嘴41對晶圓盒300內部進行充氣的氣體流量。

接著，說明在晶圓傳載裝置100的排氣流程。晶圓傳載裝置100的排氣流程是由排氣管路30、排氣口31、輔助排氣單元32及排氣單元33來達成，且排氣口31、輔助排氣單元32及排氣單元33之間是利用排氣管路30來連接。在上述的充氣流程中，氣體經由充氣管路40、充氣嘴41、第二供氣設備42及充氣開關43並利用充氣嘴41對晶圓盒300內部進行充氣之後，晶圓盒300內的氣體會進入設置於接觸盤面112上的排氣口31，並進入排氣管路30。在本發明的實施例中，濕度感測單元1設置在排氣管路30，並接近於接觸盤面112上的排氣口31。排氣單元33用以排出排氣管路30中的氣體，朝向遠離晶圓盒300內部空間的方向排出。於另一實施例中，輔助排氣單元32與充氣管路40相連通，而充氣管路40的氣體，能進入輔助排氣單元32中，藉此，輔助排氣單元32加速排氣管路30中的氣體進入排氣單元33並向外排出。

接著，說明吹淨流程，吹淨流程是由氣簾控制系統200來達成，氣簾控制系統200包括吹淨模組201、濕度感測單元1及控制單元2。吹淨模組201是由淨氣管路20將氣簾模組21、連接質量流量控制器22、淨氣開關組件23、第一供氣設備24、淨氣壓力偵測單元25及氣體過濾單元26而構成。第一供氣設備24用以供應氣流，氣流經由淨氣管路20依序流經包括淨氣壓力偵測單元25、淨氣開關組件23、質量流量控制器22、氣體過濾單元26，最後流向氣簾模組21匯聚排出，而形成如圖1A中的氣流牆AF。

濕度感測單元1用以偵測晶圓盒300內氣體AR的濕度值，並將濕度值傳送至控制單元2。晶圓盒300內氣體AR的濕度值一般以不超過預設值為較佳；預設值較佳為5%~10%的範圍、更佳為5%~7%的範圍、最佳為5%。控制單元2接收由濕度感測單元1偵測到的濕度值後，將接收到的濕度值與預設值做比較，以控制質量流量控制器22調節提供氣簾模組21的氣流的流量，使晶圓盒300內的氣體AR的濕度值能夠達到預設值以下。舉例來說，當預設值為5%時，控制單元2會判斷當接收到的濕度值高於5%時，控制質量流量控制器22去逐步調升提供至氣簾模組21的氣流的流量；反之當接收到的濕度值為5%以下時，控制質量流量控制器22去逐步調降提供至氣簾模組21的氣流的流量。在一實施例中，第一供氣設備24能產生預定的氣流至淨氣管路20中，舉例來說，第一供氣設備24可以是提供各式的潔淨氣體(例如XCDA、CDA)或是惰性氣體(例如氮氣)等。淨氣壓力偵測單元25用以量測從第一供氣設備24所供應的氣流的淨氣壓力值，視需要更包含淨氣壓力閥。而於此所指的質量流量控制器22是與控制單元2電性連接，並可以配合第一供氣設備24的流量控制機制，可更細微、精準地控制通過其所連接的淨氣管路20的氣流流量。

接著請參考圖3，圖3為本發明的氣簾控制系統中氣簾模組的結構示意圖。氣簾模組21包括本體10、兩個過濾板12、及兩個淨氣管路20。本體10可以是呈現為中空狀，而本體10的一側可以是密封地固定設置有蓋體11。在實際應用中，蓋體11可以是配合多個螺絲(未在圖中表示)及相關的密封構件，以密封地固定設置於本體10的一側；或者，蓋體11可以是配合黏膠黏合設置於本體10的一側。

兩個過濾板12密封地固設於本體10相反於設置有蓋體11的一側，而兩個過濾板12、蓋體11及本體10的內側壁將於本體10的內部形成封閉空間SP。兩個過濾板12可以是利用黏膠密封地固定設置於本體10中，或者，兩個過濾板12的外圍可以是套設置有密封圈，而兩個過濾板12能透過密封圈密封地固定設置於本體10的一側。

本體10的一側壁具有兩個進氣孔101，而封閉空間SP能通過這兩個進氣孔101與外部連通。另外，在本實施例中是以兩個進氣孔101設置於本體10的其中一個長側壁為例，但兩個進氣孔101也可以是分別設置在本體10的一個長側壁及一個短側壁，又或者可以是分別設置於不同的短側壁，或者是設置在同一個短側壁。兩個淨氣管路20的一端對應連接兩個進氣孔101，而各個淨氣管路20的另一端則連接第一供氣設備24。第一供氣設備24提供氣流通過淨氣管路20持續地進入氣簾模組21的封閉空間SP中，而當封閉空間SP中的氣流壓力大於預定壓力時，封閉空間SP中的氣流將通過各個過濾板12的多個氣孔(圖未示)，而均勻地從氣簾模組21設置有過濾板12的一側向外排出氣流牆AF，對晶圓盒300的活動門301的位置進行吹淨流程。

接著請同時參考圖4，圖4為本發明的氣簾控制系統進行吹淨流程的方塊示意圖。如圖4所示，本發明的氣簾控制系統200中吹淨模組201可以包含從淨氣管路20旁側分出的副淨氣管路230，副淨氣管路230的功能是讓通過淨氣壓力偵測單元25後的氣流不能直接流入質量流量控制器22，而是先讓氣流進入淨氣開關組件23，待淨氣開關組件23接收到控制單元2的開啟控制信號，始得以繼續流至質量流量控制器22。淨氣開關組件23是驅動氣流能夠繼續流至質量流量控制器22的開關，淨氣開關組件23包括副淨氣管路230、電動開關231、氣動開關232、及壓力閥233。其中，副淨氣管路230設置有壓力閥233及電動開關231，副淨氣管路230的一端與淨氣管路20連通，副淨氣管路230的另一端則與設置在淨氣管路20的氣動開關232相連接。壓力閥233可用以調整副進氣管路230中的氣流壓力。

控制單元2能控制電動開關231的啟閉。當控制單元2控制電動開關231開啟時，副淨氣管路230的兩端相互連通，氣流從淨氣管路20進入副淨氣管路230，使得氣動開關232的感測器(圖未示)可以感測到進入副淨氣管路230的氣流，進而啟動設置在淨氣管路20的氣動開關232，使得淨氣管路20呈現為連通的狀態。換句話說，氣動開關232必需是在副淨氣管路230暢通的狀態下，才得以被開啟，而在副淨氣管路230不暢通(即控制單元2控制電動開關231關閉)時，氣動開關232則是呈現為關閉的狀態。當然，在不同應用中，也可以是在特定的狀態下透過直接連通淨氣管路20，讓氣流啟動氣動開關232。詳細來說，氣動開關232能在通入特定氣流壓力的狀態下，使淨氣管路20連通，而當進入氣動開關232的氣流壓力低於壓力預設值時，氣動開關232則關閉而阻斷淨氣管路20的連通，此時，淨氣管路20中的氣流將無法流入氣簾模組21的封閉空間SP。

需要說明的是，第一供氣設備24可以透過單一個淨氣管路20連接氣動開關232，而氣動開關232可以透過兩個淨氣管路20連接氣簾模組21，使氣流透過兩個淨氣管路20流入氣簾模組21的封閉空間SP時所造成的壓力能夠平均。當氣動開關232與氣簾模組21之間連接有兩個淨氣管路20時，相應地，兩個淨氣管路20上分別設有質量流量控制器22與氣體過濾單元26，氣體過濾單元26用以對即將要進入氣簾模組21的氣流先過濾乾淨。

具體來說，電動開關231與氣動開關232在未受控制單元2控制的情況下，可以是保持常關的狀態，而淨氣管路20將對應為不連通的狀態。在一實施例中，當控制單元2接收到門組件A1的作動訊號時，控制設置於副進氣管路230上的電動開關231開啟，使氣流通過副進氣管路230並啟動氣動開關232，而使淨氣管路20由不連通的狀態轉換為連通的狀態，使得第一供氣設備24所提供的氣流能通過淨氣管路20流向氣簾模組21的封閉空間SP中。

相對地，控制單元2可以控制電動開關231關閉，則副淨氣管路230不暢通，氣動開關232則是呈現為關閉的狀態。而使淨氣管路20由連通的狀態改變為非連通通的狀態，從而使第一供氣設備24所提供的氣流，無法再持續進入氣簾模組21的封閉空間SP，氣流停止從氣簾模組21排出，而停止對晶圓盒300的活動門301的位置進行吹淨流程。

以下提供本發明的氣簾控制系統200利用氣簾模組21對晶圓盒300的活動門301的位置進行吹淨流程之實施例的詳細內容，以更加明確說明本發明，然而本發明並不受限於下述實施例。

當晶圓傳載裝置100的門組件A1開啟晶圓盒300的活動門301時，氣簾控制系統200的控制單元2接收到門組件A1的作動訊號後，控制淨氣開關組件23的電動開關231開啟，以讓第一供氣設備24所供應的氣流通過淨器管路20流入氣簾模組21的封閉空間SP匯聚而從氣簾模組21設置有過濾板12的一側向外排出氣流牆AF，對晶圓盒300的活動門301的位置進行吹淨流程。

設置在晶圓傳載裝置100的排氣管路30上的濕度感測單元1無時無刻一直在偵測氣體的濕度值，並將第一濕度值傳送至控制單元2。當控制單元2接收到濕度感測單元1偵測到的第一濕度值時，會將接收到的第一濕度值與5%做比較，第一濕度值為12%，則判斷為第一濕度值高於5%的情形，即控制質量流量控制器22去調升提供至氣簾模組21的氣流的流量，將氣流的流量調整為300~400L/min進行吹淨流程，使晶圓盒300內氣體AR的濕度值下降。

接著，控制單元2持續接收濕度感測單元1偵測到的第二濕度值時，會將接收到的第二濕度值與5%做比較，第二濕度值為5%，則判斷為第二濕度值等於5%的情形，即控制質量流量控制器22去調降提供至氣簾模組21的氣流的流量，將氣流的流量調整為100~200L/min進行吹淨流程，以節省氣流的消耗量。

接著，控制單元2持續接收濕度感測單元1偵測到的第三濕度值時，會將接收到的第三濕度值與5%做比較，第三濕度值為3%，則判斷為第三濕度值低於5%的情形，即控制質量流量控制器22去調降提供至氣簾模組21的氣流的流量，將氣流的流量調整為50~100L/min進行吹淨流程，以節省氣流的消耗量。

本發明的氣簾控制系統200中濕度感測單元1較佳為設置在排氣管路30，並接近於排氣口31處，以便於量測排氣管路30內氣體的濕度值。將測試盤放置於晶圓盒300內用以量測晶圓盒300內氣體AR的濕度值。利用測試盤經過多次測試後，將測試盤所量測到的晶圓盒300內氣體AR的濕度值與濕度感測單元1所偵測到的濕度值作比較分析。得到以下結果：濕度感測單元1偵測到的濕度值為排氣管路30內氣體的濕度值，測試盤所量測的是晶圓盒300內氣體AR的濕度值，兩者的起始值雖有些微差異，測試盤所量測到的濕度值較快降至理想濕度值5%，濕度感測單元1偵測到的濕度值較慢降至理想濕度值5%。為了隨時都能取得參考的濕度值，且不必總是將測試盤放置於晶圓盒300內，以將操作簡單化，可以參考濕度感測單元1偵測到的濕度值，即使響應較慢，不過濕度值變化的趨勢是類似於以測試盤所量測到的晶圓盒300內氣體AR的濕度值。只要濕度感測單元1偵測到的濕度值降至5%了，就能代表測試盤所量測到的晶圓盒300內氣體AR的濕度值已提前降至5%。因此，以濕度感測單元1偵測到的濕度值來代表晶圓盒300內氣體AR的濕度值並無間題，還能提升氣簾控制系統200量測與監控的操作簡易性。

以上所述僅為本發明較佳的實施方式，並非用以限定本發明權利的範圍；同時以上的描述，對於相關技術領域中具有通常知識者應可明瞭並據以實施，因此其他未脫離本發明所揭露概念下所完成之等效改變或修飾，應均包含於申請專利範圍中。