TWI484575B - 運載氣體系統及基板運載器與裝載埠的聯結 - Google Patents

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Description

運載氣體系統及基板運載器與裝載埠的聯結
本發明係關於基板運載器與載埠的聯結及基板運載器的淨化。
諸如用以運載半導體基板之前側開口統一密閉莢式容器(FOUP)等現有基板運載器係由諸如聚碳酸酯，聚乙烯等聚合物材料所製成。這種材料之分子大小係比諸如氮或氬等惰性氣體之分子大小更高。因此運載器材料可能不足以容納惰氣，它將會擴散通過運載器外殼直至所有氣體流失。可採用具有比氣體分子大小更低之分子結構之較重材料，然而較重材料將增加非預期重量予運載器。氣體係應用於基板加工期間以控制基板之局部環境，可能有易受濕氣或氧氣影響之材料沉積在基板上。現有之氣體淨化系統係依靠舖設管道至家用氣體供應及連續輸入氣體進入運載器以補償泄漏之儲存槽。沿著基板運載器行進之個別氣體容器亦為習用。
此外，傳統之基板運載器係通過運載器底面之裝置與載埠之機械式聯結以對準或對齊工具。前側開口運載器中，開啟以存取基板之門係設在運載器之一側並垂直於底面。門定位與閂鎖裝置係與對應之載埠裝置配對。此舉將構成基板運載器上之二平面，對準所配對之載埠平面。當運載器超出容許限度或載埠未適當調整時將對介面之品質產生負面影響。除此之外，由於維持二平面之間之關係之各部件之複雜度將致使各部件之生產成本增加。傳統基板運載器之一實例係見述於美國專利案第5,895,191號，係揭示一種角向密封面，所構成之楔形門可藉單一垂直運動軸予以移開，而運載器係依靠於運載器之底面以達成運載器對準。
最好係提供一種定位於運載器與載埠聯結上之氣體淨化系統以減低運載器與工具之對準之自由度及開啟該門以供存取基板。
本實施例之上述及其他特徵可參照以下附圖予以詳細說明。
第1圖係本發明一實施例之氣體系統之示意圖。雖然以下將參照附圖所示之實施例予以說明，須知本發明亦可作成多種變更態樣。此外，任何適當尺寸，形狀或類型之元件或材料均可採用。
第1圖係顯示一種基板運載器100。基板運載器100係前側開口統一密閉莢式容器(FOUP)(例如側面開口)，底部開口運載器或任何其他適當之基板輸送裝置。運載器100係作成可運載諸如半導體晶圓，平面顯示器之平面屏幕，光柵/光罩或任何其他適當之基板或物項。半導體晶圓係諸如200mm，300mm，450mm或任何其他適當之晶圓。
運載器具有由諸如聚合物材料等任何適當材料製成之外殼110及/或門(未予圖示)。聚合物材料可包括(但不限於)聚碳酸酯，聚乙烯等。外殼110將形成一艙室或內部腔室160以供將基板或工件120運載於可與艙室160外界空氣隔離之環境。第1圖所示之運載器100之形狀僅作為實例說明，而變更態樣中之運載器可具有任何其他適當形狀。運載器100可容納一匣盒130於腔室160內以承接基板120於運載器內。變更態樣中之運載器可能未設有匣盒。
基板匣盒130一般具有長形支承，其上分佈有基板支承架125以提供一排或堆疊之支承，或支架以供如圖示般個別支承一或多個基板。變更態樣中之運載器可具有支承架以支承更多或更少之基板。匣盒130亦包括有一基座140，以下將予詳述。匣盒130係被安裝或附設在運載器結構上。變更態樣中之運載器100可能未設有匣盒，而基板支承係合併或一體成型於運載器結構。
圖示實施例之基座140可包括一氣艙150或合併或一體成型於基座140之任何形狀及/或尺寸之中空體。變更態樣中之氣艙150係設在匣盒中任何位置。舉例而言，氣艙150係一體成型於匣盒之任何適當部份，諸如匣盒之側面，背部或頂部。其他變更態樣中之氣艙150係一體成型於運載器之任何適當部份，諸如運載器門，頂部，底部或側面。再一變更態樣中之氣艙150係一種可拆卸式模組，可被嵌裝於匣盒內及拆卸及/或更換以作為艙室之添補。該艙室可用以淨化運載器或工具之裝載鎖。
氣艙150係由分子結構比艙室內所保持之氣體之分子為小之材料所製成，以防止氣體通過艙壁洩漏至大氣中，如第2圖所示。艙室150可由諸如金屬或聚合物等材料製成。氣艙150亦可具有薄片斷面之壁體以減低因較重材料所產生之重量。變更態樣中之氣艙材料之斷面可具有任何適當斷面者。另一變更態樣中之氣艙係由匣盒之相同材料製成，或運載器可裝配有由較重材料製成之襯套。
氣艙150係通過一止回閥連接於運載器或密閉莢式容器100之內部腔室160，藉以調節運載器100內部壓力及防止運載器100之過度加壓。變更態樣中之氣艙150係以任何適當方式連接於運載器之內部腔室，諸如藉助電子控制閥，任何適當之調節閥或直接連接等方式。
氣艙150可藉任何適當方式予以裝填或添補。舉例而言，參照第2圖所示之基板加工區或製作設施(FAB)200，工具240，250之載埠可舖設管道至家用或中央氣體儲存單元270中，當運載器100係被設置於載埠時，載埠上之氣管與艙室之間之適當聯結器或設備將接合。舉例而言，連接於運載器之淨化管線可被用以淨化設在載埠上之運載器。該聯結器係任何適當之聯結器，諸如壓力啟動式聯結器或快速連接/脫接聯結器。載埠上之氣艙150可通過聯結器裝填氣體至預定壓力。變更態樣中，氣艙150可藉施壓於艙室內部以進行添補。如第2圖所示，當運載器100係被設置於諸如緩衝器，運載器儲存器或堆疊器等儲存槽位置210，220，230時，氣艙150可進行裝填。儲存槽位置210－230係連接於諸如家用或中央氣體供源270等任何適當之氣體供源。氣體可通過任何適當聯結器或設備被轉移至氣艙150。儲存槽位置210－230可設置於諸如FAB200內之任何適當位置。艙室亦可在特設之添補站260中進行添補。添補站260亦可連接於諸如家用氣體供應270等之中央氣體供應。
具有施壓艙150之運載器100可在未連接至氣體供應之情況下進行儲存或輸送一段延長時間，於是可減少通過FAB 200之供氣管線之數目。由於氣艙150與添補氣艙150於嵌套位置之能力，添補站260之數目亦可獲得減少。此外，至於可儲存或輸送一段較長時間之運載器100，該氣艙150可提供運載器內部腔室160之氣壓之更精細控制，因運載器內部已不再是其本身之氣體儲槽。舉例而言，不需施加較高氣壓於運載器100內以確保運載器100在輸送或儲存時其內具備足夠氣體。由於運載器100內之更精細壓力控制，亦可取得運載器內之較佳溫度控制。氣艙150內之氣體之再填充之間之延長時間可取決於艙室尺寸及運載器內之密封部與運載器材料之品質。
另一實施例中，可將壓力感應器170附設在運載器或其一部份以監測運載器100之內部腔室160中之壓力。另一變更態樣中，壓力感應器170可設在任何適當位置，諸如連接於氣艙150。壓加感應器170可設有適當通訊系統以傳送適當控制器之信號。該感應器170亦可設有適當指示器於運載器100上。壓力感應器170可測量運載器100內之壓力及/或氣艙150內之壓力，並可將適當警訊報備予諸如操作員或自動化材料操持系統(AHMS)之控制電腦。操作員將指示AHMS或控制電腦可指示AHMS以從其現有位置搜尋運載器100，諸如堆疊或儲存位置及設置運載器100於諸如淨化嵌套以重新裝填氣艙150。變更態樣中，氣艙可以手動方式或任何其他適當方式予以重新裝填。此外，運載器之壓力感應器170可傳送周期信號至控制器，允許控制器預測何時需要添補及排程移動運載器。
操作期間，運載器100係被設置於載埠或嵌套站使氣艙150係聯結於氣體供應管線。氣艙150係被施壓至預定壓力(第5圖，區塊500)。可藉諸如利用止回閥(或其他適當閥或連接)將艙室內之加壓氣體釋出至運載器100之內部腔室160(第5圖，區塊510)以維持氣艙150之壓力。運載器之內部腔室160中之壓力減少係由於運載器100在儲存或輸送時氣體通過運載器密封部或壁部泄漏而發生。
爰參照第3A－3B圖所顯示連接加工站380之基板運載器300。基板運載器300係諸如大致類似前述運載器100之任何適當運載器，可能是不設一體成型之氣艙之運載器。本實施例所示之運載器300係前開口或側開口運載器，而在變更態樣中之運載器係任何適當之基板運載器。基板係沿著大致平行於晶圓平面之方向裝卸自運載器。加工站380係諸如裝配前端模組或集群裝置等之任何適當加工站。加工裝置可具有多個基板加工艙及連接於加工艙之基板匣盒升降機。變更態樣之加工裝置可具有任何適當構造。運載器與加工站介面可沿著單一介面平面設置。
由第3A圖可見，運載器300可作成應用於高架輸送系統320。變更態樣之運載器可作成可由傳動器或手動操作或自動操縱裝置控制搬運車等任何適當方式予以輸送。本實施例中之運載器300包括有一外殼303及一門330。
第3A圖所示之門330具有楔形(由門側邊作為視角所見)而變更態樣中之門330可具有任何適當形狀。門330與外殼303之間之介面包括用以將匣盒300內部與外界氛圍隔離之密封部。此外，當運載器連接於加工站或裝置380之埠門(諸如載埠模組370)時，運載器門與基座各具有密封介面分別用以將運載器門330密封於埠門340及將運載器表面304密封於埠口370(例如密封面310)。本實施例中，密封面310與運載器表面304與運載器門330之間之介面如圖示係斜角相對於盒開啟器/裝載器－至－裝置之標準介面(BOLTS)平面371。變更態樣中之密封面310與運載器面/門介面可具有任何適當定向，諸如平行或垂直於BOLTS平面371。
由第3B及3C圖可見，本實施例之運載器表面304與載埠面372(例如運載器/載埠介面)係裝配有運載器對準裝置以對準運載器300與載埠370。運載器對準裝置係設置於運載器/埠門介面(例如密封面310)之相同表面上以使運載器300與載埠370之間由於諸如利用傳統運載器對準方法維持多個連接面(例如運載器底面與運載器/載埠介面)之失準減為最低。
本實施例中，運載器表面304係裝配有諸如具有上側凹槽或凹面301與下側凹槽或凹面302之動能聯結裝置等之對準裝置。載埠表面372係裝配有諸如互補性動能聯結裝置等對應之對準裝置，具有接合上側凹面301之上側凸部或銷390，及接合下側凹面302之下側凸部或銷，以進行決定性複現性定位運載器於載埠表面。變更態樣中之銷係被設在運載器表面上，而凹面係設在載埠表面上。另一變更態樣中，任何適當接合裝置均可作為對準裝置，諸如鈎與環，L－形銷與凹部，球體與插座，或不致過度限制介面之任何其他連接設施，以下將予詳述。對準裝置可被設在運載器表面304及載埠表面372上使運載器門330與載埠門340可被移除或開啟而不需連接對準裝置，密封面310或運載器門330與載埠門340之間之介面。舉例而言，運載器之對準裝置可設在運載器表面304之外周緣，諸如沿著運載器門330周邊之凸緣或框架。載埠370之對準裝置可同樣設置於載埠門340周邊之凸緣或框架。運載器，運載器門，載埠框架及載埠門之間之密封介面係類似2005年11月7日申請之臨時專利申請案第60/733,813號；2006年4月20日申請之第60/799,908號；2006年5月11日申請之第60/799,908號；及2006年8月18日申請之60/838,906號,以下將援引作為本案參考。
對準裝置390，395，301，302可設計以穩固支持及對準運載器300於載埠370者。舉例而言，凹槽或凹面301，302可具有v－形凹槽或凹形以導引載埠表面372之對應銷體390，395至凹面301，302之中線以達至銷體與凹面之複現性對準。同理，銷體390，395可具有對應之凹槽或凸面以配對凹面301，302。變更態樣之凹面301，302與銷體390，395可具有任何適當形狀，諸如圓錐形或圓球形等可複現性定位運載器300於載埠370上之形狀。
由第3C圖可見，諸如前述之銷體與凹面等之三組對準裝置396A，396B，397A可用以決定性定位及穩固支持運載器300於載埠370上。本實施例中，二組上側對準裝置396A，396B及一組下側對準裝置397A形成三角形可用以將運載器300支持及對準於載埠370。變更態樣中，可利用更多或更少對準裝置以構成運載器與載埠之間之測定性動能聯結。舉例而言，可設有二組上側對準裝置及二組下側對準裝置，一組上側對準裝置及二組下側對準裝置，一組上側對準裝置及一組下側對準裝置等等。另一變更態樣中，可採用任何適當數目之上側及下側對準裝置。再一變更態樣中，可採用任何類型組合之對準裝置，例如任何組合之鈎與環，球體與插座及/或銷與凹槽等。再一變更態樣中，密封面310或任何其他適當裝置可提供附加旋轉穩定性予對準裝置。動能聯結之對準裝置可參照加工站之晶圓輸送平面予以達成，同時允許自動化材料操持輸送系統之自由及未受干擾之介面，裝卸運載器至載埠，可對準於FAB平台。
於此實施例中，運載器300之重心305係用以提供以前述機械穩定條件預載聯結之作用力。變更態樣中之機械穩定條件之作用力可藉任何適當方式取得，諸如利用彈簧，導引，槓桿，線性或旋轉啟動器等作用於匣盒。
其中，在下側銷395接合下側凹槽302之前，上側銷390可接合上側凹槽301。由上側銷390施加於上側凹槽301之作用力F2及F3連同作用於運載器300之重心305之重力將產生彎矩My而致使運載器沿著上側銷390與上側凹槽之間之接合點旋轉。彎矩My亦將啟動上側銷與上側凹槽之間之接合之鎖死或固定。沿著上側接合點之旋轉或彎矩My可促使下側凹槽302接合下側銷395，使作用力F1及F4施加於運載器300以防止運載器300持續旋轉。本實施例中上側與下側對準裝置之間之接合將使運載器300被支持於載埠370上。變更態樣可利用一活支承以輔助支持運載器300於載埠370上。舉例而言，可利用一彈簧加載垂直支承以減少施加予對準裝置或由對準裝置所施加之作用力，及部份垂直支承運載器同時允許如前述之對準裝置之預載。
操作時，諸如高架輸送器320等之輸送器可將運載器300降低至載埠370(第6圖，區塊600)。高架輸送器320可充份對準載埠使運載器300之上側凹槽301係大致對準載埠370之上側銷390。當上側凹槽301與上側銷390接合時，受運載器之重量影響將被強制對準(例如凹槽之縱向中心線係對準銷之縱向中心線)(第6圖，區塊610)。作用於運載器300之重心305之運載器重量將導致運載器300相對於上側凹槽301與上側銷390之間之接合點之旋轉，使下側凹槽302與下側銷受促接合而形成運載器300與載埠370之間之機械穩定安裝或聯結條件(第6圖，區塊620，630)。當運載器300與載埠370聯結在一起時，密封面310可防止運載器300及/或載埠370之外界空氣進入運載器300及/或載埠370之內部。埠門340亦具有密封部可用以圍封任何空氣，使被截留在埠門340與運載器門330之間之空氣不會漏逸或進入運載器300及/或載埠370。
埠門340可通過適當聯結以接合運載器門330，諸如機械或固態聯結，藉以將運載器門330從運載器300上被移除(例如開門)而使基板120可由諸如設在載埠370內之輸送裝置所存取。運載器300之楔形或其他角形構造及運載器300與載埠370之間之斜角接合面304，372可供埠門開啟器360沿著大致垂直之運動軸350卸除/安裝運載器門330(第6圖，區塊640)。
爰參照第4圖所示之另一實施例之運載器/載埠介面。運載器300’與載埠370’係大致類似前述之運載器及載埠，不同者將另行註明。本實施例中之運載器300’係經設計使運載器門340’係以相對於運載器300’之上側及下側面420，410呈斜角安裝或連接於運載器300’。本實施例中之運載器門340’係呈斜角使門340’朝向運載器300’之底部410。變更態樣中之運載器及運載器門係經設計使門係朝向運載器側面之頂部。
運載器300’可具有類似前述相對於第3A－3C圖之設在運載器面304’上者之對準裝置。載埠亦具有類似前述相對於第3A－3C圖之設在載埠面372’上者之對準裝置。
操作時，運載器300’係被輸送至載埠，以大致類似於前述相對於第3A－3C圖之方式通過對準裝置予以聯結及對準於載埠。然而在本實施例中，運載器門340’之開口係與前述者不同。
埠門可通過諸如機械或固態聯結等適當聯結方式接合於運載器門330’，以將運載器門330從運載器300’上卸除(例如開啟門)使基板120可由諸如設在載埠370內之輸送裝置予以存取。運載器門330’之斜角構造及運載器300與載埠370之間之斜角接合面304，372可供埠門開啟器沿著運載斜角軸351卸除/安裝運載器門330’，使運載器門係沿著大致垂直於運載器面304’之方向被卸除(第6圖，區塊640)。變更態樣中之埠門開啟器可沿著運動之斜角路徑與垂直路徑(例如第4圖中之路徑352)之組合之路徑卸除/安裝運載器門330’，使運載器門係沿著斜角路徑被卸除直至門330’與運載器/載埠面之間存在足夠淨距為止。當運載器門與載埠門係從運載器/載埠介面上清除後，運載器門可沿著運動之垂直路徑予以輸送以供存取設在運載器內之基板。在另一變更態樣中，可運用任何適當運動路徑以卸除/安裝運載器門。
須知上述說明僅作為實施例說明用。精於此藝者當可在不脫離本發明實施例之情況下作成多種變更態樣。因此，本發明將涵蓋在本發明實施例之申請專利範圍內之所有變更態樣。
100．．．基板運載器
110．．．外殼
120．．．基板或工件
125．．．基板支承架
130．．．匣盒
140．．．基座
150．．．氣艙
160．．．腔室
170．．．壓力感應器
200．．．基板加工區/製作設施(FAB)
210，220，230．．．儲存槽位置
240，250．．．工具
260．．．添補站
270．．．中央氣體儲存單元
300．．．基板運載器
301．．．上側凹槽或凹面
302．．．下側凹槽或凹面
303．．．外殼
304．．．運載器表面
305．．．重心
310．．．密封面
320．．．高架輸送系統
330．．．門
340．．．埠門
350．．．運動軸
370．．．載埠模組
372．．．載埠面
380．．．加工站
390．．．上側凸部或銷
390，395，301，302，396A，396B，397A．．．對準裝置
396A，396B．．．上側對準裝置
397A．．．下側對準裝置
第1圖係本發明一實施例之氣體系統之示意圖；第2圖係本發明一實施例之FAB之示意圖；第3A－C圖顯示本發明一實施例之系統；第4圖係顯示本發明一實施例之另一系統；第5圖顯示本發明一實施例之方法；第6圖顯示本發明一實施例之另一方法。
100．．．基板運載器
110．．．外殼
120．．．基板或工件
125．．．基板支承架
130．．．匣盒
140．．．基座
150．．．氣艙
160．．．腔室
170．．．壓力感應器

Claims (8)

  1. 一種基板運載器之加壓方法，包括：對與該運載器及/或該運載器內之基板匣盒一體成型之艙室進行加壓；將氣體從該艙室釋出至該運載器；監測該運載器及/或艙室內之該壓力；若該壓力低於預定水平，報備警訊；及指示操持系統去將該運載器從遠離艙室添補站的位置輸送到該艙室添補站。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中對該艙室加壓包括在第一位置對該艙室加壓，且該方法更包括將該基板運載器移動到遠離該第一位置的第二位置，其中該運載器內的氛圍係由該艙室遠端地維持。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，還包括藉由調節從該艙室釋出至該運載器內的該氣體的量、以及防止該運載器的過度加壓，來維持該運載器內之該壓力。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，還包括從該運載器將關於該運載器及/或艙室內之該壓力的周期信號傳送到操持系統控制器，其中該控制器預測何時需要添補。
  5. 一種基板輸送系統，包括：基板輸送運載器，包括：用以維持及運載基板以與外界氛圍大致隔離之罩箱，該罩箱具有至少一個艙室用以維持該基板及艙室氛圍與外界氛圍有所不同； 輕型氣體供應部係連接於該罩箱使該氣體供應部與該罩箱係可作為一單元移動，該氣體供應部係設置以維持氣體供應及控制性地排放從該供應部進入該至少一個艙室之氣體；壓力監測單元係連接到該基板輸送運載器，該壓力監測單元係配置來監測該至少一個艙室及/或該輕型氣體供應部內的該壓力，且若該壓力低於預定水平，將警訊報備給操持系統的控制器；以及操持系統，具有控制器，該操持系統係配置來輸送該基板輸送運載器；其中若該壓力低於該預定水平，該壓力監測單元係配置來將該警訊報備給該控制器，且該控制器係配置來指示該操持系統將該基板輸送運載器從遠離輕型氣體供應部添補站的位置輸送到該輕型氣體供應部添補站。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該罩箱係構成界定該氣體供應部之另一艙室。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該輕型氣體供應部係可拆卸地聯結到該罩箱。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之系統，還包括配置來加壓該輕型氣體供應部的第一位置，其中當該基板輸送運載器位在遠離該第一位置的第二位置時，該輕型氣體供應部作用該艙室氛圍的遠端維持。
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