TWI763518B

TWI763518B - 晶圓容器

Info

Publication number: TWI763518B
Application number: TW110120036A
Authority: TW
Inventors: 黃日正
Original assignee: 南亞科技股份有限公司
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2022-05-01
Also published as: CN115440634A; TW202249160A

Abstract

一種晶圓容器包括容器本體、支撐架、過濾單元、排氣單元以及通氣通道。支撐架平行排列於容器本體內。支撐架設置以放置晶圓。過濾單元設置於支撐架中的第一支撐架上並具有濾芯。排氣單元設置於支撐架中的第二支撐架上並具有氣體流通裝置。通氣通道連通過濾單元之濾芯以及排氣單元。排氣單元的氣體流通裝置設置於通氣通道，以將氣體從對應的排氣通道注入或是將氣體從對應的通氣通道排出。

Description

晶圓容器

本揭露有關於一種晶圓容器。

半導體晶圓製程完成後會放置於晶圓容器內。晶圓容器為半導體生產或裝載使用之容器，舉例而言，如FOUP、Reticle Pod、FOSB、或其他種類的容器等。然而，製造完成後的半導體晶圓會由於釋氣(Outgassing)而產生氣體性分子污染物(Airborne Molecular Contamination，AMC)，與空氣中原有的氧氣與水氣等物質會在晶圓容器內相互作用，從而在半導體晶圓上生成缺陷，影響到良率。而若為此增加晶圓容器的清洗頻率，則將在FAB佔用浪費額外的時間。

因此，如何改善晶圓容器與晶圓殘留氣體性分子污染物影響晶圓品質與良率的問題，為目前半導體製造中非常重要之關鍵，為所屬領域技術人員急需解決的問題之一。

本揭露之一態樣有關於一種晶圓容器。

根據本揭露的一實施方式，一種晶圓容器包括容器本體、支撐架、過濾單元、排氣單元以及通氣通道。支撐架平行排列於容器本體內。支撐架設置以放置晶圓。過濾單元設置於支撐架中的第一支撐架上並具有濾芯。排氣單元設置於支撐架中的第二支撐架上並具有氣體流通裝置。通氣通道連通過濾單元的濾芯與排氣單元。排氣單元的氣體流通裝置設置於通氣通道，以將氣體從對應的通氣通道注入或是將氣體從對應的通氣通道排出。

在本揭露的一或多個實施方式中，容器本體包括排氣孔。排氣單元包括對應通氣通道的排氣通道。排氣通道連接排氣孔。

在本揭露的一或多個實施方式中，過濾單元還包括支撐殼體。濾芯設置於支撐殼體內。支撐殼體具有面朝些晶圓的第一側以及相對第一側的第二側。支撐殼體的第二測連接通氣通道。

在本揭露的一些實施方式中，支撐殼體、二通氣通道以及排氣單元一體成形以形成過濾模組總成。

在本揭露的一些實施方式中，通氣通道與排氣單元之間的連接處分別通過支撐材料密封。

在本揭露的一或多個實施方式中，支撐架沿垂直該容器本體之容器底部的第一方向平行排列。第一支撐架與第二支撐架為最鄰近容器底部之二支撐架。

在本揭露的一或多個實施方式中，支撐架沿垂直容器本體之容器底部的第一方向平行排列。第一支撐架與第二支撐架為最遠離容器底部之二支撐架。

在本揭露的一或多個實施方式中，通氣通道位於排氣單元或過濾單元的相對二側。排氣單元或過濾單元於二通氣通道之間存在夾持面。

在本揭露的一或多個實施方式中，排氣單元進一步包括偵測器。偵測器用以感測容器本體內的氣體。

在本揭露的一些實施方式中，排氣單元進一步包括收發單元。收發單元連接偵測器以及氣體流通裝置，藉以遠端監控容器本體內的氣體以及遠端控制氣體流通裝置運作。

綜上所述，本揭露提供一種容置半導體晶圓的晶圓容器。晶圓容器內進一步設置有排氣單元以及過濾單元，能夠使晶圓容器內部的氣體流動，從而能夠將氣體性分子污染物(AMC)從堆放的晶圓間移除。

應理解到，以上的一般說明與以下的詳細描述都是通過示例做進一步說明，旨在為本揭露提供做進一步的解釋。

100,100’:晶圓容器

110:容器本體

111:頂面

112:底面

115:排氣孔

118:把手

119:把手

120:支撐架

121:第一支撐架

122:第二支撐架

130:過濾單元

132:支撐殼體

133:第一側

134:第二側

135:夾持面

136:濾芯

140:通氣通道

150:排氣單元

153:排氣模組

156:入氣模組

159:控制單元與電池

160:過濾模組總成

170,172:支撐材料

181,182,183,184:清潔孔

200:晶圓

D1:方向

H:間距

H1:間距

H2:間距

本揭露的優點與圖式，應由接下來列舉的實施方式，並參考附圖，以獲得更好的理解。這些圖式的說明僅僅是列舉的實施方式，因此不該認為是限制了個別實施方式，或是限制了發明申請專利範圍的範圍。

第1圖根據本揭露之一實施方式示意地繪示一晶圓容器的一剖面圖；第2圖根據本揭露之一實施方式示意地繪示一晶圓容器的一底面視圖；第3圖根據本揭露之一實施方式示意地繪示一過濾單元的一剖面圖；第4圖根據本揭露之一實施方式示意地繪示一過濾單元的一底面視圖；第5圖根據本揭露之一實施方式示意地繪示一排氣單元的一剖面圖；第6圖根據本揭露之一實施方式示意地繪示一過濾模組總成的一剖面圖；以及第7圖根據本揭露之另一實施方式示意地繪示一晶圓容器的一剖面圖。

下文列舉實施例配合所附圖式進行詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。另外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為使便於理解，下述說明中相同元件或相似元件將以相同之符號標示來說明。

除非另有定義，本文所使用的所有詞彙(包括技術和科學術語)具有其通常的意涵，其意涵是能夠被熟悉此領域者所理解。更進一步的說，上述的詞彙在普遍常用的字典中的定義，在本說明書的內容中應被解讀為與本揭露相關領域一致的意涵。除非有特別明確定義，這些詞彙將不被解釋為理想化的或過於正式的意涵。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、…等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本揭露，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的元件或操作而已。

其次，在本文中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限於。

再者，於本文中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或多個。將進一步理解的是，本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』及相似詞彙，指明其所記載的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件與/或組件，但不排除其所述或額外的其一個或多個其它特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件，與/或其中之群組。

為改善半導體晶圓於製程完成後，在收納或運輸的過程中受內部氣體污染而影響到良率，本揭露提供一種晶圓容器，能夠於半導體晶圓之間提供氣體流動，移除氣體性分子污染物(AMC)。

請參照第1圖。第1圖根據本揭露之一實施方式示意地繪示一晶圓容器100的一剖面圖。

如第1圖所示，在本實施方式中，晶圓容器100包括容器本體110、多個支撐架120、過濾單元130、排氣單元150以及通氣通道140。晶圓容器100的其中一組把手118設置於容器本體110的頂面111上。

在本實施方式中，晶圓容器100的態樣以前開式晶圓輸送盒(Front Opening Unified Pod,FOUP)為例，但並不以此限制本揭露晶圓容器的種類。在一些實施方式中，前開式晶圓輸送盒的晶圓容器100的尺寸可以符合SEMI E47.1規格，而晶圓容器100的容器本體110內部則基於SEMI E47.1規格標準做改良與設計。

在第1圖中，晶圓容器100的容器本體110能夠用於容置多個晶圓200，這些晶圓可以是已經完成製程的半導體晶圓，或是於各個工作站/工作節點之間運輸的半成品晶圓。

於容器本體110內，多個晶圓200沿方向D1疊放。詳細而言，如第1圖所示，多個支撐架120設置於容器本體110內。多個支撐架120沿方向D1排列。晶圓200分別放置在容器本體110內的支撐架120上。

如第1圖所示，支撐架120還包括第一支撐架121以及第二支撐架122。第一支撐架121與第二支撐架122能夠分別用以支撐過濾單元130以及排氣單元150。在本實施方式中，第一支撐架121最鄰近於第二支撐架122，並且第一支撐架121與第二支撐架122鄰近於容器本體110的底面112。

在第1圖中，用以支撐晶圓200的最鄰近二個支撐架120之間具有間距H。在本實施方式中，第一支撐架121與第二支撐架122以外的支撐架120是以等間距H排列。用以支撐過濾單元130的第一支撐架121與最鄰近用以支撐晶圓200的支撐架120之間間距H1。第一支撐架121與第二支撐架122之間間距H2。在本實施方式中，間距H1與間距H2分別都大於間距H，對應到容器本體110的底面112可以設置二個間隔較寬的第一支撐架121與第二支撐架122，以用來設置相較晶圓200佔據容器本體110內較大體積的過濾單元130以及排氣單元150。

在一些實施方式中，相較其他支撐架120的間距H，第一支撐架121與第二支撐架122之間具有較大的間距H2。第一支撐架121與第二支撐架122之間的較大間距H2，可以通過移除其中一個支撐架120來實現。舉例而言，第一支撐架121與第二支撐架122之間原本可以設置有一支撐架120。在移除第一支撐架121與第二支撐架122之間的支撐架120後，使得第二支撐架122最鄰近於第一支撐架121。這對應到，第一支撐架121與第二支撐架122之間的間距H2為間距H的二倍。在一些實施方式中，也可以通過事先的設計使第一支撐架121與第二支撐架122相較其他支撐架120具有較大的間距H2。而在一些實施方式中，經設計，也能夠使得過濾單元130以及排氣單元150的體積縮小，而得以無須對標準設計的做出修改，對應到間距H1、間距H2以及間距H彼此相等。

在本實施方式中，容器本體110的材料，得選用不吸附的材質，使得水氣、污染的氣體分子或微粒不會殘留或累積在容器本體110內。然而，在晶圓200經製程作業後，容器本體110內的晶圓200會散逸出氣體性分子污染物。由於容器本體110選用不吸附的材質，氣體性分子污染物隨後反過來污染晶圓200自身。此時，通過過濾單元130以及排氣單元150的設計，將能夠於晶圓200之間產生氣體流動，從而將氣體性分子污染物從晶圓200之間移除。

在一些實施方式中，濾芯136為消耗品。濾芯136的選擇，主要考量需要濾除之AMC，例如要濾除NH₃(氨類)，可用活性碳材質製作。在一些實施方式中，也可另行選擇使用其它輕量而不產生塵/微粒(particle)的材料作為濾芯136。

如第1圖所示，在本實施方式中，過濾單元130包括支撐殼體132與濾芯136。濾芯136空間上將支撐殼體132分隔成二個區塊。濾芯136面朝晶圓200的一側裸露。在相對於濾芯136面朝晶圓200裸露的一側上，支撐殼體132設置有二個與排氣單元150連接的通氣通道140。

在一些實施方式中，過濾單元130的形狀，可以設置類似於晶圓200。

在本實施方式中，如第1圖所示，排氣單元150包括排氣模組153、入氣模組156以及控制單元與電池159。排氣模組153與入氣模組156都是氣體流通裝置的一種，並分別設置於相應的通氣通道140上以連通至濾芯136。在本實施方式中，入氣模組156、排氣模組153與相應的通氣通道140之間分別通過支撐材料170密封。

如第1圖所示，在本實施方式中，容器本體110的底面112上包括二個排氣孔115。排氣模組153能夠將氣體從晶圓200的放置處導出至相應的通氣通道140，並通過排氣孔115以相反於方向D1的方向將氣體從容器本體110排出。補償排氣模組153的排氣，入氣模組156通過相應的排氣孔115，能夠將氣體以方向D1導入至容器本體110內。導入容器本體110內的氣體將進入相應的通氣通道140，隨後通過過濾單元130的濾芯136，注入至晶圓200的放置處。伴隨氣體的流動，AMC或是其他微粒將能夠為過濾單元130的濾芯136所吸附，從而排除容器本體110內部的污染氣體。

控制單元與電池159設置連接排氣模組153與入氣模組156，藉以提供電力並控制排氣模組153與入氣模組156運作。在一些實施方式中，控制單元與電池159的電池可設計為可無線充電，以於可固定位置或於安排之位置進行無線充電。在一些實施方式中，也可以利用自動化設備直接置換待充電的排氣單元150。

在本實施方式的排氣模組153與入氣模組156分別設置位於控制單元與電池159的兩端。設置排氣模組153與入氣模組156之目的，是為了使晶圓容器100的容器本體110內產生微小氣流，使容器本體110內之氣體得以被氣流帶入過濾單元130，而將例如AMC等污染濾除。

為了簡單說明的目的，在第1圖中僅示意地繪示排氣單元150各個元件之間的相對位置，排氣模組153、入氣模組156以及控制單元與電池159的具體結構被省略。在一些實施方式中，排氣模組153與入氣模組156例如是包括馬達與風扇的氣體流動裝置，以將氣體導入或排出。

在一些實施方式中，排氣模組153與入氣模組156也可以使用幫浦(pump)做加壓主動式進氣或被動式進氣。舉例而言，入氣模組156為讓外氣或清潔氣體進入之模組，包含入氣過濾片與進氣用的幫浦。當幫浦加壓排氣時，入氣模組156的一入氣端通過入氣過濾片進氣。入氣過濾片主要用於濾除入氣之氣體之微粒。而在一些實施方式中，排氣模組153為讓經過過濾單元130濾除之氣體排出之模組，可包含出氣幫浦。

如第1圖所示，在本實施方式中，容器本體110包括二個排氣孔115。排氣模組153與入氣模組156分別連接排氣孔115，並藉由支撐材料172形成密封的通道。如此一來，在排氣模組153與入氣模組156使容器本體110內部的氣體流動後，藉由排氣孔115將能夠使容器本體110內外的氣體循環，有利於整體清潔效率。

在一些實施方式中，容器本體110也可以不設置對外的排氣孔115。通過排氣模組153與入氣模組156使容器本體110內部的氣體循環，氣體流經過濾單元130的濾芯136後，仍能夠達到清潔污染的效果。

在一些實施方式中，排氣單元150也可以僅包含排氣模組153與入氣模組156任意其中之一。

舉例而言，在一些實施方式中，排氣單元150僅設置有排氣模組153，但仍保有二個分離且與過濾單元130連通的通氣通道140。如此一來，當排氣模組153通過一個通氣通道140來抽取晶圓200放置處的氣體，由於氣體壓力的關係，另一個通氣通道140將能夠補充氣體。如此，仍能夠實現容器本體110內氣體流通經過過濾單元130的濾芯136，進而對容器本體110內氣體清潔。

請參照第2圖。第2圖根據本揭露之一實施方式示意地繪示一晶圓容器100的一底面視圖。根據SEMI E47.1規格，FOUP的晶圓容器100之容器本體110的底面112上可以設置多個導電墊(為了簡單說明目的未繪示)以及清潔孔181、清潔孔182、清潔孔183與清潔孔184。清潔孔181、清潔孔182、清潔孔183與清潔孔184連通容器本體110內部。容器本體110收納的晶圓200在底面112上的投影以虛線表示。晶圓容器100的另一對把手119則設置於容器本體110的側面。

在本實施方式中，容器本體110的底面112上的排氣孔115位在晶圓200的投影內，並與位在底面112 的四個角落的清潔孔181、清潔孔182、清潔孔183與清潔孔184分隔開來。因此，第1圖繪示的剖面圖未呈現清潔孔181、清潔孔182、清潔孔183與清潔孔184。

對於容器本體110來說，連通內部的清潔孔181、清潔孔182、清潔孔183與清潔孔184能夠用以注入清潔用的液體/氣體，藉以清洗容器本體110的內部。在一些實施方式中，於清洗容器本體110內部時，清潔孔181、清潔孔182、清潔孔183與清潔孔184當中的二個能夠作為入口以注入清潔用的液體/氣體，另外二個則能用以作為清潔用的液體/氣體的出口。

而在本實施方式中，進一步提供與內部排氣單元150連接的排氣孔115。如此一來，當在常規使用晶圓容器100收納或運輸晶圓200時，排氣單元150將能夠常時使容器本體110內部的氣體流動，從而使過過濾單元130的濾芯136吸附污染。

當欲注入清潔用的液體/氣體清洗容器本體110內部時，過濾單元130、排氣單元150以及所有的晶圓200都從容器本體110內部移除，此時二個排氣孔115則能夠視作為二個清潔孔，以用來注入或排出清潔用的液體/氣體。

為進一步說明過濾單元130的結構，請同時參照第3圖與第4圖。第3圖根據本揭露之一實施方式示意地繪示一過濾單元130的一剖面圖。第4圖根據本揭露之一實施方式示意地繪示一過濾單元130的一底面視圖。

如第3圖所標示，在本實施方式中，過濾單元130包括第一側133與第二側134。請同時參照第1圖與第3圖。過濾單元130的第一側133面向晶圓200，並且過濾單元130的支撐殼體132提供開口，使得濾芯136從支撐殼體132向晶圓200裸露。二個通氣通道140則設計從支撐殼體132的第二側134延伸而出。

在第4圖繪示過濾單元130的第二側134上，過濾單元130可以設計為具有晶圓200的形狀。二個通氣通道140對應容器本體110底面112的設計，通氣通道140設置置在圓形過濾單元130一水平方向上的相對兩端。如此，在過濾單元130的第二側134上，能夠存在一夾持面135，以供例如機械手臂等器具做自動化的夾取。

舉例而言，當要更換過濾單元130時，能夠夾具可以設置夾持第一側133裸露的濾芯136以及第二側134的夾持面135，從而將過濾單元130取出。濾芯136是待更換的，而這樣的夾持方式能夠不損害支撐殼體132。在一些實施方式中，過濾單元130從容器本體110取出後，能夠更換支撐殼體132內的濾芯136，隨後即可將過濾單元130重新放置回容器本體110內。

通過保留適用於機器人自動抓取的夾持面135(例如通過機器手臂)或是類似的夾持空間，將有利於導入自動化設備，實現自動更換過濾單元130或過濾單元130內濾芯136的自動更換。

在一些實施方式中，過濾單元130的形狀，也可設計為其它可置入容器本體110內之形狀，並且過濾單元130的通氣通道140可避開容器本體110既有之清潔孔(如第2圖所繪示的清潔孔181、清潔孔182、清潔孔183與清潔孔184)，例如既有之清潔氣體入氣口與出氣口、導管清潔氣體入氣口。過濾單元130的通氣通道140的位置，亦可以設計容器本體110於SEMI E47.1規格標準定義下，有作用位置。例如，在SEMI E47.1規格標準定義下，容器本體110的底部設置有資訊導電墊(info pad)，則設計通氣通道140的位置避開資訊導電墊。在一些實施方式中，亦可考量容器本體110之通氣通道140位置與其他清潔孔位置的銜接整合，具體請見後續之討論。

第5圖根據本揭露之一實施方式示意地繪示一排氣單元150的一剖面圖。同時參照第3圖與第5圖可知，為了於通氣通道140之間保留夾持面135，排氣模組153與入氣模組156是設置在一水平方向的相對兩側。對於排氣單元150來說，如此一來，排氣模組153與入氣模組156之間能夠保留用以設置控制單元與電池159的空間。

在一些實施方式中，排氣單元150的控制單元與電池159中，包括偵測器。偵測器能夠用以感測容器本體110內的氣體，包括容器本體110內的氣體的成分、溼度與溫度等等，並能夠藉以控制排氣模組153與入氣模組156進行氣體流量調控。

進一步地，在一些實施方式中，排氣單元150還包括收發單元。收發單元連接偵測器以及氣體流通裝置包括排氣模組153與入氣模組156，以傳送或接收資訊。如此一來，通過收發單元，將能夠即時傳送偵測器監控到的容器本體110內部的氣體的資訊，並能根據這些氣體的資訊來遠端操控排氣模組153與入氣模組156。

如此，可於控制單元與電池159導入5G等物連網架構，達到每個晶圓容器100的狀況均被詳細管控。

在一些實施方式中，收發單元可無線傳輸控制資訊，或可於固定位置或於安排之位置依照無線傳輸控制晶圓容器100內排氣模組153與入氣模組156的動作程序與時間。例如，於機台裝載部(Load port)上或清潔臺(Purge stage)上，排氣模組153與入氣模組156會有不同之動作需求。

在一些實施方式中，通過偵測器監控的資訊與收發單元實現的遠端控制，而能夠以人工智慧或根據大數據來更智慧地管理晶圓容器100內部的清潔。

同時參照第1圖與第5圖，排氣單元150設置的支撐材料170能夠用於與通氣通道140密封。排氣單元150設置的支撐材料172則能夠用於與容器本體110的排氣孔115密封。支撐材料172可視作排氣單元150的排氣通道分別連接至排氣孔115，使排氣模組153與入氣模組156彼此分隔開來而能夠正常運作。

第6圖根據本揭露之一實施方式示意地繪示一過濾模組總成160的一剖面圖。在一些實施方式中，能夠將過濾單元130與排氣單元150直接在一起，形成過濾模組總成160。在第6圖的實施例中，支撐殼體132延伸而出的通氣通道140分別直接連接排氣模組153與入氣模組156，因此無需設置用於密封的支撐材料172。

如此一來，第6圖的過濾模組總成160仍能夠放置於容器本體110內，並佔用其中二個最鄰近的支撐架120(例如第一支撐架121與第二支撐架122)。如此，能夠將過濾模組總成160做極小化與輕化設計，更換時，即能由自動化設備將過濾模組總成160從容器本體110內直接抓取出來。

第7圖根據本揭露之另一實施方式示意地繪示一晶圓容器100’的一剖面圖。第7圖的晶圓容器100’與第1圖晶圓容器100的差異，在於排氣單元150與過濾單元130設置鄰近於容器本體110的頂面111。過濾單元130之濾芯136的裸露方向亦對應晶圓200的所在位置修改。如此一來，晶圓容器100’底面112上設置的導電墊將能夠按原訂例如SEMI E47.1標準設計。

綜上所述，本揭露提供設置有過濾單元以及排氣單元的晶圓容器。過濾單元以及排氣單元能夠直接設置於晶圓容器內部用以放置晶圓的支撐架上，並藉以對晶圓容器的容器本體做主動清潔。如此，能夠改善污染的氣體對晶圓的損害，進而避免在使用晶圓容器做晶圓的收納或運輸時，對晶圓的良率產生影響。此外，這也能夠避免對晶圓容器安排額外的清洗時程。如此，能夠控制晶圓容器的容器本體內微環境。基於晶圓的尺寸與晶圓容器的容器本體，能夠僅使用微小電力，達到降低清洗頻率，或達到於產品製造期間不須更換晶圓容器清洗之效益。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並不用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

對於本領域技術人員將顯而易見的是，在不脫離本公開的範圍或精神的情況下，可以對本揭露實施例的結構進行各種修改和變化。鑑於前述內容，本揭露旨在覆蓋各種的修改與變形，只要它們落入所附權利要求的範圍內。

100:晶圓容器