DE69533628T2

DE69533628T2 - Vakuumangetriebener mechanischer riegel

Info

Publication number: DE69533628T2
Application number: DE69533628T
Authority: DE
Inventors: Barry Gregerson
Original assignee: Integris Inc
Current assignee: Integris Inc
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2015-10-14
Also published as: DE69533628D1; TW294640B; JPH11514318A; KR19980703788A; JP3672929B2; KR100418107B1

Description

I. GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine mechanische Verriegelung zum Sichern einer Tür oder eines Deckels an einem Behälter. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf eine vakuumbetätigte mechanische Verriegelung, welche die Tür zum Behälter verriegelt, wobei sie die Tür in einer hermetisch abgedichteten Position festhält. Ein Rütteln oder Stoßen des Behälters bringt die Verriegelung nicht außer Eingriff mit dem Behälter oder löst sie von diesem ab.
II. ERLÄUTERUNG DES STANDES DER TECHNIK
Die Empfindlichkeit gegenüber einer Verschmutzung von Materialien, die zur Herstellung von Halbleitern verwendet werden, ist ein erhebliches Problem, das sich Halbleiterherstellern stellt. Standardized Mechanical Interface-Systeme (SMIF) sind entworfen worden, um eine Verunreinigung von in der Luft mitgeführten Partikeln und Dämpfen während der Verarbeitung, dem Transport oder der Lagerung dieser empfindlichen Materialien zu reduzieren. Ein SMIF-System umfasst einen hermetisch abdichtbaren Behälter, der zum Transport eines aus den empfindlichen Materialien hergestellten Halbleiterträgers verwendet wird. Eine SMIF-Kassette wird typischerweise dazu verwendet, den Halbleiterträger innerhalb des SMIF-Behälters aufzunehmen. Der Halbleiterträger kann einen Wafer, LCD, einen Flachbildschirm und/oder Speicherplatten umfassen. Zu Erläuterungszwecken und ohne Einschränkung wird im folgenden auf Halbleiterwafer Bezug genommen.
Während der Verarbeitung, dem Transport und der Lagerung von Halbleiterwafern ist es entscheidend, dass die Halbleiterwafer von schädigenden Teilchen isoliert werden. Die Größe der Teilchen, welche den Halbleiterwafer beschädigen, wird durch die Geometrie des Halbleiters bestimmt. Da die Geometrie des Halbleiters abnimmt, nimmt auch die Größe der zu eliminierenden Teilchen in gleicher Weise ab. Die Präsenz von Dämpfen oder einer statischen Entladung in der Umgebung beeinträchtigt ebenfalls die Herstellung von Halbleitern einschließlich der Wafer selbst. Folglich ist die Verwendung von Materialien mit niedrigen Ausgasungscharakteristika erwünscht.
Es hat sich herausgestellt, dass geringfügige Abtragungen an dem die Halbleiterwafer enthaltenden SMIF-System schädigende Teilchen erzeugen können. Statische Elektrizität kann die abgetragenen schädigenden Teilchen zu der Innenfläche des SMIF-Behälters oder zu den Halbleiterwafern selbst hin anziehen. Wenn Teilchen zur Innenfläche des SMIF-Behälters hin gezogen worden sind, kann eine Bewegung des Behälters dazu führen, dass die Teilchen in der Luft schweben und auf den Haltleiterwafern landen und später die Halbleiterwafer beschädigen. Das Zirkulierenlassen und Filtern von Luft oder einem anderen Gas in dem SMIF-Container beseitigt die Teilchen nicht vollständig von den Innenflächen des SMIF-Behälters. Der SMIF-Behälter kann zwar gereinigt. werden, es ist aber schwierig, den Behälter gänzlich von an die Innenfläche des Behälters hin gezogenen Teilchen zu reinigen.
Die Aufrechterhaltung einer angemessen reinen Umgebung während des Transports, der Verarbeitung und Lagerung von Halbleiterwafern ist von entscheidender Bedeutung. Eine automatische Behandlungseinrichtung ist entwickelt worden, um den Kontakt und das Freiliegen von Halbleiterwafern gegenüber schädigenden Teilchen zu minimieren. Ebenso sind Behälter oder isolierende Strukturen entwickelt worden, welche die Wafer schützen und per Roboter über die Behandlungseinrichtung manipuliert werden können. Typischerweise wird die Isolierstruktur oder der SMIF-Behälter hermetisch von der äußeren Umgebung durch eine Tür oder einen Deckel abgedichtet und wird nur dann geöffnet, wenn er in einer Mini-Reinraumumgebung mit der Zugangstür eines Behandlungs werkzeugs in Eingriff kommt. Auf diese Weise wird das Risiko einer Verunreinigung wesentlich reduziert. Es ist somit wichtig, dass die Tür des SMIF-Behälter hermetisch abgedichtet bleibt, bis sie in einer Reinraumumgebung wieder außer Eingriff mit der Behandlungseinrichtung kommt.
Wenn eine hermetische Dichtung gebildet ist, muss die Tür am Behälter befestigt bleiben. Verschiedene Verriegelungsanordnungen sind entdeckt worden, um die Tür am Behälter zu befestigen, und dabei den Umfang an mechanischer Bewegung und Teilchenerzeugung zu minimieren. Eine solche Vorrichtung ist durch Gallagher et al. im US-Patent Nr. 5 291 923 (dem '923er Patent) offenbart worden. Dieses Patent offenbart eine flexible oder kollabierbare Membran- oder Blasendichtung: Über einen Verteiler wird ein Vakuum innen an ein Schließelement angelegt, das zum Abdichten eines SMIF-Behälters verwendet wird. Wenn das Vakuum angelegt wird, kollabiert die Dichtung, wodurch die Tür entfernt werden kann. Wenn das Vakuum abgestellt wird, expandiert die Dichtung langsam zu ihrer Ursprungsform. Um die Zeitspanne zu verkürzen, die die Dichtung braucht, um zu ihrer ursprünglichen Form zu expandieren und die Tür am Behälter abzudichten, kann ein positiver Druck angewandt werden.
Die durch Gallagher et al. offenbarte Anordnung hat sich unter verschiedenen Umständen als wirksam erwiesen. Ein starkes Stoßen oder Rütteln kann bewirken, dass sich die Tür vom Behälter loslöst und die in dem Behälter gelagerten Halbleiterwafer verunreinigt werden. Ein solches Stoßen und Rütteln kommt sehr häufig in der typischen Herstellungseinrichtung vor. Ferner erhöht die Vakuumanordnung die notwendige Zeit für die Behandlungseinrichtung, die Tür am Behälter freizugeben oder in Eingriff zu bringen. Folglich besteht ein Bedarf an einem Verriegelungselement, welches schnell in und außer Eingriff gebracht werden kann und nicht so leicht durch ein Rütteln oder Stoßen außer Eingriff kommt.
Das US-Patent Nr. 2 530 628 offenbart eine automatische Türverriegelungsvorrichtung. Die Vorrichtung empfängt ein Teilvakuum von einem Kraftfahrzeug-Einlaßverteiler. Das teilweise Vakuum zwingt Stößel nach außen, wodurch die Kraftfahrzeugtüren und an den Stößeln angebrachte Druckfedern verriegelt werden. Wenn das Teilvakuum von dem Ansaugverteiler infolge einer Betriebsunterbrechung des Kraftfahrzeugmotors anhält, werden die Stößel von den Federn zurückgezogen, wodurch die Kraftfahrzeugtüren entriegelt werden. In diesem Fall sind die Türen aufgrund eines Teilvakuums verriegelt, sind aber ansonsten unverriegelt.
Verschiedene mechanische Verriegelungen, wie z. B. die durch Parikh et al. im US-Patent Nr, 4 724 874 offenbarten, sind mit einigem Erfolg eingesetzt worden. Bemühungen, Verriegelungen zu entwerfen, um die Teilchenerzeugung zu eliminieren, wenn die Verriegelung in und außer Eingriff kommt, sind jedoch nicht erfolgreich gewesen. Wie oben erwähnt wurde, kann jede erzeugte Teilchenmenge die Halbleiterwafer schädigen.
Folglich besteht ein Bedarf an einer Verriegelung, die unter anderen Dingen: (1) wirksam durch die Behandlungseinrichtung in und außer Eingriff gebracht werden kann; (2) die nicht einfach durch Stoßen oder Rütteln am Behälter überwunden werden kann; (3) die die Erzeugung von verunreinigenden Partikeln während der Betätigung der Verriegelung minimiert; und (4) die von der Verriegelung abgetragene Partikel isoliert und beseitigt, so dass der Inhalt des Behälters nicht durch Teilchen verunreinigt wird. Die vorliegende Erfindung stellt eine solche Verriegelung bereit.
ABRISS DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine durch Vakuum betätigte mechanische Verriegelung bereit, die zur Sicherung einer Tür an der Öffnung eines Behälters verwendet werden kann. Die Verriegelung ist so gestaltet, dass sie bei Betätigung die Erzeugung von Teilchen minimiert. Die Verriegelung ist auch so gestaltet, dass sie durch die Verriegelung erzeugte Teilchen isoliert und beseitigt, so dass die Teilchen das Innere des Behälters oder die umgebende Umwelt nicht verschmutzen. Die durch Vakuum betätigte mechanische Verriegelung ist geeignet, bei jedem hermetisch abgedichteten Behälter verwendet zu werden, für Veranschaulichungszwecke wird hier jedoch nur auf einen SMIF-Behälter Bezug genommen. Fachleuten ist ersichtlich, dass die durch Vakuum betätigte mechanische Verriegelung auch zur Verwendung bei jedem Behälter eines anderen Typs oder einer anderen Größe eingesetzt werden kann.
In der bevorzugten Ausführungsform umfasst die vakuumbetätigte mechanische Verriegelung ein Gehäuse, einen Stößel und eine Druckfeder. Das Gehäuse hat eine darin vorgesehene Fuge bzw. Nute (mortise), wodurch der Stößel in der Fuge zwischen der ersten Verriegelungsposition und der zweiten zurückgezogenen Position verschiebbar ist. Die Fuge bzw. Nute erstreckt sich von einer Außenfläche des Gehäuses und legt eine Öffnung in das Gehäuse fest. Die Fuge endet innerhalb des Gehäuses, wobei sie ein geschlossenes Ende der Fuge bildet. Wenn sich der Stößel in der ersten Verriegelungsposition befindet, erstreckt sich ein Teil des Stößels aus dem Gehäuse durch die Öffnung des Gehäuses. Die Druckfeder dient dazu, den Stößel durch die Fuge bzw. Nute zu der ersten Verriegelungsposition vorzubelasten. Ein Kanal, durch den ein Vakuum angewandt werden kann, erstreckt sich in die Fuge, um die Kraft der Feder zu überwinden, wodurch der Stößel von der ersten Verriegelungsposition zur zweiten, zurückgezogenen Position hin betätigt wird.
Die Verriegelung ist an der äußeren Bodenfläche der Tür angebracht, die hermetisch am Behälter abgedichtet ist. Der Behälter hat vier umschlossene Seiten, eine umschlossene Oberseite und einen offenen Boden. Der offene Boden ist von einer Lippe umgeben. Ausnehmungen sind an einer Innenfläche der Lippe des Behälters ausgebildet. Wenn sich der Stößel in der ersten Verriegelungsposition befindet, kommt jede Ausnehmung mit dem Stößel einer entsprechenden Verriegelung in Eingriff, wodurch die Tür am Behälter gesichert wird. Natürlich kann die Verriegelung stattdessen integral mit dem Behälter geformt und an einer innerhalb der Tür ausgebildeten Ausnehmung verriegelt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform stehen separate Verriegelungen jeweils mit der Innenseite des Behälters in Eingriff. Fachleute werden erkennen, dass, wenn der Behälter oder die Hülse von zylindrischer Form ist, beispielsweise drei gleichseitig beabstandete Verriegelungen genügen, um die Tür gegen den Behälter abgedichtet zu halten.
Wenn die Tür am Behälter gesichert wird, wird ein Vakuum auf die Verriegelung aufgebracht, um die Verriegelung aus der Ausnehmung zurückzuziehen. Wenn die Verriegelung durch das Vakuum zurückgezogen wird, werden etwaige Teilchen innerhalb der Verriegelung durch das Vakuum aus der Verriegelung herausgezogen, so dass die Teilchen nicht das Innere des Behälters oder die äußere Umgebung verunreinigen können. Wenn das Vakuum verringert wird, so dass die Feder den Stößel zu der Verriegelungsposition hin vorbelastet, kann ein leichtes Vakuum angelegt werden, um einen Rückstaudruck zu erzeugen, welcher erzeugte Teilchen entfernt, wenn sich der Stößel durch die Fuge bzw. Nute verschiebt.
Das Vakuum wird über den Kanal, der sich in die Fuge nahe dem geschlossenen Ende der Fuge erstreckt, aufgebracht. Durch den Kanal wird ein Vakuum aufgebracht, das stark genug ist, um der Kraft der Druckfeder zu widerstehen, wodurch der Stößel und der Kopf in die Nute gezogen werden. Wenn der Stößelkopf aus dem Gehäuse vorsteht, befindet sich der Stößel in der ersten Verriegelungsposition, und wenn der Stößelkopf in die Nute zurückgezogen wird, befindet sich der Stößel in der zweiten zurückgezogenen Position. Die durch die Druckfeder aufgebrachte Kraft sollte ausreichen, um den Stößel auch dann in der Verriegelungsposition zu halten, wenn der Behälter gestoßen oder gerüttelt wird.
In der bevorzugten Ausführungsform haben der Stößel und die Nut bzw. Fuge unterschiedliche kompatible Formen. Der Stößel besteht aus einer Trommel mit einem am Ende der Trommel geformten Kopf und einem am anderen Ende der Trommel geformten Sitz. Die Druckfeder ist zwischen dem Sitz des Stößels und dem geschlossenen Ende der Fuge bzw. Nute positioniert. Die Trommel hat eine Schulter, die sich longitudinal von dem distalen Ende zum Kopf erstreckt, der sich von einem größeren ersten Durchmesser zu einem kleineren zweiten Durchmesser verjüngt. Diese Verjüngung bzw. Konizität dient als Anschlag, der verhindert, dass der Stößel vollständig aus dem Gehäuse herausgleitet.
Der Stößel kann eine Ausnehmung aufweisen, die sich entlang der Longitudinalachse des Trommelabschnitts in den Stößel erstreckt. Ein Teil der Druckfeder kann in dieser Ausnehmung positioniert sein. Außerdem kann ein Ringkanal innerhalb der planaren Oberfläche des Sitzes ausgebildet sein. Ein Dichtungsring oder O-Ring ist innerhalb des in dem Sitz ausgebildeten Kanals positioniert. Wenn der Stößel durch das Vakuum zu der zweiten offenen Position gerüttelt wird, kommt der O-Ring in abdichtenden Eingriff mit dem geschlossenen Ende der Fuge bzw. Nute.
Wenn der Stößel gegen das geschlossene Ende der Fuge abgedichtet ist, ändert sich der Unterdruck. Diese Druckänderung kann als Anzeiger für die Behandlungseinrichtung verwendet werden, dass die Verriegelung zu der zweiten offenen Position zurückgezogen ist. Bevor der Stößel gegen das geschlossene Ende der Fuge abdichtet, werden etwaige von der Verriegelung erzeugte Teilchen durch das Vakuum bzw. den Unterdruck abgesaugt, was die Halbleiterwafer noch besser von etwaigen schädigenden Teilchen isoliert.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform sind die Verriegelungen in der Tür selbst ausgebildet. Die Tür dient als Gehäuse für alle vier Verriegelungen. Eine Fuge bzw. Nute ist auf jeder Seite der Tür vorgesehen, wodurch der Stößel innerhalb der Fuge zwischen einer ersten Verriegelungsposition und einer zweiten zurückgezogenen Position verschiebbar ist. Ein Kanal erstreckt sich von der Bodenfläche der Tür in jede Fuge. Auf diese Weise kann eine Anschlussöffnung des Behandlungswerkzeugs an dem Außendurchmesser der Tür abdichten und einen Verteiler bilden, welcher alle Kanäle der verschiedenen Verriegelungen mit einer zentralen Unterdruckleitung verbindet.
In einer anderen alternativen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Verriegelung eine flexible elastomere Dichtung, die am Kopf des Stößels angebracht ist. Die Dichtung erzeugt eine Vakuumkammer innerhalb eines Hohlraums der Fuge bzw. Nute und isoliert den Stößel und die Feder zusätzlich von der äußeren Umgebung.
Ohne Einschränkung werden zumindest drei wichtige Vorteile durch solche vakuumbetätigte mechanische Verriegelungen bereitgestellt. Zunächst werden die Tür und der Behälter fest zusammengehalten. Zweitens besteht bei Betätigung der Verriegelung ein Luftkissen zwischen der Fuge und dem Stößel, damit der Stößel in der Fuge "flottiert", wodurch ein Scheuern zwischen der Fuge und dem Stößel verringert wird, wenn sich der Stößel innerhalb der Fuge verschiebt. Drittens dient das Vakuum dazu, etwaige Partikel, die erzeugt worden sein könnten, aus der Verriegelung herauszurütteln. Somit liefert die Gestaltung mehrere einzigartige Vorteile.
Demgemäß ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vakuumbetätigte mechanische Verriegelung zum Sichern einer Tür an einem Behälter bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verriegelung für einen SMIF-Behälter vorzusehen, die von Rüttel- oder Stoßkräften nicht überwunden wird.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine mechanische Verriegelung bereitzustellen, welche die von der Verriegelung erzeugte Partikelmenge minimiert und isoliert.
Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verriegelung bereitzustellen, die wirksam und einfach mit einer automatischen Behandlungseinrichtung in und außer Eingriff kommt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verriegelungssystem bereitzustellen, welches ein Mittel aufweist, das der Behandlungseinrichtung angibt, dass die Verriegelung sich in einer offenen Position befindet.
Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verriegelungssystem bereitzustellen, welches einen Großteil der in der Verriegelung enthaltenen Bewegungsmechanismen von der äußeren Umgebung abdichtet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verriegelungssystem bereitzustellen, das die zur Betätigung der Verriegelung erforderliche externe Vakuummenge reduziert.
Diese und weitere Aufgaben sowie diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind Fachleuten aus einer Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen leicht ersichtlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine auseinandergerüttelte perspektivische Ansicht des Behälters und der Tür, die über einen Abschnitt der Behandlungseinrichtung angehoben sind,
2 eine perspektivische Ansicht der von der Tür entfernten Verriegelung,
3 eine planare Draufsicht auf die Bodenhälfte des Verriegelungsgehäuses des in 2 gezeigten Typs, mit dem Stößel in der ersten Verriegelungsposition,
4 eine planare Draufsicht auf die obere Hälfte des Verriegelungsgehäuses des in 2 gezeigten Typs,
5 eine planare Draufsicht auf die untere Hälfte des Verriegelungsgehäuses des in 2 gezeigten Typs mit dem Stößel in der zweiten, zurückgezogenen Position,
6 eine perspektivische Endansicht des Stößels des in 3 gezeigten Typs,
7 eine planare Draufsicht auf den Stößel des in 3 gezeigten Typs mit entfernter Druckfeder,
8 eine auseinandergerüttelte, teilweise im Schnitt gehaltene Aufrissansicht eines alternativen bevorzugten Behälters und einer Tür, die über eine alternative bevorzugte Ausführungsform der Behandlungseinrichtung angehoben sind,
9 eine planere Draufsicht auf eine alternative bevorzugte Ausführungsform der unteren Hälfte des Verriegelungsgehäuses mit dem Stößel in der ersten Verriegelungsposition und
10 eine planare Draufsicht einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform der unteren Hälfte des Verriegelungsgehäuses mit dem Stößel in der ersten Verriegelungsposition.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Es wird zunächst auf 1 eingegangen, in der allgemein ein Behälter 10 und eine über eine Anschlusstür des Halbleiterwafer-Behandlungswerkzeugs 14 angehobene Tür 12 gezeigt ist. Der Behälter 10 hat eine umschlossene Oberseite 16 und Seitenwände 18. Eine Lippe bzw. Leiste 20 erstreckt sich um den Umfang des Behälters 10 und legt das offene Ende 22 des Behälters 10 fest. Eine Dichtungsfläche 24 ist an einem inneren Abschnitt 26 der Lippe 20 ausgebildet. In der bevorzugten Ausführungsform ist eine Verriegelungsausnehmung 28 in dem inneren Abschnitt 26 der Lippe 20 unter der Dichtungsfläche 24 auf jeder Innenseite des Behälters 10 ausgebildet.
Die Tür 12 ist in der Form flach und so dimensioniert, dass sie gegen die Dichtungsfläche 24 des Behälters 10 abdichtet. Eine komprimierbare Dichtung 30 (nicht sichtbar) ist an dem oberen Oberflächenumfang 32 der Tür 12 ausgerichtet, der mit der Dichtungsfläche 24 der Lippe 20 in Eingriff steht. Etwa 5 pound Druckkraft sind notwendig, um die Tür 12 am Behälter 10 hermetisch abzudichten.
Die Verriegelungen 34 werden durch bekannte Mittel an der Tür 12 angebracht und so ausgerichtet, dass sie den Verriegelungsausnehmungen 28 entsprechen. Wenn die Tür 12 in dichtendem Eingriff mit dem Behälter 10 unter einer Druckkraft von etwa 5 pound steht, greift jede Verriegelung 34 in die entsprechende Ausnehmung 28 des Behälters 10 ein, wodurch ein Entfernen der Tür 12 verhindert wird. Die eingreifende Verriegelung 34 hindert die Tür 12 auch an einer Bewegung oder an einem Herausrütteln aus dem abdichtenden Eingriff mit dem Behälter 10. Die Verriegelung verhindert ein Entfernen der Tür 12 von dem Behälter 10 auch in Situationen, in denen der Behälter grob behandelt oder umgestürzt wird.
Die verschiedenen Vorrichtungen, die während des Halbleiter-Herstellungsprozesses verwendet werden, sollten Eigenschaften aufweisen, welche die Menge an kleinen Partikeln, Dämpfen oder statischer Entladung in die Umgebung reduzieren. Ohne Einschränkung wird der Behälter 10 vorzugsweise aus einer Kombination aus Polycarbonat und annähernd 10 bis 30 Vol.-% Polytetrafluorethylen (PTFE) geformt, wobei die Tür 12 vorzugsweise aus Polycarbonat geformt wird, und die Verriegelung 34 vorzugsweise aus einem Material mit geringer Ausgasung, mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten und hoher Dielektrizitätskonstante hergestellt wird. Ein solches Material ist DELRIN^®, erhältlich von E. I. du Pont de Nemours & Co. (Inc.).
Als nächstes wird auf 2 eingegangen, in der die Verriegelung 34 allgemein dargestellt ist. Die Verriegelung 34 umfasst ein Gehäuse 36, einen Stößel 38 und eine Druckfeder 40. Wie in den 3 bis 7 gezeigt ist, schreibt die Form des Stößels 38 vor, dass das Gehäuse 36 aus einem oberen und unteren Element 42 bzw. 44 besteht. Fachleute werden erkennen, dass die Form des Stößels so variieren kann, dass das Gehäuse aus einem einzelnen bzw. einzigen Element aufgebaut sein kann. Die oberen und unteren Elemente 42 und 44 können über Bohrungen 46 mit selbstschneidenden Schrauben aneinander befestigt sein oder können durch andere bekannte Mittel miteinander verbunden sein. Die spezifischen Bestandteile der Verriegelung 34 werden nicht in näheren Einzelheiten erläutert.
Als nächstes wird auf die 3 und 4 eingegangen, in denen die oberen und unteren Gehäuseelemente 42 und 44 in näheren Einzelheiten gezeigt sind. Das obere Gehäuse 42 hat eine darin ausgebildete obere Nute bzw. Fuge 50, und das untere Gehäuse 44 hat eine darin ausgebildete untere Nute bzw. Fuge 52. Wenn die oberen und unteren Gehäuse 42 und 44 ausgerichtet sind und in Eingriff stehen, richten sich die oberen und unteren Fugen bzw. Nuten 50 und 52 gegenseitig aus und bilden allgemein die Fuge 48 des Gehäuses 36. Die oberen und unteren Fugen bzw. Nuten 50 und 52 sind identisch.
Allgemein erstreckt sich die Fuge 48 teilweise in das Gehäuse 36 zu einem geschlossenen Ende 54 der Fuge. Ein offenes Ende 56 der Fuge ist an einer Außenendfläche 58 des Gehäuses 36 ausgebildet. In der bevorzugten, in den 3 bis 7 gezeigten Ausführungsform hat die Fuge bzw. Nute 48 die Gesamtform des Stößels 38. Die Fuge 48 umfasst einen ersten zylindrischen Abschnitt 60, einen konisch zulaufenden Abschnitt 62, der sich von dem ersten zylindrischen Abschnitt 60 zu einem zweiten, kleineren zylindrischen Abschnitt 64 hin verjüngt. Der zweite zylindrische Abschnitt 64 erstreckt sich zu einer Ausnehmung 66, die zu der Außenendfläche 58 des Gehäuses 36 hin geöffnet ist (sh. 4). Ein Vakuumkanal 68 erstreckt sich von einer Bodenfläche 70 des unteren Gehäuses 44 zum geschlossenen Ende 54 der Fuge bzw. Nute 48.
Es wird nun auf die 6 und 7 eingegangen, in der der Stößel 38 allgemein dargestellt ist. Im Einsatz ist der Stößel 38 innerhalb der Fuge bzw. Nute 48 für eine Gleitbewegung zwischen einer ersten geschlossenen Verriegelungsposition 72 (in 3 gezeigt) und einer zweiten offenen Position 74 (in 5 gezeigt) angebracht. Der Stößel 38 umfasst eine Trommel oder einen Körper 76 mit einem Kopf 78, der an einem Ende ausgebildet ist, und einem Sitz 80, der am anderen Ende ausgebildet ist. Eine konisch zulaufende Schulter 82 verjüngt sich von einem größeren Durchmesser 84, beginnend in Nähe des Sitzes 80 des Stößels 38 zu einem zweiten, kleineren Durchmesser 86 entlang der Longitudinalachse der Trommel 76. Der Kopf 78 des Stößels 38 hat eine abgewinkelte Einleitfläche 88, welche eine Reibung minimiert, wenn der Stößel in die Ausnehmung 28 des Behälters 10 gezwungen wird.
Der Sitz 80. des Stößels 38 hat eine Ausnehmung 90, die sich in die Trommel 76 entlang der Longitudinalachse der Trommel 76 erstreckt. Die Druckfeder 40 wird in diese Ausnehmung 90 eingesetzt, wodurch die Verwendung einer längeren Druckfeder möglich ist. Wie in 3 und 5 gezeigt ist, ist die Druckfeder 40 zwischen dem geschlossenen Ende 54 der Fuge bzw. Nute 48 und dem Stößel 38 positioniert. Die Druckfeder 40 ist so dimensioniert, dass sie den Stößel 38 zu der ersten Verriegelungsposition 72 hin vorbelastet bzw. vorspannt.
In der bevorzugten Ausführungsform ist ein Ringkanal 92 entlang dem Umfang der planaren Oberfläche des Sitzes 80 ausgebildet. Eine austauschbare Dichtung oder ein O-Ring 94 können in den Kanal 92 des Sitzes 80 eingesetzt sein. Der Durchmesser des Vakuumkanals 68 ist kleiner als der Außendurchmesser des Sitzes 80 und der Innendurchmesser des O-Rings 94. Wenn der Stößel 38 zu der zweiten offenen Position 74 zurückgezogen wird, dichtet der O-Ring 94 gegen das geschlossene Ende 54 der Fuge 48 ab. Fachleute werden erkennen, dass der Vakuumkanal 68 sich von einer Außenfläche des Gehäuses 36 in andere Abschnitte der Fuge 48 erstrecken kann. Jedoch minimiert eine Erstreckung des Kanals 68 in das geschlossene Ende 54 der Fuge 48 die notwendige Vakuummenge, um den Stößel 38 zu der zweiten offenen Position 74 zurückzuziehen.
Die Schulter 82 des Stößels 38 und der Abschrägungsabschnitt 62 der Fuge 48 sind so dimensioniert, dass, wenn die Druckfeder 40 den Stößel 38 zur Verriegelungsposition 72 hin drängt, die Schulter 82 als Anschlag gegen den konisch zulaufenden Abschnitt 62 der Fuge 48 wirkt, wodurch die Bewegungsstrecke des Stößels 38 eingeschränkt wird (sh. 3 und 5).
Der Kopf 78 des Stößels 38 ist geringfügig kleiner dimensioniert als das offene Ende 56 der Fuge 48. Eine Lippe 96 ist an dem Stößelkopf 78 ausgebildet. Wenn der Stößelkopf 78 durch die Öffnung 56 des Gehäuses 36 gezwungen wird, kommt die Lippe 96 mit einer Innenumfangsfläche 98 (sh. 4) des offenen Endes 56 der Fuge 48 in Kontakt und blockiert das offene Ende 56. Wenn die Lippe 96 des Kopfs 78 sich in einer Blockierposition befindet, verfangen sich etwaige, von der Gleitbewegung des Stößels 38 erzeugte Teilchen in der Fuge bzw. Nute 48. Wenn der Unterdruck aufgebracht wird, um die Verriegelung 34 außer Eingriff mit dem Behälter 10 zu bringen, saugt der Unterdruck etwaige in der Fuge 48 enthaltene Teilchen weg.
Fachleute werden sofort erkennen, dass der Stößel 38 sich nur zu der zurückgezogenen Position 74 bewegen wird, wenn die Vorbelastungskraft der Feder 40 überwunden wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Vakuum über einen Vakuumkanal 68 aufgebracht, um die (Kraft der) Feder 40 zu überwinden. Die Verwendung eines Vakuums zur Bewegung des Stößels 38 bietet auch den Vorteil, ein Luftkissen zwischen dem Stößel 38 und der Fuge bzw. Nute 48 zu erzeugen, um ein Scheuern zu reduzieren. Die Anwendung eines solchen Vakuums dient auch dazu, etwaige Teilchen, die sich in der Verriegelung 34 gebildet haben könnten durch das Vakuum zu ziehen. Wenn der Stößel 38 von einer zurückgezogenen Position 74 zu einer Verriegelungsposition 72 vorbelastet wird, kann ein geringfügiger Unterdruck angewandt werden, der genügt, um das Luftkissen zu erzeugen und Teilchen durch die Verriegelung 34 und aus dem Kanal 68 herauszuziehen, der aber nicht ausreicht, um die Vorbelastungskraft der Feder 40 zu überwinden.
Als nächstes wird auf 8 eingegangen, in der eine alternative bevorzugte Ausführungsform gezeigt ist, bei der die Tür 12 innerhalb der Tür 12 selbst ausgebildete Verriegelungen 34 aufweist. Die Tür 12 dient als Gehäuse 36 für alle vier Verriegelungen 34. Eine Fuge bzw. Nute 48 ist an jedem Ende der Tür 12 vorgesehen, wodurch der Stößel 38 innerhalb der Fuge 48 zwischen der ersten Verriegelungsposition 72 und einer zweiten zurückgezogenen Position 74 verschiebbar ist. Jeder Vakuumkanal 68 erstreckt sich von der Bodenfläche 100 der Tür 12 zu dem geschlossenen Ende 54 jeder Fuge bzw. Nute 48. Eine austauschbare Dichtung 102 bekannten Aufbaus ist um den Umfang der Anschlusstür 104 der Behandlungseinrichtung 114 positioniert. Auf diese Weise dichtet die Anschlusstür 104 der Behandlungseinrichtung 14 die äußere Bodenfläche 100 der Tür 12 ab und schafft einen Verteiler, der alle Vakuumkanäle 68 der verschiedenen Verriegelungen 34 mit einem zentralen Vakuumbehälter 106 über eine zentrale Leitung 108 verbindet.
Es wird nun auf 9 eingegangen, in der die untere Hälfte einer alternativen bevorzugten Verriegelung gezeigt ist. Nahe dem geschlossenen Ende 54 der Fuge 48 ist ein Vakuumhohlraum 112 innerhalb der Fuge ausgebildet. Der Hohlraum hat eine Öffnung 114, durch die die Stößeltrommel 76 gleitet. Ein Ende eines austauschbaren Balgs 116 ist in einer Nut bzw. Rille 118 innerhalb der Fuge 48 an einer Außenseite des Vakuumhohlraums 112 angebracht. Das andere Ende des Balgs 116 ist an dem Kopf 78 des Stößels 38 angebracht, wodurch ein Großteil des Stößels 38 von der äußeren Umgebung abgedichtet ist. Der atmosphärische Druck hält den Balg 116 nach innen gedrückt, so lange das Vakuum aufgebracht wird. Der Balg 116 ist vorzugsweise aus einem flexiblen elastomeren Polymer hergestellt, so dass bei Bewegung des Stößels 38 zwischen der ersten Verriegelungsposition 72 und der zweiten zurückgezogenen Position 74 der Balg sich einfach in sich selbst zurückfaltet. Der Balg verbessert auch die Saugfähigkeit des Vakuums der Behandlungseinrichtung.
10 stellt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Verriegelung 34 dar. Hei dieser Ausführungsform ist ein Ende eines einfaltigen Balgs durch bekannte Mittel am Gehäuse 36 angebracht, und das andere Ende ist am Kopf 78 des Stößels 38 angebracht, wodurch ein Großteil des Stößels 38 von der äußeren Umgebung abgedichtet ist. Der Hohlraum 66 der Fuge 48 dient als Vakuumhohlraum 112. Fachleute werden erkennen, dass die flexiblen elastomeren Eigenschaften des Balgs die Notwendigkeit der Druckfeder 40 eliminieren können, wodurch der Stößel zu der ersten Verriegelungsposition gezwungen wird, wenn der Betrag des aufgebrachten Unterdrucks abnimmt. So werden Fachleute erkennen, dass ohne irgendeine beabsichtigte Einschränkung entweder der Balg 116 oder die Feder 40 als Mittel dienen können, um den Stößel in die erste Verriegelungsposition zu zwingen, wobei sowohl die Feder als auch der Balg zu der zweiten offenen Position zurückziehbar sind. Ferner kann auch der O-Ring 94 nicht notwendig sein, da der Stößel 38 innerhalb des Gehäuses 36 durch den Balg 116 abgedichtet ist. Ein Rückhaltering 120 bekannten Aufbaus kann zum Zurückhalten des Balgs 116 an der Außenendfläche 58 des Gehäuses 36 verwendet werden.
Nach der Beschreibung der Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung wird nun der Anwendungsmodus erläutert. In der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform zentriert der Anwender die Tür 12 über der Anschlusstür 104 der Behandlungseinrichtung 114, so dass jede Verriegelung 34 mit einem Ansaugteil 110 der Behandlungseinrichtung 14 ausgerichtet ist. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Unterdruck durch jedes Ansaugteil 110 aufgebracht, wodurch der Stößel 38 von der ersten Verriegelungsposition 72 zu einer zweiten offenen Position 74 gezogen wird. Fachleute werden erkennen, dass ein Vakuumbehälter 106 notwendig sein kann, um die notwendige Zeitspanne zur. Schaffung einer Saugwirkung, die ausreicht, um den Stößel 38 zu der zweiten offenen Position 74 zu ziehen, zu minimieren. Ferner kann der Behälter auch als Anzeige verwendet werden, wenn sich die Verriegelungen 34 in der offenen Position 74 befinden. Wenn ein Vakuum an die Verriegelungen 34 angelegt wird, wird der Stößel 38 zu der zweiten offenen Position 74 hin gesaugt. Sobald der O-Ring 94 gegen das geschlossene Ende 54 der Fuge bzw. Nute abdichtet, ändert sich der Druck im Behälter 106 und zeigt an, dass die Verriegelung 34 vollständig zurückgezogen ist. Ein Druckfühler kann in Verbindung mit der Behandlungseinrichtung 14 gebracht werden, woraus der Prozessor oder der Anwender, sobald die Druckänderung einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, ableiten kann, dass die Verriegelung 34 sich in der zweiten offenen Position 74 befindet.
Wenn die Behandlungseinrichtung oder der Anwender bestimmt, dass die Verriegelungen 34 sich in der offenen Position befinden (durch Überwachen des Drucks in dem Vakuumbehälter), wird eine Halbleiterwafer enthaltende Kassette oben auf die Tür 12 gegeben und der Behälter 10 wird auf die Tür 12 abgesenkt. Auf die Tür 12 wird eine Kraft aufgebracht, um die Dichtung 30 zu komprimieren und den Behälter und die Tür hermetisch abzudichten. Das Vakuum wird ausreichend gemindert, um zu gestatten, dass die Feder 40 den Stößel 38 vorbelastet. Die Druckfeder 40 zwingt den Stößel 38 durch das offene Ende 56 der Fuge bzw. Nute 48 zu der ersten Verriegelungsposition 72. Die Druckkraft gegen den Behälter 10 kann dann abgesetzt werden. Der Behälter bleibt verriegelt und gegenüber der Tür hermetisch abgedichtet.
Um die Tür 12 von dem Behälter 10 loszulösen, richtet der Anwender die Saugteile 110 mit jeder Verriegelung 34 aus, wobei ein Unterdruck auf die Verriegelung 34 aufgebracht wird. Der Unterdruck zieht den Stößel 38 in die zurückgezogene zweite Öffnungsposition 74. Die Tür 12 kann dann vom Behälter 10 entfernt werden.
Diese Erfindung ist hier in näheren Einzelheiten beschrieben worden, um die Patentregelungen zu erfüllen und Fachleuten die Information zu liefern, die benötigt wird, um die neuartigen Prinzipien anzuwenden und spezielle Komponenten, die erforderlich sind, zu bauen und anzuwenden. Es ist jedoch anzumerken, dass die Erfindung auch durch spezifische unterschiedliche Vorrichtungen ausgeführt werden kann und dass verschiedene Modifikationen sowohl hinsichtlich der Vorrichtungsdetails als auch der Funktionsvorgänge vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung selbst abzuweichen.

Claims

Vakuumbetätigte mechanische Verriegelung (34), die zum Sichern einer Tür (12) in abdichtbarem Eingriff an einem Halbleiterwafer-Behälter (10) verwendet wird, mit: einem Gehäuse (36) zum, Anbringen an der Tür des Halbleiterwafer-Behälters, mit einer sich durch einen Abschnitt des Gehäuses (36) erstreckenden und in einem geschlossenen Ende (54) abschließenden Zapfenausnehmung (48) und ferner mit einer Bohrung (46) die sich von einer Außenfläche des Gehäuses (36) in die Zapfenausnehmung (48) erstreckt, einem Stößel (38), der in gleitendem Eingriff mit der Zapfenausnehmung (48) des Gehäuses (36) steht und zwischen einer Verriegelungsposition (72) und einer Öffnungsposition (74) bewegbar ist, und einem Mittel zum Zwingen des Stößels (38) in die Verriegelungsposition (72).
Verriegelung (34) nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Zwingen des Stößels (38) in die Verriegelungsposition einen Balg (116) umfasst.
Verriegelung (34) nach Anspruch 2, wobei der Balg (116) zurückziehbar ist, damit sich der Stößel in die Öffnungsposition (74) bewegen kann.
Verriegelung (34) nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein erstes Ende des Balgs (116) am Gehäuse (36) angebracht ist, und ein zweites Ende des Balgs (116) am Stößel (38) angebracht ist.
Verriegelung (34) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einem Mittel zum Betätigen des Stößels (38) von der Verriegelungsposition (72) zur Öffnungsposition (74).
Verriegelung (34) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Stößel (38) ferner einen Zylinder (76) mit einem an einem Ende des Zylinders ausgebildeten Kopf (78) und einem an einem anderen Ende des Zylinders distal zum Kopf (78) ausgebildeten Sitz (80) umfasst.
Verriegelung (34) nach Anspruch 6, wobei der Zylinder (76) ferner eine longitudinal abgeschrägte Schulter (82), die sich von dem Sitz (80) zum Kopf (78) erstreckt, aufweist.
Verriegelung (34) nach Anspruch 6 oder 7, ferner mit einem mit dem Sitz 80 in Eingriff stehenden Dichtungsring (94), wobei der Dichtungsring (94) den Stößel (38) abdichtend mit dem geschlossenen Ende (54) der Zapfenausnehmung (48) in Eingriff bringt.
Verriegelung (34) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Kopf (78) des Stößels (38) eine abgewinkelte Einführfläche (38) aufweist, welche eine Reibung minimiert, wenn der Stößel (38) in die Verriegelungsposition (72) gezwungen wird.
Verriegelung (34) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Mittel zum Zwingen eine Druckfeder (40) umfasst.
Verriegelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Mittel zum Zwingen mit dem Gehäuse und dem Stößel in Eingriff steht.
Abdichtbarer Halbleiterwafer-Behälter (10), mit: einer geschlossenen Oberseite (16), Seitenwänden (18) und einem offenen Bodenende (22) sowie einer hermetisch verschließbaren Tür (12) zum Schließen des offenen Bodenendes (22), mindestens einer Verriegelung (34) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zum mechanischen Verriegeln der Tür (12) am Behälter (10), wenn sich der Stößel (38) in der Verriegelungsposition befindet, und zum Freigeben der Tür (12) von dem Behälter (10), wenn sich der Stößel in der zurückgezogenen Position befindet, und einem vakuumbetätigten Mittel zum Betätigen des Stößels (38) aus der Verriegelungsposition zur zurückgezogenen Position.
Behälter (10) nach Anspruch 12, wobei der Stößel (38) in Gleiteingriff mit der Zapfenausnehmung (48) des Gehäuses (36) steht.
Verfahren zum Abdichten bzw. Verschließen des Behälters (10) nach Anspruch 12 oder 13, mit einem Halbleiterwafer-Bearbeitungswerkzeug (14), die folgenden Schritte umfassend: Ausrichten jeder der mindestens einen Verriegelung(en) (34) mit einem Sauger (110) des Halbleiterwafer-Bearbeitungswerkzeugs (14), Anwenden eines Vakuums durch jeden Sauger (110), wodurch jeder Stößel (38) aus der Verriegelungsposition zu der zurückgezogenen Position zurückgezogen wird, Abdichten bzw. Verschließen des Behälters (10) mit der Tür (12) und Abstellen des Vakuums, so dass jeder Stößel (38) zu der Verriegelungsposition zurückkehrt.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner mit dem Schritt des Anwendens einer Kraft auf die Tür (12) vor dem Abstellen des Vakuums, so dass der Behälter (10) durch die Tür (12) hermetisch verschlossen wird.
Verfahren zum Freigeben der Tür (12) des Behälters (10) nach Anspruch 11 oder 12 mittels eines Halbleiterwafer-Bearbeitungswerkzeugs (14), die folgenden Schritte umfassend: Ausrichten jeder der mindestens einen Verriegelung(en) (34) mit einem Sauger (110) des Halbleiterwafer-Bearbeitungswerkzeugs (14), Anwenden eines Vakuums durch jeden Sauger (110), wodurch jeder Stößel (38) aus der Verriegelungsposition zu der zurückgezogenen Position zurückgezogen wird, und Entfernen der Tür (12) von dem Behälter (10).