CN100560443C - 具有流体密封流路的基板容器 - Google Patents

Abstract

一种基板容器，包括外罩和形成于外罩上并通过外罩向基板容器内提供流体通路的出入口结构。该出入口结构包括开口和内表面。护孔环位于出入口结构的内表面。

Description

具有流体密封流路的基板容器

本申请要求申请号为60/563,528，申请日为2004年4月18日，名称为“具有弹性滤器/阀套筒的晶片容器”的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明涉及基板容器。更具体地说，本发明涉及包括流体流路的基板容器。

背景技术

总体上，承载器用于在盘片或晶片加工之前、之中或之后，运输和/或储存批量硅晶片或磁盘。晶片可以加工成集成电路，盘片可以加工成用于计算机的磁性存储盘。这里，术语“晶片”、“盘片”或“基板”可以相互替换使用，除非另外指出，其中任一术语都可以指半导体晶片、磁盘、平面基板以及其它此类基板。

将晶片盘加工成集成电路板时通常包含多个步骤，在其中盘片在不同加工地点加工，并且在加工步骤之间储存和运输。由于盘片的脆弱特性和它们易被颗粒或化学品玷污的性质，在此过程中对其进行适当的保护十分重要。晶片容器即被用于提供这种必要的保护。此外，由于盘片的加工总体上是自动化的，所以需要将盘片相对于用于自动移动和插入晶片的加工设备准确定位。晶片容器的第二个目的是在运输过程中牢固地固定晶片盘。术语“晶片容器”、“承载器”、“盒子”、“运输/储存箱”及其类似者，除非另外指出，在这里可以相互替换使用。

在半导体晶片或磁盘的加工过程中，微粒的存在或产生会带来十分显著的玷污问题。玷污是公认的造成半导体工业收率损失的最大独立原因。随着集成电路的尺寸持续缩小，可以玷污集成电路的颗粒的尺寸也变得更小，这使得让污染物最小化更加紧迫。颗粒形式的污染物可以由磨损产生，例如承载器与晶片或盘片、与承载器盖或外罩、与储存架、与其它承载器或与加工设备之间的摩擦或刮擦。此外，微粒例如灰尘会通过盖子和/或外罩上的开口或接缝进入外罩。因此，晶片承载器的一个重要功能就是保护其中的晶片远离这种污染物。

容器通常设置成把晶片或盘片轴向排列在凹槽中，在凹槽中支承晶片或盘片，并且通过其外周边缘或外周边缘附近支承晶片或磁盘。晶片或盘片可以径向从容器中向上或向后常规地移动。容器可以具有一个有底部开口的壳体，一个锁扣到底部开口上的门，以及一个装在门上的间断承载器。专利号为4,995,430和4,815,912的美国专利公开了这种公知的SMIF晶片盒结构，这两个专利都为本申请的申请人所拥有，皆被引用于此作为参考。此外，晶片承载器组件可以具有前方开口，其具有可锁扣到前方开口上的门，这已被作为FOUPs或FOSBs所公知，并在例如专利号为6,354,601、5,788,082和6,010,008的美国专利中进行了说明，将其全部引用于此作为参考。在某些结构中，底部的盖子或门、前部的门或容器部分具有开口或通路，便于将气体，例如氮气或其它纯净气体，导入和/或排出晶片承载器组件，以置换可能会含有污染物的周围空气。

公知容器利用滤塞减少清洗过程中进入容器组件的具体污染物的数量。然而，操作元件，即滤器和密封件壳体之间传统的安装和密封通过刚性塑料壳体或O形环的方式完成。所属技术领域公知的晶片容器也利用各种连接或联结机制将晶片容器的流路流体接通到流体补给件和压力或真空源。这种安装和密封需要结构复杂的特殊构件。

发明内容

根据本发明的一个方面的改良晶片容器包括具有开放侧面或底部的外罩部分，用于密闭开放侧面或开放底部并形成外罩或容器的门，以及容纳在容器内部的多个晶片支承架。门与外罩部分联结以形成连续外罩，其将晶片承载器或其它基板与周围环境空气隔离。该容器具有至少一个出入口结构，形成外罩的流入和流出流动导管。一个密封护孔环位于出入口结构内与其紧密接合。密封护孔环的外表面与流动导管的内表面形成总体上紧密的密封。在一实施例中，护孔环形成一个流路，例如圆柱形孔腔。在一相关实施例中，护孔环包括一个便于将晶片容器内部体积与用于流体或真空源的管口或水龙头紧密地联结的接触面。护孔环的内部密封表面可以形成流路。

可选择地，通过护孔环的流路包括至少一个实质上或全部容纳在其中的操作元件。该操作元件可以是将晶片容器的内部体积联结或界面连接到外部的任何构件、子组件或设备。操作元件的实例包括阀、滤器、传感器、塞子或其结合。操作元件与内密封表面紧密接合。

根据一实施例，操作时，护孔环与出入口结构维持密封，防止不期望的化学品或微粒进入晶片容器组件的内部。因此，任何晶片容器内部和外部之间的流体流动被限制穿过由护孔环形成的通路。流体流动的类型包括将清洗气体，例如氮气导入晶片承载器组件的内部。

流体流动还可以被操作元件所限制。例如，在操作元件为微粒滤器时，气体通过通路时也必须通过滤器。另一示例性的情况中，操作元件为止回阀，流体流动通过通路时还被限制在一个特定的方向上流动。在一实施例中，通过护孔环的流路包括滤器和止回阀。在该实施例中，同时执行过滤和分配流动方向的功能。在另一示例性实施例中，操作元件为可移动的塞子，在该情况下，当插入塞子时不允许流体流经通路。

在另一示例性实施例中，操作元件包括传感器。可用的传感器类型包括温度传感器、流速传感器、压力传感器、气体浓度传感器、材料检测器以及近程传感器。在这些以及其它用作操作元件的传感器中，有些(例如流量传感器)可以允许流通，而其它的(例如压力传感器)还起到塞子的作用。

制造时，使用统一尺寸的出入口结构、密封护孔环以及操作元件可以实现模块化。因此，对于一条多种晶片容器的生产线来说，其中每个晶片容器具有专用操作元件，晶片容器组件的壳体会具有有限数量的统一外罩构件，其出入口结构位于整个通用外罩的多个点上。每个出入口结构可以具有密封护孔环，其中某些为封堵型(无通路)，而其它出入口结构可以有具有各种一体式操作元件的密封护孔环。密封护孔环可以预装各种操作元件并作为操作套筒子组件安装。

本发明较佳实施例的一个优点和特征是护孔环的结构提供了一种总体上为圆柱形结构的弹性元件，其具有从中穿过延伸的孔腔，孔腔自身具有圆柱形结构。孔腔具有足够的长度，以全部或实质上容纳插入到其中的操作件的整个长度。护孔环最好具有至少一个与护孔环轴垂直的平坦表面。这样的表面可以用来对作为清洗系统一部分的水龙头或管口有效提供座面。体积上，护孔环最好大于容纳在其中的操作件。护孔环最好具有一个在轴平面上的横截面，在其上，护孔环的横截面大于穿过其并轴向延伸的开口的横截面。护孔环最好具有大于穿过护孔环轴向延伸的开口或孔腔的直径的长度。但是，相对于总体上具有圆形横截面的O形环，这里的护孔环具有非圆形横截面以及圆柱形内表面、圆柱形外表面及平坦的末端表面。

附图说明

图1A为包含晶片承载器、底部盖子和外罩部分的晶片容器组件的分解透视图。

图1B为另一实施例的包含晶片承载器、侧部盖子和外罩部分的晶片容器组件的分解透视图。

图2为一底部盖子的实例的仰视图，表示位于底部盖子底面上的结构。

图3为根据本发明的一实施例的护孔环实例和操作元件实例的示意图。

图4为用于晶片容器组件的包括密封护孔环和操作件的盖子或门的一实例的分解透视图。

图5A-5B表示操作子组件实例的架构，每个操作子组件配有一个护孔环和至少一个操作元件。

图5C表示将操作子组件装配到流动导管的实例。

图6A和6B为根据本发明一实施例的气体清洗装置的剖面图。

具体实施方式

图1A表示一种晶片容器组件100的实例，其包括晶片架102、底部104及外罩部分106。底部104与外罩部分106形成密封联结，形成一个可以将晶片承载器102与周围空气108隔离的内部空间。如图1所示，晶片承载器102可以包含多个可将多个硅晶片支持并定位到晶片承载器102内的元件110。总体上，元件110支持并定位硅晶片，使得相邻晶片间的接触最小化，这样可以减少硅晶片加工和/或运输过程中对晶片的损伤。

图1B表示另一种公知为FOUP或FOSB的晶片容器组件103的结构，其包含开放前部104，前门105及外罩部分107。晶片W通过开放前部水平移动。内部侧面形成的凹槽支持晶片。具有密封件的前门105与外罩部分107密封接合，形成一个与周围空气隔绝的内部空间。晶片承载器的结构在例如巴特(Bhatt)等人申请的专利号为6,428,729、名称为“复合基板承载器”的美国专利中说明，将其引用于此作为参考。此外，具有前方开口的晶片承载器组件，其装有可锁扣到前方开口上的门，已被作为FOUPs或FOSBs所公知，并在本申请的申请人所持有的专利号为6,354,601、5,788,082和6,010,008的美国专利中进行了说明，将其全部引用于此作为参考。用于护孔环124、125的接收结构109可以处于外罩部分底部的壁上。

参照图2，为晶片容器的部分120的实例。在一类实施例中，部分120为侧盖、底盖或晶片容器的门。在另一类实施例中，部分120为不能移动、不能打开的壁板部分。所示部分120包含开口122、123形式的出入口结构、位于开口122、123中的护孔环124、125以及多个状态开口126。总体上，多个状态开口126可以位于盖子部分120的所需位置上，提供用于传感器，例如探针或其它监测元件的结构，以与晶片容器界面连接。例如，传感器和具体的状态开口126的界面可以提供有关晶片加工步骤及其类似的状态信息。

在一示例性实施例中，开口122便于流体转移到部分120中，这便于将气体或其它流体导入晶片容器的内部。类似地，开口123可使流体通过部分120转移到晶片容器外，这样位于晶片容器内部的气体或流体就可以排放到周围空气中。因此，在本实施例中，开口122为入口，而开口123为出口。虽然图2表示部分120包含两个开口122、123的实施例，然而具有四个、五个、六个或更多个位于部分120上的出入口结构的实施例也是可以预见的，并且也处于本发明的范围内。

如图2所示，护孔环124位于开口122内密封开口122，护孔环125位于开口123内密封开口123。如下所述，护孔环124、125各自对其对应的开口122、123的内部形成密封，并提供至少一个穿过护孔环的孔腔或通路。在一实施例中，护孔环124、125的主体各自具有一个对应于开口122、123内部特征的横截面形状，并做成大小可以密封并实质上堵塞与其对应的开口152、153。所属技术领域的技术人员可以认识到，开口122、123横截面的形状和大小可以由所需气流的大小以及具体晶片容器组件的操作压力所支配。在一相关的实施例中(图中未表示)，护孔环124包括两个明显的通路。

图3表示护孔环124、125的一示例性实施例。根据本实施例的护孔环124、125具有总体上呈圆柱形的主体128。在一类实施例中，主体128由橡胶、硅胶或其它具有所需密封特性的弹性体或聚合物组成。可选择地，主体128包括密封件130，其以环形凸起形式环绕在圆柱外壁。护孔环124、125还包括穿过主体128中央的孔腔132。形成孔腔132的主体128的内表面可选择地包括密封件(图中未表示)，用以密封至少部分位于孔腔132内的操作元件134。

在一示例性实施例中，操作元件132为阀，例如止回阀。在另一示例性实施例中，操作元件132为流体滤器。在另一实施例中，操作元件132为传感器，例如温度传感器、流速传感器、压力传感器、气体浓度传感器、材料检测器或近程传感器。在另一实施例中，操作元件132只是一个塞子，用于防止流体通过流路204。

图4表示盖子部分150的实例。盖子部分150包括盖子外罩170、锁扣元件172、174、凸轮176以及外部盖子部分178。凸轮176连接到锁扣元件172、174，这样，凸轮176的转动带动锁扣172、174，其导致凸起180穿过位于壳体170上的开口182伸出，并将壳体170锁到另一外罩部分上(图中未表示)。外部盖子178安装在锁扣元件172、174及凸轮176之上。盖子部分150还包括出入口结构160、161。出入口结构160包括入口152和流动导管157。出入口结构161包括出口153和流动导管158。流动导管157和158各自具有一个总体上呈圆柱形的壁，其具有的高度从晶片容器的外部延伸穿过盖子部分150的厚度到达内部。

流动导管157和158分别保持操作子组件162和163。图5A和图5B对操作子组件162和163进行详细说明。操作子组件162为入口子组件，包括具有主体202和孔腔205的护孔环154。操作子组件162还包括安装在孔腔204中的止回阀211以及滤器210。滤器210的实施例包括适当技术的颗粒过滤器，例如HEPA过滤或类似者。操作子组件163为出口子组件，其包括具有主体203和孔腔205的护孔环155。可选择地，操作子组件162、163分别各自以其构成要件预装起来作为操作套筒。

图5C表示将操作子组件162组装到流动导管157内。滤器210保持在护孔环154底部和流动导管157保持面164之间的位置。护孔环154装在流体通道157内，并与流体通道157的内壁形成密封。止回阀211通过护孔环154密封地装到流路204中，并排列成可使流体沿图5C所示向下的方向流动。

如上所述，盖子部分150或其它外罩部分，例如晶片容器组件的部分120上的开口152、153，可以用本发明的护孔环密封。在一实施例中，护孔环包括具有位于壳体内孔腔的主体，孔腔沿壳体主轴延伸。此外，本发明护孔环的实施例可以包含位于孔腔内的操作元件。操作元件可以包含止回阀，其可以调节穿过孔腔、传感器或其组合的气流或其它流体。本发明所用的止回阀可以朝向孔腔内，这样护孔环可以用于密封晶片承载器门和/或外罩上的入口和出口。此外，如下所述，护孔环体的设计可以无需装到护孔环上的额外O形环就可以方便地实现对开口的密封。而且，本发明护孔环的实施例可以将护孔环体、止回阀和/或滤器结合成一个一体式套筒，其可以提高护孔环的整体密封能力，并便于更轻松地构建晶片承载器组件。在某些实施例中，护孔环具有约1/8英寸至1英寸的轴向高度，而在另一些实施例中，护孔环具有约3/8英寸至3/4英寸的轴向高度。此外，本发明护孔环的实施例可以具有约1/4至1.5英寸的直径，而在另一些实施例中，护孔环可以具有约1/2至3/4英寸的直径。所属技术领域的技术人员可以认识到，护孔环另外的轴向高度和直径范围是可以预见的，并处于本发明的范围内。

护孔环可以通过多种方式与公知的O形环区别。例如，护孔环的结构提供了一种弹性元件，其总体上呈圆柱形结构，具有延伸穿过其的孔腔，该孔腔自身具有圆柱形结构。孔腔具有足够的长度，以全部或实质上容纳插入其中的操作件的整个长度。护孔环最好至少具有一个与护孔环轴垂直排列的平坦表面。这样的表面可以用于对作为清洗系统一部分的管口或水龙头提供有效的座面。体积上，护孔环最好大于容纳在其中的操作件。护孔环最好具有一个在轴平面上的横截面，在其上，护孔环的横截面大于穿过其并轴向延伸的开口的横截面。护孔环最好具有大于穿过护孔环轴向延伸的开口或孔腔的直径的长度。但是，相对于总体上具有圆形横截面的O形环，这里的护孔环具有非圆形横截面以及圆柱形内表面、圆柱形外表面及平坦的末端表面。

图6A和图6B表示根据本发明一实施例的气体清洗装置的剖面图。护孔环300和302的实例分别位于具有内部308和外部310的晶片容器实例的出入口结构304和306上。出入口结构304、306形成于晶片容器的壁或门312内，各自起到清洗端口的功能。出入口结构304包括保持结构314，其具有特别设置成与护孔环300密封联结的几何形状。同样地，出入口结构306包括保持结构316，其具有设置成与护孔环302接合的几何形状。护孔环300和302各自具有不同的密封件318、320，用以分别与保持结构314和316的特定内表面形成紧密接触，如图所示。

图6A表示入口装置；而图6B表示出口装置。各装置中，流动方向已标明。图6A的入口装置还包括滤器322，其位于并流体密封在护孔环300和保持结构314的接触面之间。图6A的入口装置还包括单向阀组件324，其定位于可使流体仅向标示的流动方向流动。类似地，图6B的出口装置包括单向阀组件326，其定位于可使流体仅向标示的流向动方流动。阀组件324、326分别流体密封在由护孔环300、302的孔腔所形成的流路328、330内。护孔环300、302具有保持件332、334，其用于将阀组件324、326分别牢固地固定在流路328、330的适当位置。在一类实施例中，单向阀324、326包含阀体336和338、外部密封圈340和342、内部密封圈344和346、可移动活塞348和350以及偏动弹簧352和354。

操作中，入口和出口装置可以在清洗行为中一致作用，在其中晶片容器内部308中存在的空气或气体被新导入的空气、气体或其它流体置换。在一实施例中，如图6B所示，将真空源360通过出口管362联结到内部体积308。出口管设置成与护孔环302的接触面364界面连接。当向下的力通过出口管施加到护孔环302上时，护孔环302压缩，但维持其与保持结构316的密封内表面及阀组件326的外表面的密封。在一实施例中，护孔环302与保持结构316及阀组件326之间的密封实际上通过由出口管362施加在护孔环302上的向下的力得到改善或使得更加有效。

因为真空360联结到内部体积308，体积308中存有的流体通过图6B中的出口抽出晶片容器，同时置换流体通过图6A中的入口，包括通过滤器322抽进。在一相关实施例中(图中未表示)，置换流体源(图中未表示)通过入口管与内部体积308联结，该入口管具有与出口管362相似的几何形状，并与入口护孔环300以与出口管362和出口管302联结方式相同的方式联结。在另一实施例中(图中未表示)，没有出口管与护孔环302联结，入口管承载进入内部体积308的压缩置换流体。在该实施例中，置换流体仅通过图6B中的出口装置存在。

总体上，护孔环300、302可以具有与开口相同的横截面形状，该开口将护孔环设计在其中密封。例如，在一实施例中，护孔环300、302呈总体上具有圆形横截面的总体上圆柱形的形状。然而，所属技术领域的技术人员可以认识到，护孔环体的各种几何形状都在本发明的精神范围内。

在一实施例中，护孔环300和302为同样的部件。在一相关实施例中，阀组件324和326为同样的部件。因此，在一类实施例中，本发明的构件可以利用相同的构成元件用于密封入口和出口开口。

在另一实施例中，本发明的护孔环还可以包括附加保持件(图中未表示)，用于以与保持件332、334保持阀组件324、326相同或相似的方式牢固地固定滤器，例如滤器322。因此，预装操作子组件可以将护孔环、阀及滤器结合成为一个一体式子组件。

本发明的护孔环体、凸缘以及其它护孔环构件可以由任何适合用于半导体加工应用的材料组成，包括聚合物和弹性体。在某些实施例中，护孔环体和凸缘可以由氟橡胶组成。氟橡胶的实例由杜邦陶氏弹性体(DupontDow Elastomers)以商品名出售。此外，在某些实施例中，弹性护孔环体或护孔环可以具有涂覆在护孔环表面的含氟聚合物或其它惰性聚合物，用以将弹性物质与基板容器的内部隔离。总体上，聚合物或含氟聚合物图层应该具有一定的韧性，这样可以维持弹性护孔环的密封特性。

上述实施例是用于说明，而非用于限制的。附加的实施例在权利要求的范围内。虽然本发明已参照具体实施例说明如上，所属技术领域的技术人员应该认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出形式上及实质上的改变。

Claims (22)

1.一种基板容器，其特征是包含：具有开放侧面或底部的外罩部分，用于密闭开放侧面或底部的门；门或容器部分之一包含形成于外罩上的第一出入口结构，其提供穿过外罩到达基板容器内部的流体出入口，其中，该出入口结构包括从容器内部通到容器外部的开口，并且，其中该出入口结构具有圆柱形内表面，该圆柱形内表面具有高度，该高度自该基板容器外部至内部至少部分地延伸贯穿该外罩部分的厚度；以及

第一弹性护孔环，其具有轴向、圆柱形外表面及座面，该圆柱形外表面与出入口结构的圆柱形内表面形成接合，该座面暴露在基板容器的外部以对水龙头或管口提供一密封表面作为清洗系统的一部分，该护孔环具有一流路位于该密封面之内。

2.根据权利要求1所述的基板容器，其特征是还包含形成于外罩上的第二出入口结构，提供穿过外罩到达基板容器内部的流体出入口，其中，该出入口结构包括从容器内部通到容器外部的开口，并且，其中该出入口结构具有圆柱形内表面；而且还包含第二弹性护孔环，其具有圆柱形外表面，与第二出入口结构的圆柱形内表面形成接合。

3.根据权利要求2所述的基板容器，其特征是各护孔环具有一个轴，并且其中各出入口结构还包含位于各自护孔环轴横断面上的壁，各壁具有外露表面，并且各壁具有多个穿过其的流动导管。

4.根据权利要求3所述的基板容器，其特征是各出入口结构上的各壁至少部分地保持护孔环。

5.根据权利要求1所述的基板容器，其特征是护孔环具有穿过其延伸的孔腔，并且该孔腔容纳操作元件。

6.根据权利要求5所述的基板容器，其特征是操作元件包括阀。

7.根据权利要求1所述的基板容器，其特征是护孔环具有平坦末端表面，操作元件位于所述平坦末端表面及出入口结构之间，并与其相接触。

8.根据权利要求7所述的基板容器，其特征是操作元件包含滤器。

9.根据权利要求5所述的基板容器，其特征是操作元件包括传感器。

10.根据权利要求5所述的基板容器，其特征是护孔环具有一对末端表面，操作元件实质上位于两末端表面中间。

11.根据权利要求10所述的基板容器，其特征是操作元件为止回阀，其中滤器由所述护孔环限制在适当位置。

12.根据权利要求5所述的基板容器，其特征是护孔环具有用于与清洗线路接合的外露平坦末端表面。

13.根据权利要求1所述的基板容器，其特征是护孔环包括外露接触面，其便于基板容器内部体积与外部清洗系统之间的紧密联结。

14.根据权利要求1所述的基板容器，其特征是护孔环包括主体，其具有至少一个便于与外部清洗件密封的特征。

15.一种基板容器，其特征是包含：

清洗端口具有壁，该壁具有高度，该高度自该基板容器外部至内部至少部分地延伸贯穿该基板容器的厚度；

弹性护孔环，密封地位于清洗端口内，包括孔腔，该孔腔提供流路，从该基板容器内部向外部延伸，该弹性护孔环具有座面，相对于该基板容器外露，对水龙头及管口提供密封表面以作为清洗系统的一部分；以及

操作构件，实质上密封地位于孔腔内。

16.一种基板容器，其特征是包含：

外罩部分；以及

盖子部分，其设置成与外罩部分建立紧密接合，并形成内部体积。

其中至少一个盖子部分和外罩部分具有至少一个出入口结构，其包括流体入口、流体出口和流体排放口中的至少一个；

其中至少一个出入口结构保持护孔环与其密封连通；以及

其中护孔环包括流路，形成的孔腔提供自该基板容器内体积至外部的流路，该孔腔具有圆柱形表面以其保持至少一个操作元件与其密封连通，该弹性护孔环具有相对于基板容器的座面外露，该座面环绕该孔腔以对水龙头或管口提供密封面，以作为清洗系统的一部分。

17.根据权利要求16所述的基板容器，其特征是盖子部分具有多个出入口结构。

18.根据权利要求16所述的基板容器，其特征是至少一个出入口结构包括流动导管，其具有与护孔环密封连通的内表面。

19.根据权利要求16所述的基板容器，其特征是至少一个操作元件包括止回阀。

20.根据权利要求16所述的基板容器，其特征是至少一个操作元件包括滤器。

21.根据权利要求16所述的基板容器，其特征是护孔环设置成便于真空/流体源与基板容器内部体积之间密封接合。

22.根据权利要求16所述的基板容器，其特征是护孔环包括向外暴露表面的管口界面。

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