TWI364386B - Wafer container with sealable door - Google Patents

Description

1364386 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於容器，且更特別地，係有關於供半導體 晶圓用之可密封容.器。 【先前技術】

半導體晶圓在加工處理期間會進行許多步驟。如此便需 要在工作站或設備之間運送多數個晶圓以供加工處理之 用。半導體晶圓係非常精細且易於被物理接觸或衝擊及被 靜電所損壞。進一步而言，半導體製造過程對微粒或化學 物質之污染極度敏感。結果，為了減少晶圓上污染的有害 效應，已發展出專用容器以將污染之產生減至最小並將晶 圓隔離以免遭受容器外部污染。此類容器典型^/包含一個 具有填隙件或其他手段的可移除門，提供門與容器本體的 緊密密封。 由於半導體之尺寸變得更小，亦即，每單位面積上之電 路數量增加，粒子型式之污染已比從前更成為重要的議 題。可毀壞一電路之粒子尺寸現已降低，且已接近分子大 小之水平。結果，在製造、加工處理、運送及儲存半導體 晶圓的所有相態期間，需要更佳之粒子控制。 晶圓載架典型地由熱塑性材料製成。早期之容器，例如 為美國專利4, 248,346所揭示之容器，係由諸如聚乙烯之 類的可高度模製之塑膠製成。近來之容器，諸如美國專利 5，2 7 3 , 1 5 9所揭示之容器，具有剛性的Η型桿載架，且通 常由聚碳酸酯製成，具有模製槽口且具有更軟、更彈性之 326\專利說明書(補件)\94-06\94】12235 6

1364386 外蓋，例如美國專利5 , 5 8 6 , 6 5 8所揭示之容器。此等美國 專利 4 , 2 4 8 , 3 4 6 ; 5，2 7 3 , 1 5 9 ;及 5 , 5 8 6 , 6 5 8 皆全部於此納 入參考。

某些習知技術容器具有一個對密封外殼部位之門，且亦 具有密封地嚙合至加工設備的能力。該種容器被稱之為 「S Μ I F (標準機械介面）莢」，在其中門可關閉容器部位的開 敞底部，或者稱之為FOUPs(前部開口統一莢）與FOSBs(前 部開口運輸盒），在其中門可關閉一開敞前部。這些容器受 到非常嚴格的結構需求與性能需求。例如，其必須可由機 械與手動裝置二者機械地閂鎖密封，且必須可輕易地經由 關閉及閂鎖該門於容器上的定位而緊密地密封。 供 S Μ I F 莢與運輸模組二者所用的習知密封件典型地為 相對簡單之彈性密封件，其可簡單地以軸向方向被壓縮在 門與外殼部位之間以提供密封。該種密封件，特別是在聚 碳酸酯材料被彈性密封件接觸之處，傾向於過度地緊黏， 並且產生不一致之開口、減密封件的預期壽命、及造成不 充分之密封。 更近來之設計係以密封橫剖面為其特色，一搭架部位徑 向地向外延伸至一垂直遠端位置，且藉由刀口接觸搭架部 位以及遠端部位之軸向壓縮而提供密封。該種設計之範例 可在Takahashi等人之標題為「密封元件、密閉容器及其 之密封方法」的美國專利申請案0 9 / 9 9 8，6 2 1中發現，其全 部内容亦於此納入參考。但此一方法的問題在於遠端部位 的「擴散柱屈曲」現象，其中，遠端部位之自由端在密封 7 326\專利說明書(補件)\94-06\94112235 1364386 • 件的全體切線區段徑向地向内屈曲，但在不同切線區段處 則徑向地向外屈曲。該情形會讓密封件在向内與向外屈曲 之間的移轉點處產生洩漏。 _ 在此一工業中所需要的係一較佳地執行及較長時間持 續之密封結構，用以將一門與一晶圓容器的外殼部位密封。 【發明内容】 本發明經由提供一個在密封時不需依賴直接壓縮的彈 性密封件，而達成一晶圓容器用之較佳性能及較長時間持 φ 續的密封結構之此一工業上需求。依據本發明，一晶圓容 器包含一外殼部位，此外殼部位設有界定一供嵌入與移除 晶圓用的開口之門框，及一可配接在門框中以密封外殼部 位的門。在本發明的一具體例中，一連續彈性密封件環繞 且向門周邊内部延伸。此密封件係被放置在近接於門之周 邊的密封表面上，且可局部地嵌入在門中之徑向槽中。在 橫剖面中，此彈性密封件具有一嵌入部位、一與之聯結而 相對於門之軸線徑向地向外延伸的搭架部位、以及一與該 搭架部位聯結的密封頭。密封頭包含一個自搭架部位朝向 門之密封表面突出的足部位，及一個相對於搭架部位而以 與足部相對之方向延伸的頭部位。該門框具有一密封嚙合 結構，諸如一環繞門框延伸之肋，因此當門被置於門框中 時，彈性密封件之搭架部位便接觸到此密封嚙合結構。該 密封嚙合結構朝向密封表面軸向地位移搭架部位，且導致 密封頭之頭部位徑向地旋轉並接觸密封嚙合結構。此位移 動作亦可確實地讓密封頭之足部與門的密封表面相接觸。 8 326\專利說明書(補件)\94-〇6\941 ] 2235

1364386 • 可選擇的，框架可被定尺寸成為當門被安置時，彈性 封件之搭架部位可被間隙地壓縮在門的密封表面與門框 密封表面之間。 .本發明的一優點在於：彈性密封件的每一側上皆有雙 密封效果。關於門框與密封介面，在框架上之突起與密 件的搭架部位之間具有一密封接觸線，以及在密封頭之 部與在框架上的突起之切線周邊之間亦具有一密封接 線。關於在密封件與門上的密封表面之間的介面，在密 Φ 頭的足部與門的密封表面之間具有一密封接觸線，以及 嵌入部位之外部隅角與門的密封表面之間亦具有一密封 觸線。 另一優點在於：旋轉動作可排除擴散柱屈曲的可能性 因為已無密封頭的軸向壓縮。相反的，經由可預測及可 複的密封頭頭部之旋轉，可完成密封頭之密封動作。而i 因為在密封件與表面之間的接觸力減少，無密封頭的壓 下，傾向於較少緊黏。 本發明的較佳具體例之進一步優點在於：當密封件磨 或當需要不同之密封特性時，密封件可輕易地被替換。 【實施方式】 參照圖1至2，晶圓容器2 0 —般已知為包含外殼部 2 2與門2 4之運送模組。外殼部位2 2 —般包含界定出用 包覆多數個晶圓3 0的内部空間2 8之殼體2 6。殼體2 6 有一對對置側壁3 2、3 4、頂部3 6、底部3 8、及背部4 0 開敞前部42相對於背部40且由門框44所界定，門框 326傳利說明書(補件)W-06\941 ] 2235 9 密 的 重 封 頭 觸 封 在 接 t 重 > 縮 損 位 來 具 〇 44

1364386 接收門 24以封閉地密封包覆内部空間28。必須注意 於此使用「門框」一語時，其並非限制於一與外殼部 分離之結構，亦非限制於在外殼部位22上的額外結構 外殼部位2 2整合之結構。再者，「門框」係被界定成 是承接門2 4之外殼部位2 2的部份。外殼部位2 2亦可 在頂部3 6上之機械拉抬凸緣4 6、在側壁3 2、3 4上之 手柄4 8、及在底部3 8外部表面上具有槽4 9的運動聯.彳 門2 4 —般包含底板部位5 0及外部平板5 2，且呈現 部表面54及一外部表面56。門24呈現在圖式中以.「 所示之軸線，而外殼部位呈現在圖式中以「A 2」所示 線。為妥適地將門2 4嵌入門框4 4内，·軸線A1與A 2 軸向地對齊排列。當門24被嵌入門框44内時，門24 在軸向方向中。當於此使用「徑向」一語時，其代表 於軸線A1或A 2之方向或定位。 門密封表面5 8延伸環繞鄰近於門2 4之周邊6 0的 份門内部表面5 4。門2 4 —般具有在底板部位5 0中的 更多個閂鎖機構6 2，該機構6 2可經由鍵孔6 3操作， 固著地將門2 4閂鎖在門框4 4的定位。閂鎖機構6 2可 發明擁有人所擁有DavidL. Nyseth之美國專利5,711 所揭示般操作，該專利之全體均納入參考。門2 4可進 具有位於每一隅角6 6處之門導承6 4，用以將門2 4準 定位且放置在門框 44中。而且，具有用來嚙合多數 3 0之一的彈性指針 7 0之晶圓襯墊 6 8，可被設置在I 的内部表面54上。 326\專利說明書(補件)\94-06\94112235 10 ，當 位22 或與 為僅 包含 手動 浩器。 一内 _ A1 j 之車由 應被 移動 垂直 一部 一或 用以 如本 ,427 一步 確地 晶圓 η 24 1364386

已知為SM IF(標準機械介面）莢的一晶圓容器20之替代 具體例如圖3與8所示。在此一具體例，晶圓容器20亦大 致包含外殼部位 2 2與門2 4。外殼部位 2 2 —般包含側壁 72、74、76、78及與開敞底部82對置的頂部80。如同圖 卜2之具體例的開敞前部4 2，開敞底部8 2係由承接門2 4 之門框44所界定，用以封閉地密封包覆内部空間28。 在圖3與8之具體例中的門2 4包含底板部位5 0，並且 呈現一内部表面54與一外部表面56。再次的，門密封表 面5 8延伸環繞鄰近於門2 4之周邊6 0的一部份門内·部表面 5 4。門2 4 —般具有在底板部位5 0中的一或更多個閂鎖機 構6 2，用以固著地將門2 4閂鎖在門框4 4的定位。門2 4 可進一步具有位於每一隅角6 6處之門導承6 4，用以將門 24準確地定位且放置在門框44中。具有多數個晶圓接受 架8 6之晶圓支撐結構8 4，被嚙合在門2 4之内部表面5 4 上的結構88上。 圖4顯示接近周邊6 0之門2 4的橫剖面圖。門密封表面 5 8係被嵌入徑向槽9 2與門2 4之周邊9 0所限制。彈性密 封件 9 4環繞且向周邊 9 0内部地延伸在密封嚙合表面 58 上，且呈現一對相對的邊緣9 5、9 5 a。彈性密封件9 4 一般 包含一沿著内部邊緣9 5延伸的裝附部位9 6，以及沿著外 部邊緣9 5 a延伸的密封頭部位9 7。彈性密封件9 4在徑向 方向上具有較大尺寸AR，而在軸向方向中具有較小尺寸 △ Z。搭架部位98延伸在裝附部位96與密封頭部位97之 間，且大致包含與裝附部位9 6相連接的近接部位1 0 0及密 11 326\專利說明書(補件)\94-06\94112235 1364386 ‘ 封頭9 7相連接的中間部位1 Ο 2。密封頭9 7大致上包含軸 向地延伸且遠離門密封表面5 8之頭部位1 0 6，以及延伸朝 向門密封表面5 8並與其面對的足部位1 0 8。在此一具體例 - 中的搭架部位98與密封頭97具有大致為t型之橫剖面。 .彈性密封件9 4之裝附部位9 6被承接在門2 4之嵌入徑向槽 92中。 現在參照圖6之橫剖面圖，門24被結合在門框44中。 在所示具體例中，門框44與外殼部位22整合形成且大致 ® 上包含一個支座結構 1 1 0，以及一個以連續肋形式延伸環 繞門框之周邊且延伸進入由外部凸緣壁1 1 6所界定的凹部 114内之密封嚙合突起112。密封嚙合突起112呈現出框密 封表面1 1 8。支座結構1 1 0嚙合門内部表面5 4，藉此相對 於門2 4軸向定位框密封表面1 1 8並且建立供在門框4 4中 之門2 4所用的嚙合深度。必須注意，支座結構1 1 0可被合

適 地 定 尺 寸 或 填 隙 ，以控制在彈性密封件 94 與 密 封 嚙 合 突 起 1 ： 12 之 間 的 接 觸 力。 顯 著 地 當 門 24 被4 _合在門框44中 時 彈‘ 性 密 封 件 94 並 未 實 質 上 被 壓 縮 ； 而 密封嚙合突 起1 1 2 撓 曲 彈 性 密 封 件 94 白ί 丨搭架 部位 9 8 。此- -嚙合導致在彈性 密： 封件 94 、 外 殼 部 位 22與門 24 之 間的 四條分離的 接觸 密 封 線 〇 密： 封 頭 97 之 頭 部 位 1 06 向 内 徑向 地撓曲並且 接觸 密 :封 〇齒 合 突 起 1 12 的 切 線 周 邊 1 2 0 ϊ 形成 第一接觸線 122 0 第 二 接 觸 線 1 24 係 形 成 在 搭 架 部 位 98 的中間部位 1 02 與 框 密 封 表 面 1 18 之 間 〇 第 三 接 觸 線 1 26 被形成在密 封頭 97 的 足 部 位 1 08 326傳利說明書(補件)\94-06W] 12235 12 1364386

與門密封表面5 8之間。最後，第四接觸線1 2 8被形成在 附部位9 6的隅角1 3 0與門密封表面5 8之間。 本發明的一替代具體例顯示於圖 7中。在此一具體 中，門框4 4實質上係相同的，除了嚙合突起1 1 2具有圓 刀口嚙合部位1 3 2之外。第二接觸線1 2 4因而被形成在 形刀口嚙合部位1 3 2之突起1 3 4與搭架部位9 8的中間部 1 0 2之間，其他接觸線之位置則相同於前述。 在一具體例中，如示於圖5之橫剖面圖，彈性密封件 可具有多數個突起1 3 4。突起1 3 4以預定間隔自裝附部 9 6突出。突起1 3 4套入貫通槽孔1 3 6内，該槽孔1 3 6被 定在限制嵌入徑向槽9 2的徑向延伸唇部1 3 8中，以固著 性密封件9 4在嵌入徑向槽9 2中的定位。如示於圖3， 通槽孔136與突起134之數量與放置，可相關於鄰近區 而呈非對稱狀，以影響彈性密封件94之標記安裝。 本發明之彈性密封件 94 的多數其他較佳具體例顯示 圖9至14中，顯示嚙合突起134之自由站立狀及與多種 何形狀嚙合，並以虛線表示之撓曲狀態。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明.之前部裝載晶圓容器的具體例之立體圖 圖2係圖1之晶圓容器的門之内部視圖； 圖3係本發明之底部裝載晶圓載架的具體例之頂部立 裝 例 形 圓 位94 位 界 彈 貫 段 於 幾 圖； 圖4係被放置在一晶圓容器門上之本發明的彈性密封 之具體例的橫剖面圖； 體 件 326\專利說明書(補件)\94-06\94112235 13 1364386

圖 5 係 圖 6 係 容 器 的 門 圖 7 係 顯 示 在 — 圖 8 係 圖 9 係 示 在 撓 曲 圖，顯示 部位； 圖 11 圖，顯示 部位； 圖 12 面圖，顯 合部位； 圖 13 面圖，顯 合部位； 圖 14 面圖，顯 合部位。 【主要元 本發明之彈性密 本發明之彈性密 框與門之間的密 本發明之替代具 晶圓容β的門框 圖3之底部裝載 本發明的晶圓載 與無撓曲位置中 係本發明的晶圓 在挽曲與無撓曲 係本發明的晶圓 在換曲與無撓曲 係本發明的晶圓 示在撓曲與無撓 係本發明的晶圓 示在撓曲與無撓 及 係本發明的晶圓 示在撓曲與無撓 件符號說明】 封件的替代具體 封件的橫剖面圖 封件之嚙合； 體例的彈性密封 與門之間的密封 晶圓容？§的底部 架之替代具體例 的彈性密封件與 載架之另一替代 位置中的彈性密 載架之另一替代 位置中的彈性密 載架之又另一替 曲位置中的彈性 載架之再另一替 曲位置中的彈性 載架之再另一替 曲位置中的彈性 例之橫别面圖， ^顯示在一晶圓 件之橫别面圖， 件之嚙合； 立體圖； 的橫剖面圖，顯 密封嚙合部位； 具體例的橫剖面 封件與密封嚙合 具體例的橫剖面 封件與密封嚙合 代具體例的橫剖 密封件與密封嚙 代具體例的橫剖 密封件與密封嚙 代具體例的橫剖 密封件與密封嚙 14 326\專利說明書(補件)\94-06\94丨]2235 1364386 • 2 0 22 24 26 28 3 0 32 34 Φ 36 38 40 42 44 46 48 49

5 0 5 2 54 5 6 58 6 0 6 2 63 晶圓谷is 外殼部位 門 殼體 内部空間 晶圓 側壁 側壁 頂部 底部 背部 開敞前部 門框 拉抬凸缘 手動手柄 槽 底板部位 外部平板 内部表面 外部表面 門密封表面 周邊 閂鎖機搆 鍵孔 326\專利說明書(補件)\94-06\94112235 15 1364386 64 門導承 66 隅角 68 70 72 74 76 78 Φ 80 82 84 86 88 90 92 94

95 95a 96 97 98 10 0 102 1 0 6 晶圓槪塾 彈性指針 側壁 側壁 側壁 側壁 頂部 開敞底部 晶圓支撐結構 晶圓接受架， 結構 周邊 嵌入徑向槽 彈性密封件 内部邊緣 · 外部邊緣 裝附部位 密封頭部位 搭架部位 近接部位 中間部位 頭部位 326\專利說明書(補件)W-06\941 ]2235 16 1364386 • 108 足部 110 支座 112 密封 -114 凹部 1 1 6 外部 118 框密 12 0 切線 1 22 第一 • 1 24 第二 126 第三 1 28 第四 1 30 隅角 1 32 嚙合 1 34 突起 1 36 貫通 1 38 唇部 位 結構 嚙合突起 凸缘壁 封表面 周邊 接觸線 接觸線 接觸線 接觸線 部位 槽孔

A1 軸線 A 2 軸線 △ R 較大 △ Z 較小 尺寸 尺寸 326\專利說明書(補件)W-06\94112235 17

Claims (1)

1. 1364386 •十、申請專利範圍： 1. 一種可密封容器，用以固持多數個晶圓，該容I / 一外殼部位，此部位界定一個用以承接晶圓的 間；該外殼部位具有由一門框所界定的開敞側面； 呈現一框架周邊，並且具有一個環繞著框架周邊而 且自該門框向外突出的密封嚙合構件；該密封嚙合 被建構成為一個具有一尖端、一向内表面、及一向 的連續肋； 一門，此門可配接在門框中，以密封地關閉該外 之開敞側面；該門具有一内部側，且呈現一門周邊 一彈性密封件，此密封件係環繞著門周邊、且向 邊内部，而被裝設在門之内部側上；該彈性密封件 内側邊緣和一外側邊緣；該内側邊緣係以一個用以 該門中之一槽的裝附結構而沿著其上延伸、以一密 構而沿著該外側邊緣延伸、且以一搭架部位聯結該 構與密封頭結構；該搭架部位與密封頭結構具有 狀，以該T型之一臂接觸於該門，而以相對置的另 該門之内側表面向外延伸；該密封嚙合構件與彈性 係互相配合地放置，使得，當門被嚙合在門框中時 封嚙合構件之尖端會先接觸到彈性密封件之搭架部 界定沿著門周邊之第一密封接觸線；其與該搭架部 合，在向内朝向裝附結構的方向上，拉動該T型之 使之相對置於該門，藉此，T型部位之該一臂嚙合 封嚙合'構件之向外表面，而界定沿著門周邊之第二 2 1 2(m 替換本 g包括： 内部空 該門框 裝設、 構件係 外表面 殼部位 ;以及 著門周 具有一 固著至 封頭結 裝附結 T型形 一臂由 密封件 ，該密 位，而 位之0^ 一臂而 於該密 密封接 94112235 18 1364386 1印年’ β ^ £J修(更)正替德pj —"— —— i 觸線；而且，該密封頭結構接觸於該門，而界定·;ΓΤ7Γ^-- 邊之第三密封接觸線。 2. 如申請專利範圍第1項之可密封容器，其中，該裝附 結構接觸到該門而界定沿著門周邊之第四密封接觸線。 3. 如申請專利範圍第1項之可密封容器，其中，進一步 包括：一個在外殼部位上的支座結構，此結構係用來在門 被配接在門框中時建立供該門所用的嚙合深度。 4. 如申請專利範圍第1項之可密封容器，其中，該裝附 結構具有多數個突起，且其中，該門具多數個有用以承接 此等突起以保持彈性密封件在門上的結構。 5. 如申請專利範圍第1項之可密封容器，其中，進一步 包括：至少一個閂鎖機構，此機構係可操作地聯結該門， 以將該門閂鎖在門框中的定位。 6 .如申請專利範圍第1項之可密封容器，其中，該密封 嚙合構件具有一刀口嚙合部位。 94112235 19 圖式 ! f Θ訇日修(更)正替換葡 20 94112235 1364386 1/13

   1364386 2/13

   1364386 3/13

   極I Hj

   1364386 4/13

   1364386 3 5/1 φ

   1364386 6/13

   1364386 7/13

   ⑧ 1364386 8/13

   1364386 9/13

   1364386 10/13

   1364386 11/13

   1364386 12/13

   1364386 13/13