CN1071259C - 侧面有门的300毫米微环境舱 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种用于形成微环境的容器。该容器包括壳体10、门90和多个具有独特设计的支承60，该支承用于按互相平行，相互隔开一定距离的方式牢固地夹持物品(例如硅晶片80)。支承可以取下。设有电气通路使支承接地。还设置有运动连接结构44-46，以便将容器放置表面上，使，例如，门能与晶片处理工具的口适当地对准。

Description

侧面有门的300毫米微环境舱

发明背景

Ⅰ发明领域

一般来说，本发明涉及物品包装。更具体地说，本发明涉及专门设计用来使制造电子半导体元件和线路用的材料与污染隔离的包装。这种包括特别适合于基片、晶片、存储器盘、光掩膜、平板显示器、液晶显示器等。

Ⅱ先前技术的说明

几个世纪以来，人们使用各种容器来将物品从一个地方运输至另一个地方。例如，这种容器可用来提供一种在空间中限制物品，以便进行有效存储的方法。这种容器也提供搬运物品的一种容易方法。包装和容器提供的另一个重要的作用是保护。

用于制造半导体线路，存储器硬盘、光掩膜、液晶显示器和平板显示器的基片是非常敏感的。必需采取有效措施来保护这些物品，免遭湿气、粒子、静电等损坏。还必需采取措施来保护物品免遭包装内的振动和冲击造成的损坏。同样，必需采取措施来防止放气和产生粒子。假如存储在包装中的物品与包装内的不同表面刮擦，摩擦或冲击，将会产生粒子。

这些问题综合起来使得设计一个适当的包装十分困难。这些问题只与使用这些包装的环境有联系。

用于存储和运输晶片、存储器盘、光掩膜、液晶显示器板和平板显示器的适当包装是非常昂贵的。因此，非常希望这类包装可以重新使用，并且结构耐用。另外，这种包装必须能够容易和彻底地清洁。最后，当包装用于制造半导体时，则它必需能适合于使用机器人搬运和自动制造设备。

Empak公司过去生产了许多可用于处理和运输这类物品的相应的包装。美国专利5,273,159和美国专利5,423,422表示了这类包装的一些例子。虽然，已经证明，这种包装设计对于较小的物品是非常有效的，但是，由于许多原因，该设计不适用于存储和运输外部尺寸在300毫米或更大范围内的物品。

发明梗概

用于晶片、光掩膜、存储器盘、液晶显示器板和平板显示器的相应的容器必需满足几个重要的设计规范。它们的重量必需轻，使手工和机器人搬运工作容易进行。容器的内部容积应减至最小，以减小存储空间要求和增加存储密度。容器高度应减至最小，以便改善容器的堆积。在运输和存储过程中，包围物品的聚合物表面积应减至最小，以减小无机和有机的污染，以及聚合物放气的不利影响。

根据本发明制造的容器满足上述的设计规范。这种容器还有几个其他的独特优点。首先，通过将容器围绕物品中心线放置，可将公差的累积减至最小，从而可增加存储在这种容器中的物品的位置精度。这样就增强了使用机器人设备***物品和从容器中取出物品的有效性。第二，该容器可减少由静电产生的损坏的危险性。在一个优选实施例中，这点是这样来达到的：即从消耗静电的内部物体支承至容器的外部运动连接平板，设置一条接地的导电通道。该运动连接平板是用于将容器放置在不同的设备上的。第三，本发明的容器设计成可以在拆开或不拆开的状态下进行湿清洁。第四，由于本发明的容器可以为不需要单独托架的整体设计，因此，容器可以保持与特定一批物品相联系。这可使工厂的工人能更好地跟踪一批物品，因此，可以减小出现处理错误的机会。第五，由于不需要单独的盒子，该整体设计在极大地减小库存需要的包装零件数量和这些零件所占据的空间。第六，整体设计不需要精确地将可取出的盒子放在容器中，并将其锁紧。最后，整体设计可以利用较少和较小的零件来制造，因此可降低制造成本。

因此，本发明的一个目的是要提供一种隔离的容器，它可以保护容器内的物品，不受粒子或湿气污染。

本发明的另一个目的是要提供一种容器，它可保护存储在其中的物品，不受由于冲击和振动造成的损坏，和不受由于物品刮擦、摩擦或冲击容器的不同表面引起的损坏。

本发明还有一个目的是要提供一种可以重新使用和容易清洁的容器。

本发明再有一个目的是要提供这样一种容器，它的内部结构不易磨损，或不易产生粒子，而这些粒子往往会污染包装的内容物。

本发明还有一个目的是要提供这样一种容器，当它与自动处理或搬运设备一起使用时是非常有效的。

本发明再有一个目的是提供一种容易被人搬运、操纵和运输的结构。

这些和其他一些目的是通过提供一种容器达到的，该容器具有一个壳体，壳体上有开口，用于***和取出物品；一个可以有效密封该开口的门；在壳体内的许多物品保持结构，它们能牢固地夹持物品，并使物品相互之间隔开一定距离；一个运动连接平板，它可帮助容器与用来在工厂中处理物品的设备的口对准；和按人机工程学原理设计的手柄，这些手柄可以有效地用于手动或通过机器人装置操纵。为了减小容器内部由粒子造成的污染，物品支承由耐高温的导电材料制成。特别支承还与容器的外部接地(将在下面详细说明)。整个容器的结构是要使对物品提供的支承和保护达到最大，最容易搬运和在可能范围内，最大限度地减小容器的高度和重量。

通过下面结合附图对优选实施例的说明，可以更好地理解本发明。尽管说明和附图是专门针对硅晶片的微环境舱的，但所述发明也适用于其他应用场合。例如光掩膜、存储器硬盘，液晶显示器板，平板显示器等的存储和运输。

附图的简要说明

图1为根据本发明制造的容器壳体的透视图；

图2为容器壳体的顶视图；

图3为通过图2的A-A线所取的容器横截面；

图4为通过图2的B-B线所取的容器横截面；

图5为包括本发明的容器的侧视图；

图6为通过图5的C-C线的容器的横截面；

图7为从门对面一侧看的容器视图；

图8为运动连接平板的图；

图9为通过图8的D-D线的运动连接平板的横截面；

图10为通过图8的E-E线的运动连接平板的横截面；

图11为通过图8的F-F线的运动连接平板的横截面；

图12为设计中所采用的人机工程学手柄中的一个手柄的透视图；

图13为手柄的末端视图；

图14为通过图13的G-G线的手柄的横截面；

图15为相对于容器壳体处在关闭位置的容器的门的平面图；

图16为缓冲垫的透视图，它可固定在门的内表面上，以便在存储和运输过程中，协助将存放在容器中的物品支承和保持在适当位置；和

图17为表示两个相对的隔板和晶片的横截面。

最佳实施例的说明

如图1所示，本发明的容器有外壳10。外壳10有六个侧面12,14,16,18,20和22。

侧面12包括门框6，门框6又具有二个相对的未端部分7和二个侧面部分8。外壳10的侧面14和16一般为由从门框6的相对末端部分7延伸出来的直壁构成。壁18在壁14和16之间延伸，其形状为部分圆柱体。壁18的曲率半径一般与存放在容器中的晶片的曲率半径相同。顶面20和底面22合起来，构成一个完整的容器。壁面20和22一般具有平的表面24和从该平表面24向外突出的加强件26。加强件26可防止容器，特别是壁面20和22翘曲。加强件26有四个腿部28,30,32和34。在两个腿部30之间，横过壁面18有横向支撑31伸出。同样，横向支撑33在二个腿部32之间延伸。假如将容器的壁面18朝下放置，则横向支撑31和33可用于在平表面上支承该外壳10。

图1上还表示了运动连接平板40。图1-5和图8-11更详细地表示了该运动连接平板的结构。该平板利用许多安装支柱42(见图5)固定在壁面20上。在运动连接平板40中作有三个单独的连接槽44,45和46。这些槽设计成与处理设备(没有示出)上的支柱匹配，使出入开口8与处理设备上的口对准。如图10最清楚地表示那样，槽44,45和46为Y-形的，它包括较窄，较深的中心通孔47和较宽，不太深的上部通道48。上通道48用于与处理设备的对准支柱配合，并引导它进入中心通道47中，得到适当的对准。当处理设备(没有示出)上的三个对准支柱与槽44,45和46的中心通道47配合时，可得到适当的对准。

运动连接平板40由导电材料制成。平板设计成包括二个螺钉安装件49。如下面将要说明的那样，每一个件49可以容纳一个螺钉，该螺钉用于使运动连接平板40与放在容器内部的晶片支承60电气上连接。这个电气连接形成一条通道，通过这条通道，晶片支承可以接地，消耗掉晶片或晶片支承上的电荷，因此可防止静电造成的对晶片的损坏。

图1还表示了一对手柄50。这些手柄放在容器的重心处。手柄是根据人机工程学原理设计的，因此，人手可从不同的角度很容易握住手柄。手柄50的设计还使得手柄能有效地被机器人搬运设备握持。

更具体地说，每一个手柄包括一个支承柱51，它将手柄50和壳体10连接在一起，另外还包括一个对较宽的握持件52。握持件52的外形使它可被人手舒服地抓住。在握持件52的末端有一个凹下的槽。槽53一般为直的，并包括一个缺口54。设置槽53和缺口54是为了使机器人手臂的握持件能与之啮合。这样，容器设计使它能容易，有效和安全地被人或机器人搬运。

图3,4和6表示图1中看不见的壳体10的一些内部结构。例如，图3和4表示晶片支承60和62，它们互相配合可以夹持13个以下的晶片80。一般，12块晶片80为成品晶片，而一块晶片是试验晶片。晶片支承60和62都是用耐高温的导电材料制成的。如图所示，每一个晶片支承60和62都有14个晶片隔板65。在每一对隔板65之间，作出一个晶片边缘安放槽66。晶片支承60上的槽与晶片支承62上的槽配合，可以按互相平行，彼此隔开一定距离的方式夹持晶片80，如图3和4所示。技术经验丰富的人们知道，可以将晶片支承60和62改造，以夹持更多(例如25块)晶片，或更少晶片(例如7块)，而不会偏离本发明。同样，晶片支承60和62的尺寸可以支承不是晶片的东西，或支承不同尺寸的晶片。

在图示的最佳实施例中，每一个槽66专门作成可以支承300毫米的晶片。每一个槽的基底侧在圆周方向(例如，晶片80的圆周方向)和横向方向(例如，横跨晶片80的厚度方向)都作成曲线形。每一个槽66的基底侧在圆周方向和横向方向的曲率，与300毫米的晶片80的外侧边缘的曲率半径大致相同。沿着圆周方向的曲率半径相同可被槽的基底侧与晶片80的边缘沿着圆弧接触，而不只是在一个点接触。

将晶片隔板65做成一定形状(如图17所示)有许多明显的优点。晶片隔板具有连续变化的斜率，这样重力有助于使晶片80在其载体的中部定心。当使用这种型式的晶片隔板65时，晶片总是安放在具有确定斜率的晶片隔板部分上，因此可保证边缘接触。另外，如果由于每种原因，要从死顶尖中取出晶片时，晶片的一个边缘上升比另一边缘的下降要快得多。这样，对于晶片呈水平运输的载体，重力可用来帮助晶片与支承定心。一旦定好中心以后，晶片的垂直位置就精确的确定了。因为载体是从一个位置运动至下一位置的，微小的振动可能有助于晶片在载体中的定心，因此，可改善晶片的水平位置精度及垂直位置精度。

图17所示的晶片支承设计的附带的好处是，对于给定的支承强度，可得到最低的大横截面。当晶片***载体和从载体中取出时，隔板65是晶片80运动的阻碍区域。薄的隔板较好，因为晶片80碰撞隔板和产生粒子的机会较小。另一方面，为了支承晶片80和避免在容器寿命期间由晶片偏转，隔板65必需有足够的厚度。鉴于这些矛盾的要求，隔板设计成具有连续变化的角度，如图17所示。

在最佳实施例中，设有二个螺钉64。其中一个螺钉64用于在晶片支承60和导电的运动连接平板40之间形成导电通路。另一螺钉64用于在晶片支承62和运动连接平板40之间形成导电通路。这个结构的优点是，晶片支承60和62可以通过螺钉64和运动连接平板40接地，因此，晶片支承60和62不带电荷。壳体10的壁没有接地，并带有少量的负电荷，这会使容器中的粒子迁移，并附着在容器壁面上，这些粒子不会对晶片造成伤害。由于螺钉64不使外壳10接地，因此希望在螺钉64通过的壳体10的孔中，衬以一层绝缘材料。

为了关闭壳体10的出入开口8，设有门90。门90的形状和尺寸作成可装在门框6内。当安装到位时，门与门框6接合，使容器密封。同样，门框6的外部边缘也可用来在门框6和处理半导体晶片80的工具的口之间，形成围绕出入开口8的密封。假如在门90打开之前，形成这样一种密封，则可减少污染的危险。当形成这种密封时，可以安全地打开门90，这样，可以将晶片80，通过该口从壳体10中取出，和将晶片放八处理工具中，而不会有太大的污染危险。一般，为了将该门保持在关闭位置，设有许多锁闩(没有示出)。另外，为了保证门90与门框6完全密封，在门90和门框6之间放有挠性的密封垫或密封圈。

门90可设有晶片缓冲垫92。如图16所示，缓冲垫92有二个刚性的轨道93和94和多个可变形的横向件95。图16中表示了13个可变形的横向件95。每一个横向件有两个隔板96。每一个隔板96与在刚性轨道93上的隔板97，和与在刚性轨道94上的隔板98在一直线上。这样，当把门90关闭时，晶片80与隔板96,97和98形成扣槽接合。横向件95将产生变形，直至晶片80的边缘也与刚性轨道93和94接合为止。即使在运输过程中，晶片80受到突然振动，由于有可变形的横向件95，缓冲垫92与支承的接触不会丧失。

门90上包括这样一个晶片缓冲垫92形成晶片80的三个支承区域，因此可减小运输过程中晶片80的运动和振动。在三个区域支承晶片80可以减小由于对容器内部表面的刮擦、摩擦或冲击造成的晶片损坏，也可以限制由这种刮擦，摩擦或冲击引起的粒子产生。最后，在该门的外面还可以设置门90与另一表面运动连接的装置。这可以是与表面上的突出部分相配合的运动连接平板40中所示的那种一系列三个槽(没有示出)，或是与表面上的槽相配合的门90上的三个突出部分。

虽然，本发明是针对最佳选实施例进行说明和表示的，但本发明也可用于液晶显示器、平板显示器、光掩膜、存储器硬盘、基片等的运输和存储。另外，本发明的各种零件可以作成是可取下和可更换的，以延长容器的使用寿命。这对于晶片支承60和62以及晶片缓冲垫92也是正确的，这些支承和缓冲垫可以取下，并用更加适合于要装在容器中的其他物品的支承或缓冲垫代替。因此，应当理解，这里所作的说明和例示不是限制性的。

Claims (13)

1．一种用于能保护存储在其中的物品不受损坏的微环境的容器，所述容器包括：

(a)壳体，壳体上有开口，用于将物品***和从所述壳体中取出，所述壳体由本来带有少量负电荷的材料制成；

(b)二个支承，它们互相配合，以相互平行和彼此隔开一定距离的位置支承着存储在容器中的多个物品；

(c)一个门，用于密封所述壳体的所述开口，防止存储在所述壳体中的物品受到污染；和

(d)一个用于形成电气通路的装置，上述支承通过该装置接地，因此，可将壳体内部的粒子从所述物品和支承上吸走，吸向所述容器的壳体。

2．如权利要求1所述的容器，其特征为，存储在容器中的所述物品为半导体晶片。

3．如权利要求1所述的容器，它还包括二个手柄，它们位于容器重心的相对两侧。

4．如权利要求3所述的容器，其特征为，每一个所述手柄具有一个槽，槽又包括一个对准缺口，因此手柄可以容易地被机器人牢靠地握持。

5．如权利要求1所述的容器，它还包括一个运动连接平板，它用许多支柱固定在所述壳体的外部，所述运动连接平板有三个对准槽，每一个所述对准槽的横截面一般为Y-形。

6．如权利要求5所述的容器，其特征为，所述运动连接平板的所述对准槽用于使容器的门与用来处理半导体晶片的工具的口对准，使得在打开容器门，将晶片从壳体通过该口取出和***工具进行处理之前，围绕该壳体的开口和工具的口形成密封。

7．如权利要求1所述的容器，它还包括一个运动连接平板，它固定在壳体的外部，所述运动连接平板由导电材料制成。

8．如权利要求7所述的容器，其特征为，所述形成电气通路，使支承通过该通路接地的装置包括在每一个所述支承和所述运动连接平板之间的导电连接。

9．如权利要求1所述的容器，其特征为，所述门包括一个在其外表面上，将所述门与另一表面连接的装置。

10．如权利要求1所述的容器，其特征为，每一个所述的支承可松开地固定在壳体上，因此这种支承可以取下进行清洁或更换。

11．如权利要求2所述的容器，其特征为，所述支承有许多槽，每一个所述槽的基底侧在圆周方向上为曲线形。

12．如权利要求11所述的容器，其特征为，所述槽的基底侧，在圆周方向的曲率半径一般与所述晶片在圆周方向的曲率半径相同。

13．如权利要求2所述的容器，其特征为，所述二个支承中的每一个支承包括许多晶片隔板，每一个所述晶片隔板具有连续变化的斜率，以协助支承所述半导体晶片中的一块晶片。

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