ВЛАГОЗАЩИЩЕННАЯ УПАКОВКА ДЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН

Настоящая полезная модель относится к упаковочным системам для полупроводниковых пластин.
Поверхность полупроводниковых пластин, и, в частности, пластин, предназначенных для использования в эпитаксиальных процессах, подвержена деградации при воздействии на нее влажной атмосферы. Это особенно верно для тех случаев, когда температура внутри упаковки пластины ниже точки росы заключенного внутри упаковки влажного воздуха или газа.
Для грузоперевозки пластины обычно помещаются в индивидуальные коробки, которые называются "шайбы". Затем несколько шайб, которые образуют штабель, собирают и упаковывают как одно целое. Пластины также могут поставляться в коробках для нескольких пластин, которые называются "лодки". Обычно, пластины, упакованные в коробки, помещаются в первый газонепроницаемый пакет. Затем в данном пакете создают вакуум, после чего он заполняется сухим азотом и запечатывается. Наконец, в качестве заключительной меры предосторожности, внутренний пакет заворачивают во второй пакет, который затем запечатывается.
Такая упаковочная система для полупроводниковых пластин, содержащая по меньшей мере одну коробку для хранения пластин, последовательно заключенную в по меньшей мере два газонепроницаемых пакета, описана в опубликованной патентной заявке US 2002/0023413 А1 (28.02.2002, В65В 11/58). Согласно одному раскрытому в этом документе решению коробка для хранения пластин заключена в пакет из полипропилена, который, в свою очередь, заключен во внешний алюминиевый пакет, защищающий полупроводниковые пластины от воздействия внешней окружающей среды. Однако в данном документе не рассматривается проблема, связанная с особенной чувствительностью германиевых пластин к конденсации на них влаги, и, соответственно, не раскрываются средства, позволяющие с большей надежностью исключить попадание влаги на пластины при их хранении.
Подробный анализ показал, что влага по-прежнему может проникать в подобные плотно запечатанные упаковки и попадать на пластины. Действительно, несмотря на применение специально разработанных полимерных пакетов, водяной пар из внешней атмосферы постепенно проникает сквозь пакеты. Это происходит даже при использовании так называемых влагонепроницаемых пакетов, которые обычно содержат алюминиевую фольгу, заламинированную на полимерном листе.
Хотя первоначальное количество влаги в упаковках может быть минимальным, влага будет продолжать накапливаться внутри упаковки при транспортировке и хранении, особенно в жарком и влажном климате. Последующее охлаждение упаковки может привести к конденсации микроскопических водяных капель на поверхности пластины. Это может происходить при хранении в прохладных местах, таких как помещения с кондиционированием воздуха.
Известно, что германиевые пластины особенно чувствительны к конденсации. Причина заключается в том, что исходный оксид германия способен растворяться в воде. Таким образом, при конденсации капель на пластине, они воздействуют на определенную часть поверхности, в результате чего пластина становится непригодной для последующей эпитаксии. Это является довольно неожиданным, так как здравый смысл изначально исключает возможность проникновения влаги в плотно запечатанные упаковки.
Особенностью данного феномена является то, что он не встречается в аналогичной и хорошо изученной области кремниевых пластин. Конденсация микроскопических водяных капель на поверхности кремниевых пластин непременно происходит при упаковке пластин обычным способом. Тем не менее, взаимодействие кремниевой поверхности с каплями, а также продукты реакции, которые остаются на поверхности пластины после испарения капель, кардинально отличаются и являются относительно безвредными, так как исходный оксид кремния не способен растворяться в воде.
Во избежание данных проблем была разработана упаковочная система для полупроводниковых пластин, содержащая по меньшей мере одну коробку для хранения пластин, последовательно заключенную в по меньшей мере два газонепроницаемых пакета, при этом в пространстве между любыми двумя пакетами размещается влагопоглощающее вещество.
В предпочтительном варианте осуществления, указанная по меньшей мере одна коробка для хранения пластин последовательно заключена в три пакета: внутренний пакет, средний пакет и внешний пакет, при этом влагопоглощающее вещество помещено между средним и внешним пакетами.
Упаковочная система особенно подходит для германиевых пластин. Указанная по меньшей мере одна коробка для хранения пластин может содержать одну или несколько "шайб" с отдельными пластинами или одну или несколько "лодок" с несколькими пластинами.
Влагопоглощающее вещество может быть силикагелем, который преимущественно содержится во влагопроницаемом контейнере, таком как бумажный пакет, для предотвращения рассеивания продукта по внутреннему пространству между двумя пакетами.
Упаковочная система может содержать по меньшей мере один влагонепроницаемый пакет. В варианте осуществления, содержащем три пакета, листовой материал внутреннего пакета может состоять из металлизированного полимера, листовой материал среднего пакета может состоять из полимера, и листовой материал внешнего пакета может состоять из металлизированного полимера.
Во внутреннем пакете, который содержит указанную по меньшей мере одну коробку для хранения пластин, и который образует замкнутое пространство, может находиться либо вакуум, созданный вакуумной откачкой, либо сухой инертный газ. Подобным образом, внутреннее пространство между соседними пакетами также может содержать либо вакуум, созданный вакуумной откачкой, либо сухой инертный газ.
2
Под влагонепроницаемым пакетом подразумевается пакет, изготовленный из материала с максимальной скоростью передачи водяных паров (WVTR), 0.02 грамма за 24 часа на 100 дюймов, как указано и измерено согласно стандарту ASTM F-1249. Подобный материал обычно содержит один или несколько полимерных листов, ламинированных друг с другом (например, полиэтилен, полиэстер, нейлон, полиэтилентерефталат), и, необязательно, металлизирован (например, алюминием).
2
Под сухим инертным газом подразумевается любой газ, не содержащий в воду и не вступающий в реакции, такой как сухой воздух, N, Не или Ar.
Функция внутреннего пакета заключается в защите пластин от влаги после удаления внешних слоев упаковки. Данное действие обычно выполняется непосредственно перед помещением данного внутреннего пакета с находящейся в нем пластиной в чистое помещение.
Функция необязательного среднего пакета заключается в защите внутреннего пакета от какого-либо загрязнения влагопоглощающим материалом. Предпочтительно избегать прилипания порошкообразного осадка влагопоглощающего материала к внешней поверхности внутреннего пакета, так как данный пакет предназначен для чистого помещения.
Внешний пакет защищает влагопоглощающий материал от воздействия внешней среды. Предполагается, что влага, проникшая в упаковку через внешний пакет, будет удерживаться влагопоглощающим материалом, благодаря чему предотвращается ее дальнейшее распространение через другой пакет (другие пакеты) по направлению к пластине.
2
В предпочтительном варианте осуществления, внутренний пакет заполнен N, средний пакет заполнен сухим воздухом, и внешний пакет содержит вакуум, созданный вакуумной откачкой. Вакуумное уплотнение внешнего пакета позволяет осуществить заключительную проверку целостности упаковки, так как любое нарушение целостности немедленно проявится в виде исчезновения вакуума.
Фигура 1 является схематическим изображением типичной упаковки пластины согласно полезной модели. Изображен вариант осуществления, содержащий три пакета. На фигуре изображены: сборка шайб (1), содержащих полупроводниковые пластины (2), расположенные во внутреннем пакете, (4) и формирующих замкнутое пространство (3); средний пакет, (6) окружающий внутренний пакет и формирующий внутреннее пространство (5) между внутренним и средним пакетами; внешний пакет (8), окружающий средний пакет и формирующий внутреннее пространство (7) между средним и внешним пакетами; контейнер (9) с влагопоглощающим материалом, расположенный в пространстве между средним и внешним пакетами.
Следующий пример изображает подготовку упаковки пластины согласно варианту осуществления полезной модели, который содержит три пакета.

Германиевые пластины, предназначенные для использования в эпитаксиальных процессах, помещаются в полиэтиленовые дисковидные транспортные контейнеры для пластин (шайбы), предоставленные компанией еРАК. Шайбы собираются в штабель из 12 штук.
2
Внутренний пакет состоит из полиэтилена, ламинированного с алюминиевой фольгой, при этом общая толщина пакета равна 90 мкм. Штабель пластин помещается в пакет, после чего из него откачивается воздух для создания вакуума, который заполняется сухим N и запечатывается.
2
Средний пакет является прозрачным полиэтиленовым пакетом толщиной 90 мкм. Внутренний пакет помещается в средний пакет, после чего из него откачивается воздух для создания вакуума, который заполняется сухим N и запечатывается.
2
Внешний пакет также состоит из полиэтилена, ламинированного с алюминиевой фольгой, при этом общая толщина пакета равна 100 мкм. Средний пакет помещается во внешний пакет, вместе с капсулой, содержащей силикагель, после чего из него откачивается воздух для создания вакуума, который заполняется сухим N и запечатывается.
Все пакеты предоставляются такими компаниями, как, например, Texas Technologies, Inc.

Контейнер с силикагелем содержит 5 грамм активированного 98%-ного силикагеля, заключенного в бумажный пакет Tyvek™, который предоставляется компанией еРАК.
Для испытания упаковки в типичных условиях, окончательная упаковка хранилась в течение 24 часов на воздухе с относительной влажностью 60% при температуре 25°С. Измеренная относительная влажность во внутреннем пакете составила лишь 5%. Это соответствует точке росы, равной -20°С, что гарантирует отсутствие конденсации на пластинах.
В качестве сравнительного примера была подготовлена такая же упаковка, как описывалось выше, но без влагопоглощающего материала. Упаковка подвергалась воздействию таких же условий окружающей среды. Измеренная относительная влажность внутри упаковки пластины составила 50%. Это соответствует точке росы, равной 14°С, что подразумевает высокий риск конденсации на поверхности пластины.