托盘载具和SMIF盒装载设备

技术领域

本发明涉及半导体设备制造技术领域，特别涉及一种托盘载具和SMIF盒装载设备。

背景技术

半导体晶片从生产制造到运送，都需在密闭无尘的条件下进行。传统以洁净室生产晶片的方式是将生产设备置于洁净室内。

为了提高生产效率，降低晶片厂的建设和运营费用，标准机械接口(SMIF，Standard Mechanical Interface)技术得以应用和推广。

SMIF 由三部分组成：用来封闭在制造过程中存储和运输盒装半导体晶片的集装箱，即SMIF 晶片盒(Pod) ；用来打开SMIF 晶片盒(Pod) 的输入输出装置，即SMIF 装载端口(SMIF I/O，SMIF input/output) ；以及通过工艺系统实现装载端口整合的洁净室。其中，现有的SMIF 晶片盒(Pod) 包括盒罩、晶片放置架以及底盘，所述盒罩上设有卡槽，所述底盘上设有卡爪，在搬运过程中，所述卡爪插入所述卡槽中，从而使所述SMIF 晶片盒保持密闭。

现有技术中，SMIF 晶片盒一般用于放标准6或8寸晶圆（wafer）。如专利文献TW200736127A提供一种用于SMIF盒的晶圆载具，通过左右两侧设置限位槽的方式放置晶圆。此外，专利文献CN101496157B也公开了用于SMIF传送舱（即SMIF盒）的衬底存储平板，平板可上下移动地设置于SMIF传送舱中的篮内，同样，平板通过左右两侧的平板限位的方式放置衬底。

然而，上述技术方案导致一种SMIF盒内的晶圆载具能够固定放置的晶圆尺寸是固定唯一的，降低了SMIF盒的晶圆载具对不同尺寸晶圆的适用性。并且，如此设置下机械手仅能直接取放晶圆，工艺设备主机中用于放置晶圆的托盘（如专利文献CN101496157B中的平板结构）仅能靠人工取放或者为托盘设计非标FOUP（前开式标准盒，如专利文献TW200736127A中的标准化机械介面(SMIF)盒52）。其中，人工取放托盘容易存在污染托盘和/或晶圆的问题。设计非标FOUP需要设计模具等存在费用高，开发周期长的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种托盘载具和SMIF盒装载设备，实现在降低成本的基础上，将托盘自动从工艺设备主机中取出。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种托盘载具，包括：底板，其底面用于与SMIF盒内的底座限位固定； 托盘放置架，设置在所述底板上，所述托盘放置架包括支撑板，所述支撑板设置在所述底板的一侧，所述支撑板上连接有水平设置的托盘限位装置，所述托盘限位装置用于放置托盘，以使所述托盘可装卸地放置在所述托盘限位装置上。

可选地，所述托盘限位装置包括限位环，用于对放置的托盘配合限位固定。

可选地，所述托盘限位装置的顶面设有托盘凸缘，用于对所述托盘限位装置上的托盘限位固定。

可选地，所述托盘凸缘呈圆环形。

可选地，所述托盘限位装置为多个，且沿所述支撑板的竖直方向间隔设置。

可选地，多个所述托盘限位装置同轴设置。

可选地，所述底板的底面设有限位棱；所述限位棱用于将所述底板放置在所述SMIF盒内的底座上时，对所述底板的第一自由度进行限位。

可选地，所述底板的底面设有支撑棱，所述支撑棱靠近所述支撑板设置。

可选地，所述底板上设有向所述底板的顶面凹陷的第一限位槽，用于将所述底板放置在所述SMIF盒内的底座上时，对所述底板的第二自由度进行限位。

可选地，所述底板上设有向所述底板的顶面凹陷的第二限位槽，所述第一限位槽和第二限位槽间隔设置，用于将所述底板放置在所述SMIF盒内的底座上时，至少对所述底板的第三自由度进行约束。

可选地，所述第一限位槽和第二限位槽长度不等，用于将所述底板放置在所述SMIF盒内的底座上时，至少对所述底板的第二自由度进行多余约束。

可选地，所述底板的边缘处设有限位凸缘，所述限位凸缘朝远离所述底板的顶面方向延伸；将所述底板放置在所述SMIF盒内的底座上时，所述限位凸缘与所述底座的边缘上设有的凸台结构卡接。

可选地，所述限位凸缘设置于远离所述支撑板的一端。

可选地，所述托盘限位装置包括连接板，所述连接板一端固定有限位环，另一端与所述支撑板固定连接。

可选地，所述连接板上设有多个镂空孔。

可选地，所述支撑板包括两侧向所述托盘放置架延伸的固定板，所述连接板两侧设有固定部，所述固定板与所述固定部固定连接。

可选地，所述连接板的宽度自所述固定部至所述限位环方向减小。

可选地，所述连接板靠近所述限位环的一端为内凹的弧形结构，所述弧形结构至少部分地包裹所述限位环的外壁。

可选地，所述支撑板上设有镂空槽。

可选地，所述镂空槽与所述托盘限位装置间隔设置。

可选地，所述镂空槽为条状。

可选地，在一个托盘限位装置上，所述限位环的侧壁高于所述连接板。

另一方面，本发明还提供一种SMIF盒装载设备，包括：设备框架；开合装置，设置在所述设备框架的前方，通过所述开合装置打开所述SMIF盒；

SMIF盒，设置在所述设备框架上；机器人手臂，设置在所述设备框架内，可用于取放托盘；所述SMIF盒包括底座；如上文所述的托盘载具，放置在所述底座上；以及盒盖，所述盒盖用于将位于所述托盘载具中的托盘保持在由底座和盒盖组成的封闭环境中。

本发明至少具有以下技术效果之一：

本发明通过设有的托盘载具，托盘可于托盘载具上自如取放，由于支撑板设置在底板的一侧，托盘限位装置在支撑板上水平延伸设置，即托盘限位装置在径向方向上不存在双边夹挤限位，从而托盘载具上可放置不同晶圆尺寸的托盘。由于可直接取放托盘而非晶圆，避免在大气环境中需要人工取放托盘造成的颗粒物污染。

本发明的托盘限位装置包括限位环，用于与放置的托盘配合限位固定，由此实现托盘的稳定放置。

本发明的托盘限位装置为多个，由此可以实现批量取放托盘，提高托盘取放效率。

本发明的连接板上设有多个镂空孔以及支撑板上设置的镂空槽，由此使得连接板和支撑板既可以具有足够的支撑刚度，又能减小托盘载具的自重。降低托盘载具的自重有利于降低托盘载具的运动惯性，提高其稳定性和可靠性。

本发明提供的SMIF盒装载设备通过设备本身设有的机器人手臂，将托盘自动从工艺设备主机中取出，放置在SMIF盒内的托盘载具上，或将SMIF盒内的托盘载具上的托盘，放置在所述工艺设备主机内。本发明提供的SMIF盒装载设备解决了人工取放托盘容易存在污染托盘的问题。实现在不另外设计非标FOUP的情况下，能够将放置有不同或相同晶圆尺寸的托盘自动从工艺设备主机中取出的目的。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的托盘载具的正视图；

图2为本发明一实施例提供的托盘载具的整体结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的托盘载具的底座结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的SMIF盒装载设备有盒盖时的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的SMIF盒装载设备没有盒盖时的结构示意图；

图6为本发明一实施例提供的SMIF盒装载设备的底座俯视图；

附图标记说明：

40-托盘载具；41-托盘限位装置；400-底板；401-支撑板；402-限位环；403-托盘凸缘；404-支撑棱；405-限位棱；406-限位凸缘；407-第一限位槽；408-第二限位槽； 410-固定板；411-连接板；412-镂空孔；413-镂空槽； 4101-成对开孔；2-SMIF盒；21-盒盖；20-底座；10-设备框架；30-第一限位凸起；31-第二限位凸起；32-夹挤限位件；33-凸台结构。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种托盘载具和SMIF盒装载设备作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

如图1所示，本实施例提供的托盘载具40，包括：底板400，其底面用于与SMIF盒2内的底座（图4中的标号20所示）限位固定； 托盘放置架，设置在所述底板400上，所述托盘放置架包括支撑板401和托盘限位装置41，所述支撑板401设置在所述底板400的一侧。所述托盘限位装置41与所述支撑板401连接，且水平设置。所述托盘限位装置41用于放置托盘，以使所述托盘可装卸地放置在所述托盘限位装置41上。

本实施例通过设有的托盘载具，托盘可于托盘载具上自如取放，由于支撑板401设置在所述底板400的一侧，托盘限位装置41在支撑板401上水平延伸设置，即托盘限位装置41在径向方向上不存在双边夹挤限位，从而托盘载具上可放置不同晶圆尺寸的托盘。由于可直接取放托盘而非晶圆，避免在大气环境中需要人工取放托盘造成的颗粒物污染。

请继续参考图1所示，所述托盘限位装置41包括限位环402，用于对放置的托盘配合限位固定，实现托盘的稳定放置。

请继续参考图1所示，所述托盘限位装置41的顶面设有托盘凸缘403，用于对所述托盘限位装置41上的托盘限位固定。

如图2所示，在本实施例中，优选地，所述托盘凸缘403呈圆环形，与所述托盘的底面环形凹槽相匹配，所述托盘的底面环形凹槽为托盘为适配其在反应腔内的底部支撑件而设置，为托盘自身的结构，本实施例通过设置与托盘底面环形凹槽相匹配的圆环形托盘凸缘403，使得托盘能够稳定的放置在所述托盘限位装置41上。

请继续参考图1或图2所示，在本实施例中，所述托盘限位装置41为多个，且沿所述支撑板401的竖直方向间隔设置。由此可以实现批量取放托盘，提高托盘取放效率。所述托盘限位装置41的数量可以根据SMIF盒内高度进行灵活设定。

请继续参考图2所示，多个所述托盘限位装置41同轴设置，以提高多个托盘取放定位精度，可简化机械臂取放控制流程。

结合图2和图3所示，在本实施例中，所述底板400的底面设有限位棱405，所述限位棱405用于将所述底板400放置在所述SMIF盒内的底座（可以参考图5所示的标号20）上时，设置在底座上的夹挤限位件（可以参考图6所示的标号32）内，从而可通过限位棱405插入夹挤限位件以对所述底板400的第一自由度进行限位。

如图2所示，为了便于描述，建立一个三维坐标系，以限位棱405的延伸方向为Y轴，以与所述限位棱405垂直的方向为X 轴，以所述支撑板401的延伸方向为Z轴。

在本实施例中，对所述第一自由度限位为对如图2所示的X方向的限位。

由此可以避免托盘载具40在所述底座上产生第一方向的位移。第一方向可为如图2所示的X方向。

请继续参考图3所示，所述底板400的底面设有支撑棱404，所述支撑棱404靠近所述支撑板401设置。支撑棱404设置在底座上，用于支撑托盘载具40。

所述支撑棱404与所述限位棱405平行设置，用于对所述底板400的第四自由度进行限定，对所述第四自由度的限位为对如图2所示的对Y轴转动自由度的限定。

请继续参考图3所示，所述底板400上设有向所述底板400的顶面凹陷的第一限位槽407，用于将所述底板400放置在所述SMIF盒内的底座上时，所述第一限位槽407可容纳所述底座的第一限位凸起（可以参考图5所示的标号30），以对所述底板400的第二自由度进行限位。

在本实施例中，所述第二自由度的限位为对如图2所示的Y方向限位。

请继续参考图3所示，所述底板400上设有向所述底板400的顶面凹陷的第二限位槽408，所述第一限位槽407和第二限位槽408间隔设置，用于将所述底板400放置在所述SMIF盒内的底座上时，所述第二限位槽408可容纳所述底座的第二限位凸起（可以参考图5所示的标号31），至少对所述底板400的第三自由度进行约束。

在本实施例中，所述第三自由度的限位为对如图2所示的Z轴转动自由度的限位。

请继续参考图3所示，所述第一限位槽407和第二限位槽408长度不等，用于将所述底板400放置在所述SMIF盒内的底座上时，至少对所述底板400的第二自由度进行多余约束，以提高限位稳定性并保证托盘载具40的放置。

请继续参考图3所示，所述底板400的边缘处设有限位凸缘406，所述限位凸缘406朝远离所述底板400的顶面方向延伸；将所述底板400放置在所述SMIF盒内的底座上时，所述限位凸缘406与所述底座的边缘上设有的凸台结构（可以参考图6所示的标号33）卡接。可以理解的是，所述限位凸缘406设置于远离所述支撑板401的一端，以与所述底座的边缘上设有的凸台结构相匹配。所述限位凸缘406呈半包围结构，具体形状可连续或可间隔。通过限位凸缘406，结合限位棱405和支撑棱404共同定位底板400，并基于半包围结构限位凸缘406对底板400进行多余约束。

从而，限位棱405、支撑棱404、第一限位槽407、第二限位槽408、限位凸缘406共同作用使托盘载具40形成超静定结构，以实现托盘载具40的稳定定位固定，避免在运动中任何位移的产生。

请继续参考图2所示，所述托盘限位装置41包括连接板411，所述连接板411一端固定有限位环402，另一端与所述支撑板401固定连接。连接板411使限位环402的位置远离支撑板401，以提高可放置托盘尺寸裕度。

请继续参考图2所示，所述连接板411上设有多个镂空孔412。镂空孔412可提高连接板411的刚度，并减小了连接板411的自重。

请继续参考图2所示，所述支撑板401包括两侧向所述托盘放置架延伸的固定板410，所述连接板411两侧设有固定部，所述固定板410与所述固定部固定连接。可选地，可通过在固定板410上成对开孔4101以与连接板411螺钉固定连接。固定板410的设计使其与支撑板401形成安装凹槽，从而在安装托盘限位装置41时，可将托盘限位装置41插入固定板410与支撑板401形成的安装凹槽限位，进而进行两侧的螺丝固定。拆卸时去除螺丝后即可将托盘限位装置41抽出，简化装卸工序。

请继续参考图2所示，所述连接板411的宽度自所述固定部至所述限位环402方向减小。由此进一步减小托盘载具40的自重。

请继续参考图2所示，所述连接板411靠近所述限位环402的一端为内凹的弧形结构，所述弧形结构至少部分地包裹所述限位环402的外壁。此弧形结构的设置，既能实现与限位环402的稳固支撑连接，又能进一步减小托盘载具40的自重。

请继续参考图2所示，所述支撑板401上设有镂空槽413, 镂空槽413可减小支撑板401自重。

降低托盘载具的自重有利于降低托盘载具的运动惯性，提高其稳定性和可靠性。

请继续参考图2所示，所述镂空槽413与所述托盘限位装置41间隔设置。优选地，可以在每两个托盘限位装置41之间都形成有镂空槽413。

优选地，所述镂空槽413为条状，其还可以是格栅形状，或是其他形状。

请继续参考图1和图2所示，在一个托盘限位装置41上，所述限位环402的侧壁高于所述连接板411，以提供托盘放置配合裕度。

结合图4和图5 所示，本实施例还提供一种SMIF盒装载设备，包括：设备框架10；开合装置（图4和5中未示出），设置在所述设备框架10的前方，通过所述开合装置打开所述SMIF盒2； SMIF盒2，设置在所述设备框架10上；机器人手臂（图4和图5中未示出），设置在所述设备框架10内，可用于取放托盘。所述SMIF盒2包括底座20；托盘载具40，放置在所述底座20上；以及盒盖21，所述盒盖21用于将位于所述托盘载具40中的托盘保持在由底座20和盒盖21组成的封闭环境中。

如图6所示，所述底座20上设有第一限位凸起30和第二限位凸起31，位于所述第一限位凸起30和第二限位凸起31之间的夹挤限位件32。所述底座20的边缘上设有的凸台结构33。

将所述托盘载具放置在所述SMIF盒内的底座20上时，所述托盘载具的所述限位凸缘与所述凸台结构33卡接。所述第一限位凸起30和第二限位凸起31分别对应插入至所述托盘载具的第一限位槽和第二限位槽中；所述托盘载具的限位棱被所述底座20上的夹挤限位件32夹紧固定。由此实现托盘载具稳固的放置在所述底座20上。所述托盘载具用于承载托盘，所述托盘上用于承载晶圆，所述晶圆可以具有相同或不同的尺寸。

本实施例提供的SMIF盒装载设备通过设备本身设有的机器人手臂，将托盘自动从工艺设备主机中取出，放置在SMIF盒2内的托盘载具上，或将SMIF盒2内的托盘载具上的托盘，放置在所述工艺设备主机内。本实施例提供的SMIF盒装载设备解决了人工取放托盘容易存在污染托盘的问题。实现在不另外设计非标FOUP的情况下，能够将托盘自动从工艺设备主机中取出的目的。且由于所述托盘上可以承载具有不同或相同尺寸的晶圆，进而提高了SMIF盒对不同尺寸晶圆的适用性。

可以理解的是，本实施例提供的SMIF盒装载设备的设备框架可以为现有的通用框架，由此对其具体的结构组成不再赘述。

本实施例提供的SMIF盒装载设备的使用流程如下：将所述SMIF盒装载设备设置于工艺设备主机的前端，用于装载及卸载SMIF盒2。

所述SMIF盒装载设备用于装载或卸载托盘时，机器人手臂通过开合装置将盒盖21脱离底座20，并远离托盘结构。

机器人手臂穿过设备框架上开设的窗口并取放位于开合装置上的托盘结构或托盘，再传递至工艺设备主机内，或与工艺设备主机的机器人手臂对接， 从而完成装载操作，卸载操作基本与装载操作相反。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。