专利名称：载体清洗的被动致动阀的制作方法
本申请要求1998年12月1日提交的美国临时申请60/110,636的优先权。
本发明涉及下述美国专利和专利申请，这些专利和申请属于本发明的受让人并且在此处引用其全文作为参考1988年2月16日授权的题为“具有颗粒过滤系统的可密封运输容器”的美国专利4,724,874(律师案号NO.ASYS4626)；1998年9月22日授权的题为“用于容器充满和/或真空释放的二级阀”的美国专利5,810,062(律师案号NO.ASYS7960)；1998年3月27日提交的题为“运动联接兼容、被动界面密封件”的目前待审美国专利申请09/049,330(律师案号NO.ASYS7993)；1998年3月27日提交的题为“抽气驱动的SMF容器清洗系统”的目前待审美国专利申请09/049,461(律师案号NO.ASYS7975)；1998年3月27日授权的题为“模组化SMF容器换气器、吸收和清洗芯”的目前待审美国专利申请09/049,354(律师案号NO.ASYS7994)。
本发明涉及能使气体受控地喷射进入SMIF容器的系统，特别是通过容器的重量在开合位置之间致动的被动气流阀。
在美国专利4,532,970和4,534,389中公开了Hewlette-Packard公司提出的SIMF系统。SIMF系统的目的是在经过半导体加工过程的晶片存储和运输期间减少半导体晶片上的颗粒通量。该目的通过如下方式部分地实现用机械的方法保证在存储和运输期间环绕晶片的气体介质(如空气和氮气)相对于晶片基本上是静止的，以及确保来自周围环境的颗粒不进入紧邻晶片周围的环境。
SIMF系统具有三个主要部件(1)小容积、密封容器，用于存储或运输晶片和/或晶片盒；(2)输入/输出(I/O)微环境设施，位于半导体加工设备上以提供微型清洁空间(在充满清洁空气时)，暴露的晶片和/或晶片盒在其中传送进入和离开加工设备的内部；(3)连接装置，在SMIF容器和SIMF微环境设施之间传送晶片和/或晶片盒而不使晶片和/或晶片盒暴露在颗粒中。所提出的一个SMIF系统的进一步详细情况在1984年7月《固态技术》以MihirParikh和Ulrich Kaempf名义发表的题为《SIMF在VLSI制造中晶片盒的传送技术》的论文(111-115页)中进行了描述。
上述系统的类型与0.02微米以下到200微米以上的颗粒尺寸有关。由于在制造半导体器件时都采取较小的几何尺度，这些尺寸颗粒在半导体加工中具有很强的破坏性。几何尺度大于0.1微米的有害污染颗粒大大地干扰1微米的几何尺度的半导体器件。趋势当然是半导体加工的几何尺度越来越小，目前在研发实验室中半导体加工的几何尺度接近0.1微米及0.1微米以下。未来，几何尺度将变得越来越小，因此就需要考虑越来越小的污染颗粒。
实际上，在晶片的制造过程中SMIF容器放在各种不同的支承表面上，例如在通向微环境设施的装载口处，随后接口机构打开容器门而使得可以处理容器内部的晶片。此外，容器可以支承在存储位置，同时等待在特定设备上处理。运种存储位置在计量学情况下或高生产率设备可以包括局部设施缓冲器，或者包括用于在设备仓库中存储大量容器的堆料机。容器可以额外位于单独的清洗工作站。
无论设备装载口、局部设备缓冲器、堆料机还是清洗工作站，支承表面通常包括从支承表面向上伸出的配准销或运动销。在200毫米的容器中，支承表面包括配准销，和引导容器进入相对于销的合适转动和平移位置的导引轨。在300毫米容器中，容器的底表面包括径向延伸的槽，用于接收运动销。一旦容器定位成槽配合其对应的运动销，槽在销上固定而在容器和支承平台之间建立六个接触点(在槽和销处)，以固定和可重复的精度将容器与支承平台动态地连接。这种动态连接例如在授予Slocum的名为“动态连接流体接合及其方法”的美国专利5,683,118中公开，该专利在此处引用其全文。运动销的尺寸和位置标准化，从而使各种供应商的容器彼此兼容。运动连接销的位置和尺寸的工业标准由半导体设备和材料国际组织(SEMI)制定。
有时，通过形成流经容器的流以带走污染物和/或颗粒来清洗容器中的污染物和/或颗粒是有利的。向容器填充非反应气体以用于长期保存或特定的加工有时有益的。此外，有时对容器提供高于或低于大气的压可能是有利的。为了完成这种清洗，公知的是在容器内设置允许流体流入或流出容器内部的一个或多个阀。容器的入口阀可以连接到加压的气体源，以用所需的气体填充容器，出口阀可以连接到真空源，以从容器抽出气体。入口阀和出口阀可以用于清洗容器，包括用所需的气体填充容器，和/或在容器内提供相对于大气的压差。这种系统在先前引用参考的授予Parikh等人的名为“具有颗粒过滤系统的可密封运输容器”的美国专利4,724,874中公开。相对于需要打开容器以进行清洗的系统，阀系统需要的零件及空间较少，总的说来操作效率更高。
无论清洗产生的机理如何，希望的是只在容器坐靠在支承表面上时供应来自气体源的清洗气体。一个原因是喷射到容器中的气体(通常是氮气)如果大量释放到制造环境中的话会对制造工人有害。因此，最好是当要清洗的容器位于支承表面时启动气流，一旦容器移走，则气流停止。
公知的是提供电控的致动器和/或控制器，诸如质量流控制器来启动、停止和调节流向容器的气流。设置传感器来显示容器是否位于支承表面上也是公知的。每一个上述系统都需要控制回路以在控制系统和气流系统之间传送传感器信号和电源信号。这使得控制系统复杂化，并且增加了在一个或多个清洗工作站发生故障的可能性。
因此，本发明的优点在于提供一种简单、可靠的系统，用于启动和停止流向容器的气流。
本发明的另一优点在于提供一种用于启动和停止流向容器的气流系统，其不采用相关的电连接、电源供应、传感器或控制器。
本发明的再一优点在于当容器不处于支承平台时，完全密封气流，使其不能进入晶片制造环境中。
本发明的再一优点在于在支承平台上设置被动致动气流阀，该气流阀外形较小，以便可以引用在有限的空间中。
本发明的另一优点在于提供了一种用于控制流向容器的气流的被动致动阀，该阀可以结合到现有技术中设置在支承平台上的一个或多个运动销中。
上述和其它优点由本发明提供，在其优选实施例中涉及一种位于容器支承平台中的阀，用于控制流向位于支承平台上的容器的气流。在优选实施例中，该阀包括中间提动头，能够在第一闭合位置和第二开启位置之间移动，在第一闭合位置，提动头阻挡通过阀的气流，在第二开启位置，提动头允许气流通过阀。当容器不在支承平台上时，来自阀下游的气体源的加压气体偏压提动头进入第一位置，从而阻塞气流。该第一位置，提动头的顶部延伸略高出容器支承平台的上表面。当容器坐靠在支承平台上时，容器的重量使提动头从其第一位置移动到其第二位置，在该位置允许气体流经阀而进入容器以清洗该容器。
下面参照附图描述本发明，其中
图1为包括本发明优选实施例单独被动致动气流阀的容器支承平台的透视图；图2为图1所示的容器支承平台分解透视图；图3为本发明的阀处于阻挡气流通过该阀的闭合位置的侧剖视图；图4为本发明的阀处于允许气流通过该阀的开启位置的侧剖视图；图5为本发明另一实施例的阀处于阻挡气流通过该阀的闭合位置的侧剖视图；图6为本发明另一实施例的阀处于阻挡气流通过该阀的闭合位置的侧剖视图；图7为允许容器在端部效应器和支承平台之间传递的传统端部效应器和容器支承平台布局的顶视图；图8示出了本发明的端部效应器和支承平台，用于允许容器在端部效应器和支承平台之间传递。
下面参照图1-8详细描述本发明，这些附图总的涉及各种用于启动和停止流向SMIF容器的气流的被动启动气流阀的实施例。可以理解，本发明的气流阀可以用于包括200毫米和300毫米的各种尺寸的容器以及SMIF容器以外的载体。此外，本发明的气流阀符合和允许符合所有相关的SEMI标准。
参照图1和2，示出了支承SMIF容器(图1和2未示出)的支承平台20的透视图。支承平台的优选实施例具有新颖的结构，以便改进容器在支承平台和端部效应器之间的传递。表面的这一方面将针对图7和8描述。然而，应该理解支承平台20的结构对于只涉及被动气流阀的本发明实施例并不是决定性的。支承平台20可以包括晶片制造中的设置用于支承容器的各种表面。这类表面包括但不限于设备装载口，局部容器缓冲器和堆料机中的容器隔板，及可独立应用的清洗工作站中的容器支承平台。
支承平台20包括多个运动销，用于安装在容器底部对应的槽中，以建立容器和支承平台之间的动态连接。或者，销22可以包括用于接收200毫米容器的配准销。支承平台20还包括一对入口孔24，设置在支承平台下，连接到对应的一对气流管线上。来自入口孔的气流管线反过来又与加压气体元相连，使得气体可以通过入口孔24喷射到容器中。支承平台20还可以包括一对出口孔26，设置在支承平台下，连接到对应的一对气流管线上。来自出口孔的气流管线反过来又与真空源相连，使得气体可以通过出口孔26流出容器。可以理解在另一实施例中可以有一个或多于两个入口孔24，并且在另一实施例中出口孔26的数目可以为零、一个或多于两个。
在优选实施例中，入口孔24位于支承平台的后部，出口孔26位于平台的前部。因此，当容器位于支承平台上时，入口孔24可以位于容器的后部下，出口孔26可以位于容器的前部下。通过运样的构型，通过容器的清洗气流从容器的后部向前产生。各入口孔和出口孔最好包括界面密封件28，如前面引用参考的题为“运动联接兼容、被动界面密封件”的美国专利申请09/049,330所描述的那样。
支承平台20还包括用于启动和停止流入入口孔24的气流的气流阀30。如图1和2所示，阀30与运动销22分开。然而，如下面所要描述的，在本发明的另一实施例中，阀30可以结合到一个或多个运动销22中。阀30的上表面最好延伸高出支承平台20的上表面2-3毫米。在气流阀集成在一个或多个运动销上的本发明实施例中，一个或多个运动销的高度增加2-3毫米。应该理解这些尺寸只是示例性的，在其它的实施例中可以变化。如图1和2所示，只设置一个气流阀30，该气流阀启动和停止流过入口孔24的气流。然而，如下面所描述的，也可增加第二气流阀30以启动和停止流过出口孔26的气流。
参照图1-4，在本发明的优选实施例中，来自加压气体源(未示出)的气体通过气体管线32供应给气流阀30。当该阀处于如下所述的开启位置时，气体流过该阀并经气体管线34排出该阀，气体管线34又与两个入口孔24相连。在少于或多于两个入口孔24的实施例中，气体管线34连接到这样的每个入口孔。
特别参照图3和4，阀30包括安装成在支承平台20中形成的空腔38中竖直平移的提动头36。提动头36和空腔38最好是环形的，但在本发明的其它实施例中也可以是其它截面形状。提动头包括头部40和从头部向下延伸的杆部42。O形圈44绕杆部朝向杆部的底部设置。O形圈的外径最好大于杆部相邻段的直径，其原因在下面描述。提动头36最好由低磨损、低放气材料制成，例如聚碳酸脂、不锈钢或铝。O形圈44最好由耐用的弹性材料制成，如各种弹性体。
支承平台壁限定的空腔38优选包括支承提动头36的杆部42的挡圈46，以基本上防止提动头在平行于支承平台20上表面的平面内移动，同时允许提动头36沿箭头A-A在基本上垂直于支承平台20上表面的方向上运动。空腔38包括下腔48，向气流管线32和34开放。
在没有外界偏压力的情况下，重力偏压提动头进入图4所示的位置。然而，一旦来自加压气体源的气体通过管线32接收，在下腔48中的气体强制提动头向上到达图3所示的位置，从而关闭阀30并防止气体流过阀。特别是，当提动头36向上移动时，O形圈44配合支承平台20的表面50，以形成防止下腔48中的气体流过阀到达气流管线34的密封。在没有其它外力作用在提动头36上的情况下，阀30保持在图3所示的闭合位置，防止气体逸出到晶片制造的环境中去。
在图3所示的闭合位置，提动头36的头部40在支承平台20的表面上延伸，如上所示。如图4所示，在容器52位于支承平台20上时(用容器的槽53坐靠在运动销22上示出)，容器接合头部40，并且容器的重量将提动头从图3所示的闭合位置移动到图4所示的开启位置。特别是，在图4所示的开启位置，O形圈44与表面50间隔开，使得来自气体源的气体可以经管线32流入，向上流经腔室48并流出气体管线34。此后，来自管线34的气体经入口孔24和界面密封件28进入容器52。
当阀处于图4所示的开启位置时，为了防止气体绕头部40泄漏并流出到晶片制造环境中，第二O形圈安装在空腔38中。当提动头36由容器的重量向下移动以打开阀30时，O形圈54夹在提动头的表面56和支承平台20的平面58之间，形成防止气体流过提动头36的杆部42的密封。O形圈54也可以固定到提动头36上。尽管以上示出了阀30的具体构型，可以理解提动头36和空腔38的尺寸和构型在其他实施例中是可以变化的，而同样可以实现阀30的功能。
为了在空腔38中安装提动头36，开口60可以设置在支承平台20的下表面。一旦提动头安装通过开口60并进入空腔38，板62可以密封开口60。可选择的是，第三O形圈64可以设置在支承平台20的下表面和板62之间，以防止气体从板62的周围逸出而进入晶片制造的环境中。在另一实施例中，与只将提动头36通过开口60向上插入相反，包括提动头36和形成空腔38的环绕壁的预装阀30包括通过开口60插入并安装到支承平台20上的芯。这种芯的详细情况在先前引用的题为“模组化SMF容器换气器、吸收和清洗芯”的目前待审美国专利申请09/049,354中公开。
如上所述，通过管线32进入下腔48的空气使得提动头36向上偏压以在没有容器位于支承平台20上时闭合阀30。然而，在图5所示的本发明所示的另一实施例中，弹簧66可以在压力下设置在板62和提动头36的一部分之间。在支承平台20上没有容器时，弹簧66向上偏压提动头36以闭合阀。然而，一旦容器位于支承平台20上，在提动头36上向下的容器重量超过弹簧66向上的力，使得提动头36向下移动并进入允许气体流过阀的开启位置。
在图3和4所示的实施例中，提动头36与运动销22分开。然而，图6所示的本发明另一实施例示出起到运动销和阀30的提动头作用的销68。与图4和6所示的本发明实施例共同的零件用相同的标号表示。在该实施例中，运动销68由下腔48内的气体和/或如上所述的弹簧66向上偏压，使得运动销的顶部高出另一传统运动销的顶部2-3毫米。该高度在其它实施例中可以变化。在该位置，如图6所示，通过阀30的气流被阻止。然而，一旦容器位于支承平台20上，运动销68将向下运动以打开阀30而允许气流通过。运动销68还满足SMIF标准SEMI E57.1中对于运动销提出的各种规格。
在优选实施例中，气流阀30设置成只与入口孔24相通。然而，在本发明的另一实施例中，可以另外设置气流阀与出口孔26相通，以防止支承平台上没有容器时气体流过出口孔。这样的阀和与入口孔24连接的阀30相同，且图5所示的弹簧66必须在支承平台20上没有容器时将阀保持在闭合位置。在有两个阀时，一个阀用于入口气流，一个阀用于出口气流，在支承平台的表面之上可以有两个分开的凸起(即每个阀的头部)。或者，可以在支承平台的表面之上只有一个凸起，其于两个阀相连。在这样的实施例中，当凸起由于容器的重量而强制向下时，凸起强制两个分开的阀的提动头向下以打开每个阀。可以设想一个阀可以有两个分开的隔室，一个隔室起动和停止流向入口孔的气流，另一隔室起动和停止流向出口孔的气流。该阀可以有一个延伸通过两个隔室的单一杆部，从而容器的重量使单一提动头向下的致动起动气流流向入口孔和出口孔(同时保持出口孔和入口孔的气流分开)。
根据本发明，阀30简单而可靠地在容器位于支承平台上时使气体流向容器，在没有容器时阻挡气流，所有这些都不需要电子传感器和/或复杂的控制器。此外，由于阀被容器本身的重量致动，与传统的电子传感器和流量控制器相比，阀不大会产生故障或错误地显示容器的存在。
然而，应该理解；在本发明的其他实施例中，元件30只是作为机械传感器来显示容器是否位于支承平台20上而不作为气流阀。在这样的实施例中，一旦机械传感器由于容器的重量向下偏压，所述机械传感器可产生一气动信号传送到控制系统以起动气流到所述容器。例如，在这样一个替换实施例中，阀30可连接到压力气源，所述压力气源是一独立于用于清洗气源的气源。一旦阀30由于容器的重量致动，来自第二气体源的气体流过阀30而到达第二阀，该第二阀由来自第二独立气体源的气体气动地致动。第二阀可以是高纯度的隔膜阀。该高纯度阀连接到清洗气体源。因此，在高纯度阀起动后，清洗气体流过高纯度阀而到达入口孔24。
尽管本发明描述为安装在水平支承平台上的阀，并且阀的一部分延伸通过平台的顶表面，可以理解另一实施例中的阀30可以安装在非水平的平面上。例如，在使用前面开口的容器时，公知的是将容器支承在水平平台上，而容器的门位于竖直表面内。可以设想阀30可以水平地安装在竖直表面内，阀30的一部分突出越过竖直表面的前面。在这种情况下，当容器位于水平支承平台上且竖直容器门与突出越过竖直表面的一部分阀开始接触并施加力时，阀30可以被启动。
可以理解随着容器传送到支承平台20，容器可以在其侧面或顶部受支承。在这样的实施例中，支承平台20的形状可以是方形或矩形的。然而，公知的是在容器的底表面受支承时将其传送到顶部效应器的支承平台20上。图7示出了一个传统的系统。如图所示，支承平台70为马蹄形构型，包括三个主运动销72。主运动销70定位成位于设置在容器下的槽的外部内(即槽离容器的径向中心最远的部分)。端部效应器73又包括三个辅助销，由于在运输过程中支承容器，辅助销位于设置在容器下的槽的内部内(即槽离容器的径向中心最近的部分)。为了将容器从端部效应器传送到支承平台，端部效应器移进，并且在合适定位后下降，使得容器从端部效应器上的辅助销传递到支承平台上的主销。
根据图8所示的本发明优选实施例，支承平台可包括一对指部74，其构造的与两个外指部76交错，以及一个位于端部效应器80上的内指部78。与现有技术的包括各位于辅助位置上的运动销的端部效应器相比，端部效应器80包括两个位于主位置的指部76的基部的运动销82及一个位于辅助位置的指部78的端部的运动销84。相应地，支承平台20包括两个位于处在辅助位置的指部74端部的运动销22，以及一个位于处在主位置的指部74之间并位于其基部的运动销22。
根据该实施例，在端部效应器80上的运动销与传统端部效应器上的运动销相比间隔开较大的距离，从而提供支承容器的较大的支承基底。这样减小了容器在运输过程中从端部效应器掉落的可能性。此外，已经发现容器具有绕端部效应器前端的运动销84和任一个运动销82之间的轴线朝着端部效应器的后部倾倒的趋势。因此，根据本发明，设置外指部76，其在运输过程中赋予容器额外的支承并防止容器绕着运动销84和任一个运动销82之间的轴线倾倒。
尽管在这里详细描述了本发明，可以明白；本发明并不限于上述公开的实施例。本领域的普通技术人员在不脱离所附权利要求书限定的技术或范围的前提下，可以进行各种改变、替换和变形。
权利要求
1.一种当载体与支承表面接触时用来自气体源的气体清洗载体的系统，包括能够安装在支承平台内的阀，使得所述阀的一部分在没有受到偏压所述部分进入所述表面的力时该部分越过支承表面，该阀可以具有防止气体通过该阀的第一状态和气体通过阀而清洗载体的第二状态；其中载体施加到所述阀突出所述支承表面的所述部分上的力能够致动所述阀，使其由第一状态变换到第二状态。
2.如权利要求1所述的用来自气体源的气体清洗载体的系统，其特征在于，来自气体源的所述气体偏压所述阀进入第一位置。
3.如权利要求1所述的用来自气体源的气体清洗载体的系统，其特征在于，弹簧偏压所述阀进入第一位置。
4.如权利要求1所述的用来自气体源的气体清洗载体的系统，其特征在于，所述支承平台为装载口的一部分。
5.如权利要求1所述的用来自气体源的气体清洗载体的系统，其特征在于，所述支承平台为堆料机的一部分。
6.如权利要求1所述的用来自气体源的气体清洗载体的系统，其特征在于，所述支承平台为用于清洗载体的工作站的一部分。
7.一种用来自气体源的气体清洗载体的系统，包括用于在清洗期间支承载体的支承平台；安装在支承平台内的阀，所述阀的一部分在没有受到向下的偏压力时至少部分地突出与所述支承平台的上表面之上，该阀可以具有防止气体通过该阀的第一状态和气体通过阀而清洗载体的第二状态；其中施加到所述阀突出所述支承平台上表面的所述部分上的载体重量能够致动上述阀，使其由第一状态变换到第二状态。
8.一种用于清洗载体的系统，所述系统包括来自第一气体源的清洗气体、来自第二流体源的工作流体、以及第一阀，所述第一阀在其处于第一状态时允许清洗气体通过第一阀以清洗所述载体，在其处于所述第二状态时，所述第一阀防止清洗气体通过第一阀，所述工作流体能够在第一状态和第二状态之间切换第一阀，该系统包括用于在清洗期间支承载体的支承平台；能够安装在支承平台内的第二阀，使得所述第二阀的一部分在没有受到偏压进入所述表面的力时该部分越过支承表面，该第二阀可以具有防止工作流体通过该第二阀的第一状态和工作流体通过第二阀而致动第一阀的第二状态；其中施加到所述第二阀突出所述支承平台上表面的所述部分上的载体重量能够致动第二阀，使其由第一状态变换到第二状态。
9.一种用于传送和支承载体的系统，包括用于支承载体的支承平台，所述支承平台包括第一指部和第二指部，并且包括靠近所述第一指部的端部的第一运动销、靠近所述第二指部的端部的第二运动销、在所述第一和第二指部的基部及其间的第三运动销，所述第一和第二运动销占据辅助位置，所述第三运动销占据主要位置；用于传送载体的端部效应器，所述端部效应器包括第一、第二外指部和中间指部，并且包括沿所述第一外指部长度的第四运动销、沿上述第二外指部长度的第五运动销和靠近所述中间外指部端部的第六运动销，所述第四和第五运动销占据主要位置，所述第六运动销占据辅助位置；其中，所述端部效应器将载体传送到支承平台和运出支承平台。
全文摘要
本发明公开了设置用于SMIF容器的阀(30),用于启动或停止流向平台(20)上的容器的气流。该阀(30)包括可以在第一闭合位置和第二开启位置之间移动的提动头。在支承平台(20)上没有容器时,来自气体源的加压气体偏压提动头进入第一位置。
文档编号H01L21/67GK1332686SQ9981531
公开日2002年1月23日 申请日期1999年12月1日 优先权日1998年12月1日
发明者威廉·J·福斯耐特, 乔舒亚·W·申克 申请人:阿西斯特技术公司