適用於高速/高加速度運送系統中的承載器的方法和設備的製作方法
2023-05-11 23:03:51
專利名稱：適用於高速/高加速度運送系統中的承載器的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及在電子裝置的製造設備內運送基片、遮板、分度鏡等器件的技術，尤其涉及在高速/高加速度的臺間運送過程中用於安放基片的承載器。
背景技術：
在電子裝置的製造設備中，在加工臺(或從存放臺到加工臺)之間運送不同類型的基片(如矽片，聚合物基片，玻璃片)、遮板、分度鏡、其他器件以及其他物品時，通常將其安放在密封的或開口的承載器中。例如，晶片可以存放在已知的容器中或承載器中，如前端開口統一標準盒(以下簡稱「FOUPs」)，其中的一部分設計用於同時存放25個晶片。此處使用的「晶片」一詞，可以表示各種基片、遮板、分度鏡、其他器件、和/或其他可置於承載器中進而沿電子裝置的製造設備運送的物品。
在容納了晶片的承載器沿製造設備移動時，必須十分小心，以免晶片由於變速和/或可預料的和/或不可預料的衝擊等因而受損。通常，同一運送系統以及與之配合的承載器裝卸裝置，不僅需要運送和/或裝卸容納較少量晶片的承載器，還需要運送和/或容納大量晶片的承載器，這取決於批量的大小和/或某一特定的加工臺的額定通過量。上述裝載量不同的承載器會表現出不同的操作特性。這會使得安全運送和裝卸承載器的任務趨於複雜化。
因而需要一種設備和方法，用以減弱環繞製造設備運送的承載器的操作特性的波動。
發明概述根據本發明的第一方面，平衡承載器，使承載器的重心與其承載的任一晶片的重心成一條線。
根據本發明的第二方面，提供一種承載器，該承載器具有設置在其內的晶片支架。該晶片支架用於承載晶片，以使晶片的重心與承載器的重心成一條線。
根據本發明的第三方面，法蘭與承載器連接，以便提供向承載器施加與其重心成一條線的淨提升力或支撐力的裝置。
參照以下詳細說明、附加的權利要求以及相關的附圖，可以充分理解本發明的其他方案和其他方面。
附圖簡介
圖1A是現有技術記載的常規承載器空載時的側視圖。
圖1B是圖1A所示常規承載器滿載晶片時的側視圖。
圖2A是本發明部分實施例記載的承載器空載時的側視圖。
圖2B是圖2A所示本發明部分實施例記載的承載器滿載晶片時的側視圖。
圖3是本發明部分實施例記載的小容量承載器滿載晶片時的側視圖。
圖4是用於描述本發明部分實施例記載的架空式運送系統的結構圖。
發明詳述圖1示出了常規FOUP11的側視圖。當常規FOUP11空載時，具有「空載」重心13，也就是當FOUP11中未存放晶片時的重心(CG)。圖1B所示為與圖1A相同的常規FOUP11的側視圖，其中裝載了存放在其中的滿批量的晶片W(如部分剖視圖所示)。如圖1B所示，其內容納了滿批量晶片W的常規FOUP11，具有「滿載，重心15，該重心的位置不同於FOUP11的「空載」重心，FOUP11的有效重心由空載重心13沿方向17發生了偏移。
圖1B進一步示出，每一晶片W都具有「晶片」重心19。當晶片W共同放入常規FOUP11中時，由於常規FOUP11內置的晶片支架21沿垂直方向設置，每一個放入其中的晶片W的晶片重心19基本上沿垂直方向與其它任何放入其中的晶片成一條線。FOUP11的重心會逐漸偏移，例如，當晶片W裝載(可逐個裝載)到常規FOUP11中時，晶片組件的重量可歸結為晶片W的重量，隨著FOUP的總重量與晶片組件的重量之比的增大，FOUP11的重心會逐漸發生偏移，例如從空載重心13沿方向17偏移到滿載重心15。常規FOUP11還可進一步包括至少一個垂直設置的門23、和/或其他相關的門裝配件和接收部件。門23以及相關的部件通常與FOUP11的空載重心13有一側偏距。該側偏距會產生內在的不平衡，當晶片裝載到FOUP11中或從其中取出時，這種不平衡可能構成FOUP11的有效重心發生上述偏移的主要原因。
用於沿製造設備運送承載器的裝置包括臺間運送系統，如架空式運送(以下簡稱「OHT」)系統，還可進一步包括承載器支架或託架，其藉助設置在承載器上表面上或其附近的連接法蘭25(參看圖1B)與承載器接合。用於將承載器裝載到OHTs上或從其上卸載的裝置包括承載器裝卸裝置，該承載器裝卸裝置可包括具有可動件的末端執行器，該末端執行器藉助設置在承載器的下表面上或其附近的可動件27(如圖1B部分剖視圖所示)與承載器接合。
在上述的運送、裝載或卸載操作過程中，有必要為承載器提供均衡支撐。例如，如果由上述的運送、裝載、卸載裝置提供的淨支撐力(若採用多觸點的垂直支撐，該淨支撐力等同於由多觸點產生的、與組件的重量相等的合力的一個分力，方向垂直向上，並作用於一個假想點)與包括承載器及其容納的晶片在內的組件的重心基本上垂直地成一條線，即可認為此種支撐是均衡的。
近來在承載器的運送和裝卸技術上取得的進展，一方面表現在臺間運送的速度得以加快，另一方面表現在加速度也隨之增大到了電子裝置的製造設備這一領域前所未有的等級(例如，在承載器裝載到臺間運送系統中之前，首先使承載器正向加速，以使其與臺間運送系統的高速相匹配，和/或當承載器從臺間運送系統中卸載之後，在其到達或臨近某一加工臺之前，使承載器負向減速)。這樣的運送系統在此前共同受讓並未決的、2003年8月28日提交的美國專利申請10/650480中已加以說明，以上參照其全部內容進行了引用。
本發明的發明人注意到，在常規FOUPs11中，上述的失衡以及重心在滿載、空載和/或不完全裝載的承載器中的差異，有可能是其固有的，並可能成為在上述參照申請中所述的的高速、高加速度臺間運送系統中為承載器提供均衡支撐的一大障礙。例如，當兩個常規FOUPs11裝載了不同數量的晶片W時(晶片數量可在0到25的範圍內選擇)，這兩個常規FOUPS11的有效重心有可能落在與方向17(參照圖1B)同向、通過並同時包含空載重心13與滿載重心15的另一條線的不同點上。這樣以來，儘管兩個FOUPs11可以使用相同的外部機械部件，如實現運送的法蘭25和/或可動件27，並使用同一裝置控制其中之一或全部，但是由於這兩個FOUPs11所具有的內裝物數量和排列的不同，有可能對每個FOUP11的不同的有效重心產生不同的重力分量。
重心的不同有可能對相同的淨支撐力產生不同的反應。例如，如果運送和/或裝卸系統的一個部件(如OHT系統的承載器支架或承載器裝卸裝置的末端執行器)向某一假想的、由坐標X-Y定義的點施加淨支撐力，該點基本與滿載的FOUP11的有效重心成一條線，而若將同一淨支撐力施加到一個半滿或幾乎全空的的FOUP11用以對其形成支撐，由於該淨支撐力與一半滿的FOUP的有效重心不在一條線上，有可能不能為其提供充分的均衡支撐。
根據本發明，提供一承載器，當其空載時，具有一個基本與裝載到其中的晶片的重心垂直成一條線的重心。這使得無論承載器空載、不完全裝載或滿載，都具有一個固定的、由X-Y坐標定義的重心。因此，向容納數量不等的晶片的承載器提供均衡支撐、和/或在臺間運送/轉送過程中調整承載器的高速/高加速度運動，上述這些問題可得以簡化和/或解決。例如，題為「用於運送晶片承載器的方法和設備」、2004年1月26日提交的美國專利申請10/764982中對高速的OHT系統進行了說明，並且作為參考，該申請的全部內容在此處進行了引用，藉助上述高速的OHT系統在加工臺之間運送承載器時，此處所述本發明的具有平衡重心的承載器可用於安全地存放晶片。另外，也可以使用這樣的承載器，藉助上述共同指出的、題為「高速晶片承載器裝卸裝置」的美國專利申請10/650480所述的高速承載器裝卸裝置，將承載器裝載到美國專利申請10/764982所述系統中或從該系統中卸載。
圖2A是本發明所述的承載器或FOUP111的側視圖，該承載器或FOUP111具有與存放在其中的晶片的重心、和/或淨支撐力垂直成一條線的重心，也就是說，該承載器或FOUP111得到了均衡的支撐。在空載情況下，本發明所述FOUP111具有「空載」重心103。但是，結合圖2B所示側視圖，對照圖1A和1B所示的常規FOUP11，可以知道，當本發明所述FOUP111滿載晶片W時(如部分剖視圖所示)，組件的重心(也就是本發明的FOUP111與晶片W)不會發生移動或偏移。因此，當如圖2B所示滿載晶片時，本發明所述FOUP111具有與空載重心103位置相同的「滿載」重心105(如，相對於本發明所述FOUP111或居中、或位於其一側)。由於設置了晶片支架121，每個晶片W也具有相互成一條線的「晶片」重心107，這一點與圖1A和1B所示的常規FOUP11情況相同，但是根據本發明，晶片重心107還與FOUP101的空載重心103和滿載重心105垂直成一條線。FOUP111因此得以穩定和/或平衡。
根據本發明所述的承載器可通過多種方式獲得上述平衡。例如，以圖2A和2B所示的FOUP111為例，FOUP111可包括一個或多個設置在其空載重心103第一側的平衡塊109，用以補償一個或多個設置在其空載中心103第二側的平衡塊113，如門123和/或所有裝配、導向、和/或打開門123的部件。如圖2B所示，可在本發明所述FOUP111的一個側壁上連接一個單獨的平衡塊115(如利用適當的氧撐、螺釘、螺栓、其他的緊固件或緊固裝置等)，用以實現上述平衡。本領域普通技術人員能夠認識到，還可利用多個平衡塊和/或材料密度不同的承載器/平衡塊，並且不限於FOUP111的任一特定位置(如平衡塊可位於FOUP111的頂端或底端和/或FOUP111整體或某個部件可採用不同密度的材料)。
更進一步，根據本發明設計的承載器，還可包含一定的結構或幾何形狀，從而以其他途徑分布質量(例如，不一定採用一個或多個平衡塊)，用以平衡門123或其他使承載器趨於不平衡的質量體的重量。例如，在一個或多個實施例中，本發明所述承載器還可包括一増加的非門邊109的重量，該重量可通過有選擇的增加和/或減少壁厚和/或高度、和/或使用具有不同密度的結構材料獲得，從而達到使FOUP111與裝載的任意數量的晶片的重心成一條線的目的。
另外，在該實施例和/或其他實施例中，也可減小門123(和/或承載器的門邊)的質量，從而使本發明所述承載器相對於常規FOUPs，其整體質量不至於有所增加。
在部分實施例中，承載器的平衡，並非通過增加附加質量體或從承載器不同邊取下質量體實現，而是通過設置晶片支架，使其承載的任一(或全部)晶片的重心與承載器的重心成一條線，來達到上述目的。
進一步，如果本發明所述承載器有固定的重心，可為其設置、輔設和/或設計裝配法蘭125(參見圖2B)和/或可動裝配件127(參見圖2B)，以使施加到FOUP111的淨支撐力與本發明所述承載器的重心完全成一條線、和/或基本成一條線。例如，如果藉助裝配法蘭125，使用高速OHT系統的承載器支架來運送本發明所述FOUP111，還需使用高速承載器裝卸裝置的末端執行器，用以致動本發明的FOUP111的可動裝配件127，從而完成與架空式運送系統的高速的FOUP置換，在臺間運送的各個階段，裝配法蘭125和可動裝配件127的結構和/或側向位置可使淨支撐力與承載器的重心基本成一條線。
根據本發明的部分實施例，也可提供大於或小於25的多晶片的容量。例如，在本發明的部分實施例中，可使用單晶片容量的承載器和/或小容量的承載器。
此處所用的「小容量」承載器或「小型」承載器是指，相對於常規的通常承載13個或25個晶片的「大容量」承載器，其適於承載很少的晶片。作為示例，在部分實施例中，小容量承載器可承載5個或更少量的晶片。還可使用其他小容量承載器(如用於承載一個、兩個、三個、四個或多於五個晶片、但遠小於大容量承載器容量的承載器)。通常，在半導體裝置的生產設備中，各種小容量承載器由於可承載的晶片數量太少不能滿足人們對承載器運送的需要，因而並不適用。
接著參照圖3，所示為一個小容量承載器300的實施例。值得注意的，與圖2A所示FOUP111相同，由於承載器300的空載重心(E)302、滿載重心(F)304，以及晶片(W)的重心306垂直一條線，因而無論承載器300中承載多少晶片，通過法蘭308(將其視為一個假想點(H)310)施加的淨支撐力均可在不產生任一扭矩的情況下將承載器300提起，承載器300因而得以平衡。
值得注意的是，圖3所示實施例不包括板或單獨的平衡塊，而是利用幾何形狀和/或材料的選擇實現門邊312和非門邊314之間重心的平衡。還需注意的是，承載器300的門邊312的長度尺寸316小於其非門邊314的長度尺寸318。因而，承載器300的幾何重心與其重心302位置不同。在部分實施例中，非門邊314上的附加長度(即質量)可用於平衡門邊312上由門320、門框、導軌、合頁、密封件等構成的附加質量。
以下的描述僅示例性地揭示本發明的實施例。本領域技術人員可以很清楚地得出對以上公開的設備和方法所做出的落入本發明的範圍之內的更改。例如，本發明所述方法也可平衡除FOUPs之外的其他承載器，如底端開口統一標準盒(BOUPs)和頂端開口統一標準盒(TOUPs)，從而使其用於高速/高加速度OHT系統。
在部分實施例中，晶片支架是可調的，以使其位置可隨晶片尺寸的變化而變化。例如，設計用於承載直徑200mm和300mm的晶片的承載器可以包括分別位於兩個相異位置中某一位置的晶片支架。也就是說，在部分實施例中，每個晶片支架均可鎖定在用於存放直徑200mm晶片的第一位置，隨後設置用於存放直徑300mm晶片的第二位置。
在至少一個實施例中，可使用可調晶片支架來平衡成批的混合類型的晶片(也就是，使每個和/或全部晶片的重心、和/或成組的晶片的重心與承載器的重心成一條線)。例如，存放在同一承載器中的五個不同的遮板可能需要利用可調晶片支架將其逐個放入同一承載器的不同深度，以使其各自的重心與承載器的重心成一條線，而存放在同一承載器中的二十個分度鏡也可能需要沿承載器門的方向變動位置，以使其組重心與承載器的重心成一條線。
在部分實施例中，承載器可包括一位置可調的質量體，用於使承載器的重心與存放在其中的任一晶片的有效重心成一條線。在部分實施例中，可根據平衡承載器的需要取下可調質量體。
在另外的實施例中，運送系統可檢測是否承載器存在失衡的情況，並響應檢測結果，採取措施平衡承載器。例如，運送系統可包括位於連接法蘭與承載器的託架上的傳感器(如扭矩測量器)。若由於上述位於託架上的傳感器檢測到存在扭力，進而指示承載器的有效重心未能與法蘭的淨支撐力成一條線，則該運送系統(可藉助受控於處理器的機械手)可為承載器附加平衡質量體、調節可調晶片支架的位置、調節承載器的可調質量體的的位置、和/或向操作者指示需要平衡承載器。
在一個或多個實施例中，採用使淨支撐力與半滿的承載器的重心基本成一條線的方法，而不是採用調整晶片的重心使其與承載器的空載重心成一條線的方法。在部分實施例中，在高速/高加速度運送和轉送應用中，此方法可能不適用。例如，當承載器沿垂直於圖1B中方向17的方向(即圖1B中進入紙面的方向)產生線性加速度時，或當承載器沿正交於圖1B中方向17的曲線運送路徑(也就是由OHT系統或承載器的導軌定義出的曲線，其中加速度徑向向內指向該曲線路徑的中心)勻速轉動而產生向心加速度時，由加速裝置施加在承載器上的側推力可轉化為淨推力，該淨推力與淨支撐力的作用點是側偏距相同的同一假想點。由於慣性力沿某一方向作用於被支撐的承載器組件，淨推力沿相反方向作用於側偏點，水平力矩或「扭矩」迅速產生，並以越來越高的加速度級增大。
如上所述的大的水平力矩可能帶來不必要的副作用，對OHT系統的組件產生不必要的壓力，或將這種副作用到增大到高得無法承受的程度。例如，當這種水平力矩變得足夠大時，會使常規FOUP11的扭力突增的風險增大到無法承受的地步(可通過上述的線性加速度)，和/或使扭力遠遠高於或低於由其運送路徑確定的數量級(可通過上述的向心加速度)。同樣地，由於一個(或者多個)晶片(來自其自身的、與在常規FOUP11內的旋轉運動形成對抗的旋轉慣量作用於其上)的旋轉並未限制在承載器內，其中之一有可能克服靜摩擦力而滑動和/或相時於與之相應的晶片支架21轉動的危險可能發生。
裝載量不同的常規FOUPs11產生與圖1B方向17同向的相同的線性加速度，和/或當沿正交於圖1B方向17的曲線運送路徑(即圖1B中進入紙面的方向)勻速轉動時產生相同的向心加速度，這一現象意味著兩個外觀相同的常規FOUPs11對偏離加速度方向的翻轉(當從下部支撐時)或旋轉(當從上部支撐時)表現出了不同的趨勢。可能的部分原因是，由淨支撐力與其中的一個承載器的重心之間的水平偏量產生的垂直方向的動量大於其他承載器的垂直動量。表現出較大垂直方向動量的承載器，當線性加速度或向心加速度與圖1B中方向17同向並按照與與圖1B中方向17相同的方向施加時，較其他承載器更不易翻轉或旋轉，而當線性加速度或向心加速度仍然與圖1B中方向17同向但施加到與圖1B中方向17相反的方向時，較其他承載器更容易翻轉或旋轉。
為適應更多易於翻轉的或易於旋轉的承載器的裝載方式，與常規FOUP11的所有可能的重心位置相適應的系統可能需要包括大量的組件。同樣有可能的是，特別是在高速/高加速度運送/轉送環境下，單獨存在或同時存在的上述的偏移以及由此產生的動量、和/或振動、和/或各種翻轉或扭轉的趨勢，會限制此類系統的容量和速度。本發明的發明者認為，用此處描述的方法平衡承載器可以有效地克服上述局限性和缺陷。
接著參照圖4，所示為本發明所述的OHT系統1200。如上述的作為參考的引用的申請所述，OHT系統1200可包括通常繞在製造設備的電子裝置上的輸送帶傳送帶或傳送帶1202。傳送帶1202可包括一系列託架1204，其藉助法蘭1208提起或支撐承載器1206。
本發明所述的OHT系統1200還可包括與託架1204連接的傳感器1210，用於檢測託架1204與法蘭1208嚙合並提起承載器1206的過程中產生的各種意外的旋轉或轉動動量。傳感器1210可用於向控制器1214發送信號，如通過無線協議。該信號可指示某個特定的承載器1206處於失衡狀態。該信號也可指示承載器1206失衡的程度。在部分實施例中，控制器1214可向自動裝置1216發出信號，用於驅動執行器1218將失衡的承載器1206從傳送帶1202上卸載。
在部分實施例中，承載器1206可包括可調的晶片支架1220，可用於平衡從皮帶1202上卸載的承載器1206。執行器1218可用於調整可調支架1220，從而平衡承載器1206。在部分實施例中，執行器1218可根據傳感器1210發送到控制器1214的信息取出可調支架1220。
因此，儘管以上描述了本發明及其作為示例的實施例，但是應該理解的是其他實施例可以落入所附權利要求限定的本發明的精神和保護範圍之內。
權利要求
1.一種設備，包括具有重心的承載器；以及一個或多個設置在該承載器中用於保持晶片的晶片支架，從而使晶片的重心與承載器的重心成一條線。
2.如權利要求1所述的設備，進一步包括與承載器連接並設置的平衡塊，以使承載器的重心與可存放在其中的晶片的重心成一條線。
3.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，承載器具有一定的幾何形狀，以使承載器的重心與可存放在其中的晶片的重心成一條線。
4.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，承載器由具有不同密度的材料製成，以使承載器的重心與可存放在其中的晶片的重心成一條線。
5.如權利要求1所述的設備，進一步包括與承載器連接的法蘭，用於向承載器提供與承載器重心成一條線的淨支撐力。
6.一種設備，包括具有與滿載重心成一條線的空載重心的承載器；以及與承載器連接的法蘭，用於向承載器提供與對齊的空載重心和滿載重心成一條線的淨支撐力。
7.一種設備，包括承載器，無論其中承載的晶片的數量如何變化均具有固定的重心；以及與承載器連接的法蘭，用於向承載器提供與承載器重心成一條線的淨支撐力。
8.一種設備，包括承載器；以及設置在承載器內的一個或多個晶片支架，其特徵在於，該承載器具有與晶片支架所承載的晶片的數量無關的的重心。
9.一種方法，包括平衡承載器，使得無論其中存放的晶片的數量如何變化均具有不變的重心；以及利用與承載器的重心成一條線的力支撐該承載器。
10.如權利要求9所述的方法，進一步包括不必提供側部支撐而通過增大該力使承載器加速。
11.一種設備，包括用於平衡承載器、使得無論其中存放的晶片的數量如何變化該承載器均具有不變的重心的裝置；以及用於藉助與承載器的重心成一條線的力支撐承載器的裝置。
12.如權利要求11所述的設備，其特徵在於用於平衡的裝置包括施加到承載器第一側部的平衡塊。
13.如權利要求11所述的設備，其特徵在於用於平衡的裝置包括用於偏置承載器的門的質量的裝置。
14.一種設備，包括用於移動存放在承載器中的晶片的運送系統；以及至少一個承載器，該承載器由該運送系統運送，並承載一個或多個晶片，無論該至少一個承載器中存放的晶片的數量如何變化，該至少一個承載器均具有不變的重心。
15.如權利要求14所述的設備，其特徵在於該至少一個承載器包括一法蘭，運送系統通過與該法蘭連接的託架，提起所述的至少一個承載器，以及法蘭用於向所述的至少一個承載器施加與所述的至少一個承載器的重心成一條線的淨提升力。
全文摘要
平衡晶片承載器，使其重心與其中可承載的任一晶片的重心成一條線。在部分實施例中，在承載器中設置晶片支架，用於承載晶片，以使晶片的重心與承載器的重心成一條線。一法蘭可與該承載器連接，以便提供向該承載器施加與承載器的重心成一條線的、淨提升力或支撐力的裝置。
文檔編號H01L21/673GK1607168SQ20041008565
公開日2005年4月20日 申請日期2004年9月10日 優先權日2003年9月11日
發明者埃裡克·A·恩格爾哈德特, 麥可·R·賴斯 申請人:應用材料有限公司