TWI386575B - 一充氣閥及配置有此充氣閥之晶圓盒 - Google Patents

Description

一充氣閥及配置有此充氣閥之晶圓盒

本發明係關於一種前開式晶圓盒，特別是一種配置有充氣閥之前開式晶圓盒。

目前在半導體廠中，關於晶圓、光罩的儲運裝置大多採用由惠普公司所提出的標準式介面(SMIF)系統，此SMIF系統已於美國專利第4532970號及第4534389號中揭露。SMIF系統之目的係要確保晶圓、光罩在輸送和儲藏過程中，晶圓、光罩周圍的氣體基本上相對於晶圓、光罩是靜止的，且無塵室中的微粒亦不致於進入緊鄰晶圓、光罩的環境中。

因此，在SMIF系統中使用的輸送容器，需具備良好的氣密效果，以避免外在環境的氣體或微粒進入輸送容器。而在實務上，例如：200mm晶圓盒或300mm晶圓盒，為了防止晶圓表面發生氧化或產生有機污染，則會進一步將氮氣、鈍氣或已經去除水分(1%以下)的乾氣體等氣體充入晶圓盒中。有鑒於此，在上述晶圓盒中會配置至少一充氣閥，以確保氣體順利填充並防止晶圓盒內的填充氣體外洩。

請參閱第1圖所示，係揭露於美國專利第7,201,276號中之晶圓盒所使用的充氣閥。此充氣閥係包括一圓筒100，圓筒100內部設有一鴨嘴式閥體101，其主要是由兩片具彈性的瓣膜102所組成；因此，當進行充氣時，氣體會在瓣膜102外施壓造成瓣膜102之間的隙縫103撐開，使氣體順利進入晶圓盒內。而當停止充氣或當晶圓盒內部壓力逐漸增大時，瓣膜102之間的隙縫103便恢復成閉合狀態，以維持氣體在晶圓盒內部。上述充氣閥雖結構看似簡單，但瓣膜102的設計及使用的材料掌握不易。當材料剛性太大時，瓣膜102不易產生形變，造成瓣膜102之間的隙縫103太小，以至於無法在短時間內將晶圓盒充滿氣體。而當材料剛性太小時，瓣膜102則無法完全地將隙縫103閉合，容易造成洩氣的發生。

依據先前技術之晶圓盒其充氣閥容易洩氣、無法有效率的將晶圓盒充滿氣體，本發明之一主要目的在於提供一種充氣閥於晶圓盒，此充氣閥可在短時間內將晶圓盒充滿氣體，以節省充氣所需的時間。

本發明之另一主要目的在於提供一種充氣閥於晶圓盒，充氣閥能長時間將氣體保持於晶圓盒內，可防止晶圓盒內的氣體外洩。

本發明之再一主要目的在於提供一種充氣閥於晶圓盒，充氣閥具有良好的氣密效果，能避免在充氣的過程中，晶圓盒外部的氣體或環境的氣體伴隨進入晶圓盒內。

為達上述之各項目的，本發明揭露一種充氣閥，主要包括一固定本體、一充氣頭、一彈性元件及一閥蓋。固定本體係具有一外周面且在外周面上緣形成一頂面，而在頂面的中心及外周面的下緣分別具有上開口及下開口。充氣頭包括一基座及一由基座的中心向上突起的中空筒狀部，其中，中空筒狀部係位於固定本體的上開口中且中空筒狀部的周壁設有一出氣孔。彈性元係環設於充氣頭之中空筒狀部四周且位於固定本體其頂面及充氣頭其基座之間。閥蓋係配置於充氣頭的中空筒狀部上方，因此，當充氣頭在一往上的外力抵持下時，充氣頭會在上開口中由一第一位置移動到一第二位置並壓縮彈性元件，上述第一位置係指閥蓋抵壓著固定本體之頂面，而第二位置係指閥蓋與頂面形成一間隙且充氣頭的出氣孔與間隙相通。

此外，本發明亦包含一配置有上述充氣閥之晶圓盒，由於上述充氣閥處於關閉時，即處於第一位置時，其彈性元件能提供一力量使閥蓋抵壓著固定本體的頂面，所以，能長時間將氣體保持於晶圓盒內，有效的避免氣體外洩。

為使本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖示及圖號：首先，請參閱第2圖所示，係本發明之一種配置有充氣閥之晶圓盒其示意圖。此晶圓盒係一前開式晶圓盒，包括一盒體10及一門體20。盒體10內部設有複數個插槽11以水平容置複數個晶圓，且在盒體10的一側面具有一開口12可供晶圓的載出及載入。門體20則具有一個外表面21及一個內表面22，門體20是藉由內表面22與盒體10的開口12相結合，以保護盒體10內部的複數個晶圓。此外，在盒體10或門體20上至少具有一貫通孔30，以配置一充氣閥40。一般而言，充氣閥40係配置於盒體10的底部10B，因此，當晶圓盒置於一承載介面(load port)上時，一供氣噴嘴可從承載介面中伸出並經由貫通孔30內的充氣閥40對晶圓盒進行充氣。上述供氣噴嘴所提供或噴出的氣體係以氮氣、鈍性氣體或乾氣體為主，但不特別限定。

而如第3圖所示，係本發明之晶圓盒其充氣閥之爆炸圖。充氣閥40主要包括一固定本體41、一充氣頭42、一彈性元件44、一閥蓋43及一下蓋45。固定本體41係一中空的筒狀結構，其具有一外周面411且在外周面411的上緣形成一頂面412，在頂面412的中心及外周面411的下緣分別具有一上開口413及一下開口414。充氣頭42係設置於固定本體41的內部，其包括一基座421及一由基座421的中心向上突起的中空筒狀部422。上述充氣頭42係先以一彈性元件44，環設於中空筒狀部422四周後，將中空筒狀部422由固定本體41其下開口414的下端放入上開口413中並隨即將一閥蓋43組裝或配置於中空筒狀部422的上方。最後，將下蓋45組裝於固定本體41其外周面411的下緣，以形成充氣閥40。

接著，請參閱第4圖，上述下蓋45係一平板狀結構，在其中央處具有一限制孔451。限制孔451係用以容納充氣頭42的基座421，以避免充氣頭42其基座421在固定本體41的內部左右搖晃。而在限制孔451的外圍進一步設有複數個結合孔洞452，可和固定本體41其外周面411下緣的扣勾415相結合。

而如第5A圖所示，充氣頭42的中空筒狀部422具有至少一出氣孔4221且在頂端形成一T形的結合柱423，此結合柱423具有一呈幾何形狀的上表面4231。而在閥蓋43的下表面亦具有一與上述幾何形狀相符之孔洞431，孔洞431則向上延伸並形成一平台432。因此，當結合柱423穿過閥蓋43下表面的孔洞431並順時針旋轉約九十度後可卡固於平台432上的突點433與側壁434之間，使中空筒狀部422與閥蓋43結合成一體(如第5B圖)。當然，上述中空筒狀部422與閥蓋43其結合方式除係利用旋轉卡固方式外，亦可以係在中空筒狀部422的頂端形成一I形的結合柱423(如第6圖)，此結合柱423的外表面設有螺紋4232以利用此螺紋4232與閥蓋43相對應的螺紋435互相螺合或固定成一體。

其次，請參閱第7圖，係第3圖之充氣閥40其配置於晶圓盒內之剖視圖。當充氣閥40其固定本體41、充氣頭42、閥蓋43、彈性元件44及下蓋45組合成一體時，充氣頭42及彈性元件44係位於固定本體41與下蓋45形成之容置空間內。彈性元件44具有一環狀結構441且在環狀結構441的下緣與複數個彈性瓣442一端連接，複數個彈性瓣442其另一端則共同連接一圓環443。上述圓環443可供充氣頭42其中空筒狀部422通過，且中空筒狀部422進一步置於固定本體的上開口413中。而由於閥蓋43與中空筒狀部422係螺合或組裝成一體的，所以，閥蓋43係抵壓著固定本體41的頂面412，以避免晶圓盒內的氣體經由閥蓋43與頂面412間的縫隙而進入上開口413或固定本體41內部。上述閥蓋43其下表面或用以與頂面412相接觸的表面可進一步包覆有一層橡膠墊，以利用此橡膠墊抵壓頂面412，並達到較佳的氣密效果。此外，頂面412亦可以進一步設有一環狀凹槽，且在環狀凹槽內嵌有一氣密件，例如：圓形環(O-ring)，使閥蓋43與頂面412間有更佳的氣密。而如圖所示，由於充氣頭42的基座421係置於下蓋45的限制孔451中，因此，充氣頭42可在下蓋45的限制孔451、彈性元件44的圓環443及固定本體41的上開口413中上下移動而避免在固定本體41的內部左右搖晃。

接著，請參閱第8圖所示，係本發明之晶圓盒在充氣時，充氣閥之剖視圖。當供氣噴嘴50往上抵持充氣頭42時，彈性元件44及其彈性瓣442係呈一壓縮狀態且充氣頭42係由第一位置(如第7圖)往上移動到第二位置(如第8圖)。此時，閥蓋43下表面與固定本體41其頂面412形成一間隙G且間隙G與充氣頭42的出氣孔4221相通。而由於充氣頭42的基座421下緣設有一進氣口424，因此，供氣噴嘴50其氣體可依序經由充氣頭42之進氣口424、出氣孔4221及間隙G而進入晶圓盒內部。而當晶圓盒完成充氣時，供氣噴嘴50係往下收回以停止其抵持充氣頭42；此時，原本呈壓縮的彈性元件44便可發揮作用，將充氣頭42往下推使閥蓋43下表面與固定本體41其頂面412重新形成氣密，以防止晶圓盒內的氣體外洩。

接著，請參考第9圖及第10圖，在充氣頭42其基座421的外周面底端可以進一步配置或套設一圓形環(O-ring)46，圓形環46其與基座421底端相對的地方具有凹槽461，以利用此凹槽461卡入於基座421底端。上述圓形環的目的主要係避免在充氣的過程中，晶圓盒外部的氣體或環境的氣體伴隨進入晶圓盒內。如第10圖所示，供氣噴嘴50係固定於承載介面60上，而不是可以從承載介面60中活動或伸出的形式。因此，當晶圓盒一放到承載介面60上時，晶圓盒其貫通孔30內的充氣閥40便立即打開，承載介面60上的供氣噴嘴50可以馬上進行充氣，以節省充氣所需時間。而當晶圓盒一離開承載介面60時，彈性元件44可將充氣頭42往下推使閥蓋43與固定本體41其頂面412形成氣密。

當然，本發明除係配置有充氣閥40之晶圓盒外，亦可以係充氣閥40本身，充氣閥40其最佳實施例係包括固定本體41、充氣頭42、閥蓋43、彈性元件44及下蓋45；但，充氣閥40缺少下蓋45也是可以使充氣頭42往返於上下兩個不同位置並達到充氣的功效。因此，本發明之充氣閥40係可以係僅包含固定本體41、充氣頭42、閥蓋43及彈性元件44即可。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．盒體

10B．．．底部

11．．．插槽

12．．．開口

20．．．門體

21．．．外表面

22．．．內表面

30．．．貫通孔

40．．．充氣閥

41．．．固定本體

411．．．外周面

412．．．頂面

413．．．上開口

414．．．下開口

415．．．扣勾

42．．．充氣頭

421．．．基座

422．．．中空筒狀部

4221．．．出氣孔

423．．．結合柱

4231．．．上表面

4232．．．螺紋

424．．．進氣口

43．．．閥蓋

431．．．孔洞

432．．．平台

433．．．突點

434．．．側壁

435．．．螺紋

44．．．彈性元件

441．．．環狀結構

442．．．彈性瓣

443．．．圓環

45．．．下蓋

451．．．限制孔

452．．．結合孔洞

46．．．圓形環

461．．．凹槽

50．．．供氣噴嘴

60．．．承載介面

第1圖　係先前技術之晶圓盒其充氣閥之示意圖；

第2圖　係本發明之一種配置有充氣閥之晶圓盒其示意圖；

第3圖　係本發明之晶圓盒其充氣閥之爆炸圖；

第4圖　係本發明之晶圓盒其充氣閥之仰視圖；

第5A圖及第5B圖　係第3圖之充氣閥其充氣頭與閥蓋結合前後之示意圖；

第6圖　係充氣閥其充氣頭與閥蓋結合之另一形式；

第7圖　係第3圖之充氣閥其配置於晶圓盒內之剖視圖；

第8圖　係本發明之晶圓盒在充氣時，充氣閥之剖視圖；

第9圖　係本發明之充氣閥其充氣頭底端進一步配置一圓形環之示意圖；及

第10圖　係配置有第9圖之充氣閥之晶圓盒，於承載介面上充氣之剖視圖。

10B．．．底部

30．．．貫通孔

41．．．固定本體

412．．．頂面

413．．．上開口

414．．．下開口

42．．．充氣頭

421．．．基座

422．．．中空筒狀部

43．．．閥蓋

44．．．彈性元件

441．．．環狀結構

442．．．彈性瓣

443．．．圓環

45．．．下蓋

451．．．限制孔

50．．．供氣噴嘴

Claims (27)

1. 一種充氣閥，係包括：一固定本體，具有一外周面且在該外周面的上緣形成一頂面，而在該頂面的中心具有一上開口；一充氣頭，係置於該固定本體內部，該充氣頭包括一基座及一由該基座的中心向上突起的中空筒狀部，其中，該中空筒狀部係位於該固定本體之該上開口中且該中空筒狀部的周壁設有一出氣孔；一彈性元件，環設於該充氣頭之該中空筒狀部四周，使其位於該固定本體其頂面及該充氣頭其基座之間；及一閥蓋，係配置於該充氣頭之該中空筒狀部上，使該充氣頭在一往上的外力抵持下，於該上開口中由一第一位置移動到一第二位置並壓縮該彈性元件；其中當該充氣頭處於該第一位置時，該閥蓋係抵壓該固定本體之該頂面，而當處於該第二位置時，該閥蓋與該頂面形成一間隙且該充氣頭之該出氣孔與該間隙相通；其中該固定本體進一步設有一下蓋且該下蓋具有一限制孔。
2. 如申請專利範圍第1項所述之充氣閥，其中當該充氣頭處於該第二位置時，該彈性元件係呈一壓縮狀態。
3. 如申請專利範圍第1項所述之充氣閥，其中該彈性元件具有一環狀結構且該環狀結構之下緣與複數個彈性瓣其一端連接，而該複數個彈性瓣其另一端係連接一圓環。
4. 如申請專利範圍第3項所述之充氣閥，其中該充氣頭之該中空筒狀部係位於該彈性元件其圓環及該固定本體之該上開口中。
5. 如申請專利範圍第3項所述之充氣閥，其中當該充氣頭處於該第二位置時，該彈性元件上的該複數個彈性瓣係呈一壓縮狀 態。
6. 如申請專利範圍第1項所述之充氣閥，其中該固定本體之該頂面上係設有一氣密件。
7. 如申請專利範圍第6項所述之充氣閥，其中該固定本體之該頂面進一步設有一環狀凹槽，該環狀凹槽內嵌有該氣密件。
8. 如申請專利範圍第1項所述之充氣閥，其中該充氣頭其中空筒狀部具有一呈幾何形狀之上表面，且該閥蓋設有一與該幾何形狀相對之孔洞，使該中空筒狀部經旋轉一角度後與該閥蓋結合成一體。
9. 如申請專利範圍第1項所述之充氣閥，其中該充氣頭其中空筒狀部具有螺紋，以利用該螺紋與閥蓋上相對應的螺紋互相螺合成一體。
10. 如申請專利範圍第1項所述之充氣閥，其中該閥蓋具有一下表面，該下表面係進一步包覆有一層橡膠墊，以利用該橡膠墊抵壓該固定本體之該頂面。
11. 如申請專利範圍第1項所述之充氣閥，其中該充氣頭之該基座係具有一進氣口。
12. 如申請專利範圍第1項所述之充氣閥，其中該充氣頭之該基座係進一步配置一圓形環。
13. 如申請專利範圍第1項所述之充氣閥，其中該充氣頭之該基座係位於該下蓋之該限制孔中。
14. 一種晶圓盒，主要包括一盒體，該盒體內部容置有複數個晶圓，且在該盒體之一側面形成一開口可供該複數個晶圓之輸入及輸出，一門體，係用以開關該盒體之該開口，以及一充氣閥，該充氣閥係配置於該盒體上的一貫通孔中，其中該晶圓盒之特徵在於： 該充氣閥係包含一安裝於該貫通孔之固定本體，該固定本體具有一外周面且在該外周面的上緣形成一頂面，而在該頂面的中心及該外周面的下緣分別具有一上開口及一下開口，以內裝一充氣頭，該充氣頭係包括一基座及一由該基座的中心向上突起的中空筒狀部，該中空筒狀部係環設有一彈性元件並在其周壁設有一出氣孔，且該中空筒狀部的上方進一步配置有一閥蓋，使該充氣頭在一往上的外力抵持下，於該上開口中由一第一位置移動到一第二位置並壓縮該彈性元件，當該充氣頭處於該第一位置時，該閥蓋係抵壓該固定本體之該頂面，而當處於該第二位置時，該閥蓋與該頂面形成一間隙且該充氣頭之該出氣孔與該間隙相通；其中該固定本體進一步設有一下蓋且該下蓋具有一限制孔。
15. 如申請專利範圍第14項所述之晶圓盒，其中該彈性元件具有一環狀結構且該環狀結構之下緣與複數個彈性瓣其一端連接，而該複數個彈性瓣其另一端係連接一圓環。
16. 如申請專利範圍第15項所述之晶圓盒，其中該充氣頭之該中空筒狀部係位於該彈性元件其圓環及該固定本體之該上開口中。
17. 如申請專利範圍第15項所述之晶圓盒，其中當該充氣頭處於該第二位置時，該彈性元件上的該複數個彈性瓣係呈一壓縮狀態。
18. 如申請專利範圍第14項所述之晶圓盒，其中該彈性元件係位於該充氣頭其基座與該固定本體其頂面之間。
19. 如申請專利範圍第14項所述之晶圓盒，其中當該充氣頭處於該第二位置時，該彈性元件係呈一壓縮狀態。
20. 如申請專利範圍第14項所述之晶圓盒，其中該固定本體之該 頂面上係設有一氣密件。
21. 如申請專利範圍第20項所述之晶圓盒，其中該固定本體之該頂面上進一步設有一環狀凹槽，該環狀凹槽內嵌有該氣密件。
22. 如申請專利範圍第14項所述之晶圓盒，其中該充氣頭其中空筒狀部具有一呈幾何形狀之上表面，且該閥蓋設有一與該幾何形狀相對之孔洞，使該中空筒狀部經旋轉一角度後與該閥蓋結合成一體。
23. 如申請專利範圍第14項所述之晶圓盒，其中該充氣頭其中空筒狀部具有螺紋，以利用該螺紋與閥蓋上相對應的螺紋互相螺合成一體。
24. 如申請專利範圍第14項所述之晶圓盒，其中該閥蓋具有一下表面，該下表面係進一步包覆有一層橡膠墊，以利用該橡膠墊抵壓該固定本體之該頂面。
25. 如申請專利範圍第14項所述之晶圓盒，其中該充氣頭係具有一進氣口。
26. 如申請專利範圍第14項所述之晶圓盒，其中該充氣頭之該基座係進一步配置一圓形環，以避免當一供氣噴嘴往上抵持該充氣頭時，周圍環境的氣體進入該充氣頭。
27. 如申請專利範圍第14項所述之晶圓盒，其中該充氣頭之該基座係位於該下蓋之該限制孔中。