CN1165963C - 最小接触的晶片载架 - Google Patents

Abstract

一种以水平轴向对准放置方式水平地保持晶片的晶片载架在晶片边缘部分具有四个晶片支撑的点区。优选的实施例是带多个由载架侧壁上细长的晶片导杆限定的插槽的H形挡杆。向上延伸的突起以与载架的最小接触支撑晶片。突起的数量足够，并构形成以避免与导杆的上表面接触。

Description

最小接触的晶片载架

技术领域

本发明涉及半导体处理设备。具体涉及用于半导体晶片的载架。

背景技术

随着半导体集成的规模越来越大，即随着每单元面积的电路数目的增加，微粒已变成重要的因素。破坏电路的微粒尺寸已减小，并接近分子的级别。在半导体晶片的制造、处理、输送和存储的所有阶段期间，有必要控制微粒。在晶片插入载架和从中移走期间以及输送期间载架内晶片的移动产生微粒需要减小或避免。

在半导体晶片附近静电电荷的积累和放电可以是灾难性的。静电耗散能力是晶片载架非常需要的特性。可以由通过载架接地的路径耗散静电电荷。接触设备或可能接触晶片或可能由操作者接触的任何部分都将从接地的路径受益。载架的这种部分包括晶片支架、机械手柄和设备接口。

非常需要封闭容器内晶片的可见度，终端用户可能会要求。需要如聚碳酸酯等适于这种容器的透明塑料，是由于这种塑料成本低，但这种塑料不具有合适的静电耗散能力或需要的耐磨性。

用于晶片载架的材料也要坚硬，以防止输送期间对晶片的损伤，也需要在外界条件变化期间尺寸稳定。

如聚醚酮醚等具有低微粒产生特性、尺寸稳定和其它需要物理特性的常规理想的载架材料不透明，相对贵，且很难模制大的单元和复杂的形状，例如载架和容器。

通常存储和输送晶片的容器和载架已设计成在垂直平面内输送和保持晶片。通常设计成如本领域已公知的H形挡杆载架(见图18)的这种载架也允许载架位置与晶片在水平的位置，以处理和/或插入和移走晶片。在水平位置，晶片通常由肋或晶片导杆支撑，肋或晶片导杆形成晶片插槽并沿载架内侧的长度方向延伸。载架侧面局部地弯曲或倾斜以符合晶片边缘轮廓。这种载架沿与接触或靠近晶片边缘的两个弧形来接触并支撑晶片。

此外，常规载架从垂直输送位置到水平的插入-移走-处理位置的变换会使晶片碰击、晶片移位、晶片不稳定、产生微粒并损坏晶片。

随着工业正逐渐向加工较大的晶片，即，直径300mm方向发展，因此需要较大载架和容器来保持晶片。此外，工业正朝载架和容器内水平放置晶片的方向发展。载架尺寸的增加加重了模制期间收缩和变形的难度。对机器依赖性的增加，特别是将晶片移走和插入载架和容器内，使公差变得很关键。需要的是便宜、微粒产生少、静电耗散的载架，其中晶片稳定，并且一致地定位，减小了载架上的任何微粒转移到晶片上。

发明内容

输送或保持水平轴向地对准设置的晶片的晶片容器在晶片的边缘部分具有极少的四个支撑晶片的点区。优选实施例具有第一容器部分和可关闭的门。第一容器部分具有静电耗散材料的第一模制部分，带与平面顶部成一体的立式门框。带设备接口的整体底部基座部分也从门框延伸出。第二模制部分具有一个透明外壳，连接到门框、平面顶部和底部基座部分。分离的模制晶片支柱连接到平面顶部和底部基座部分，并包括面朝上的突起的垂直设置的支架，用于提供与晶片接触的最小点或点区。支架包括晶片止动挡块，防止由突起支撑的晶片的向前或向后移动，并防止插入到插座位置之外。将第一模制部分和第二模制部分接合在一起的侧面手柄将模制部分固定在一起。机械手柄连接到平面顶部。机械手柄、晶片支架、侧面手柄和门框具有通过机器接口接地的导电通路。

另一实施例是一种常规的H形挡杆晶片载架，在晶片导杆的上表面添加有突起，由此当放置H形挡杆使晶片的平面水平时，通过晶片导杆上的小珠或突起晶片与载架进行最小接触。

本发明提供一种晶片载架，一种晶片载架，用于水平堆叠放置地保持晶片，晶片具有平面的下表面，载架包括插入和移走晶片的前开口、背侧、顶部、底部、左侧壁和右侧壁，每个右和左侧壁具有多个细长的水平延伸的晶片导杆，其限定了多个垂直地对齐的水平的晶片插槽，借此水平堆叠放置地保持晶片，所述多个晶片导杆具有上表面，下表面，和朝向与晶片插入方向平行的前开口的线形的部分，每个晶片导杆还具有向内会聚的部分，随着晶片导杆接近背侧，每个会聚的部分与各线形部分相邻；每个晶片导杆具有至少两个向上伸出的细长的半圆柱形的突起，其横切地指向晶片导杆，用于以最小的接触在晶片和载架之间支撑晶片。

本发明的特征和优点是载架提供有最小和稳固的晶片接触的晶片支撑。

本发明的组合容器实施例的另一特征和优点是组合设计能优化使用材料，例如较昂贵的抗磨和静电耗散的材料，例如PEEK，用做与晶片或设备接触的那部分容器，使用便宜的透明塑料，例如聚碳酸酯，用于容器的结构支撑并能看见容器内的晶片。由此，可以为每个单独的模制部分选择模制参数和材料，以优化性能并减少成本。

本发明的组合容器实施例的再一特征和优点是组合结构减少了如变形和收缩等与模制大载架有关的负面效应。

本发明的组合容器实施例的又一特征和优点是所有关键的部分都通过载架的设备接口部分电连接到地。

本发明的还一特征和优点是通过适当形状的支架，晶片不活动地保持在特定的插座位置。

本发明的另一特征和优点是使用与侧面手柄有关的突耳、突舌和翼片，组合的载架可以装配并最后固定在一起。

本发明的再一特征和优点是通过减少这种微粒物质的传输并减少与载架的晶片接触，晶片与突起或小珠的接触减少了晶片上微粒的聚集。

本发明的又一特征和优点是晶片导杆的上表面上的突起或伸出部分可以形成多种形状。

本发明的优选实施例的还一特征和优点是最小的点接触减少了单个晶片的摆动，为模制中提供了较大的变化，同时保持了一致性和正确的晶片定位。与常规晶片导杆上的接触面积的整个长度相比，要保持最小尺寸的关键是突起的顶部。

附图说明

图1为带有可锁门的组合晶片容器的局部分解透视图。

图2为带有固定到U形透明外壳的三个晶片支柱的晶片容器的前视透视图。

图3为与图2类似的载架后视透视图，塑料跨接线通过设备接口提供到地的通路。

图4为带侧面手柄、机械法兰和可锁门的组合容器的的前视透视图。

图5为根据本发明的敞口晶片载架的前视透视图。

图6为载架的剖面侧视图。

图7为晶片载架的第一模制部分的一个实施例的前视透视图。

图8为晶片载架的一个实施例的第一模制部分的后视透视图。

图9为晶片载架的一个实施例的外壳或第二模制部分的前视透视图。

图10为组合容器的侧面手柄的透视图。

图11为第一模制部分和第二模制部分之间连接的详细剖面图。

图12为用于晶片载架的一个晶片支柱的透视图。

图13为用于图5载架的晶片支柱的透视图。

图14为部分晶片支柱的详细剖面图。

图15为晶片载架的平面截面图。

图16为沿图15的线16-16截取的剖面图。

图17为晶片边缘部分的平面图，示出最小点晶片接触和支撑。

图18为现有技术的晶片载架的透视图。

图19为图18示出的晶片载架侧壁的左晶片导杆的透视图。

图20A-D为示出本发明的不同实施例的晶片导杆上侧俯视图。

图21A-D为图20A-D的晶片导杆的前视图。

图22A-D为图20A-D和21A-D的晶片导杆的侧视图。

图23A-D为在不同插入缩进位置晶片支架的以上H形挡杆晶片载架的剖面图。

图24为图23D的线24-24的剖面图。

具体实施方式

参考图1，图1为放置在设备22上的水平晶片载架的优选实施例的透视图。图2、3、4和5示出了其它实施例。晶片载架通常由包括晶片支柱27和协作门28的容器部分26构成。容器部分26有前开口30、左面32、背面34、右面36、上面38和底部40。图1、2、3和4的实施例带有闭合的侧面和闭合的左和右面。图5的实施例为普通的敞口载架，带有敞口的后部和由晶片支柱连接并支撑的顶部和底部。

具体地参考图1、4和6示出的实施例，晶片容器部分26可以由第一模制部分50和第二模制部分52模制而成。如图1和4所示，或由单个单元模制部分模制而成，如图2和3所示。单独地示出在图7和8中的第一模制部分50由带水平上框部分58的矩形门框56、一对垂直的竖框部分60、62和水平的下框部分64组成。

上框部分58和垂直的框部分60、62具有倾斜的表面66、68、70，用于在闭合期间接纳和引导门。下框部分64具有基本上水平的表面72，在图6中最佳地示出。门框56借助倾斜的表面66、68、70和水平的表面72接纳门28来闭合前开口30。门框表面可以具看孔或槽73以容纳从门28伸出可收缩的突舌75。从上框部分58向后延伸出的是基本上水平的顶部74。从下框架部分64向后延伸出的是下部基座部分76，具有如图所示构成为运动连接的设备接口82。水平的顶部74具有水平的边缘部分88，垂直的框部分60、62具有垂直的边缘部分92、94。类似地，下部基座部分76具有下水平边缘部分96。水平的顶部74可以包括固定手柄的接合法兰98或机械法兰100。如图7所示，水平的顶部74具有一对插槽构件106、108，与位于下部基座部分76上的插槽构件110、112相对应。测定所述插槽构件大小并构形以接纳晶片支柱27。从垂直的框部分60、62延伸出的是多个细长的晶片导杆120。如图4和8中最佳地示出，可以将附加的结构添加到第一模制部分50，以有助于与第二模制部分52的连接，以及有助于附加上侧面手柄128。从水平的顶部74延伸出的是钩形突耳134，嵌入在所述顶部74内的是凹槽136。固定到下部基座部分76上的是带凹槽140的翼片138。

参考图9，由第二模制部分52形成透明的塑料壳，带有平缓U形弯曲的板150、上顶板部分152、形成八字形凸缘的上边缘部分154、也具有八字形凸缘部分160的垂直侧板156和158、下部水平的八字形凸缘162和一对向外延伸的侧面突起164、166。

参考图11，详细地显示出八字形凸缘162连接到第一模制部分50的边缘部分96。将接头形成为槽式接口170中的舌状物。

参考图10，绘出了右手柄128的透视部件图。侧面手柄具有借助柱176、178连接到由构成带的手柄座180的抓取部分174。带具有分开的Y形部分18，包括卷绕在透明塑料外壳的弯曲的顶部边缘部分的弯曲部分184、186，和两个装入第一模制部分50的水平顶部74的凹槽136内的向下延伸的翼片188、190。侧面手柄128的水平顶端189、191也有面接合部分194、196，与也位于水平顶部74上的突耳134接合。侧面手柄128的下端200具有用于第一模制部分50的下部基座部分76上的翼片138的接收插槽202。下端200也具有插槽208，接合和固定透明塑料外壳的垂直侧板156上的突起176。

侧面手柄128由坚硬但能弹性地弯曲的塑料材料形成，以便手柄能稳固地偏置成图10所示的形状。这样可使手柄基本上卡住并固定在载架的侧面32、36和顶部38，接合第一模制部分50和第二模制部分52，稳固地将组件保持在一起。

参考图12、13、14、15和16，显示出的晶片支柱27有两种基本结构。图13为适于图5所示敞口载架的晶片支柱。图12和14示出了适于图1和图4的载架实施例使用的晶片支柱27的结构。晶片支柱27借助翼片138或突耳134固定到它们各自的载架内。也可以利用其它机械紧固装置。特别参考图12、13和14，晶片支柱27包括由后止动挡块226连接到垂直的支撑构件222和后柱225的多个晶片导杆或支架220。上和下突舌部分或突耳228、229从垂直的支撑构件222上延伸出，并由对应的凹槽或插槽构件106、108、110、112固定。晶片支柱27的另一结构显示在图2和3中。这些晶片支柱27例如通过螺钉231直接固定到U形板150。图2和3的晶片支柱的每个都具有多个独立的晶片支架220，每个支架具有单个晶片接合突起230形成细长的串珠(bead)。注意在本发明的一些实施例中，晶片支柱与载架成一个整体，但仍可以提供许多以上指出的优点和特征。

参考图6、14、15和16，显示出晶片支柱27和支架更详细的细节和定位。每个支架236在载架的相对侧具有对应的相对支架238。具有相对支架的相对晶片支柱27位于穿过晶片平行于前开口30和门框56的晶片并垂直于晶片W的插入和移走的方向229的中心线上。要支撑晶片，每个相对的支架以小于晶片直径D的距离间隔开。每个晶片导杆120具有位于载架相对侧上的相对晶片导杆。

参考图6、15和16，垂直相邻的每对晶片导杆之间的间距和横跨载架内部的距离限定了晶片插入和移走平面以及晶片插槽244。类似地，插入平面由垂直相邻的晶片支架220之间的区域限定。晶片插槽进一步限定为跨越晶片支柱的垂直支撑构件之间载架上的区域。每个支架具有一对面朝上的晶片接合突起230，形成为珠。珠可以是一般为半球形的小块，如图14中的部件数字231所示，或为半圆柱形的条，光滑端的部件数字为230。参考图17，这样在突起的顶点233提供了最小的点接触246或最小缩短的基本上径向地定向的线接触248。顶点在边缘部分236接触晶片W的下侧或下表面235。图示的细长的串珠基本上径向地向内延伸。每个晶片支架220具有一个向前，即面向前面的晶片止动挡块232，构形成垂直接触表面，当晶片位于如图15所示的晶片插座位置时，符合晶片W的圆周形状。晶片向前止动挡块232没有延伸到晶片插入和移走的平面，但影响了插在晶片插座位置内晶片的向外运动。每个相对的晶片支架的对应的晶片向前止功挡块之间的距离D1小于晶片W的直径D。

每个支架具有后晶片止动挡块226作为后柱225的一部分。后晶片止动挡块向上延伸限定了晶片插槽的后部限度。每个相对的晶片支架对应的晶片止动挡块之间的距离D2小于晶片W的直径D。后晶片止动挡块22(延伸到晶片插槽的垂直切面内。后晶片止动挡块226也起引导晶片插入到晶片插座位置237内的作用，最佳显示在图15和16中。

以上作为第一模制部分50的一部分示出的标识部件可以单元地模制，由此与所述每个其它部件成一体。类似地，形成透明塑料外壳的第二模制部分52单元地模制。晶片支柱27由静电耗散、高耐模材料形成。侧面手柄和机械法兰也由静电耗散材料模制。由于第一模制部分50也由静电耗散材料形成，所以通过为第一模制部分50一部分的设备接口并接合设备上的接地接口，为机械法兰、侧面手柄和晶片支架220以及晶片支柱27提供了接地的导电通路。注意设备接口可以为图示的三个球或三个槽运动连接，或为连接每个部件由静电耗散材料形成的常规H形挡杆接口，如图1、4和5所示，部件可以通过例如适当地连接到图3所示的部件的导电塑料跨接线241导电地连接。

一般当表面电阻率在10⁵到10¹²欧姆每平方，那么载架或部件被认为是静电耗散。对于提供导电通路的材料，例如到地，小于该值的电阻是合适的。

图18示出了已有的H形挡杆晶片载架280。这种H形挡杆晶片载架具有两个方向，其中它们可以放置在设备或其它表面。一个位置的晶片立式叠置排列，晶片与基本上水平的晶片轴轴向地对准。第二个位置如图1、2和5的实施例一样晶片水平放置。晶片载架280具有顶面281、底面282、背面285、左侧壁300和右侧壁400。底面282包括底或端壁283，带有与晶片处理设备(未示出)连接的H形法兰284。虽然在图中示出了晶片载架280中的晶片垂直地对准，但参考一般为水平的底或端壁283和基本上水平的晶片的方向可以识别出部件。

图19示出了当可以水平放置至少一个晶片时，晶片载架280的左侧壁300的一部分。左侧壁300包括水平并向内延伸限定多个基本上水平的晶片插槽320的多个细长的晶片导杆310。晶片导杆310也具有的前边缘313从前开口301延伸到晶片载架的背面302的晶片导杆310的长度(未示出)。晶片导杆310具有包括多个突起或伸出部分330.1；330.2；330.3；330.4；和330.5的上表面311。

图20-22示出了包括突起或伸出部分330.1；330.2；330.3；330.4；和330.5的不同实施例的晶片导杆310的部分的正交图。

图20A-D为晶片导杆310的部分俯视图，示出了突起或伸出部分330.1；330.2；330.3；330.4；和330.5的不同实施例。在图20A中，设置突起或伸出部分330.3使它基本上跨越晶片导杆310的前沿313和后部314之间的距离。从图中可以看出，突起或伸出部分330.3一般是细长的，并优选与晶片导杆310的前沿313正交，使突起或伸出部分330.3的纵轴(未显示)向内指向晶片载架的中心。在图20B中，突起或伸出部分330.4凸出地形成为小块。虽然突起或伸出部分330.4仅示出在晶片导杆310的前沿313和后部314的中间，但应该明白突起或伸出部分330.4可以更靠近前沿313或后部314设置，而不脱离本发明的精神和范围。在图20C中，有两个突起或伸出部分330.1和330.2，沿从晶片导杆310的前沿向晶片载架的中心延伸的朝内的轴相邻。图20D示出了椭圆形的突起或小珠330.5。

图21A-D为取自图20A-D中示出的晶片导杆310的前沿313的前视图。可以看出，突起或伸出部分330.2；330.3；330.4；和330.5从晶片导杆310的上表面311突出，而晶片导杆的下表面312一般为平面。虽然突起或伸出部分300A-D看起来在某种程度上好象突然从晶片导杆310的上表面311突出，但这样做仅为了更好地图示本发明。应该理解如果需要突起或伸出部分可以为上表面311和突起或伸出部分330.1；330.2；330.3；330.4；和330.5之间提供了平稳过渡，且不脱离本发明的精神和范围。

图22A-D为图20A-D中示出的晶片导杆310的侧视图。可以看出，突起或伸出部分330.1；330.2；330.3；330.4；和330.5从晶片导杆310的上表面311突出。注意图22A在某种程度上与图22B-D不同，在于一般突起或伸出部分330.3从前沿313到后部穿过晶片导杆310的宽度。

参考图23A、23B、23C和23D，示出了H形挡杆晶片载架的剖面图，晶片载架在H形挡杆端面水平的方向内。这一系列图显示出晶片仅由载架内晶片插槽内的突起330.3支撑的特点。每个晶片导杆(或支架)具有一线形部分，与晶片手插入方向平行；并且每个晶片导杆(或支架)还具有向内会聚的部分，随着每个晶片导杆接近背侧，每个会聚与各线形部分相邻。换句话说，在晶片可以置于晶片支架或导杆310上的水平位置内的所有位置，所述晶片仅由向上延伸的突起330.3支撑，由此与晶片载架具有最小接触。可以看出，晶片导杆上的突起之间的间距提供了在所有这些位置上连续的支撑。这种突起330.3的间距取决于晶片载架和晶片的相对尺寸以及突起的具体结构。即，在突起构形成图19所示的小块330.4并偏移晶片导杆的内前沿313一段距离的情况中，比突起为延伸晶片导杆整个长度的细长串珠330.3的情况需要更多这种小块。

参考图24，示出了沿图23D的线24-24截取的H形挡杆晶片载架的剖面图，并图示了晶片290与晶片导杆310的接合。突起330.3的上表面352为圆形，通常显示在图19和图21A-D以及22A-D中。每对相邻的晶片导杆限定了插入、取走和放置晶片290的插槽354。每对晶片导杆的中间为每个晶片插槽354的晶片平垫(flat)356。相对的晶片平垫之间区域基本上限定了晶片移入或移出载架穿过的插入和回缩平面或区域，而不会接触晶片导杆，只要晶片位于载架中心。注意如图24所示，晶片导杆的上表面352与插入的晶片290的平面稍微倾斜，下表面360同样与晶片290的水平平面倾斜稍大角度。具有了倾斜的上表面352，晶片290的接合位于突起330.3上限定点364处晶片的下角357。当上表面352在它的放置位置内与晶片的平面平行的情况中，接合将严格地限制为稍大于限制的部分区域。图24示出了插入和移走期间和当放置在突起330.3上时晶片与晶片导杆的上表面311隔开的距离为突起的厚度。由此，导杆的所述上表面311上的任何微粒不会接触晶片290，因此一般没有机会粘附到所述晶片290。

参考图25、26和27，示出了三种不同的容器，在本领域都已公知，并结合H形挡杆载架一起使用。图25示出了SMIF容器378型的载架，其中下表面380包括放置在H形挡杆载架上的可拆卸门。图26示出了传输型模块381，门382用可拆卸的H形挡杆载架280关闭前开口385。图27示出了封闭并输送H形挡杆载架的盒389。所有这些载架都可以打开，用分离的H形挡杆载架取走晶片，所有这些都适于H形挡杆载架的晶片导杆上的最小接触的结构。

本发明可以其它特定的形式实施，而不脱离它的精神或基本的属性，因此希望无论从哪一点来看都认为本实施例是说明性的而不是限定性的，参考附带的权利要求书而不是以上的说明指示出本发明的范围。

Claims (5)

1.一种晶片载架，用于水平堆叠放置地保持晶片，晶片具有平面的下表面，载架包括插入和移走晶片的前开口、背侧、顶部、底部、左侧壁和右侧壁，每个右和左侧壁具有多个细长的水平延伸的晶片导杆，其限定了多个垂直地对齐的水平的晶片插槽，借此水平堆叠放置地保持晶片，所述多个晶片导杆具有上表面，下表面，和朝向与晶片插入方向平行的前开口的线形的部分，每个晶片导杆还具有向内会聚的部分，随着晶片导杆接近背侧，每个会聚的部分与各线形部分相邻；每个晶片导杆具有至少两个向上伸出的细长的半圆柱形的突起，其横切地指向晶片导杆，用于以最小的接触在晶片和载架之间支撑晶片。

2.根据权利要求1的晶片载架，其中每个晶片导杆上表面上的突起数量足够，并构形成在插入和移走期间除了在所述突起处，使晶片不能接触所述晶片下的晶片导杆的上表面。

3.根据权利要求1的晶片载架，其中晶片载架的底部包括一设备接口。

4.根据权利要求3的晶片载架，其中设备接口为H形挡杆。

5.根据权利要求1的晶片载架，其中载架由静电耗散材料一体地模制而成。

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