CN101326624A - 一种用于运输和存储半导体基片的密封封闭体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运输和存储半导体基片的密封的封闭体，该封闭体包括密封的容纳部和位于容纳部内的支承机构，且包括用于支承基片的托架。所述容纳部包括两个接触的半壳，所述半壳可被分开以打开容纳部，所述支承机构的每一端分别机械地固定在所述半壳中对应的一个上。所述机构的总高度依赖于容纳部的打开或关闭而变化，所述托架以相等的距离彼此隔开。所述支承机构优选地包括区段和球窝接头的交替布置结构，该交替布置结构具有分别机械地连接在所述半壳中对应的一个上的端部区段。在这种情况下，所述支承机构的总高度由于区段和球窝接头的交替布置结构的折叠运动而改变。

Description

一种用于运输和存储半导体基片的密封封闭体
技术领域
本发明涉及特别是在制造微电子元件、例如用于制造微电子机械***(MEMS)或光微电子机械***(MOEMS)的元件的各步骤过程中的基片的运输和存储的领域。本发明更具体地涉及一种用于运输和存储这种半导体基片的密封封闭体，所述基片一般具有多边形的玻璃掩模或圆形的半导体材料薄片例如硅片的形式。
背景技术
在不同的制造步骤之间，基片在包含受控的气体环境的密封封闭体中被运输和被存储，该受控的气体环境保护基片不受存在于洁净室中的气体环境的污染。通常情况下，封闭体容纳一个基片(硅片的直径为200毫米(mm)或300mm)或者堆叠的多个基片。现在，通常使用的密封封闭体容纳1到25个基片。每个基片搁置在一单独的支承部上，且基片彼此之间以最小化的间隔相分隔，以获得小尺寸的存储封闭体。
这种密封封闭体借助于气闸或机械手机构与制造设备的进/出接口相联。第一机械手将基片从运输密封封闭体运输到加载舱。加载舱被置于低压下。随后，运送舱的机械手将基片从加载舱运输到加工舱。当位于加载舱中或运输封闭体中时，在基片下方的可用空间必须足够大，以使机械手的臂首先能够在基片下方经过。随后，该臂必须能够升起得足够高，以使得基片不再停留在其支承部上，而是搁置在机械手的臂上，该臂随后可将基片移向加工舱。
可以理解，能够满足上述限制条件的密封封闭体体积很大。然而，由于制造和维护洁净室的成本，使得在洁净室中用于存储的可用空间很小。可被存储在其中的封闭体的数量、以及因此基片的数量是有限的。因此，减小这种密封封闭体的尺寸是适宜的。
专利文献US-2002/018 703描述了一种包括一加工舱的装备，所述加工舱与运送舱相连，而运送舱与加载舱相连，所述加载舱分别容纳有一用于暂时地存储半导体基片的盒。加载舱通过基片运输机构连接到一具有用于接纳基片的存储格间的搁架上。机械手将基片从存储舱运送到位于加载舱内的盒中。包含在盒中的一机构包括多个托架和用于支承托架并引导它们移位的机构。为了将基片***盒中和/或从盒中取出，支承基片的托架在支承及引导机构的作用下——该支承和引导装置将位于所选托架任一侧的堆叠的托架移开——移动离开其它托架。锁定装置将托架锁定在一位置，使得该托架与就位于其上方和下方的相邻的托架隔开。这样，该托架便可容易地到达，以通过机械手进行操纵。
另外，密封封闭体必须能使基片周围保持受控的气体环境，以免它们在运输和存储阶段受到污染。在不同的加工阶段之间，薄片可数周地保持在半导体制造单元中。在此期间，半导体基片需要被保护，以避免遭受来自洁净室及来自基片自身的任何污染。这就是制定规程以在受控的气体环境下在密封封闭体中运输和存储它们的一个原因。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于半导体基片的运输和存储的密封封闭体结构，而同时在基片周围存在空间，使得基片能够通过现有装备中通常使用的机械手机构***封闭体中或从封闭体中取出。
另外，本发明的封闭体必须能使基片周围保持受控的气体环境，以防止它们在运输和存储阶段被污染，通过简单而廉价的方式确保足够的密封。
最后，运输封闭体必须能够与普通的制造设备的加/卸载接口相联。
本发明提供了一种用于运输和存储半导体基片的密封封闭体，该封闭体包括一密封的容纳部和位于所述容纳部内的支承机构，且包含用于支承所述基片的托架，该封闭体的特征在于，所述容纳部包括两个接触的半壳，所述半壳分开以打开所述容纳部；所述支承机构的每一端分别机械地固定在所述半壳中对应的一个上。
因此，支承机构的总高度随着容纳部的打开或关闭而变化，所述托架以相等的距离相间隔。
本发明的密封封闭体具有一旦被关闭即变得紧凑的优点，因此易于存储和运输。由于其小的内部容积，控制其气体环境较为容易，特别是在污染方面。另外，减小了其重量和制造成本，且要求与装备之间的小尺寸的接口。
在一具体实施例中，支承机构包括交替布置的区段和球窝接头。更优选地，区段和球窝接头的交替布置结构在每一端具有一区段，所述端部区段中的每一个分别机械地连接到所述半壳中对应的一个上。
有利地，每隔一个球窝接头负载一托架，所述托架上搁置有一基片。在这种情况下，支承机构的总高度优选地由于交替布置的区段和球窝接头的折叠运动而改变。
组成容纳部的半壳经由一弹性衬垫结合在一起。一旦缩回，则支承机构使所述弹性衬垫压缩以密封所述容纳部。
为了使封闭体更易操作，容纳部包括至少一个手柄和/或一锁定装置。锁定装置优选地与手柄共同作用。
本发明还提供了一种将基片从如上所述的封闭体中取出的方法。所述低压封闭***于同样处于低压下的加载舱中。该方法包括以下步骤：
·通过将所述半壳分开来增大托架之间的距离；
·在相邻的两个托架之间引入机械手机构；
·提升放置在机械手机构上方的基片；
·将机器手机构和基片一起取出；以及
·通过使所述半壳相结合来减小仍然存在的托架之间的距离。
本发明还提供了一种将基片***如上所述的封闭体中的方法。所述低压封闭***于一处于低压下的加载舱中。该方法包括以下步骤：
·通过将所述半壳分开来增大托架之间的距离；
·在相邻的两个托架之间***携带有基片的机械手机构；
·将基片放置在位于机械手机构下方的托架上；
·将机械手机构取出；以及
·通过使所述半壳相结合来减小托架之间的距离。
附图说明
本发明的其它优点和特征从下面对以非限制性说明的方式给出的实施例的描述中和从附图中显见，其中：
图1为本发明的运输和存储封闭体在存储位置时的竖向剖面的局部示意图；
图2为当基片被***或被取出时图1的存储封闭体的竖向剖面的局部示意图；
图3A、3B和3C为示出基片正被从本发明的存储封闭体中取出以便运送到一加工舱中的局部剖视示意图；
图4示出本发明的一具体实施例；以及
图5为本发明的运输和存储封闭体的水平的剖视示意图。
具体实施方式
在图1中所示的本发明的实施例中可以看到，本发明的封闭体1位于其用于存储的关闭位置。图2示出，同样的封闭体1在取出或***基材薄片的操作过程中处于打开位置，同时封闭体1位于制造和加工装备中的加载/卸载舱中。相同的附图标记指示图1中相同的元件。
封闭体1包括由上半壳2a和下半壳2b组成的容纳部2。两个半壳2a和2b经由一弹性衬垫3相接触。该衬垫被压缩以密封封闭体1。半壳2a和2b的圆拱形状使得它们能够更好地承受外部气体环境的压力。封闭体1设置有操纵手柄4，该操纵手柄由各自连接到两个半壳2a和2b的两部分4a和4b组成。手柄4设置有锁定装置5，以防止任何不合时宜的打开。一旦被排空，则锁定装置5可通过位于加工装备的加载舱内的机械手打开。封闭体1可有利地设置有腿部6，以用于使其稳定在一平面上和便于其在自动操纵过程中的排列/调准。
在封闭体1中具有用于支承基材薄片8的支承机构7。如图2所示，用于支承基材薄片8的支承机构7为弹性的/可变形的，并在封闭体1打开时能够展开，以便使标准的机械手机构能够到达基材薄片8。当封闭体1关闭时，支承机构7折叠成使其高度最小。
支承机构7包括通过球窝接头7b、7c相互连接的可动部段7a。该组可动部段7a和联接它们的该组球窝接头7b、7c通过联接部段7d和7e分别联接到封闭体1的上半壳2a和下半壳2b上。当封闭体1被关闭时，该组可动部段7a和该组球窝接头7b和7c手风琴式地折叠，从而使得每隔一个球窝接头7b朝向封闭体1的中央偏置，而在它们之间的球窝接头7c向外偏置。在关闭过程中朝向封闭体1的中央移动的球窝接头7b负载有托架9。在存储位置，封闭体1关闭，且托架9以距离ds相间隔。一旦封闭体1被打开以用于加载和/或卸载基材薄片8，则托架9以比ds大得多的距离dc相间隔。
在各托架9上设置有支点10。基体基片8搁置在支点10上，且它们由止挡件11侧向地保持。支点10必须具有完全清洁且没有污染粒子的表面。在托架9的下方设置有与支点10对准的突起部12。突起部12为弹性结构，例如是弹簧类型的，或者它们由弹性材料例如硅树脂或弹性体制成。当封闭体1在存储位置关闭时，各突起部12弹性地抵靠直接就位于负载突起部的托架9下方的基材薄片8。突起部12使得基材薄片8能够被保持在固定的位置，以防止在封闭体1的移位过程中有任何损坏和防止它们在存储期间发生变形。为了使基片8能被恰当地保持，至少需要三个托架9。
图3A到3C示出了卸载基材薄片时的相继的步骤。将处于关闭位置且包含低压气体环境的封闭体1置于加载/卸载舱30中，该加载/卸载舱与半导体基片的制造或加工装备的运送舱31相连。加载舱30容纳有能使封闭体1被打开和被关闭的机械施压***32，运送舱31容纳有能使基片8被抓取或移位的操纵机械手33。施压***32包括一具有端部负载机构32b的可伸出的臂32a，所述端部负载机构用于锁定和/或开启位于封闭体1的手柄4中的锁定装置5；施压***还包括用于通过提升上半壳2a来打开封闭体1的相联机构32c。臂32a和相联机构32c通过联接在加载舱30的壁上的共有的基部32d负载。
下面说明如何利用本发明的运输和存储封闭体1***、运输、取出基片8。
为了将一个或多个基片8加载到空的封闭体1中，在洁净室中在大气压力下打开封闭体1，然后将其放入装备的加载/卸载舱30中。将加载舱30关闭且排空，从而也将打开的封闭体1排空。一旦封闭体1和加载舱30已经达到足够低的压力，则打开同样处于低压下的运送舱31。操纵机械手33具有足够的空间来将一个或多个基片移动到封闭体中。一旦基片8被放置到封闭体1中，则致动器或弹簧类型的机械施压***32向下推压运输封闭体1，从而：
·压缩位于封闭体1内的用于支承基片8的弹性支承机构7，从而使两个半壳2a和2b彼此接触，借助于衬垫3以密封的方式相接，并利用锁定装置5保持在一起；且
·通过包含突起部12和联接有定中心及保持件11的支点10的机械定位及保持***将基片8保持在封闭体1内。
封闭体1的尺寸由于施加的压力而减到最小，从而使其容易被运输到存储地点或其它相容的设备中。从而与现有技术相比显著地增加了能够存储到给定体积中的封闭体的数量。
最后，随着封闭体1被机械施压***32保持成压缩状态，加载舱30渐渐地返回到大气压力下，从而由于加载舱30中的大气压力和在封闭体1内的低压之间的压力差而具有将封闭体1保持在关闭位置的效果。此时，由于机械施压***32的作用由压力差自然地补偿，因此，可使该机械施压***不再作用。然而，为了防止可能的泄露，在加载舱30打开时，机械施压***32仍然作用，由此使得已加载的封闭体1能够找回低的内部压力。这样，封闭体1的密封由于处于低压下的封闭体1的内部和处于大气压力下的洁净室中的外部环境之间的压力差而自然地保持。存在两级保障以避免任何泄露：首先，锁定装置5使得衬垫3能够与封闭体1中的弹性支承机构7一样保持压缩；其次，由洁净室中的外部大气压力施加的应力在封闭体1的周围作用以小的机械压力。
为了卸载一个或多个基片8，当保持在低压下和在锁定装置5的压力下时，将关闭的封闭体1***到洁净室的处于大气压力下的加载舱30中，如图3A所示。逐渐地排空加载舱30，封闭体1将一点一点地卸压。只要舱30中的压力比封闭体1中的压力大，则压力就会在容纳部2上作用一反抗封闭体1打开的作用力。一旦加载舱30中的压力等于封闭体1内的压力，则手柄4开启。封闭体1打开的高度受到上述施压***32限制——该施压***作用成高(处)的接合部(图3B)。
一旦封闭体1处于打开位置，则操纵机械手33可到来并找到已能到达的基片8。如图3A中的箭头34所示，操纵机械手33的臂***在两个托架之间，所述托架相间隔成足以使之能够进行。如图3B中的箭头35所示，所述臂托起置于其上的基片。然后，载有基片的操纵机械手38沿图3C中的箭头36收回。
在图4所示的具体实施例中，封闭体1装有测量封闭体1内部压力的压力传感器40。测量通过射频(RF)信号进行传输。它用于确定封闭体1打开的确切时刻，且还可用于提供封闭体1内部环境的连续监控。信号接收器可定位在舱30的内部或定位在装备的外部。在一种变型中，***还可安装有温度传感器、湿度传感器和/或用于测量气体的一些其它性质的传感器。
图5为从上面看去封闭体1的水平剖视图。支承机构7以三角形构型布置在基片8周围，以便当封闭体1***纵时基片8能够保持就位。操纵机械手33的臂位于封闭体1的容纳部2的远离其具有锁定装置5的手柄4的一侧。一旦被压缩，则衬垫3突出到封闭体1的内部，且有助于保持基片8。

Claims (13)

1.一种用于运输和存储半导体基片的密封封闭体，该封闭体包括一密封的容纳部和位于所述容纳部中的支承机构，并包括用于支承所述基片的托架，该封闭体的特征在于，所述容纳部包括两个接触的半壳，所述半壳分开以打开所述容纳部；所述支承机构的每一端分别机械地固定在所述半壳中对应的一个上。
2.根据权利要求1所述的封闭体，其特征在于，所述支承机构的总高度随着所述容纳部打开或关闭而变化，所述托架以相等的距离相间隔。
3.根据权利要求1所述的封闭体，其特征在于，所述支承机构包括交替布置的区段和球窝接头。
4.根据权利要求3所述的封闭体，其特征在于，所述区段和球窝接头的交替布置结构在每一端具有一区段，所述端部区段中的每一个分别机械地连接在所述半壳中对应的一个上。
5.根据权利要求3所述的封闭体，其特征在于，所述支承的总高度由于交替布置的区段和球窝接头的折叠运动而改变。
6.根据权利要求3所述的封闭体，其特征在于，每隔一个球窝接头负载一托架，所述托架上搁置有一所述基片。
7.根据权利要求1所述的封闭体，其特征在于，所述半壳经由一弹性衬垫相结合。
8.根据权利要求7所述的封闭体，其特征在于，所述支承机构使所述弹性衬垫压缩以密封所述容纳部。
9.根据权利要求1所述的封闭体，其特征在于，所述容纳部包括至少一个手柄。
10.根据权利要求1所述的封闭体，其特征在于，所述容纳部包括一锁定装置。
11.根据权利要求10所述的封闭体，其特征在于，所述容纳部包括至少一个手柄，所述锁定装置与所述手柄共同作用。
12.从位于低压加载舱中的低压封闭体中取出基片的方法，所述封闭体包括一密封的容纳部和位于所述容纳部内的支承机构，且包括用于支承所述基片的托架，所述容纳部包括两个接触的半壳，所述半壳分开以打开所述容纳部，所述支承机构的每一端分别机械地固定在所述半壳中对应的一个上，该方法的特征在于包括如下步骤：
·通过将所述半壳分开来增大托架之间的距离；
·在相邻的两个托架之间引入机械手机构；
·提升放置在机械手机构上的基片；
·将机械手机构及基片一起取出；以及
·通过使所述半壳相结合来减小仍然存在的托架之间的距离。
13.将基片***位于低压加载舱中的低压封闭体中的方法，所述封闭体包括一密封的容纳部和位于所述容纳部内的支承机构，且包括用于支承所述基片的托架，所述容纳部包括两个接触的半壳，所述半壳分开以打开所述容纳部，所述支承机构的每一端分别机械地固定在所述半壳中对应的一个上，该方法的特征在于包括如下步骤：
·通过将所述半壳分开来增大托架之间的距离；
·在相邻的两个托架之间***载有基片的机械手机构；
·将基片放置在位于机械手机构下方的托架上；
·将机械手装置取出；以及
·通过使所述半壳相结合来减小托架之间的距离。
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