TWI645492B - 具有重量壓載器的前開式晶圓容置盒 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露用於提供一種壓載器(ballast)系統之設備及方法，該壓載器系統係用於調整一標準化前開式晶圓容置盒之重心。本發明之各種實施例所介紹之壓載器系統外形薄、不要求對晶圓容置盒之外殼進行修改、並可改裝現有之晶圓載具。在某些實施例中，該等能力係藉由安裝至晶圓容置盒之一動態耦合板之一壓載器來達成。在一個實施例中，壓載亦可提供足夠之反作用力來對抗與清洗晶圓容置盒相關聯之舉升力，進而防止晶圓容置盒在清洗操作期間被「掀開」。在運輸晶圓容置盒時可移除壓載器，進而減少運輸成本。

Description

具有重量壓載器的前開式晶圓容置盒 【優先權聲明】
本申請案主張於2013年6月18日提出申請之美國臨時專利申請案第61/836,572號之權利，該美國臨時專利申請案之揭露內容以引用方式全文併入本文中。
本發明概言之係關於晶圓容置盒，更具體而言，係關於具有重量壓載能力之前開式晶圓容置盒。
由於積體電路中每單位面積之電路數目增多，微粒(particulate)已越來越成為在半導體晶圓轉變成積體電路期間與半導體晶圓相關聯之問題。可破壞一電路之微粒尺寸已經減小並正接近分子水準。微粒控制係在半導體晶圓之製造、加工、運送、以及儲存之所有階段中所必需的。需要最小化或避免在將晶圓插入載具中以及從載具移除晶圓期間而產生之微粒以及在運輸期間由於載具中晶圓之運動而產生之微粒。沖洗晶圓容置盒，以移除在使用期間所積聚之微粒。該等容置盒需要被構造成使與該沖洗相關聯之任何污染問題最小化。該等問題包含：有些區域不會在沖洗之後立即變乾，以及由沖洗流體引入之污染物會與金屬組件接觸。 受規模經濟之驅動，在半導體製造工廠(「晶圓廠」)中所使用晶圓之尺寸已持續增大。目前，存在大量加工300毫米(mm)晶圓之晶圓廠，且加工450毫米晶圓之晶圓廠正在發展之中。
直徑為300毫米以及450毫米之晶圓係由前開式晶圓容置盒載送及搬運。其中容納有由擱架以及晶圓限制件(restraint)所支撐之複數個水平定向晶圓之一相間堆疊。容置盒之底部具有動態耦合件以精確地安置於具有配合動態耦合突起(projection)之一機器介面以及用於抓握及傳送容置盒之一自動凸緣(robotic flange)上。前開式晶圓容置盒包含設置於晶圓載具之一前側上之一門。該門密封地耦合至一框架並被安置於該框架內。該門及該框架會在晶圓容置盒之最前端增加重量，進而產生一極大之力臂，而該力臂會使晶圓容置盒向前傾斜。亦即，即便在晶圓容置盒滿載時，晶圓容置盒之重心亦實質上位於晶圓容置盒之幾何中心前面。門之打開及關閉以及晶圓之移除及插入皆係自動完成的。將前開式晶圓容置盒精確、穩定、以及安全地安置於機器介面上係為必要的。可能出現於300毫米晶圓容置盒中之與精確安置以及穩定性相關聯之問題對於450毫米容置盒而言會加劇，乃因其塑膠膨脹更大、壁更厚，且重量大得多。附加之重量與門以及門框架相關聯。
通常將底部動態耦合件設置於一動態耦合板上，該動態耦合板具有三個位於一動態耦合件上之對齊槽，該動態耦合件包含三個排列成一三角形之圓形突起，以對該動態耦合板進行準確定位。一中心軸線延伸貫穿位於容置盒頂部上之一正方形自動凸緣之中心。在安裝載具時，該中心軸線亦穿過該三個對齊槽與嚙合該等槽之該三個突起之間的居中位置。在某些實例中，中心軸線會垂直地延伸貫穿位於300毫米前開式容置盒以及 450毫米前開式容置盒二者中之相間晶圓之堆疊。
使晶圓容置盒之重心位於或緊密靠近如下之中心軸線對於穩定性以及最佳安置而言係為有利的：該中心軸線對應於動態耦合件之三個突起之一中心以及位於晶圓容置盒頂部上之正方形自動凸緣之中心。因此，300毫米容置盒以及450毫米容置盒之某些態樣已被由半導體設備與材料國際聯盟(Semiconductor Equipment and Materials International；「SEMI」)所頒佈之行業標準(稱為SEMI標準)標準化。SEMI標準E158以及E159規定重心需位於在自動凸緣之中心軸線向前之一方向上距該中心軸線某一距離內，「向前」係指朝向晶圓容置盒之門之一方向。舉例而言，規定對於450毫米前開式晶圓傳送盒(Front Opening Unified Pod；「FOUP」)而言重心需位於該向前方向上距中心軸線29毫米內，而對於450毫米多應用載具(Multiple Application Carrier；「MAC」)而言重心需位於該向前方向上距中心軸線39毫米內。
將一種如下之系統添加至晶圓容置盒技術將會受到歡迎：該系統可被實施用於新的晶圓容置盒以及現有的晶圓容置盒二者以調整前開式晶圓容置盒重心之位置。
本文中揭露用於提供一種壓載器系統之各種設備及方法，該壓載器系統係用於調整一標準化前開式晶圓容置盒之重心。本發明之各種實施例所介紹之壓載器系統外形薄、不要求對晶圓容置盒之外殼進行修改，並可改裝現有之晶圓載具。在某些實施例中，該等能力係藉由一安裝至晶圓容置盒之一動態耦合板之壓載器而達成。在一個實施例中，壓載亦可提供足夠之反作用力(counter force)來對抗與清洗晶圓容置盒相關聯之 舉升力，進而防止晶圓容置盒在清洗操作期間被「掀開」。
大直徑的前開式晶圓容置盒(例如，用於容納直徑為300毫米以及450毫米之晶圓)係通常由射出成型(injection molded)聚合物形成並具有一容置盒部，該容置盒部具有一前開口以及一用以密封地關閉該前開口之門。用於界定前開口之一門框架以及具有晶圓限制件以及閂鎖(latching)機構之門使得相較於實質上具有一封閉的壁以及一晶圓限制件之晶圓容置盒後部結構而言，晶圓容置盒之前部之聚合物體積明顯增加且因而重量明顯增加。由門以及門框架之附加前部聚合物結構引起之前部重量使晶圓容置盒之重心自晶圓堆疊之中心軸線以及動態耦合突起及凹槽(groove)之中心向前移動，此足以對晶圓容置盒在動態耦合突起上之穩定性以及最佳安置產生負面影響。此外，在容置盒藉由自動凸緣運送時，此種向前移動亦會使重心相對於自動凸緣向前移動，進而可能引起靜態及動態裝載不均衡問題。
根據本發明實施例之晶圓容置盒包含一壓載器，該壓載器包含密度大於構成容置盒之壁及/或動態耦合板之聚合物之材料，此會使重心朝向或鄰近容置盒中一晶圓堆疊之垂直軸移動。該壓載器亦可包含一惰性外聚合物表面。在一個實施例中，壓載器包含一板，該板跨越位於容置盒部底部處之整個動態耦合板，該容置盒部被牢固地捕獲於動態耦合板與晶圓容置盒之外殼之間。在一實施例中，壓載器板附裝至具有彈簧掣子(spring catch)之動態耦合板，且可被夾置於動態耦合板與容置盒部之間。壓載器板可被配置成橫向延伸之一細長桿或板，並可被定位成鄰近動態耦合板之一後側以及容置盒部之後側。壓載器板可由一高密度材料形成，該高密度材料可補充動態耦合板及/或容置盒部中聚合物之結構強度。在某些實施例 中，壓載器包含一實心板(solid plate)或細長塊，該實心板或細長塊係由金屬材料(例如不銹鋼、鋅、鉛、或其他金屬)或容納於一封裝中之重物材料製成。該封裝可藉由例如一聚合物粉末塗層提供。
頒予山岸(「Yamagishi」)等人之美國專利申請公開案第2013/0032509號揭露了基板儲存容置盒，該等基板儲存容置盒包含位於晶圓容置盒本體後部處(例如位於一後壁或一側壁後部上)的重的重心位置調整構件，俾由重心位置調整構件調節基板容置盒本體朝向容置盒蓋側之傾斜。山岸之某些配置需要擴展儲存容置盒之外邊界；其他配置為薄型的(即，不擴展儲存容置盒之外邊界)卻需要容置盒部進行修改，進而必須更換容置盒部。此外，山岸之某些配置包含一些會干擾在晶圓容置盒技術中實施其他創新之結構特徵。舉例而言，山岸之某些薄型配置可干擾或影響各種清洗塔(例如在頒予伯恩斯(Burns)等人之WO 2011/072260中所揭露者)之效能，進而有力地阻礙使用該等效能提升裝置。藉由實施一種不需要修改晶圓容置盒外殼之薄型壓載器，本發明之各種實施例會解決山岸之配置之該等缺點。
除所形成之COG位置外，亦對晶圓容置盒之壓載具有另外之技術考量。舉例而言，壓載器可起到對抗因清洗容置盒而產生之力之作用。通常利用氮氣或極其乾燥之空氣來清洗前開式晶圓容置盒，該等氮氣或極其乾燥之空氣係經由位於容置盒後下側中之特徵被輸入且經由位於前下側上之特徵被排出。對於某些應用而言，例如在用於更長期地儲存晶圓容置盒之傳統儲料器(stocker)中，容置盒未被壓緊夾(hold down clamp)可靠地固定。清洗氣流會在晶圓容置盒之後部及前部中產生向上的力，該等向上的力足以將晶圓容置盒舉起，尤其係在晶圓容置盒僅容納少量晶圓 時。
添加壓載器可有助於防止晶圓容置盒在被清洗時抬離其支撐件。在極端情況下(例如，僅有一單個晶圓以及具有一非常高之清洗流率(flow rate)時)，相較於僅使COG位置處於可接受極限範圍內時所需要之壓載器重量，可能需要更重之壓載器重量。
在結構上，在一個實施例中，一種用於一晶圓容置盒之壓載器系統包含一壓載器，該壓載器包含：一板部，包含一外周邊；以及一第一芯部，自該板部懸垂，該第一芯部包含一重物材料並具有一第一外表面，該第一外表面之形狀及尺寸適以插入至一動態耦合板內。該壓載器可更包含自該板部懸垂之一第二芯部，該第二芯部具有一第二外表面，該第二外表面之形狀及尺寸適以插入至該動態耦合板內。該壓載器可更包含自該板部懸垂之至少一個肋，該至少一個肋部設置於該第一芯部與該第二芯部之間。該至少一個肋之輪廓可適以容置動態耦合板上之一動態耦合件之一後側。在一個實施例中，該壓載器之第一外表面界定鄰近於該第一芯部之複數個接觸特徵，以用於嚙合動態耦合板。該壓載器可更包含一突出部，該突出部延伸超過該板部之該外周邊，以耦合動態耦合板。該第一芯部可自該板部之該外周邊內凹，以界定複數個凸緣部。該壓載器亦可包含一聚合物材料之一塗層。該第一芯部包含一嚙合部，以用於嚙合動態耦合板上之一保持特徵(retention feature)。在一個實施例中，該嚙合部係為一夾子嚙合部，該夾子嚙合部包含一導入(lead-in)結構及一捕獲表面(catch surface)。
在各種實施例中，動態耦合板包含一第一接納部及一第二接納部，該第一接納部與該第二接納部至少其中之一之形狀及尺寸適以接納 該壓載器，該動態耦合板包含一隔板(bulkhead)結構，該隔板結構界定嚙合該突出部之一孔(aperture)。該動態耦合板亦可包含與該夾子嚙合部耦合之一保持夾子。
在某些實施例中，一種用於一晶圓容置盒之壓載器系統包含一壓載器，該壓載器包含：一第一殼體部，包含一第一槽部及一第一蓋部，該第一槽部與該第一蓋部相互配合以界定一第一主隔室；以及一第一主重物，包含一重物材料並設置於該第一主隔室中。該第一殼體部可包含一第一外表面，該第一外表面之形狀及尺寸適以插入至一動態耦合板內。在一個實施例中，該壓載器更包含：一第二殼體部，包含一第二槽部及一第二蓋部，該第二槽部與該第二蓋部相互配合以界定一第二主隔室；以及一第二主重物，設置於該第二主隔室中，該第二殼體部包含一第二外表面，該第二外表面之形狀及尺寸適以插入至動態耦合板內。在某些實施例中，該第一殼體部與該第二殼體部藉由一橋接結構相連接；在其他實施例中，該第一外殼部及該第二外殼部係為分離的、獨立的壓載器。該第一殼體部可包含用於界定一凸緣部之一結構，該凸緣部自該第一槽部水平地延伸。該壓載器可更包含自該凸緣部懸垂之複數個接觸特徵。該第一殼體可更界定一第一輔助隔室，該第一輔助隔室容納一輔助重物。該第一輔助隔室之輪廓可適以容置動態耦合板上之一動態耦合件之一後側。該壓載器可包含一第一嚙合部，以用於嚙合動態耦合板上之一保持特徵，其中該第一嚙合部係成一體地形成於該第一殼體部之一外表面上。該第一嚙合部可係為一夾子嚙合部，該夾子嚙合部包含一導入結構及一捕獲表面。
在一個實施例中，一襯墊設置於該第一槽部與該第一蓋部之間的間隙內。該殼體部可更界定複數個凹口(notch)，且該襯墊部可包含複 數個凸耳(tab)部，各該凸耳部配合該等凹口其中之一對應者。在一個實施例中，該襯墊包含一填隙片(shim)部，該填隙片部延伸於該第一主重物與輔助重物之間。
在一個實施例中，動態耦合板包含一第一接納部及一第二接納部，該第一接納部與該第二接納部至少其中之一之形狀及尺寸適以接納該壓載器，該動態耦合板包含一第一保持夾子，該第一保持夾子耦合該夾子嚙合部。該壓載器可包含一第二嚙合部，以用於嚙合該動態耦合板上之一第二保持特徵。該第二嚙合部可成一體地形成於該第一殼體部之該外表面上。在一個實施例中，該第二嚙合部係為一夾子嚙合部，該夾子嚙合部包含一導入結構及一捕獲表面。該第二保持特徵可係為一第二保持夾子，該第二保持夾子與該第二夾子嚙合部相耦合。在一個實施例中，該第一保持夾子在一第一平面中係為撓性的，且該第二保持夾子在一第二平面中係為撓性的，該第一平面正交於該第二平面。
各種實施例之動態耦合板包含一聚合物。在某些實施例中，該壓載器之該重物材料具有一密度，該密度係至少兩倍於該聚合物之一密度，且不大於該聚合物之該密度之10倍。在一個實施例中，該壓載器部之該密度係至少2.5倍於該聚合物之該密度。在一個實施例中，該壓載器部之該密度係至少3倍於該聚合物之該密度。在一個實施例中，該壓載器部之該密度係至少3.5倍於該聚合物之該密度。在一個實施例中，該壓載器部之該密度係至少4倍於該聚合物之該密度。在一個實施例中，該壓載器部之該密度係至少4.5倍於該聚合物之該密度。在一個實施例中，該壓載器部之該密度係至少5倍於該聚合物之該密度。
在各種實施例中，該壓載器系統之該壓載器之重量係為至少 1kgf且不大於12kgf。在一個實施例中，該壓載器之重量係為至少4.5kgf。在一個實施例中，該壓載器之重量係為至少6kgf。在一個實施例中，該壓載器之重量係為至少10kgf。
在某些實施例中，該壓載器系統之重物材料具有至少3000kg/m3且不大於14,000kg/m3之一密度。在一個實施例中，該重物材料具有至少4000kg/m3之一密度。在一個實施例中，該重物材料具有至少6000kg/m3之一密度。
在本發明之一個實施例中，一種用於清洗一晶圓容置盒之系統包含一前開式晶圓容置盒，該前開式晶圓容置盒包含：一外殼，具有與一門框架相對之一後面板，其中一頂面板、一底面板及相對之側面板自該後面板延伸至該門框架，該門框架係密封地嚙合一門；以及至少一個入口清洗埠及至少一個出口清洗埠，界定於該外殼之該底面板上。一清洗設備可操作地耦合該至少一個入口清洗埠及該至少一個出口清洗埠。一壓載器可操作地耦合該前開式晶圓容置盒，該壓載器具有一重量，該重量被預先確定成防止在該清洗設備以一對應之預先確定之流率運作時，該晶圓容置盒被掀開。該清洗系統可更包含一動態耦合板，該動態耦合板附裝至該外殼之該底面板，該壓載器附裝至該動態耦合板。在一個實施例中，該壓載器係鄰設於該殼體之該後面板。在一個實施例中，該清洗設備係為一儲料器。在一個實施例中，該壓載器之該重量被預先確定成足以在當僅有一單一晶圓容納於該晶圓容置盒中時，該重量防止該晶圓容置盒被掀開。
類似地，一種用於固定一晶圓載具至一清洗設備之方法被揭露於本發明之一實施例中。該方法包含：˙提供與一晶圓容置盒一起使用之一壓載器，該壓載器具有一預先 確定之重量，該預先確定之重量適於在一預先確定之清洗氣體流率下，將該晶圓容置盒保持於該清洗設備上；˙在一實體媒體上提供一組說明，該組說明包含：安裝該壓載器於該晶圓容置盒上；以及在安裝該壓載器後，將該晶圓容置盒可操作地耦合於該清洗設備上。
在一個實施例中，將該壓載器安裝於已提供該組說明之該晶圓容置盒上之該步驟更包含：安裝該壓載器於該晶圓容置盒之一動態耦合板上。該方法可更包含：˙提供適以容置該壓載器之一替換動態耦合板；˙其中在提供該組說明之該步驟中所提供之該組說明更包含：自該晶圓容置盒移除一現有之動態耦合板；安裝該壓載器於該替換動態耦合板上；以及附裝該替換動態耦合板至該晶圓容置盒。
在提供一壓載器之該步驟中所提供之該壓載器之該重量可被預先確定成足以在當僅有一單一晶圓容納於該晶圓容置盒中時，該重量防止該晶圓容置盒被掀開。
在本發明之各種實施例中，揭露一種晶圓容置盒，該晶圓容置盒包含一外殼，該外殼具有與一門框架相對之一後面板，其中一頂面板、一底面板及相對之側面板自該後面板延伸至該門框架，該門框架係密封地嚙合一門。一自動凸緣可可操作地耦合至該外殼之該頂面板，該自動凸緣係以一中心軸為中心並垂直於該中心軸。一動態耦合板可可操作地耦合該底面板。一壓載器在該後面板附近可操作地耦合至該動態耦合板。該動態耦合板包含至少一個接納部，該至少一個接納部之形狀及尺寸適以接納該 壓載器。在一個實施例中，該壓載器包含：一板部，包含一外周邊；以及一第一芯部，自該板部懸垂，該第一芯部包含一重物材料並具有一第一外表面，該第一外表面之形狀及尺寸適以插入至該動態耦合板之該至少一個接納部中。該壓載器可更包含自該板部懸垂之一第二芯部，該第二芯部具有一第二外表面，該第二外表面之形狀及尺寸適以插入至該動態耦合板內。在一個實施例中，該壓載器包含：一第一殼體部，包含一第一槽部及一第一蓋部，該第一槽部與該第一蓋部相互配合以界定一第一主隔室；以及一第一主重物，包含一重物材料並設置於該第一主隔室中，該第一殼體部包含一第一外表面，該第一外表面之形狀及尺寸適以插入至該動態耦合板之該至少一個接納部其中之一第一接納部內。該晶圓容置盒之該壓載器可更包含：一第二殼體部，包含一第二槽部及一第二蓋部，該第二槽部與該第二蓋部相互配合以界定一第二主隔室；以及一第二主重物，設置於該第二主隔室中，該第二殼體部包含一第二外表面，該第二外表面之形狀及尺寸適以插入至該動態耦合板之該至少一個接納部其中之一第二接納部內。在一個實施例中，添加該壓載器至該晶圓容置盒中時，會使該晶圓容置盒之一重心移至該中心軸的20毫米以內。在各種實施例中，該晶圓容置盒用以以一垂直軸為中心，容納複數個相間之450毫米晶圓之一堆疊。
在本發明之各種實施例中，揭露一種用於為一前開式晶圓容置盒提供壓載之方法，該方法包含：˙提供一壓載器至一第一方；˙提供位於一實體媒體上之說明至第一方，該等說明包含：自第一方接收該前開式晶圓容置盒，該前開式晶圓容置盒包含一動態耦合板；以及將該壓載器耦合至該晶圓容置盒之該動態耦合板。
在該組說明中將該壓載器耦合至該動態耦合板之該步驟可更包含：˙自該晶圓容置盒之一外殼移除該動態耦合板；˙將該壓載器安裝於該動態耦合板上；以及˙將安裝有該壓載器之該動態耦合板附裝至該晶圓容置盒之該外殼。
該等說明可更包含：˙自該動態耦合板移除該壓載器；˙在移除該壓載器之情況下將該容置盒運回至該第一方。
在本發明之某些實施例中，一增重標誌板(weighted label plate)可附裝至容置盒部之後外側，該板可藉由包封而被封裝至一聚合物袋(pocket)中，或可包含RFID標簽，其中該聚合物袋具有書面資訊或標記(indicia)(例如條形碼)。該等增重組件會使重心朝著該增重板向後移動。
在某些實施例中，壓載器部向左及向右延伸達晶圓容置盒寬度之至少50%，並且壓載器部相對於左邊及右邊處於中心位置。在某些實施例中，壓載器部向左及向右延伸達晶圓容置盒寬度之至少60%，並且壓載器部相對於左邊及右邊處於中心位置。在某些實施例中，壓載器部向左及向右延伸達晶圓寬度之至少65%，並且壓載器部相對於左邊及右邊處於中心位置。
在本發明之某些實施例中，壓載器部具有一重物材料，該重物材料包含金屬且更包含一封裝部以防止金屬暴露。該封裝部可係為包覆成型(overmolded)於壓載器材料上之一聚合物囊(capsule)，或壓載器材 料可例如藉由粉末塗覆而被塗覆有一聚合物，或壓載器可藉由將一囊焊接成封閉的或藉由利用一O形環密封件(seal)或其他襯墊而被密封於該囊內。該囊可與外殼成為一體或被附裝至外殼上，可與動態耦合板成為一體或被附裝至動態耦合板上，或可被捕獲於外殼與動態耦合板之間。
在某些實施例中，晶圓容置盒可係為可變換的，以與壓載器部一起使用以及不與壓載器部一起使用。在某些實施例中，容置盒被運輸至一使用目的地，例如一製造工廠，在該製造工廠中容置盒會被安置於具有動態耦合件之機器介面上及/或由自動凸緣運送。在使用位置處，可安裝壓載器部，以將容置盒安全安置於機器介面上以及由自動凸緣進行安全運送。在某些實施例中，容置盒適以輕易地容置壓載器部。在某些實施例中，壓載器可被輕易移除。在某些實施例中，該等安裝及移除可不利用手工工具，例如，利用彈簧掣子或手動滑動連接。
30‧‧‧前開式晶圓容置盒
32‧‧‧壓載器
32a‧‧‧固體壓載器
32b‧‧‧肋狀固體壓載器
32c‧‧‧重的固體壓載器
32d‧‧‧已組裝壓載器
32e‧‧‧擴展之已組裝壓載器
34‧‧‧外殼
36‧‧‧可移除門
38‧‧‧自動凸緣
40‧‧‧動態耦合板
42‧‧‧動態耦合件
44‧‧‧頂面板
46‧‧‧底面板
48‧‧‧側面板
52‧‧‧後面板
54‧‧‧門框架
56‧‧‧出入口
57‧‧‧晶圓
58‧‧‧中心軸線
59‧‧‧向後方向
60‧‧‧笛卡爾座標系
61‧‧‧目標區域
61a‧‧‧矩形區域
61b‧‧‧半圓
61c‧‧‧前端
62‧‧‧目標區域
62a‧‧‧圓
63‧‧‧向前方向
64‧‧‧接納部
66‧‧‧壁
68‧‧‧向上方向
69‧‧‧頂部邊緣
70‧‧‧開口
72‧‧‧接納器軸
74‧‧‧內表面
76‧‧‧外表面
78‧‧‧保持夾子
80‧‧‧止回爪
82‧‧‧錐面
84‧‧‧輔助保持夾子
86‧‧‧止回爪
88‧‧‧錐面
90‧‧‧隔板
92‧‧‧向後邊緣
94‧‧‧孔
96‧‧‧孔軸線
97‧‧‧周邊
98‧‧‧上邊緣
122‧‧‧板部
123‧‧‧外周邊
124‧‧‧芯部
125‧‧‧凸緣部
126‧‧‧突出部
128‧‧‧向後邊緣
130‧‧‧上表面
132‧‧‧接觸特徵
134‧‧‧肋
136‧‧‧遠側邊緣
138‧‧‧後側
152‧‧‧夾子嚙合部
154‧‧‧導入結構
156‧‧‧捕獲表面
158‧‧‧正面
170‧‧‧複合剖視圖
172‧‧‧第一部分
174‧‧‧第二部分
176‧‧‧第三部分
178‧‧‧重物材料
182‧‧‧背面
184‧‧‧前端
186‧‧‧前下角
202‧‧‧殼體部
204‧‧‧主重物
206‧‧‧橋接結構
212‧‧‧槽部
214‧‧‧蓋部
215‧‧‧主隔室
216‧‧‧襯墊
218‧‧‧外部
220‧‧‧殼體部
221‧‧‧輔助槽部
222‧‧‧輔助隔室
224‧‧‧重物
224a‧‧‧輔助重物
224b‧‧‧輔助重物
228‧‧‧蓋部
232‧‧‧襯墊
234‧‧‧輔助夾子嚙合部
236‧‧‧凸緣部
238‧‧‧導入錐體
242‧‧‧凹部
244‧‧‧背面
252‧‧‧凸耳部
254‧‧‧輪緣
256‧‧‧凹口
257‧‧‧內部能量引導器
258‧‧‧填隙片部
259‧‧‧向上表面
262‧‧‧密封壓蓋
264‧‧‧後角度
266‧‧‧內周邊
272‧‧‧線
280‧‧‧改裝套件
282‧‧‧說明
290‧‧‧供應方法
290a‧‧‧子方法
290b‧‧‧子方法
291‧‧‧步驟
292‧‧‧步驟
293‧‧‧步驟
294‧‧‧步驟
296‧‧‧步驟
298‧‧‧步驟
299‧‧‧步驟
300‧‧‧外部安裝壓載器
350‧‧‧配件
352‧‧‧壓載器材料
360‧‧‧囊
362‧‧‧封閉件
366‧‧‧RFID囊
368‧‧‧托架
370‧‧‧O形環
372‧‧‧ID板
400‧‧‧加重系統
402‧‧‧清洗設備
404‧‧‧入口清洗埠
406‧‧‧出口清洗埠
412‧‧‧動態耦合銷
414‧‧‧清洗埠耦合件
416‧‧‧清洗氣體流
COG‧‧‧重心
FD1‧‧‧向下之力
FD2‧‧‧向下之力
FI‧‧‧插入力
FU‧‧‧反作用力
L‧‧‧距離
R‧‧‧半徑
W‧‧‧重量
WC‧‧‧重量
x‧‧‧軸
y‧‧‧軸
z‧‧‧軸
△x‧‧‧距離
第1A圖係為本發明一實施例中一前開式晶圓容置盒之分解正面立體圖；第1B圖係為本發明一實施例中第1A圖所示之已組裝前開式晶圓容置盒之後面-底部立體圖；第2A圖係為一450毫米多應用載具(MAC)之重心位置之目標區域之示意圖；第2B圖係為一450毫米前開式晶圓傳送盒(FOUP)之重心位置之目標區域之示意圖；第3圖係為本發明一實施例中一動態耦合板之局部後面-底部立體圖； 第4圖係為本發明一實施例中一動態耦合板之局部正面-頂部立體圖；第5圖係為本發明一實施例中一固體(solid)壓載器之底部立體圖；第6圖係為本發明一實施例中一肋狀(ribbed)固體壓載器之底部立體圖；第7圖係為本發明一實施例中重的固體壓載器之底部立體圖；第8圖係為本發明一實施例中重的固體壓載器之頂部立體圖；第9圖係為本發明一實施例中安裝於動態耦合板中之重的固體壓載器之一總成之局部平面圖；第10圖係為第9圖所示總成之複合剖視圖；第11A圖至第11D圖係為對本發明一實施例中將重的固體壓載器安裝至一動態耦合板內之示意性繪示；第12A圖係為本發明一實施例中一已組裝壓載器之分解正面立體圖；第12B圖係為第12A圖所示已組裝壓載器之正面立體圖；第13圖係為第12B圖所示已組裝壓載器之局部正面-底部立體圖；第14圖係為本發明一實施例中安裝於一動態耦合板中之第12B圖所示已組裝壓載器之局部正面-頂部立體圖；第15A圖係為本發明一實施例中一擴展(expanded)之已組裝壓載器之分解正面立體圖；第15B圖係為第15A圖所示擴展之已組裝壓載器之正面立體圖；第16圖係為第15B圖所示擴展之已組裝壓載器之正面-底部立體圖； 第17圖係為本發明一實施例中安裝於一動態耦合板中之成對且擴展之已組裝之局部正面-頂部立體圖；第18圖係為本發明一實施例中第15B圖所示擴展之已組裝壓載器之正面-頂部立體圖，其中蓋被移除以暴露出一襯墊之細節；第19圖係為第18圖之局部剖視圖；第20圖係為本發明一實施例中在襯墊附近之第15B圖所示擴展之已組裝壓載器之放大局部剖視圖；第21圖係為本發明一實施例中安裝有壓載器之一動態耦合板之後部-底部立體圖；第22圖係為本發明一實施例中用於改裝具有一壓載器之一晶圓容置盒之一套件之示意圖；第23圖係為本發明一實施例中一種用於為一晶圓容置盒提供壓載之供應方法之流程圖；第24圖係為本發明一實施例中具有一外部後置壓載器之一晶圓容置盒之正視圖；第25圖係為本發明一實施例中第24圖所示外部後置壓載器之分解圖；以及第26圖係為本發明一實施例中與一清洗裝置相耦合之一壓載晶圓容置盒之示意圖。
參照第1圖，其繪示本發明一實施例中一具有一壓載器32之 前開式晶圓容置盒30。前開式晶圓容置盒30包含一外殼或容置盒部34、一可移除門36、一自動凸緣38、以及一用於容納三個動態耦合件42之動態耦合板40。外殼部34包含：一頂面板44，耦合有自動凸緣38；一底面板46，耦合有動態耦合板40；二個相對之側面板48；一後面板52；以及一門框架54，其中可移除門36可被可操作地耦合至門框架54以及自門框架54解耦合，且門框架54界定一出入口(access opening)56。在各種實施例中，壓載器32耦合至動態耦合板40。在一個實施例中，壓載器32被捕獲(「夾置」)於動態耦合板40與外殼部34之底面板46之間。
前開式晶圓容置盒30用以以一相間隔之方式載送複數個晶圓57。在搬運期間，晶圓容置盒自以一中心軸線58為中心居中之自動凸緣38懸垂。藉此可界定一笛卡爾座標系60，其中z-座標與中心軸線58重合，x-座標沿與出入口56垂直之一向後方向59延伸，且y-座標垂直於x-座標以及z-座標。在一所謂之「豎直位置」中，中心軸線58以及z-座標係為實質上垂直的。為達此專利申請案之目的，笛卡爾座標系60之原點位於動態耦合板40內。
參照第2A圖以及第2B圖，其係為分別繪示450毫米MAC之重心(center of gravity；COG)位置之目標區域61以及450毫米FOUP之重心位置之目標區域62之示意圖。目標區域61係由SEMI E159規定，且目標區域62係由SEMI E158界定。450毫米MAC之目標區域61係沿著z-座標之一向前方向63(即，沿著「負x」方向)而被界定，並界定具有一半圓61b之一矩形區域61a，該半圓61b位於目標區域61之一前端61c處。目標區域61之最大長度係為39毫米，並沿著向前方向而被界定於x-座標上。該半圓界定一17毫米之半徑，且所得到之34毫米直徑亦會界定矩形區域61a之寬度。
450毫米FOUP之目標區域62係由一圓62a之一部分界定，圓62a沿向前方向63在x-座標上之一12毫米距離處居中。圓62a具有一17毫米之半徑，該17毫米之半徑與位於12毫米處之中心位置相結合而界定沿向前方向界定於x-座標上之一29毫米最大長度。
參照第3圖及第4圖，在本發明之一實施例中繪示動態耦合板40之一後部。動態耦合板40包含至少一個用於接納壓載器32之接納部64。在一個實施例中，每一接納部64包含一壁66，壁66在前開式晶圓容置盒30處於一豎直位置時沿一向上方向68延伸至一頂部邊緣69。因此，每一壁66延伸於動態耦合板40與外殼部34之底面板46之間。每一壁66至少局部地環繞界定於動態耦合板40中之一開口70，開口70界定垂直於動態耦合板40之一接納器(receiver)軸72。壁66可界定一內表面74以及一相對之外表面76，其中該內表面面向該接納器軸72。在各種實施例中，動態耦合板40包含一或多個保持特徵，例如一可撓曲(deflectable)彈簧指(spring finger)或保持夾子78，可撓曲彈簧指或保持夾子78具有橫向延伸於開口70之上方(即，沿著朝向接納器軸72之一方向)之一止回爪(detent)80，止回爪80包含一錐面82，錐面82面向上方並朝向接納器軸72。視需要，壓載器32可利用扣件耦合至動態耦合板40或外殼34之底面板46。在各種實施例中，動態耦合板40包含一對接納部64，其中每一接納部64係為另一接納部64相對於x-z平面之一鏡像。
在各種實施例中，動態耦合板40可包含沿向上方向68延伸之一對輔助保持夾子84。各該輔助保持夾子84可包含具有一朝上之錐面88之一止回爪86。動態耦合板40亦可包含一隔板(bulkhead)90，隔板90鄰近動態耦合板40之一後邊緣92。隔板90可界定一對孔94，每一孔以一各自之孔 軸線96為中心，該等孔軸線96係實質上平行於x-軸。每一孔94係由一周邊(perimeter)97界定，周邊97包含一上邊緣98。在一個實施例中，該等孔94跨越x-z平面並各自位於與x-z平面等距之位置處。在一個實施例中，輔助保持夾子84被設置成鄰近孔94且可經由孔94而接近。
參照第5圖至第10圖，其繪示本發明實施例中壓載器32之各種配置。本文中，將壓載器籠統地或總體地以參考編號32來表示，其中具體配置則由帶有一字母後綴之參考編號32(例如，32b)來表示。
在第5圖中繪示一固體壓載器32a。固體壓載器32a包含一板部122，其中一對芯部124自板部122懸垂，芯部124界定一外表面121，外表面121之形狀及尺寸適以安置於動態耦合板40之接納部64內。芯部124可自板部122之一外周邊123內凹以界定凸緣部125，凸緣部125在x-y平面中延伸超過芯部124。在一個實施例中，固體壓載器32a包含一對突出部126，該對突出部126在總成中沿著向後方向59延伸超過板部122之外周邊123之一後邊緣128。每一突出部126之特點係為具有一上表面130。固體壓載器32a可更包含複數個接觸特徵132，該等接觸特徵132自凸緣部125懸垂且可鄰近芯部124之拐角。
在第6圖中繪示一肋狀固體壓載器32b。肋狀固體壓載器32b包含許多與固體壓載器32a相同之屬性，該等屬性以編號相同之參考編號來表示。肋狀固體壓載器32b更包含至少一個肋134，肋134自板部122懸垂。該(該等)肋134包含遠側邊緣136。在一個實施例中，遠側邊緣136被造型為適以容置動態耦合件42(參見第4圖)之一後側138，動態耦合件42在總成中設置於各芯部124之間。
在功能上，該(該等)肋134可減少板部122在某些製造製程 中之翹曲(warpage)。對於鑄造製程而言，該等肋可減少在蠟(wax)態及鑄(cast)態二狀態下之翹曲。在一個實施例中，經造型之遠側邊緣136使得能夠在不接觸或以其他方式影響動態耦合件42之條件下放置肋狀固體壓載器32b。在其他實施例(未繪示)中，經造型之遠側邊緣可支援動態耦合件42。
在第7圖至第10圖中繪示一重的固體壓載器32c，重的固體壓載器32c包含許多與固體壓載器32a及32b相同之屬性，該等屬性以編號相同之參考編號來表示。此外，熟習此項技術者將認識到，可將重的固體壓載器32c之各種態樣併入重的固體壓載器32a及32b中。重的固體壓載器32c之概念係為增大體積以使壓載器32所提供之重量增加。因此，重的固體壓載器32c之各種元件(例如肋134及突出部126)之厚度增加。在重的固體壓載器32c之所繪示實施例中，「肋」134係厚至相互接合至一起(即，其間無間隙)。
在各種實施例中，壓載器32包含夾子嚙合部152，如在第8圖中針對重的固體壓載器32c所繪示。每一夾子嚙合部152可包含一導入結構154以及一捕獲表面156。在所繪示之實施例中，夾子嚙合部152係設置於芯部124之一正面158上以嚙合保持夾子78。
在第9圖及第10圖中，繪示固定於動態耦合板40之接納部64其中之一內之重的固體壓載器32c之一複合剖視圖170。複合剖視圖170包含：一第一部分172，繪示保持夾子78其中之一以及夾子嚙合部152其中之一之橫截面；一第二部分174，繪示接觸特徵132其中之一之橫截面；以及一第三部分176，繪示突出部126其中之一以及隔板90之橫截面。
在複合剖視圖170中，保持夾子78之止回爪80嚙合夾子嚙合部152之捕獲表面156。接觸特徵132與壁66之頂部邊緣69對齊。突出部126 延伸貫穿孔94，其中突出部126之上表面130接觸孔94之周邊97之上邊緣98。
因此，重的固體壓載器32c藉由向下之力FD1以及FD2而被固持於接納部64內，FD1係由位於捕獲表面156上之保持夾子78施加，且FD2係由突出部126上表面130上孔94之周邊97之上邊緣98施加。一向上之反作用力FU作用於重的固體壓載器32c之接觸特徵132上，且係由壁66之頂部邊緣69施加。
參照第11A圖至第11D圖，其示意性地繪示本發明一實施例中對重的固體壓載器32c之安裝。虛線表示第9圖及第10圖中第一部分172、第二部分174、以及第三部分176之劃分。為清晰起見，已移除或修改某些結構上的細節。在安裝時，使重的固體壓載器32c之突出部126相對於水平面(即，相對於x-y平面)以一傾斜角度θ饋穿過孔94，其中每一芯部124之一背面182接觸或幾乎接觸接納部64之壁66(參見第11A圖)。
然後利用一插入力F1將芯部124之前端184向下按壓至接納部64中，進而使重的固體壓載器32c朝著一水平方向(即，板部122實質上與x-y平面平行之一方向)旋轉。隨著重的固體壓載器32c如此旋轉，突出部126嚙合孔94之周邊97之上邊緣98，且每一芯部124之背面182倚靠接納部64之壁66。此外，芯部124之前下拐角186嚙合保持夾子78之止回爪80之錐面82，進而使保持夾子78遠離接納器軸72而撓曲(參見第11B圖)。隨著繼續施加插入力F1，導入結構154被滑動至止回爪80上，而突出部126繼續嚙合孔94之周邊97之上邊緣98，芯部124之背面182繼續倚靠接納部64之壁66，且保持夾子78繼續向遠離接納器軸72而撓曲(參見第11C圖)。
隨著導入結構154滑動過止回爪80，保持夾子78扣入於定位上，其中止回爪80在夾子嚙合部152之捕獲表面156上對齊。重的固體壓載 器32c、接納部64、以及隔板90之尺寸適以在保持夾子78在夾子嚙合部152內對齊時，使接觸特徵132在壁66之頂部邊緣69上對齊並使突出部126之上表面130貼靠孔94之周邊97之上邊緣98對齊(參見第11D圖)。
為自接納部64釋放重的固體壓載器32c，使止回爪80脫離嚙合部152之捕獲表面156且使重的固體壓載器32c遠離接納部64旋轉，其順序實質上與第11A圖至第11D圖之順序相反。舉例而言，可藉由一撬動操作來完成保持夾子78之脫離，在該撬動操作中，將一工具(圖中未繪示)插入止回爪80之錐面82與芯部124之正面158之間來促進撬動操作之完成。
儘管參照第9圖至第11D圖之繪示來繪示及討論重的固體壓載器32c，然而應注意，相同之態樣及概念亦可應用於固體壓載器32a及32c，或任何其他具有嚙合部152以及突出部126之壓載器32。
固體壓載器32a~32c係由一重物材料178形成，重物材料178可包含一金屬材料，例如不銹鋼、鋅或鋅系合金、鉛、或粉末金屬。可藉由各種製程(包含包模鑄造(investment casting)、金屬射出成型(metal injection molding)、砂型鑄造(sand casting)、粉末金屬、以及鍛造)形成重物材料178，其中視需要加工壓載器以達到期望之容差(tolerance)。
在某些實施例中，固體壓載器32a~32c被塗覆有一惰性材料，例如許多通常用於半導體晶圓容置盒中之聚合物。在一個實施例中，塗層係由一粉末塗覆製程提供。對於塗層選擇之考量包括：對固體材料之黏附力(例如，對不銹鋼之黏附力)、抗腐蝕性、耐磨性、不潤濕/疏水性特性、小且可重複之構造厚度、以及完全塗覆組件之能力(即，無固定點(fixture point))。對於不銹鋼而言具有期望特性之塗層之實例包含：ENDURA 202P鎳基質與含氟聚合物熔合之外殼、ENDURA 311MPFA、IMPREGLON T-60 PFA、領英公司(Orion Industries)ETFE(TEFZEL)、領英公司ECTFE(HALAR)、PARYLENE HT保形塗層、以及E-COAT。
參照第12A圖至第14圖，其繪示本發明一實施例中之一已組裝壓載器32d。已組裝壓載器32d包含一對殼體部202，該對殼體部202各自容納由重物材料178形成之一主重物204。重物材料178可包含上述用於固體壓載器32a~32c之材料中之任一者。此外，因使用封裝殼體部202，故該等材料可呈現一顆粒狀，例如，球狀、丸狀、或彈狀。
在一個實施例中，該等殼體部202係藉由一橋接結構206連接，橋接結構206之輪廓適以容置動態耦合件42之一後側138。每一殼體部202包含一槽部212以及一蓋部214，槽部212與蓋部214相互配合以在其間界定一主隔室215。在一個實施例中，一襯墊216設置於槽部212與蓋部214之間的間隙內。每一殼體部202之一外部(exterior)218可具有許多與固體壓載器32a~32c相同之態樣及組件，該等相同之態樣及組件由編號相同之參考編號(例如凸緣部125、接觸特徵132、以及具有伴隨導入結構154以及捕獲表面156之夾子嚙合部152)表示。
參照第15A圖至第17圖，其繪示本發明一實施例中擴展之已組裝壓載器32e。擴展之已組裝壓載器32e包含許多與已組裝壓載器32d相同之態樣及組件，該等相同之態樣及組件由編號相同之參考編號表示。擴展之已組裝壓載器32e包含一擴展殼體220。除槽部212以及主重物204外，擴展之已組裝壓載器32e每一擴展之已組裝壓載器32e之擴展殼體220包含一輔助槽部221，輔助槽部221界定用於容納至少一個輔助重物224之一輔助隔室222。該(該等)輔助重物可由重物材料178形成。擴展之已組裝壓載器32e更包含較已組裝壓載器32d之蓋部214以及襯墊216為大之一蓋部228以及襯 墊232，以界定主隔室215以及輔助隔室222二者。在一個實施例中，輔助隔室222可被配置成在總成中延伸於動態耦合件42上方。此外，在所繪示之實施例中，輔助隔室222容納二個輔助重物224a以及224b。
並非擴展之已組裝壓載器32e之所有隔室215、222皆需要容納一重物。可依照特定的壓載要求進行重物選擇及組合。舉例而言，擴展之已組裝壓載器32e可僅包含帶有僅輔助重物224a或224b其中之一之主重物204；在另一總成中，僅封裝有輔助重物224a及224b，而主隔室215則係為空的；等等。因此，擴展之已組裝壓載器32e為壓載器總成提供一模組化平台。
擴展之已組裝壓載器32e可包含一輔助夾子嚙合部234，輔助夾子嚙合部234包含一凸緣部236，凸緣部236具有一面向下方之導入錐體(taper)238。在一個實施例中，輔助夾子嚙合部234設置於一凹部(recess)242中，凹部242形成於擴展之已組裝壓載器32e之一背面244上(例如，如圖所示位於輔助槽部221上)。可自擴展之已組裝壓載器32e之頂部、底部、以及後部其中之一或多者處接近凹部242。
在一個實施例中，如在第17圖中對於已組裝及安裝之壓載器32e所繪示，已組裝之壓載器32d與32e未連接至彼此(即，無橋接結構)。因此，在所繪示之實施例中，有二個成對之已組裝壓載器32e，每一已組裝壓載器32e係為另一已組裝壓載器32e相對於x-z平面之一鏡像。
在安裝中，擴展之已組裝壓載器32e沿著接納器軸72在接納部64之上方對齊並被定向成互補地插入至接納部64中。然後，沿著接納器軸72將擴展之已組裝壓載器32e插入至接納部64中並將其往下按壓。隨著擴展之已組裝壓載器32e向下平移，夾子嚙合部152之導入結構154接觸保持夾 子78之錐面82且輔助夾子嚙合部234之導入錐體238分別接觸輔助保持夾子84之錐面88。錐面82及84在各自之導入結構154及238之上方滑動，並卡入於定位上以將擴展之已組裝壓載器32e固定於接納部64內。
在一個實施例中，保持夾子78與保持夾子84彼此正交。類似地，各該嚙合部152與各該嚙合部234亦彼此正交。藉由此種配置，鎖定動作會起到沿x-方向及y-方向二方向可靠地保持擴展之已組裝壓載器32e之作用。亦即，當擴展之已組裝壓載器32e設置於接納部64中時，保持夾子78及84可被配置成處於一撓曲狀態，俾使保持夾子78沿著向後方向(平行於x-軸)對嚙合部152施加一力，並使輔助保持夾子84沿著一橫向方向(平行於y-軸)對第二嚙合部234施加一力，該二個力均受到接納部64之壁部66之反作用。
參照第18圖至第20圖，其繪示本發明一實施例中之擴展之已組裝壓載器32e之襯墊232之細節。儘管圖式以及伴隨之論述係介紹擴展之已組裝壓載器32e之襯墊232，然而相同之原理亦可應用於已組裝壓載器32d。襯墊可包含複數個向內延伸之凸耳部252。殼體220之環繞槽部212、221之一輪緣(rim)254可界定複數個凹口256，該等凹口256在形狀及佈局上對應於凸耳部252。在一個實施例中，一內部能量引導器257設置於輪緣254之一向上表面259上，內部能量引導器257可包含具有三角形橫截面之一凸脊。此外，在某些實施例中，某些凸耳部252可包含複數個填隙片部258，該等填隙片部258向下延伸於重物204、224與殼體220之間。
襯墊232可被容納於一密封壓蓋(gland)262中，密封壓蓋262係界定於蓋部228與槽部212之間。在一個實施例中，密封壓蓋262界定一後角度264，其中密封壓蓋262在殼體部220之外部218處較在密封壓蓋262 之一內周邊266處為窄(參見第20圖)。可藉由一結合製程(bonding process)(例如超聲波焊接)將蓋部228附裝至槽部212。
在功能上，擴展之已組裝壓載器32e之襯墊232使該(該等)重物204、224與環境隔絕，以防止溶液在沖洗循環期間進入殼體部202、220。內部能量引導器257使得在一超聲波焊接操作期間集中產生焊接飛濺(welding flash)，使得焊接飛濺被捕集於隔室215、222內或被捕集於在內部能量引導器257處形成之焊接點(weld)與襯墊232之間。凸耳部252與凹口256相互配合以在組裝期間協助襯墊232之放置。填隙片部258可佔據該(該等)重物204、224與殼體220之間的容差間隙(tolerance gap)以防止或抑制產生嘎嘎聲(rattling)。密封壓蓋262之後角度264保證襯墊232在殼體220之外部218處於密封壓縮狀態，並同時為處於壓縮狀態之襯墊232提供流量緩解(flow relief)，進而防止或抑制襯墊232向外鼓起。
對於已組裝壓載器32d及32e而言，殼體部202、220可由傳統聚合物(例如聚碳酸酯、耐綸、或含氟聚合物)形成。製造製程可包含例如一射出成型製程，以提供以上殼體部202、220之所述外部218之各種特徵及態樣。該(該等)重物202、224可係為簡單的二維形狀(即，在x-y平面上具有輪廓形狀並在z-方向上具有均勻之厚度)，以易於藉由各種方法(包含水射流(water jet)、電火花線切割加工(electro-discharge machining；EDM)、以及粉末金屬)進行製造。殼體部202、220之隔室215可被配置成適形於該等簡單的二維形狀。
參照第21圖以及表格1，其呈現本發明各實施例中之各種壓載器32之預測效果。已開發出各種分析模型來確定壓載器32之各種配置在一空載狀態(empty state)(即，在晶圓容置盒30中沒有晶圓)以及一滿載 狀態(即，裝載於晶圓容置盒中之晶圓達到滿裝狀態)二狀態中對於一完全組裝之450毫米多應用載具(MAC)以及一完全組裝之450毫米前開式晶圓傳送盒(FOUP)之重心之效果。用作模型之完全組裝之MAC以及FOUP包含固定於門框架54內之可移除門36。為進行此分析，將各個壓載器32表徵為具有一重量W，該重量W以一線272為中心，線272位於距中心軸線58一距離L之位置處，且距離L平行於x-軸。重量W係以單位kgf表示，kgf之定義係為在標準重力下1千克質量之重量。
該二載具之空載狀態及滿載狀態下重心(COG)之所得(resultant)位置係由相對於中心軸線58之一位置△X來表徵，位置△X與x-軸平行。鑄造304不銹鋼用作所考量之各種壓載器32之重物材料178之模型；粉末金屬316不銹鋼亦用作擴展之已組裝壓載器32e之模型。本文中，重量W包含整個壓載構造之重量，所述整個壓載構造包含重物材料178以及屬於壓載器32之一部分之任何其他結構(例如，構成已組裝壓載器32d及32e之殼體部202、220之聚合物材料)。應注意，對於擴展之已組裝壓載器32e之實施例而言，重量W包含二個成對之已組裝壓載器配置(即，二個壓載器32e-各該接納部64分別一個)。
出於對比目的，對用作模型之MAC總成以及FOUP總成在不具有一壓載器32之空載狀態以及滿載狀態二狀態中進行分析，以評估不具有壓載器補償之COG之一基線位置△X。在表格1中所顯示W=0時之結果表明：完全組裝之FOUP始終處於SEMI E158所容許之△X極限值29毫米以外，且完全組裝之MAC在滿載狀態中處於SEMI E159所容許之△X值39毫米以外。
在表格1中所顯示之結果表明：藉由安裝在分析中用作模型之壓載器實施例其中之任一者，皆會使完全組裝之FOUP以及MAC符合SEMI標準。
參照第22圖，其繪示本發明一實施例中之一改裝套件 (retrofit kit)280。在此實施例中，將本文中所繪示及闡述之各種壓載器32其中之一或多者設置於改裝套件280中，以對現有之晶圓容置盒30進行改裝。在一個實施例中，現有之晶圓容置盒30設置有用於容置壓載器32之附件(appurtenance)(例如，具有包含保持夾子78之接納部64之動態耦合板40)，其中壓載器32係視需要或在一後續時間獲得以供立即安裝。視需要，改裝套件280可亦包含動態耦合板40，動態耦合板40具有以上所述之用於保持一給定壓載器32之各種結構態樣，其中動態耦合板40被配置成用於連接至晶圓容置盒30以替換一現有之動態耦合板，藉此達成改裝。改裝套件280可更包含說明282，說明282整個或部分地包含本文中所述之用於將動態耦合板40及/或壓載器32安裝至晶圓容置盒30之方法。
為利用一壓載器32改裝一晶圓容置盒30，例如藉由鬆開及移除用於將動態耦合板40附裝至晶圓容置盒30之扣件，及/或藉由自設置於晶圓載具30之底面板46上之摩擦耦合件撬動動態耦合板40來將動態耦合板40自晶圓容置盒30移除。端視所利用之實施例而定，然後例如藉由結合第11A圖至第11D圖所述之製程，或藉由結合第15圖至第17圖所述之製程將壓載器32固定至動態耦合板30。在壓載器32被固定至動態耦合板40後，然後將動態耦合板40安裝至晶圓載具30之底面板46，進而將壓載器32「夾置」於晶圓容置盒30之底面板46之間。
參照第23A圖及第23B圖，將本發明一實施例中之一種用於提供壓載之供應方法290繪示為一流程圖。供應方法290涉及一運輸方(即，由製造或以其他方式進行提供之一實體供應晶圓57並經由晶圓容置盒30運輸晶圓57)以及自該運輸方進行接收之一接收方(即，接收晶圓容置盒30以及隨附之晶圓57之一實體)。方法290被劃分成二個子方法：290a及290b。 子方法290a係由運輸方執行，且子方法290b係由接收方執行。
對於子方法290a，運輸方將容納晶圓57之晶圓容置盒30在不具有壓載器32之情況下運輸至接收方(步驟293)。應注意，在某些情形中，運輸方可具有安裝於晶圓容置盒30上之一第一壓載器32，以用於其自身內部之搬運目的(步驟291)，而在運輸之前會將第一壓載器32自晶圓容置盒30移除(步驟292)。
對於子方法290b，接收方自運輸方接收晶圓容置盒30以及晶圓57(步驟294)，並將一第二壓載器32安裝至晶圓容置盒30上(步驟296)以對晶圓57進行後續搬運及加工。在一個實施例中，接收方可移除第二壓載器32(步驟298)並將晶圓容置盒30在不具有壓載器32之情況下運回至運輸方(步驟299)。
在其他實施例中，動態耦合板40以及壓載器32係作為一單元而被供應。在此實施例中，在無壓載器32情況下運輸晶圓容置盒30。接收方然後移除動態耦合板40並將其替換為包含作為一單元進行供應之包含壓載器32之動態耦合板40。在另一實施例中，在無動態耦合板40情況下運輸晶圓容置盒30之外殼34，且由接收方安裝具有壓載器32之動態耦合板40。
在功能上，由接收方提供壓載器32以供使用可藉由在不具有壓載器32情況下運輸晶圓容置盒30而減少運輸成本。此外，因壓載器32所增加之重量而在運輸期間可能由衝擊振動對容置盒造成損傷之可能性減小。壓載器32可由接收方保留並用於不同之晶圓容置盒30中，進而藉由減少壓載器32在庫存上之所需數目而降低成本。
參照第24圖及第25圖，其繪示本發明一實施例中一在外部安 裝之壓載器300。在外部安裝之壓載器300被選擇成以及尺寸被確定成將重心COG移動至可適用之SEMI標準之規範內。如圖所示，壓載器部300可係為一配件(accessory)350(例如一卡片/RFID板)之一部分。壓載器部300一般包含封裝於一惰性材料(例如許多通常用於半導體晶圓容置盒中之聚合物)中之壓載器材料352。該封裝可包含利用傳統方法施加之粉末塗層，或可係為具有一封閉件(closure)362之一囊360，封閉件362係由一O形環370密封以密封地封閉壓載器材料352。一RFID囊366可被配置成用於作為配件350之一部分而附裝至一托架(bracket)368。配件350亦可包含一ID板372，ID板372包含關於容置盒及/或其內容物之印刷資訊。
參照第26圖，其繪示本發明一實施例中一種用於將晶圓容置盒30固定至一清洗設備402之加重系統400。晶圓容置盒30包含至少一個入口清洗埠404以及至少一個出口清洗埠406，該至少一個入口清洗埠404以及該至少一個出口清洗埠406各自穿過外殼34之底面板46並介接清洗設備402。清洗設備402包含動態耦合銷412以及經由動態耦合板40而介接晶圓容置盒30之清洗埠耦合件414。在一個實施例中，該清洗設備係為一儲料器，該儲料器通常不包含一附屬之下壓裝置(hold down device)。晶圓容置盒30更被表徵為具有位於距中心軸線58為距離△X處之重心COG。晶圓容置盒30亦可包含一如本文中所繪示及闡述之壓載器32。
在操作中，將晶圓容置盒30安裝於清洗設備402上，俾使動態耦合銷412介接動態耦合件42，且清洗埠耦合件414耦合清洗埠404、406以經由晶圓容置盒30投送一清洗氣體流416。在開始流動之前(零流量狀態)，在動態耦合銷421以及清洗埠耦合件414之耦合點處施加反作用力FR於晶圓容置盒30上。在零流量狀態下施加之反作用力FR皆具有積極作用(即， 用於維持晶圓容置盒30與清洗設備402間之接觸)以對抗晶圓容置盒30之一重量WC以及壓載器32之重量W。
已知清洗氣體流416會產生一作用於晶圓容置盒上之舉升力。該舉升力主要作用於該(該等)入口清洗埠404處，但亦已知某些清洗系統會產生作用於該(該等)出口清洗埠406處之輔助舉升力。由清洗氣體流416產生之舉升力與流率成正比，且亦在一定程度上取決於晶圓容置盒30之清洗介面(interface)；用於將舉升力與流率相關聯之資訊可通常自晶圓容置盒供應商獲得。
在某些情形中，由清洗氣體流416產生之舉升力可導致反作用力FR在動態耦合銷412其中之一或多者處起到消極作用。一些清洗設備402包含一附屬之下壓裝置(例如，一夾緊鉤(clamping hook))，以對抗消極之反作用力FR；然而，其他裝置(例如大多數儲料器)不包含一附屬之下壓裝置。此外，儲料器傾向於使動態耦合銷412所在位置處之半徑R相對於其他製程工具較小，進而導致在舉升力較小(即，清洗氣體流416之流率較低)時出現消極之反作用力R。
在一個實施例中，可使壓載器32之尺寸適以防止晶圓容置盒30被掀開，否則，在舉升力過大時，晶圓容置盒30會被掀開。應注意，對壓載器32防止使晶圓容置盒30被掀開之重量要求經常實質上超過使COG處於SEMI規範內之重量要求。考量用作模型之壓載器32a及32e，其參照第21圖進行了論述並匯總於表格1中並且位於距中心軸線58171毫米之距離L處。使FOUP實施例位於△X為29毫米之要求內之壓載器32a、32e之最小計算所需重量W係為約1.2kgf。然而，為對抗標稱為100公升每分鐘(liters per minute；LPM)(在該流率下自中心軸線58至動態耦合銷412之中心之半徑R 標稱為145毫米(通常對於儲料器而言))之一清洗氣體流416，並假定為一輕載晶圓容置盒(即，僅一單個常駐(resident)晶圓)，則壓載器32a、32e之要求重量W被預先確定成約2.4kgf，該重量足足二倍於為將COG移動至所規定限值內所要求之最小重量W。
因此，可將本文中揭露之壓載器32及300用於加重系統400中，以將晶圓容置盒固定至清洗設備而無需使用一附屬之下壓裝置。可利用先前所述之改裝套件280來實施對壓載器32之安裝。在一個實施例中，可預先確定並例如以一表格或一方程式形式提供壓載器32之足以防止晶圓容置盒被掀開之重量W與清洗設備之清洗氣體流416之對應工作流率之間的相互關係。在一個實施例中，預先確定之重量W與流率之關係係基於一空的或一幾乎空的晶圓容置盒30(例如，容納僅一單個晶圓之一晶圓容置盒)。在一個實施例中，可將重量W被預先確定成對應於對應工作流率之壓載器32作為改裝套件280之一部分來進行供應。
以上提及之下列文件以引用方式全文併入本文中：頒予山岸等人之美國專利申請公開案第2013/0032509號；由本申請案之擁有者所共同擁有之頒予伯恩斯等人之WO 2011/072260；SEMI E159-0912；SEMI E158-0912。對以引用方式併入之內容進行限制，俾不會併入與本文中詳述之揭露內容相反之主題物。任何以引用方式併入之文件更被限制成使包含於該等文件中之申請專利範圍內容不會以引用方式併入本文中。上述任何以引用方式併入之文件還被限制成使在該等文件中所提供之任何定義不會以引用方式併入本文中，除非在本文中清楚地說明。
為方便起見，以上之論述使用例如「向上」、「向下」、「向前」、「向後」、「橫向」、「水平」、以及「豎直」等相對關係用語。除非另外指明 或可輕易推斷出，否則該等用語在所有情形中皆不應以字面意義進行解釋，而應被解釋為對處於「豎直」位置(先前已定義)之晶圓容置盒30進行闡述。應注意，該等方向及定向描述詞相對於笛卡爾座標系60具有一般性的關係。亦即：「向上」係為對應於正z-座標之一方向；「向下」係為對應於負z-座標之一方向；「向後」係為對應於正x-座標之一方向；「向前」係為對應於負x-座標之一方向；「橫向」係為一般沿y-座標延伸之一方向；「水平」對應於由x-座標及y-座標界定之一平面；以及「豎直」係為一般沿z-座標延伸之一方向。
為提供改良之裝置以及用於製造及使用該等改善之裝置之方法，可單獨使用或結合其他特徵及方法來使用本文所揭露之各該附圖及方法。因此，本文中所揭露之特徵及方法之組合可能並非係為在最廣意義上實踐本發明所必需的，而是僅為具體闡述代表性及較佳實施例而揭露的。
熟習此項技術者在閱讀本揭露內容之後，對各實施例之各種潤飾可變得顯而易見。舉例而言，相關技術中之通常知識者將認識到，可單獨地或以不同之組合方式將針對不同實施例所述之各種特徵與其他特徵進行適當結合、拆分、以及再結合。類似地，以上所述之各種特徵應皆被視為實例性實施例，而非對本發明範圍或精神之限制。
此項技術中之通常知識者將知，可利用少於上述任一各別實施例中所述者之特徵。本文所述各實施例並非旨在詳盡地呈現可用以對各種特徵進行組合之方式。因此，如此項技術中之通常知識者所理解，該等實施例並非相互排斥之特徵組合；而是，各請求項可包含選自不同各別實施例之不同各別特徵之一組合。
在本文中提及之「實施例」、「揭露內容」、「本揭露內容」、「本 發明之實施例」、及「所揭露之實施例」等涉及本專利申請案的不被視為先前技術之說明書(文本，包括申請專利範圍及附圖)。
為解釋申請專利範圍，明確指出，除非相應之請求項中引用特定用語「用於…之手段(means for)」或「用於…之步驟(step for)」，否則不援引35 U.S.C.112(f)之規定。

Claims (41)

  1. 一種用於一晶圓容置盒之壓載器系統，包含：一壓載器，包含：一第一殼體部，包含一第一槽部及一第一蓋部，該第一槽部與該第一蓋部相互配合以界定一第一主隔室；以及一第一主重物，包含一重物材料並設置於該第一主隔室中；該第一殼體部包含一第一外表面，該第一外表面經定形狀及尺寸用於插入至該晶圓容置盒之一動態耦合板內及與該晶圓容置盒之該動態耦合板耦合，其中該壓載器包含一第一嚙合部，以用於嚙合一動態耦合板上之一保持特徵，其中該第一嚙合部係為一夾子嚙合部，該夾子嚙合部包含一導入結構及一捕獲表面。
  2. 如請求項1所述之壓載器系統，其中該壓載器更包含：一第二殼體部，包含一第二槽部及一第二蓋部，該第二槽部與該第二蓋部相互配合以界定一第二主隔室；以及一第二主重物，設置於該第二主隔室中；該第二殼體部包含一第二外表面，該第二外表面經定形狀及尺寸用於插入至一動態耦合板內。
  3. 如請求項2所述之壓載器系統，其中該第一殼體部與該第二殼體部藉由一橋接結構相連接。
  4. 如請求項3所述之壓載器系統，其中該橋接結構經定輪廓用於容置一動態耦合板上一動態耦合件之一後側。
  5. 如請求項1所述之壓載器系統，其中該第一殼體部包含用於界定一凸緣 部之一結構，該凸緣部自該第一槽部水平地延伸。
  6. 如請求項5所述之壓載器系統，其中該壓載器更包含自該凸緣部懸垂之複數個接觸特徵。
  7. 如請求項1所述之壓載器系統，更包含一襯墊(gasket)，該襯墊設置於該第一槽部與該第一蓋部之間的間隙內。
  8. 如請求項7所述之壓載器系統，其中：該第一殼體部界定複數個凹口(notch)；以及該襯墊包含複數個凸耳(tab)部，各該凸耳部配合該等凹口其中之一對應者。
  9. 如請求項1所述之壓載器系統，其中該第一殼體更界定一第一輔助隔室，該第一輔助隔室容納一輔助重物。
  10. 如請求項9所述之壓載器系統，其中該襯墊包含一填隙片(shim)部，該填隙片部延伸於該第一主重物與該輔助重物之間。
  11. 如請求項9所述之壓載器系統，其中該第一輔助隔室經設定輪廓用於容置一動態耦合板上之一動態耦合件之一後側。
  12. 如請求項1所述之壓載器系統，其中該第一嚙合部係成一體地形成於該第一殼體部之一外表面上。
  13. 如請求項1所述之壓載器系統，更包含一動態耦合板，該動態耦合板包含一第一接納部及一第二接納部，該第一接納部與該第二接納部至少其中之一經定形狀及尺寸用以接納該壓載器，該動態耦合板包含一第一保持夾子，該第一保持夾子耦合該夾子嚙合部。
  14. 如請求項13所述之壓載器系統，其中該壓載器包含一第二嚙合部，以用 於嚙合該動態耦合板上之一第二保持特徵。
  15. 如請求項14所述之壓載器系統，其中該第二嚙合部係成一體地形成於該第一殼體部之該外表面上。
  16. 如請求項14所述之壓載器系統，其中該第二嚙合部係為一第二夾子嚙合部，該第二夾子嚙合部包含一導入結構及一捕獲表面。
  17. 如請求項16所述之壓載器系統，其中該第二保持特徵係為一第二保持夾子，該第二保持夾子與該第二夾子嚙合部相耦合。
  18. 如請求項17所述之壓載器系統，其中該第一保持夾子在一第一平面中係為撓性的，且該第二保持夾子在一第二平面中係為撓性的，該第一平面正交於該第二平面。
  19. 如請求項14所述之壓載器系統，其中該動態耦合板包含一聚合物。
  20. 如請求項19所述之壓載器系統，其中該壓載器之該重物材料具有一密度，該密度係至少兩倍於該聚合物之一密度，且不大於該聚合物之該密度之10倍。
  21. 如請求項20所述之壓載器系統，其中該壓載器之該密度係至少2.5倍於該聚合物之該密度。
  22. 如請求項20所述之壓載器系統，其中該壓載器之該密度係至少3倍於該聚合物之該密度。
  23. 如請求項20所述之壓載器系統，其中該壓載器之該密度係至少3.5倍於該聚合物之該密度。
  24. 如請求項20所述之壓載器系統，其中該壓載器之該密度係至少4倍於該聚合物之該密度。
  25. 如請求項20所述之壓載器系統，其中該壓載器之該密度係至少4.5倍於該聚合物之該密度。
  26. 如請求項20所述之壓載器系統，其中該壓載器之該密度係至少5倍於該聚合物之該密度。
  27. 如請求項1至19中任一項所述之壓載器系統，其中該壓載器之重量係為至少1kgf且不大於12kgf。
  28. 如請求項27所述之壓載器系統，其中該壓載器之重量係為至少4.5kgf。
  29. 如請求項27所述之壓載器系統，其中該壓載器之重量係為至少6kgf。
  30. 如請求項27所述之壓載器系統，其中該壓載器之重量係為至少10kgf。
  31. 如請求項1至19中任一項所述之壓載器系統，其中該重物材料具有至少3000kg/m3且不大於14,000kg/m3之一密度。
  32. 如請求項31所述之壓載器系統，其中該重物材料具有至少4000kg/m3之一密度。
  33. 如請求項31所述之壓載器系統，其中該重物材料具有至少6000kg/m3之一密度。
  34. 一種晶圓容置盒，包含：一外殼，具有與一門框架相對之一後面板，其中一頂面板、一底面板及相對之側面板自該後面板延伸至該門框架，該門框架係密封地嚙合一門；一自動凸緣(robotic flange)，可操作地耦合至該外殼之該頂面板，該自動凸緣係以一中心軸為中心並垂直於該中心軸；一動態耦合板，可操作地耦合該底面板，該動態耦合板包含至少一 個接納部，該至少一個接納部藉由從該動態耦合板之一內表面沿一向上方向延伸之一壁所界定，該接納部用以接收及耦合於壓載器之一部之內；以及一壓載器，其具有一部分，該部分用以插入該至少一接納部內及耦合至該動態耦合板。
  35. 如請求項34所述之晶圓容置盒，其中該壓載器包含：一板部，包含一外周邊；以及一第一芯部，自該板部懸垂；該第一芯部包含一重物材料並具有一第一外表面，該第一外表面經定形狀及尺寸用於插入至該動態耦合板之該至少一個接納部中。
  36. 如請求項35所述之晶圓容置盒，其中該壓載器更包含自該板部懸垂之一第二芯部，該第二芯部具有一第二外表面，該第二外表面經定形狀及尺寸用於插入至該動態耦合板內。
  37. 如請求項34所述之晶圓容置盒，其中該壓載器包含：一第一殼體部，包含一第一槽部及一第一蓋部，該第一槽部與該第一蓋部相互配合以界定一第一主隔室；以及一第一主重物，包含一重物材料並設置於該第一主隔室中；該第一殼體部包含一第一外表面，該第一外表面經定形狀及尺寸用於插入至該動態耦合板之該至少一個接納部其中之一第一接納部內。
  38. 如請求項37所述之晶圓容置盒，其中該壓載器更包含：一第二殼體部，包含一第二槽部及一第二蓋部，該第二槽部與該第二蓋部相互配合以界定一第二主隔室；以及 一第二主重物，設置於該第二主隔室中；該第二殼體部包含一第二外表面，該第二外表面經定形狀及尺寸用於插入至該動態耦合板之該至少一個接納部其中之一第二接納部內。
  39. 如請求項38所述之晶圓容置盒，其中該第一殼體部與該第二殼體部藉由一橋接結構相連接。
  40. 如請求項34至39中任一項所述之晶圓容置盒，其中添加該壓載器至該晶圓容置盒中時，會使該晶圓容置盒之一重心移至該中心軸線的20毫米以內。
  41. 如請求項34至39中任一項所述之晶圓容置盒，其中該晶圓容置盒用以使一垂直軸為中心，容納複數個相間之450毫米晶圓之一堆疊。
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