CN106829201A - 单元式独控箱体结构 - Google Patents

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王强华
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Abstract

本发明提出一种单元式独控箱体结构，将整体式的存储柜分割成多个独立的腔室，每个腔室连通对其抽真空的真空泵和对其破真空的破真空气源，并采用智能控制系统对抽真空及破真空过程进行智能控制，实现了真空智能存储晶圆的功能，相比传统的氮气柜，本发明晶圆存储全过程处于真空状态，可保证氧含量达到10ppm，杜绝晶圆在存储过程中的氧化问题，且晶圆存储过程无需使用氮气，大大节约成本，每个腔室的存取操作不影响其他腔室，降低运营成本；此外，控制系统更具智能化，有储存历史状态供查询，可自动保存各腔室当前或历史所存储的晶圆批号及其储存时间，方便后续追溯。人机操作界面采用触摸屏及扫描枪，操作方便。

Description

单元式独控箱体结构
技术领域
本发明涉及晶圆的存放装置，具体是涉及一种单元式独控箱体结构。
背景技术
随着半导体产业制造线径越来越微小化，污染防治从粉尘微粒慢慢重视到气状分子污染物上，在集成电路的制作过程中，晶圆表面的洁净度及硅片表面稳定状态对高质量的硅器件工艺是至关重要的。如果晶圆表面质量达不到要求，无论其它工艺步骤控制得多么优秀，也不可能获得高质量的半导体器件。现有半导体制造公司晶圆通常储存于氮气柜或无氧氮气柜，其最低氧含量仅可到达1％左右，导致晶圆在存储过程中依然有氧化的风险；且现有氮气柜需一直补充氮气，运营成本高。此外，氮气柜结构为一体式，即将多个料盒(Foup)一块放入氮气柜的存储空间内进行保存，这就限制了多个料盒必须同进同出，如果需要拿出一个料盒，也需要抽出整个存储空间内的氮气，这样就造成一定程度的资源浪费，并且操作限制性大。
目前，半导体封装用的工业烤箱也为一体式烤箱，存取期间，需要整个烤箱内所有产品温度调整，以便取放，造成一定程度的资源浪费。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种通过独立小腔室单独存放晶圆料盒的单元式独控箱体结构，可保证单独存取晶圆料盒时，单独箱体内环境调整，避免整个大箱体环境变化，而引起的不必要浪费，大大节约成本。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种单元式独控箱体结构，包括箱体，所述箱体被分割成若干个具有独立密闭空间的腔室，每个腔室主要由具有开口的腔室壁和可封闭该开口的箱门组成；还包括真空泵、破真空气源和控制系统，所述真空泵通过真空管路连接至各腔室，用于对每个腔室进行抽真空，该真空管路上设有抽真空阀；所述破真空气源通过破真空管路连接至各腔室，用于向各腔室通入气体破除真空，该破真空管路上设有破真空阀；所述控制系统包括控制器主机和人机操作界面；存取时，所述人机操作界面获取存取信息并发送给所述控制器主机，所述控制器主机根据该存取信息，控制空闲的腔室或待取的腔室对应的破真空阀打开，使该腔室与所述破真空气源连通，以破真空并打开该腔室的箱门；存取后，所述箱门关闭通过感应开关向所述控制器主机提供闭合信号，所述控制器主机根据该闭合信号控制所述抽真空阀打开，并启动所述真空泵对该腔室进行抽真空。
优选的，设有按照排和列排布呈阵列的九个或十二个所述腔室，所述人机操作界面设于该腔室的一侧。
优选的，对应每一排所述腔室，设有一个主管路，该主管路分出三个所述真空管路，连通至该排的三个所述腔室，该主管路上及各真空管路上均设有所述抽真空阀。
优选的，对应每个腔室，设有一用于采集分析其内氧气含量的分析仪，所述分析仪与所述控制器主机电连接。
优选的，还包括不间断电源，用于为所述控制系统、所述真空泵、所述破真空气源提供不间断的电力供应。
优选的，所述控制系统为IPC控制系统或PLC控制系统。
优选的，所述抽真空阀、所述破真空阀均为电磁阀，所述感应开关为触碰式开关，设于所述箱门闭合处。
一种单元式独控箱体结构，包括箱体，所述箱体被分割成若干个具有独立密闭空间的腔室，每个腔室主要由具有开口的腔室壁和可封闭该开口的箱门组成；还包括对单个腔室单独作用或对几个腔室共同作用的功能组件，该功能组件对所述腔室的作用是指通过加热冷却的方式或充气排气的方式改变腔室的内部环境，并使其恢复外部环境，还包括一控制系统，所述控制系统包括控制器主机和人机操作界面；存取时，所述人机操作界面获取存取信息并发送给所述控制器主机，所述控制器主机根据该存取信息，控制空闲的腔室或待取的腔室对应的功能组件停止工作，并恢复外部环境，以打开该腔室的箱门；存取后，所述箱门关闭通过感应开关向所述控制器主机提供闭合信号，所述控制器主机根据该闭合信号控制所述功能组件开始工作。
优选的，所述功能组件包括加热元件、送风马达、风轮、控制该加热元件进行加热的温度控制器、探测腔室内温度的温度传感器，所述送风马达带动风轮送出冷风，冷风经过加热元件加热携带热能后经风道进入所述腔室内。
优选的，各腔室上设有进气口和排气口，所述功能组件包括通过进气管理连通至所述进气口的氮气源、控制氮气通入所述腔室的进气启闭阀、控制腔室内空气排出的排气启闭阀和探测腔室内温湿度的传感器。
本发明的有益效果是：本发明提供一种单元式独控箱体结构，将整体式的存储柜分割成若干个具有独立密闭空间的小腔室，每个腔室连通对其抽真空的真空泵和对其破真空的破真空气源，并采用智能控制系统(IPC控制系统或PLC控制系统)对抽真空及破真空过程进行智能控制，实现了真空智能存储晶圆的功能，相比传统的氮气柜，本发明单元式独控箱体结构，晶圆存储全过程处于真空状态，可保证氧含量不高于10ppm，杜绝晶圆在存储过程中的氧化问题，且晶圆存储过程无需使用氮气，大大节约成本，每个腔室的存取操作不影响其他腔室，降低运营成本；此外，控制系统更具智能化，有储存历史状态供查询，可自动保存各腔室当前或历史所存储的晶圆批号及其储存时间，方便后续追溯。人机操作界面采用触摸屏及二维码扫描枪，人工操作方便，使用扫描枪扫描即可完成作业。本发明还提供了另两种单元式独控箱体结构，将整体式的存储柜分割成若干个具有独立密闭空间的小腔室，通过功能组件对单个腔室单独作用或对几个腔室共同作用，比如通过加热冷却的方式或充气排气的方式，改变独立腔室的内部环境，并使其恢复外部环境，避免整个大箱体环境变化而引起的不必要浪费，大大节约了成本。
附图说明
图1为本发明单元式独控箱体结构一实施例正视图；
图2为本发明单元式独控箱体结构一实施例侧视图；
图3为本发明单元式独控箱体结构一实施例俯视图；
图4为本发明逻辑控制框图。
结合附图，作以下说明：
1-箱体，11-腔室，111-腔室壁，112-箱门，2-真空泵，21-真空管路，22-抽真空阀，31-破真空管路，32-破真空阀，4-人机操作界面，5-不间断电源。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。实施例附图的结构中各组成部分未按正常比例缩放，故不代表实施例中各结构的实际相对大小。
如图1、图2图3和图4所示，一种单元式独控箱体结构，包括箱体1，所述箱体被分割成若干个具有独立密闭空间的腔室11，每个腔室主要由具有开口的腔室壁111和可封闭该开口的箱门112组成；还包括真空泵2、破真空气源(未示出)和控制系统，所述真空泵通过真空管路21连接至各腔室，用于对每个腔室进行抽真空，该真空管路上设有抽真空阀22；所述破真空气源通过破真空管路31连接至各腔室，用于向各腔室通入气体破除真空，该破真空管路上设有破真空阀32；所述控制系统包括控制器主机和人机操作界面4；存取时，所述人机操作界面获取存取信息并发送给所述控制器主机，所述控制器主机根据该存取信息，控制空闲的腔室或待取的腔室对应的破真空阀打开，使该腔室与所述破真空气源连通，以破真空并打开该腔室的箱门；存取后，所述箱门关闭通过感应开关向所述控制器主机提供闭合信号，所述控制器主机根据该闭合信号控制所述抽真空阀打开，并启动所述真空泵对该腔室进行抽真空。这样，将整体式的存储柜分割成若干个具有独立密闭空间的小腔室，每个腔室连通对其抽真空的真空泵和对其破真空的破真空气源，并采用智能控制系统(IPC控制系统或PLC控制系统)对抽真空及破真空过程进行智能控制，实现了真空智能存储晶圆的功能，相比传统的氮气柜，本发明单元式独控箱体结构，晶圆存储全过程处于真空状态，可保证氧含量达到10ppm，杜绝晶圆在存储过程中的氧化问题，且晶圆存储过程无需使用氮气，大大节约成本，每个腔室的存取操作不影响其他腔室，降低运营成本；此外，控制系统更具智能化，有储存历史状态供查询，可自动保存各腔室当前或历史所存储的晶圆批号及其储存时间，方便后续追溯。
优选的，设有按照排和列排布呈阵列的九个或十二个所述腔室，所述人机操作界面设于该腔室的一侧。但不限于此，在其他实施例中，还可以根据实际需要，设计成16个腔室或其他数目的腔室。
优选的，对应每一排所述腔室，设有一个主管路，该主管路分出三个所述真空管路，连通至该排的三个所述腔室，该主管路上及各真空管路上均设有所述抽真空阀。
优选的，对应每个腔室，设有一用于采集分析其内氧气含量的分析仪，所述分析仪与所述控制器主机电连接。通过分析仪对腔室内的氧含量进行分析，在一定时间内腔室内氧含量小于10ppm时，控制系统可控制真空泵停止抽真空作业。
优选的，所述人机操作界面包括触摸屏及二维码扫描枪。人机操作界面采用触摸屏及二维码扫描枪，人工操作方便，使用扫描枪扫描即可完成作业。
优选的，所述腔室内可放置一个或多个晶圆料盒。
优选的，还包括不间断电源5(UPS)，用于为所述控制系统、所述真空泵、所述破真空气源提供不间断的电力供应。
优选的，所述控制系统为IPC控制系统或PLC控制系统。
优选的，所述抽真空阀、所述破真空阀均为电磁阀，所述感应开关为触碰式开关，设于所述箱门闭合处。
优选的，所述真空泵为干式真空泵，所述破真空气源为氮气源。但不限于此，也可以为其他类型的真空泵或气源。
优选的，每个腔室上均设有真空压力传感器，该真空压力传感器与所述控制器主机电连接，这样，通过真空压力传感器可以采集各腔室内的真空压力，以控制真空泵停止抽真空作业。
本发明由多个独立的腔室组成的单元式独控箱体结构作为真空晶圆储存柜使用时，每个腔室可放置1个或多个晶圆料盒(Foup或Open Cassette)，其存取流程如下：
储存：人工点击触摸屏上的存储按钮-人工输入(手写及Barcode扫描)储存产品的人员信息-人工输入(手写及Barcode扫描)储存产品的产品信息-自动破真空并打开空闲的腔室的箱门-人工手动放置晶圆料盒-人工手动关闭该腔室的箱门-感应开关感应关门后接通真空泵与该腔室-真空泵立即对该腔室抽真空-15S内到达氧含量10ppm内-产品存储完毕。
取出：人工点击触摸屏上的存储按钮-人工输入(手写及Barcode扫描)储存产品的人员信息-人工输入(手写及Barcode扫描)储存产品的产品信息或人工选择腔室编号-自动破真空并打开放置该产品的腔室的箱门-人工手动取出产品-人工手动关闭腔室的箱门-感应开关感应关门后接通真空泵与该腔室-真空泵立即对该腔室抽真空-15S内到达氧含量10ppm内-产品存储完毕。
自动破真空原理为：人员通过存储柜人机操作界面输入存取产品信息及人员信息后，人机操作界面将所接收到的存取产品信息发送给控制器主机(比如IPC中央处理器)，IPC中央处理器通过其I/O控制给破真空阀提供电源，有了电源破真空阀将自动打开，接到阀门端的气体将直接进入到腔室内，从而起到破真空功能。
自动抽真空原理为：腔室的箱门人工合上后，位于门把手边缘的感应开关被门挤压而合上，合上后，向控制系统提供一闭合信号，控制系统控制抽真空阀(电磁阀)通电打开，并控制真空泵的气动阀，开始对腔室进行抽真空作业。
另一实施例，一种单元式独控箱体结构，所述箱体被分割成若干个具有独立密闭空间的腔室，每个腔室主要由具有开口的腔室壁和可封闭该开口的箱门组成；还包括对单个腔室单独作用或对几个腔室共同作用的功能组件，该功能组件对所述腔室的作用是指通过加热冷却的方式或充气排气的方式改变腔室的内部环境，并使其恢复外部环境，还包括一控制系统，所述控制系统包括控制器主机和人机操作界面；存取时，所述人机操作界面获取存取信息并发送给所述控制器主机，所述控制器主机根据该存取信息，控制空闲的腔室或待取的腔室对应的功能组件停止工作，并恢复外部环境，以打开该腔室的箱门；存取后，所述箱门关闭通过感应开关向所述控制器主机提供闭合信号，所述控制器主机根据该闭合信号控制所述功能组件开始工作。
优选的，所述功能组件包括加热元件、送风马达、风轮、控制该加热元件进行加热的温度控制器、探测腔室内温度的温度传感器，所述送风马达带动风轮送出冷风，冷风经过加热元件加热携带热能后经风道进入所述腔室内。
优选的，各腔室上设有进气口和排气口，所述功能组件包括通过进气管理连通至所述进气口的氮气源、控制氮气通入所述腔室的进气启闭阀、控制腔室内空气排出的排气启闭阀和探测腔室内温湿度的传感器。
通过功能组件对单个腔室单独作用或对几个腔室共同作用，比如通过加热冷却的方式或充气排气的方式，改变独立腔室的内部环境，并使其恢复外部环境，避免了整个大箱体环境变化而引起的不必要浪费，大大节约了成本，每个腔室的存取操作不影响其他腔室，降低运营成本。
以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单元式独控箱体结构，其特征在于：包括箱体(1)，所述箱体被分割成若干个具有独立密闭空间的腔室(11)，每个腔室主要由具有开口的腔室壁(111)和可封闭该开口的箱门(112)组成；还包括真空泵(2)、破真空气源和控制系统，所述真空泵通过真空管路(21)连接至各腔室，用于对每个腔室进行抽真空，该真空管路上设有抽真空阀(22)；所述破真空气源通过破真空管路(31)连接至各腔室，用于向各腔室通入气体破除真空，该破真空管路上设有破真空阀(32)；所述控制系统包括控制器主机和人机操作界面(4)；存取时，所述人机操作界面获取存取信息并发送给所述控制器主机，所述控制器主机根据该存取信息，控制空闲的腔室或待取的腔室对应的破真空阀打开，使该腔室与所述破真空气源连通，以破真空并打开该腔室的箱门；存取后，所述箱门关闭通过感应开关向所述控制器主机提供闭合信号，所述控制器主机根据该闭合信号控制所述抽真空阀打开，并启动所述真空泵对该腔室进行抽真空。
2.根据权利要求1所述的单元式独控箱体结构，其特征在于：设有按照排和列排布呈阵列的九个或十二个所述腔室，所述人机操作界面设于该腔室的一侧。
3.根据权利要求2所述的单元式独控箱体结构，其特征在于：对应每一排所述腔室，设有一个主管路，该主管路分出三个所述真空管路，连通至该排的三个所述腔室，该主管路上及各真空管路上均设有所述抽真空阀。
4.根据权利要求1所述的单元式独控箱体结构，其特征在于：对应每个腔室，设有一用于采集分析其内氧气含量的分析仪，所述分析仪与所述控制器主机电连接。
5.根据权利要求1所述的单元式独控箱体结构，其特征在于：还包括不间断电源(5)，用于为所述控制系统、所述真空泵、所述破真空气源提供不间断的电力供应。
6.根据权利要求1所述的单元式独控箱体结构，其特征在于：所述控制系统为IPC控制系统或PLC控制系统。
7.根据权利要求1所述的单元式独控箱体结构，其特征在于：所述抽真空阀、所述破真空阀均为电磁阀，所述感应开关为触碰式开关，设于所述箱门闭合处。
8.一种单元式独控箱体结构，其特征在于：包括箱体(1)，所述箱体被分割成若干个具有独立密闭空间的腔室(11)，每个腔室主要由具有开口的腔室壁(111)和可封闭该开口的箱门(112)组成；还包括对单个腔室单独作用或对几个腔室共同作用的功能组件，该功能组件对所述腔室的作用是指通过加热冷却的方式或充气排气的方式改变腔室的内部环境，并使其恢复外部环境，还包括一控制系统，所述控制系统包括控制器主机和人机操作界面(4)；存取时，所述人机操作界面获取存取信息并发送给所述控制器主机，所述控制器主机根据该存取信息，控制空闲的腔室或待取的腔室对应的功能组件停止工作，并恢复外部环境，以打开该腔室的箱门；存取后，所述箱门关闭通过感应开关向所述控制器主机提供闭合信号，所述控制器主机根据该闭合信号控制所述功能组件开始工作。
9.根据权利要求8所述的单元式独控箱体结构，其特征在于：所述功能组件包括加热元件、送风马达、风轮、控制该加热元件进行加热的温度控制器、探测腔室内温度的温度传感器，所述送风马达带动风轮送出冷风，冷风经过加热元件加热携带热能后经风道进入所述腔室内。
10.根据权利要求8所述的单元式独控箱体结构，其特征在于：各腔室上设有进气口和排气口，所述功能组件包括通过进气管路连通至所述进气口的氮气源、控制氮气通入所述腔室的进气启闭阀、控制腔室内空气排出的排气启闭阀和探测腔室内温湿度的传感器。
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