DE69736224T2

DE69736224T2 - Verfahren und vorrichtung zum transportieren von blattförmigen gegenstanden

Info

Publication number: DE69736224T2
Application number: DE69736224T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Yonezawa-shi TODA; Tadahiro Sendai-shi Ohmi; Nippon Sanso Corporation Yoshio Minato-ku ISHIHARA
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2017-11-22
Also published as: WO1998024123A1; EP0889515A1; DE69736224D1; JP3901265B2; KR19990081918A; TW355176B; JPH10163288A; EP0889515A4; EP0889515B1; US6343239B1; KR100295983B1

Description

Technischer Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Förderverfahren und eine Transporteinrichtung mit einem Transportroboter zum Transport zwischen den Fertigungsschritten bei der Herstellung von Substratwafern, wie sie beispielsweise in integrierten Halbleiterschaltungen, Flüssigkeitskristall-Anzeigefeldern und Solarbatteriefeldern verwendet werden.
Beschreibung technisch ähnlicher konstruktiver Lösungen
Halbleiterelemente wie zum Beispiel integrierte Halbleiterschaltungen und Halbleiterlasergeräte, Aktivmatrix-Flüssigkeitskristall-Anzeigepanels, Solarbatteriepanels usw. werden mittels eines Verfahrens hergestellt, bei dem verschiedene vorgegebene dünne Schichten auf die gereinigte Oberfläche eines Silizium-, Galliumarsenid- oder Glasträgers usw. aufgebracht werden. Die Herstellung dieser Produkte verlangt dabei ein hohes Maß an Präzision, und wenn sich auch nur eine winzige Verunreinigung auf der Oberfläche des Trägermaterials bzw. des Substratwafers absetzt oder von ihr aufgenommen wird, ist die Herstellung eines Hochqualitätsprodukts erschwert. Außerdem können sich solche Substratwafer beim Transport oder bei den jeweiligen Verarbeitungsschritten statisch elektrisch aufladen, so dass in der Folge Verunreinigungen von ihnen angezogen werden oder sich festsetzen können.
So stellt es beispielsweise eine Beeinträchtigung eines Fertigungsschritts dar, wenn im Verlauf eines solchen Fertigungsschritts Wasser oder eine Verunreinigung wie Feuchtigkeit von der Oberfläche eines Halbleitersubstrats absorbiert wird. Bei einer größeren Wassermenge bildet sich außerdem ein natürlicher Oxidfilm auf der Schichtoberfläche, falls sich in der Atmosphäre Sauerstoff befindet. Hinzukommt, dass es bei den einzelnen Schritten in der Fertigung der in Flüssigkeitskristall-Anzeigepanels verwendeten Dünnschichttransistoren (TFT) bei der Anlagerung von Wasser auf der Oberfläche von beispielsweise aus SiN_x gefertigten Isolierschichten unmöglich ist, eine präzise amorphe Silizium-(a-Si)-Schicht gleichmäßiger Dicke auf die Oberfläche aufzubringen. Außerdem bildet sich bei der Anlagerung von Wasser auf einer Fläche im n- oder p-Bereich bei der Aufbringung eines Basis-Oxidfilms in den gefertigten integrierten Schaltungen (ICs) an der Nahtstelle zwischen SiO₂ und Si eine SiO_x-Schicht, so dass der MOS-Transistor nicht als Schalter arbeiten kann. In gleicher Weise bildet sich bei einer Wasseranlagerung an der Oberfläche eines Kondensators eine SiO_x-Schicht an seiner Grenzfläche, so dass die Aufladung der Kondensatorelektrode nicht möglich ist und der Kondensator somit nicht als Speicherelement arbeiten kann.
Zusätzlich wird zur Vermeidung von Spikingeffekten auf Grund von Wolframsilizid bei der Verdrahtung vor dem Auftrag einer Wolframschicht (W) eine TiN-Schicht gebildet, doch wenn sich angelagertes Wasser auf dem Träger befindet, treten Probleme in Bezug auf die Haftungsfähigkeit der TiN-Schicht auf.
Zudem reagiert bei anderen Verunreinigungen als Wasser, beispielsweise bei organischen Verunreinigungen wie Methan, das Silizium bei der Wärmebehandlung mit dem Kohlenstoff auf der Trägeroberfläche (Silizium), wobei sich eine SiC-Schicht bildet, was zu Problemen bei den Betriebseigenschaften des Bauelements führt.
Üblicherweise wird jede Art der in der Fertigung von integrierten Halbleiterschaltungen etc. eingesetzten Bearbeitungsstationen in einem Reinraum aufgestellt, aus dem jedweder Feinstaub herausgefiltert wurde. Da integrierte Halbleiterschaltungen etc. in einer Vielzahl von Fertigungsschritten hergestellt werden, werden die zu fertigenden Bauelemente bzw. Substratwafer von einer Bearbeitungsstation zur Bearbeitungsstation des nächsten Fertigungsschritts befördert, damit dort der jeweilig nächste Arbeitsgang ausgeführt werden kann. Bei diesem Vorgang wird der Substratwafer auf dem Transportweg der Luft im Reinraum ausgesetzt.
Im Inneren eines Reinraums wird die Temperatur üblicherweise auf einem Wert zwischen 20°C und 25°C und die relative Feuchtigkeit auf ca. 50 % gehalten und somit können darin große Mengen gasförmiger Verunreinigungen der herausgefilterten Feinstaubpartikel vorhanden sein. Aus diesem Grund werden die in der Atmosphäre des Reinraums noch vorhandenen Verunreinigungen von der Oberfläche des Substratwafers absorbiert. So kann zum Beispiel Wasser von der Oberfläche des Substratwafers unmittelbar aufgenommen werden. Es erweist sich dabei jedoch als außerordentlich schwierig, das Wasser aus dem gesamten Reinraum auszuschließen, um damit seine Absorption durch die Oberfläche des Substratwafers zu verhindern.
Aus diesem Grund wird für die Übergabe der Substratwafer von einer Bearbeitungsstation zur nächsten ein Transportsystem mit einer Inertgas-Atmosphäre unter Verwendung eines speziellen Transportroboters für den Transport der Substratwafer vorgeschlagen.
In diesem Fall ist der Transportroboter mit einem Speicherkasten (Speicherkammer) ausgerüstet, in dem die Substratwafer in einer Inertgas Atmosphäre gespeichert werden können. Zusätzlich werden die Bearbeitungsstationen, die die Abläufe jedes Fertigungsschritts durchführen, mit einer Transportkammer ausgerüstet, an die die Substratwafer in einer Inertgas-Atmospähre abgegeben werden können.
Bei diesem Transportsystem werden durch die Aktivierung eines speziellen Transportroboters die in Inertgas-Atmosphäre in der Speicherkammer gespeicherten Substratwafer von der Transportkammer eines Fertigungsschritts zu der Transportkammer des jeweils nächsten Fertigungsschritts befördert. Außerdem werden in dem Stadium, wo der Transportroboter vor der Transportkammer angekommen ist, die Transportkammer des Transportroboters mit der Transportkammer verbunden und deren jeweiligen Tore geöffnet, so dass zwischen der Speicherkammer und der Transportkammer die Übergabe der Substratwafer erfolgen kann. So werden zum Beispiel die Substratwafer von der Speicherkammer zur Transportkammer gebracht, die darin befindlichen Substratwafer wiederum werden von der Transportkammer zu der Bearbeitungsstation gebracht und ein vorgegebener Bearbeitungsablauf wird ausgeführt. Nach Beendigung des Fertigungsverfahrens werden die Substratwafer in die Transportkammer zurückgeführt und wiederum in die Speicherkammer eingelagert. Zum Schluss werden die Tore geschlossen und die Substratwafer mit Hilfe des Transportroboters zum nächsten Fertigungsschritt befördert.
Die Substratwafer werden jedoch über ein in jedem Tor der Speicherkammer und der Transportkammer angebrachtes Durchgangs- bzw. Absperrventil zwischen der Speicherkammer des Transportroboters und der Transportkammer der Bearbeitungsstation befördert, wobei die als Hohlraum ausgebildete Vorderseite des Durchgangventils sich auf Grund der konstruktiven Gegebenheiten nicht vermeiden lässt. Aus diesem Grund sammelt sich in diesem Hohlraum die Luft des Reinraums an, und folglich tritt das Problem auf, dass sich bei der Abgabe oder Entnahme der Substratwafer die in diesem Hohlraum angesammelte Luft gleichzeitig mit der Luft in der Transportkammer und der Speicherkammer vermischt. Deshalb kann, selbst wenn bei der Abgabe oder Entnahme der Substratwafer die Innenräume der Speicherkammer, der Transportkammer oder der Bearbeitungsstationen in einer stark gefilterten Atmosphäre und fast ohne Feinstaub, Wasser, gasförmige Verunreinigungen etc. gehalten werden, die Vermischung mit einer kleinen Luftmenge nicht vermieden werden, so dass bei jedem Bearbeitungsvorgang eine Qualitätsminderung an den Substratwafern auftritt.
Zur Gewährleistung einer hochreinen Atmosphäre in der Speicherkammer ist bei der Speicherung der Substratwafer in der Speicherkammer und dem Transport zum jeweils nächsten Fertigungsschritt außerdem ein mit einem hochreinen Inertgas gefüllter Behälter (Zylinder) in dem Transportroboter vorgesehen. Da das Auftreten von Verunreinigungen in der Speicherkammer nicht überwacht wird, wird außerdem ein Gasstrom in diesen Behälter eingeleitet, der stets über der notwendigen Menge liegt. Dieser Umstand führt folglich zu dem Problem, dass der Behälter vergrößert und dadurch der Transportroboter ebenfalls größer gestaltet werden muss. Wenn andererseits zu einer größtmöglichen Verringerung der Größe des Behälters die Gasmenge reduziert wird, tritt das Problem auf, dass es sehr schwierig wird, die hoch reine Atmosphäre aufrecht zu erhalten.
In der Patentschrift US-A-5 431 600 wird ein automatisches Transportsystem beschrieben, bei dem ein tragbarer geschlossener Behälter zur Aufbewahrung eines zu bearbeitenden Wafers automatisch mittels eines automatischen Transportfahrzeugs zwischen den Bearbeitungsstationen bewegt wird. Dabei wird der geschlossene Behälter in einer Lade- bzw. Entladekammer des automatischen Transportfahrzeugs aufgenommen. Die Bearbeitungsstationen und der tragbare geschlossene Behälter sind mit Inertgas gefüllt. Die Lade- bzw. Entladekammer des automatischen Transportfahrzeugs ist nicht mit einer Gaseinlassöffnung oder einer Auslassöffnung versehen und wird nicht mit Inertgas gespült. Das automatische Transportfahrzeug weist Fördermittel zur Förderung der Wafer von dem geschlossenen Behälter durch die Lade- bzw. Entladekammer zu einer Türöffnung auf, die dann vor einer entsprechenden Türöffnung der jeweiligen Bearbeitungsstation positioniert wird. Zum Transport der Wafer zwischen dem automatischen Transportfahrzeug und der jeweiligen Bearbeitungsstation in einer sauberen Umgebung ist ein Balgen um eine Türöffnung der Bearbeitungsstation vorgesehen, der eine abdichtende Verbindung zwischen den Türöffnungen des Transportroboters und der Bearbeitungsstation bildet. Zur Durchspülung des Balgens mit Inertgas, umfasst der Balgen einen Lufteinlass und -auslass und ferner eine Betätigungseinrichtung zum Dehnen und Zusammendrücken des Balgens.
Da jedoch die Lade- bzw. Entladekammer des automatischen Transportfahrzeugs keine Gaseinlass- bzw. Auslassöffnung aufweist und nicht mit Inertgas gespült wird, werden die Wafer verunreinigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Förderverfahren und ein Transportmittel vorzusehen, bei dem eine hochreine Atmosphäre um einen zu befördernden Substratwafer aufrecht erhalten wird, der mittels eines mit einer Speicherkammer ausgestatteten Transportroboters von einem Fertigungsschritt zum jeweils nächsten Fertigungsschritt befördert wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Förderverfahren für Substratwafer handelt es sich um ein Verfahren, bei dem Substratwafer zwischen Transportkammern befördert werden, die an Bearbeitungsstationen angeschlossen sind und in welchen eine Inertgasatmosphäre herrscht, wobei ein mit einer Speicherkammer ausgestatteter Transportroboter zum Einsatz kommt, der einen Substratwafer in einer Inertgasatmosphäre speichern kann, wobei eine Verbindungskammer zwischen der Speicherkammer und der Transportkammer angeordnet ist, und ferner, bei dem die Substratwafer in die Speicherkammer des Transportroboters oder der Transportkammer der Bearbeitungsstation platziert und aus der anderen Kammer entfernt werden, und die Tore der Speicherkammer und der Transportkammer geöffnet werden, nachdem ein Inertgas mit abgesenktem Druck in die Verbindungskammer eingeleitet worden ist, und die Substratwafer platziert oder entfernt werden.
Bei diesem Förderverfahren für Substratwafer wird das genannte Inertgas mit einer Verunreinigungsmesseinrichtung, vorzugsweise einem Halbleiterlaserdetektor oder einem Gaschromatographen gemessen und aus dem Messergebnis das Verunreinigungsverhältnis in den Kammern berechnet, und auf der Grundlage dieser Daten die Menge an eingeleitetem Inertgas in jeder der Kammern gesteuert sowie der Platzierungs- und Entfernungsvorgang der Substratwafer durchgeführt.
Des weiteren ist bei dem erfindungsgemäßen Förderverfahren für Substratwafer die bevorzugte Anordnung dann gegeben, wenn bei einer Gesamtoberfläche des vorgenannten Substratwafers von S [cm²] und bei einem Volumen der vorgenannten Speicherkammer, der Transportkammer und der Verbindungskammer von V₁ [cm³], V₂ [cm³] bzw. V₃ [cm³] und bei Verunreinigungsverhältnissen von jeweils γ₁, γ₂ bzw. γ₃ die Substratwafer dann in der Speicherkammer bzw. Transportkammer platziert oder aus derselben entfernt werden, wenn die Bedingung 2,7 × 1019 [Moleküle/cm3] × (V1 × γ1 + V2 × γ2 + V3 × γ3) ≤ 1013 [Moleküle/cm2] × Serfüllt ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Förderverfahren für Substratwafer kann anstatt des Inertgases ebenso ein Gasgemisch aus Inertgas und Sauerstoffgas verwendet werden.
Außerdem umfasst die erfindungsgemäße Fördervorrichtung für Substratwafer eine an einer Bearbeitungsstation für Substratwafer angebrachte abgedichtete Transportkammer, wobei eine Platzierungs- und Entfernungsöffnung zur Platzierung und Entfernung der Substratwafer zwischen der Außenseite der Transportkammer vorgesehen ist, und an der Platzierungs- und Entfernungsöffnung ein Durchgangs- bzw. Absperrventil zur Abdichtung der Platzierungs- und Entfernungsöffnung vorgesehen ist, und ferner an einem zwischen den Transportkammern beweglichen Transportroboter eine abgedichtete Speicherkammer zur Speicherung der Substratwafer vorgesehen – ist, und eine Platzierungs- und Entfernungsöffnung zur Platzierung und Entfernung der Substratwafer zwischen dem äußeren Teil der Speicherkammer vorgesehen ist, an der ein Durchgangs- bzw. Absperrventil zur Abdichtung derselben vorgesehen ist. Durch Öffnen des Durchgangs- bzw.
Absperrventils, während die Speicherkammer und die Transportkammer angeschlossen sind, wird in der Fördervorrichtung für den Substratwafer, die diesen platziert bzw. entfernt, eine abgedichtete Verbindungskammer zwischen der Speicherkammer und der Transportkammer angeordnet, wobei eine Gaseinlassöffnung und eine Auslassöffnung zum Durchspülen der Speicherkammer, Transportkammer, als auch der Verbindungskammer mit einem Inertgas und außerdem eine Vakuumabsaugeinrichtung zur Durchspülung bei abgesenktem Druck vorgesehen ist.
Bei der Fördervorrichtung für Substratwafer ist eine Verunreinigungsmesseinrichtung, vorzugsweise ein Halbleiterlaserdetektor oder ein Gaschromatograph vorgesehen, der die Konzentration der Verunreinigungen in jeder Kammer misst, und ferner eine Steuereinrichtung, die das Verunreinigungsverhältnis in den Kammern auf Grund der Konzentration der Verunreinigungen berechnet, und auf der Grundlage dieser Daten den Platzierungs- und Entfernungsvorgang der Substratwafer zwischen der Speicherkammer und der Transportkammer steuert.
Bei der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung für Substratwafer kann anstatt des Inertgases ebenso ein Gasgemisch aus Inertgas und Sauerstoffgas verwendet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung.
2 zeigt eine diagonale Außenansicht des Transportroboters der erfindungsgemäßen Ausgestaltung.
3 zeigt einen Querschnitt der erforderlichen Bestandteile des Durchgangs- bzw. Absperrventils in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; dabei zeigt (a) das Ventil in geschlossenem und (b) in geöffnetem Zustand.
4 zeigt die wesentlichen Bestandteile von 1 in vergrößertem Maßstab.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung
Nachstehend werden die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben:
Zunächst erfolgt eine Zusammenfassung der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung. Die Fördervorrichtung transportiert Dünnfilmsubstrate, bei deren Fertigungsverfahren in mehreren Schritten ein Transportroboter eingesetzt wird. Dabei zeigt 1 eine schematische Darstellung des Transportroboters 30, der mit der Transportkammer 2 verbunden ist, welche wiederum an die Bearbeitungsstation angeschlossen ist. 2 zeigt eine Diagonalansicht des Transportroboters 30.
Bei dieser Fördervorrichtung ist eine abgedichtete Transportkammer 2 an die Bearbeitungsstation 1 für die Substratwafer S angeschlossen. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Bearbeitungsstationen 1 über je ein Durchgangs- bzw. Absperrventil mit der Transportkammer 2 verbunden. Die Bearbeitungsstation 1 führt einen festgelegten Bearbeitungsprozess an den Substratwafern S durch, wobei sie vielen verwendeten Bearbeitungsstationen für Substrate entspricht, wie sie zum Beispiel bei dem Beschichtungsvorgang bei CVD-Bauelementen und Vakuumverdampfern, bei Diffusionsöfen zum Dotieren oder auch bei Plasmaätzgeräten zum Ätzen verwendet werden. Bei der Transportkammer 2 ist eine Transfer-Greifeinrichtung 5 eingebaut, die einen Substratwafer S zwischen der Speicherkammer 3 und der Transportkammer 2 bzw. der Transportkammer 2 und der Bearbeitungsstation 1 platziert beziehungsweise aus dieser wieder entfernt.
An der Transportkammer 2 befindet sich eine Platzierungs- und Entfernungsöffnung 2a zum Platzieren bzw. Entfernen des Substratwafers S, wobei sich an der Platzierungs- und Entfernungsöffnung 2a ein Durchgangs- bzw. Absperrventil GV2 befindet, das eine abdichtende Ummantelung der Platzierungs- und Entfernungsöffnung 2a gewährleistet. Außerdem ist mit der Außenseite des Durchgangs- bzw. Absperrventils GV2 ist ein Verbindungsrohr 4a verbunden, das eine Verbindungskammer 4 zum Innenraum darstellt. Hierbei ist das Verbindungsrohr 4a, wie in 4 erkennbar ist, mittels einer Seite eines Flansches 4b an die Transportkammer 2 montiert, und an der anderen Seite des Flansches 4b ist – wie nachfolgend beschrieben – die Vorderseite des Durchgangs- bzw. Absperrventils GV1 des Transportroboters 30 luftdicht angeschlossen.
Der Transportroboter 30 kann sich zwischen einer Vielzahl von Transportkammern 2 frei hin- und her bewegen und umfasst einen beweglichen Speicherkasten (Speicherkammer) 3. Der Transportroboter 30 wird, wie aus 2 klar ersichtlich ist, an einer Magnetschiene 31 auf dem Boden, über dem eine staubfreie Folie 36 liegt, entlang geführt und mittels eines Antriebsmotors 33 bewegt. Dabei kann die Speicherkammer 3 in luftdichtem Zustand gehalten werden, an dessen Vorderseite sich eine Platzierungs- und Entfernungsöffnung 3a zur Platzierung und Entfernung eines Substratwafers S zwischen dem Inneren und Äußeren der Speicherkammer 3 befindet, wobei an der Platzierungs- und Entfernungsöffnung 3a ein luftdichtes Durchgangs- bzw. Absperrventil GV1 angebracht ist.
In den 3(a) und (b) sind die Durchgangs- bzw. Absperrventile GV1 und GV2 in geschlossenem bzw. geöffnetem Zustand dargestellt, und auf einem Gehäuse 8a von entsprechender Wandstärke, in dem sich die Platzierungs- und Entfernungsöffnungen 2a und 3a befinden, ist ein frei beweglicher Schieber 8c vorgesehen, bei dessen Betätigung durch den Antriebsmechanismus 8b die oben beschriebenen Platzierungs- und Entfernungsöffnungen 2a und 3a geöffnet bzw. geschlossen werden können. Befindet sich, wie in 3(a) erkennbar ist, der Schieber 8c in geschlossenem Zustand, bildet sich an der Vorderseite des Schiebers 8c ein Hohlraum 8d.
Zusätzlich sind, wie in 1 erkennbar ist, an der Speicherkammer 3 des oben beschriebenen Transportroboters 30 eine Gaseinlassöffnung 11 und eine Gasauslassöffnung 21 zur Spülung des Innenraums der Speicherkammer 3 mit Inertgas vorgesehen. An der Gaseinlassöffnung 11 ist ein Ventil V1 angebracht, und durch Öffnen desselben wird Inertgas in die Speicherkammer 3 eingeleitet, wenn die Gaseinlassöffnung 11 mit der Gasquelle verbunden ist.
Zur Gewährleistung einer hochreinen Atmosphäre sowohl in der Transportkammer 2 als auch in der Verbindungskammer 4, sind ferner Gaseinlassöffnungen 12 und 13 sowie Auslassöffnungen 22 und 23 für das Inertgas angebracht. An jeder der Gaseinlassöffnungen 12 und 13 befinden sich Ventile V2 bzw. V3, und durch Öffnen der Ventile V2 und V3 kann Inertgas in die Transportkammer 2 und die Verbindungskammer 4 eingeleitet werden, wenn die Gaseinlassöffnungen 12 und 13 mit der Gasquelle verbunden sind. Zusätzlich sind oberhalb der Ventile V1, V2 und V3 der Gaseinlassöffnungen Steuervorrichtungen C1, C2 und C3 zur Steuerung der Gasmenge eingebaut.
Jede der Auslassöffnungen 21, 22 und 23 ist mit einer Vakuumabsaugeinrichtung (teilweise dargestellt als Vakuumpumpe 25) verbunden, wobei das Auslassrohr jeder Kammer mit einer Verunreinigungsmesseinrichtung zur Messung von Verunreinigungen, in diesem Beispiel, mit Halbleiterlasergeräten K1, K2 und K3 ausgerüstet ist. Ferner ist eine Steuereinrichtung 10 vorgesehen, durch welche die Funktionsteuerung jedes Ventils GV1 und GV2, die Steuervorrichtung für die Gasmenge C1, C2 und C3 jeder Gaseinlassöffnung sowie die Transfer-Greifeinrichtung 5 auf der Grundlage der Messungen durch die Halbleiterlaserdetektoren K1, K2 und K3 gesteuert wird. Im Auslassrohr ist zusätzlich zur Online-Messung mit einem Halbleiterlaserdetektor (Verunreinigungsmesseinrichtung) jede Kammer mit einem Fenster versehen, in welchem bei Vorhandensein eines Laseroszillators und eines optischen Empfängers, der Laserlicht von einem Oszillator empfangen kann, eine In-situ-Messung vorgenommen werden kann.
In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem eingeleiteten Inertgas um ein Gas, das nicht mit dem Substratwafer S reagiert und aus dem alle Feinstaubpartikel sowie Wasser entfernt worden sind. Als Inertgas kann zum Beispiel Stickstoffgas, Argongas und Heliumgas verwendet werden. Des Weiteren kann bei Auftreten unvermeidbarer Beschädigungen des Transportroboters und der Bearbeitungsstationen etc. und bei der Freisetzung großer Mengen von Inertgas im Reinraum als vorbeugende Sicherheitsmaßnahme ein Inertgas verwendet werden, dem für den Spülvorgang Sauerstoff zugesetzt wird. Hierbei werden Feinstaubpartikel, Wasser und gasförmige Verunreinigungen durch den zugesetzten Sauerstoff entfernt. Allerdings besteht bei einer Sauerstoffkonzentration in dem Gasgemisch von weniger als 18 % die Gefahr, dass große Gasmengen mit niedrigem Sauerstoffgehalt in den Reinraum einfließen, und wenn Gas mit einem Sauerstoffgehalt gleich oder höher als 22 % in den Reinraum fließt, kann schon eine kleine Menge an statischer Elektrizität möglicherweise zum Ausbruch eines Brandes führen Aus diesem Grund sollte die Konzentration von Sauerstoff in dem Gasgemisch vorzugsweise zwischen 18 Vol % und 22 Vol % liegen.
Die Halbleiterlaserdetektoren K1, K2 und K3 umfassen mindestens einen Oszillator, der Laserlicht mit einer Oszillationswellenlänge im infraroten Bereich abgibt und einen optischen Empfänger, der das Absorptionsspektrum des empfangenen Laserlichts misst.
Sofern der Oszillator bzw. der optische Empfänger die nachfolgend beschriebenen Wellenlängen des Laserlichts abgibt bzw. empfängt, wird bevorzugt ein einstellbares InGaAsP-DFB-Halbleiterlasergerät eingesetzt, jedoch ist auch die Verwendung anderer Typen möglich. Da ein DFB-Halbleiterlaser mit einem Beugungsgitter im Bereich der Elektronenbeschickung ausgerüstet ist und eine Einfachschwingung aufweist, ist ein Spektroskop, wie zum Beispiel ein Monochromator, nicht erforderlich, und da der Lichtverlust gering ist, kann das Gerät in kompakter Bauweise gefertigt werden.
Ebenso ist Distributed Bragg Reflection (DBR), die Einfachschwingung und ein Beugungsgitter außerhalb des Bereichs der Elektronenbeschickung aufweist, bevorzugt zu verwenden.
Als optischer Empfänger ist ein Festkörper-Photodetektor zu bevorzugen, bei dem es sich um einen Photodetektor handelt, der auf die Wellenlängen von Laserlicht des eingesetzten Oszillators reagiert und beispielsweise aus Ge und INGaAs gebildet ist. Bei der Messung mit dieser Art Halbleiterlaserdetektor ist ein gegenüber Halbleiterlaserlicht durchlässiges Fenster an den Gasauslassrohren aus der Speicherkammer, der Verbindungskammer oder der Transportkammer, oder an jeder Kammer vorgesehen, und durch die Anordnung eines Oszillators und eines optischen Empfängers an jedem Fenster können Verunreinigungen in der Atmosphäre in jeder Kammer gemessen und selbst die kleinsten Verunreinigungen ermittelt werden. Darüber hinaus kann die Wellenlänge der Oszillation problemlos eingestellt werden. Da ferner die Konzentration von Verunreinigungen unmittelbar ermittelt werden kann, werden die Verunreinigungsdaten vorzugsweise für Feedbackzwecke genutzt.
Sind Verunreinigungen in Form von H₂O zu ermitteln, muss die Wellenlänge der Oszillation zwischen 1,35-1,42 μm liegen. Ebenso können die nachfolgend aufgelisteten Schwingungsfrequenzen verwendet werden:
CO₂: 1,43-1,46 μm
CH₄: 1,29-1,50 μm
SiH₄: 1,19-2,0 μm
HF: 1,25-1,35 μm
HBr: 1,34-1,37 μm
O₂: 0,75-0,78 μm
Bewegt sich die Wellenlänge des Oszillators außerdem über einen Bereich von 0,75-2 μm, können gleichzeitig die Gasverunreinigungen H₂, CO₂, CH₄, SiH₄, HF, HBr und O₂ gemessen werden.
Zur Feststellung von Verunreinigungen mittels eines Halbleiterlasergeräts können diverse bekannte Mittel sowie Anwendungsverfahren verwendet werden, wie sie in der Erstveröffentlichung der japanischen Patentschrift Nr. Hei 5099845 offen gelegt sind. In Kürze dargestellt, wird ausgehend von einem gemessenen Absorptionsspektrum das Absorptionsspektrum des Inertgas in der Speicherkammer 3, der Verbindungskammer 4 und der Transportkammer 2 abgeglichen, die Absorptionsspitze für die Verunreinigungen ermittelt und genau bestimmt, es wird die Absorptionsspitze ausgewählt, die soweit möglich keine benachbarte Störspitze aufweist, und ausgehend von dieser Absorptionsintensität werden die Verunreinigungsmengen ermittelt. Außerdem kann eine Veränderung der Wellenlängen problemlos durch die Veränderung des an den Oszillator geleiteten Stroms oder der Temperatur des Oszillators vorgenommen werden.
Vorstehend wurde, wenn der Druck in jeder Kammer geringer oder gleich dem atmosphärischen Druck ist, insbesondere ein Verunreinigungsmessgerät unter Verwendung eines wirksamen Halbleiterlaserdetektors beschrieben, doch ist der Druck in jeder Kammer höher als der atmosphärische Druck, können Verunreinigungen wie Wasser im Gas auf einfache und Kosten sparende Weise gemessen werden, wenn ein Gaschromatograph eingebaut und an jeder Gasauslassöffnung angeschlossen wird.
Im Folgenden werden das erfindungsgemäße Transportverfahren und der Betrieb der Transportvorrichtung beschrieben.
Nachdem ein Transportroboter 30 die Substratwafer S in einer Speicherkammer 3 zu einem festgelegten Fertigungsschritt befördert hat, wird die Speicherkammer 3 über die Verbindungskammer 4 mit der Transportkammer 2 verbunden. Dann wird gemäß einem Befehl der Steuereinrichtung 10 der Druck in der Verbindungskammer 4 abgesenkt und das Inertgas eingeleitet und zeitgleich damit die Konzentration der Verunreinigungen in der Speicherkammer 3, der Verbindungskammer 4 und der Transportkammer 2 mittels der Halbleiterdetektoren K1, K2 und K3 gemessen. Als nächstes wird in der Steuereinrichtung 10 das Verhältnis der Verunreinigungen in jeder Kammer auf Grund der Konzentration der Verunreinigungen berechnet und auf der Grundlage dieser Daten die Menge des einzuleitenden Spülgases (Inertgases) gesteuert. Sobald das Verhältnis der Verunreinigungen einen festgelegten Wert erreicht hat, öffnen sich die Durchgangs- bzw. Absperrventile GV1 und GV2 und der Platzierungs- und Entfernungsvorgang der Substratwafer S findet an der Speicherkammer 3 bzw. der Transportkammer 2 über die Verbindungskammer 4 statt.
Sobald das Verhältnis der Verunreinigungen in der Speicherkammer 3 ansteigt, während die Substratwafer vom Transportroboter 30 zum nächsten Fertigungsschritt befördert werden, erhöht sich folglich die Menge der Verunreinigungen auf der Oberfläche der in der Speicherkammer 3 befindlichen Substratwafer S. Erhöht sich außerdem das Verhältnis der Verunreinigungen in der Transportkammer 2, wird eine große Menge von Verunreinigungen auf der Oberfläche der bearbeiteten Substratwafer S absorbiert, was zu einer geringeren Ausbeute sowie einer Beeinträchtigung des nächsten Fertigungsschritts führen kann. Aus diesem Grund wird die Spülgasmenge so gesteuert, dass das Verhältnis der Verunreinigungen in der Speicherkammer 3 und der Transportkammer 2 gleich oder geringer als ein bestimmter festgelegter Wert ist.
Wie vorgehend beschrieben, kommt es durch die Verbindung der Speicherkammer 3 mit der Transportkammer 2 über die Verbindungskammer 4, und dadurch, dass die Verbindungskammer 4 sich in gasgespültem Zustand befindet, wenn die Substratwafer S platziert bzw. entfernt werden, nicht zu einer Vermischung der Reinraumluft in der Transportkammer 2, die sich in dem Hohlraum 8d (siehe 3) der Durchgangs- bzw. Absperrventile GV1 und GV2 der Speicherkammer 3 und der Transportkammer 2 ansammelt, durch die dann die Substratwafer S platziert bzw. entfernt werden. Somit kann bei der Platzierung der Substratwafer S der schädliche Einfluss infolge von Verunreinigungen vermieden werden.
Da insbesondere die Strömungsmenge des Spülgases in jeder Kammer 2, 3 und 4 durch die von den Halbleiterlaserdetektoren K1, K2 und K3 ermittelten Werte gesteuert wird, und sich in dem Stadium, wo das Verhältnis der Verunreinigungen innerhalb eines festgelegten Werts liegt, die Durchgangs- bzw. Absperrventile GV1 und GV2 öffnen und zeitgleich damit die Substratwafer S von Transfer-Greifeinrichtungen 5 platziert bzw. entfernt werden, kann die Platzierung bzw. Entfernung der Substratwafer S stets in einer hochreinen Atmosphäre erfolgen.
Da zudem die Spülgasmenge in jeder Kammer 2, 3 und 4 durch die Verunreinigungsdaten gesteuert wird, ist es möglich, jeweils nur die notwendige Menge an Gas in jede Kammer einzuleiten und somit den mit Spülgas (Inertgas oder ein Gasgemisch aus Inertgas und Sauerstoff) gefüllten, in dem Transportroboter befindlichen Behälter in Kompaktbauweise herzustellen.
Wenn es sich bei der Verunreinigung um Wasser oder organischen Kohlenstoff handelt, erfolgt konkret die Platzierung und Entfernung in der folgenden Weise.
Falls das Volumen der Speicherkammer 3 gleich V₁ [cm³], das Volumen der Transportkammer 2 gleich V₂ [cm³], das Volumen der Verbindungskammer 4 gleich V₃ [cm³], das Verhältnis der Verunreinigungen in der Speicherkammer 3 gleich γ₁, das Verhältnis der Verunreinigungen in der Transportkammer 2 gleich γ₂, das Verhältnis der Verunreinigungen in der Verbindungskammer 4 gleich γ₃, und die Gesamtoberfläche der Substratwafer S in der Speicherkammer 3 oder der Transportkammer 2 gleich S [cm³] ist, dann wird, wenn die Bedingung 2,7 × 1019 [Moleküle/cm3] × (V, × γ, + V2 × γ2 + V3 × γ3) ≤ 1013 [Moleküle/cm2] × S erfüllt ist, (Gleichung A),das Durchgangs- bzw. Absperrventil GV1 geöffnet und der Substratwafer S von der Speicherkammer 3 zur Transportkammer 2 befördert.
Auf diese Weise kann, sofern die Menge der absorbierten Verunreinigungen beim Transport gleich oder geringer als 10¹³ × S oder vorzugsweise 10¹³ × S ist, die Menge der absorbierten Verunreinigungen auf der Oberfläche der Substratwafer auf eine Monoschicht begrenzt werden. Im Fall, dass es sich bei der Verunreinigung um Wasser handelt, bildet sich bei der Begrenzung auf eine Monoschicht keine natürliche Oxidschicht, selbst wenn Sauerstoff vorhanden ist, da die Wassermoleküle nur von Gasmolekülen umgeben sind. Auch im Fall von organischen Verunreinigungen (organische Kohlenstoffe) können die Absorptionen in einer Monoschicht mit niedrigem Energieaufwand beseitigt werden.
Ferner wird der Substratwafer S, der bei Erfüllung der Gleichung A zur Transportkammer 2 bewegt wird, von einer Transfer-Greifeinrichtung 5 in eine vorgegebene Bearbeitungsstation 1 eingeführt und durchläuft darin einen vorgegebenen Bearbeitungsgang. Nach Beendigung des vorgegebenen Bearbeitungsgangs wird der Substratwafer S mittels der Transfer-Greifeinrichtung 5 von der Transportkammer 2 zu der Speicherkammer 3 und durch Aktivierung eines Transportroboters 30 weiter zum nächsten Bearbeitungsschritt bewegt.
Ausführung
Der Transport von Substratwafern S wurde unter Verwendung der erfindungsgemäßen Transportvorrichtung durchgeführt und es wurde das Vorhandensein einer natürlichen Oxidschicht sowie organischer Verunreinigungen gemessen.
Diese Messungen wurden unter folgenden Bedingungen durchgeführt: (1) Volumen

Speicherkammer 2,53 × 10⁴ cm³

Transportkammer 6,12 × 10⁴ cm³

Verbindungskammer 0,70 × 10⁴ cm³
(2) Widerstandswert des Substratwafers:

2-4 Ω, n-leitendes (100) Siliziumsubstrat
Oberflächengröße: 1,41 × 10³cm²/Platte × 25 Platten = 3,53 × 10⁴ cm²

Bei der Messung mit Halbleiterlaserdetektoren K1, K2 und K3 wurden für das Verhältnis der Verunreinigungen die folgenden Ergebnisse erzielt: (3) Verhältnis der Verunreinigungen
In einem Testversuch, bei dem unter diesen Bedingungen ein Substratwafer S von der Speicherkammer 3 zu der Transportkammer 2 befördert wurde, konnte mittels photoelektronischer Spektroskopie mit Röntgenstrahlen oder FT-IR (Fourier- Transformations-Infrarot-Spektrometer) weder die Bildung einer natürlichen Oxidschicht noch die Absorption organischer Verunreinigungen auf der Oberfläche des zu der Speicherkammer 3 zurück gebrachten Substratwafers S festgestellt werden.
Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung in der Industrie
Gemäß der Erfindung und den obigen Erläuterungen gelangte infolge der Tatsache, dass bei der Einführung und Entnahme eines Substratwafers die Speicherkammer eines Transportroboters und die Transportkammern der Bearbeitungsstationen über eine Verbindungskammer verbunden waren und die Verbindungskammer mit einem Gas gespült wurde, keine Reinraumluft, die sich in dem Hohlraum des Durchgangs- bzw. Absperrventils der Speicherkammer und der Transportkammer angesammelt hatte, bei der Einführung und Entnahme des Substratwafers. Somit kann bei der Einführung der Substratwafer S der schädliche Einfluss infolge einer Vermischung von Verunreinigungen vermieden werden.
Da zudem die Spülgasmenge in der Speicherkammer, der Transportkammer und der Verbindungskammer durch die Verunreinigungsdaten gesteuert wird, ist es möglich, nur die jeweils notwendige Menge an Gas in jede Kammer einzuleiten und somit den mit Spülgas gefüllten, in dem Transportroboter befindlichen Behälter in kompakter Bauweise herzustellen.

Claims

Förderverfahren für Substratwafer (S), wobei die Substratwafer (S) zwischen an Bearbeitungsstationen (1) angeschlossenen Transportationskammern (2) befördert werden und eine Inertgasatmosphäre gehalten wird, und ein Transportroboter (30) mit einer Speicherkammer (3) eingesetzt wird, welche die Substratwafer (S) unter einer Inertgasatmosphäre speichern kann, und wobei eine Verbindungskammer (4) zwischen der Speicherkammer (3) und der Transportationskammer (2) angeordnet wird, wenn die Substratwafer (S) in die Speicherkammer (3) des Transportroboters (30) oder der Transportationskammer (2) der Bearbeitungsstation (1) platziert und aus der anderen Kammer entfernt werden, die Tore (8c) der Speicherkammer (3) und der Transportationskammer (2) geöffnet werden, nachdem ein Inertgas in die Verbindungskammer (3) eingeleitet wird, und die Substratwafer (S) platziert und entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Einleiten von Inertgas in einem Zustand abgesenkten Drucks ausgeführt wird, und das Inertgas mit einer Verunreinigungsmesseinrichtung (K1, K2, K3) gemessen wird, wobei das Verunreinigungsverhältnis in jeder der Kammern (2, 3, 4) aus den Ergebnissen berechnet wird, und basierend auf diesen Daten die Menge an eingeleitetem Inertgas gesteuert wird, sowie der Plazierungs- und Entfernungsvorgang der Substratwafer (S) in jede Kammer durchgeführt wird.
Förderverfahren für Substratwafer (S) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verunreinigungsmesseinrichtung (K1, K2, K3) ein Halbleiterlaserdetektor (K1, K2, K3) oder ein Gaschromatograph ist.
Förderverfahren für Substratwafer (S) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass: die Volumina in der Speicherkammer (3), der Transportationskammer (2) und der Verbindungskammer (4) gleich V₁ [cm³], V₂ [cm³], und V₃ [cm³] ist, das Verunreinigungsverhältnis in jeder Kammer γ₁, γ₂, und γ₃ und die Gesamtoberfläche der Substratwafer (S) gleich S [cm³], wobei, wenn 2,7 × 1019 (Moleküle/cm3] × (V1 × γ1 + V2 × γ2 + V3 × γ3) ≤ ≤ 1013 [Moleküle/cm3]erfüllt ist, die Substratwafer (S) aus der Speicherkammer (3) in die Transportationskammer (4) bewegt werden.
Förderverfahren für Substratwafer (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass anstatt des Inertgases ein Gemisch aus Inertgas und Sauerstoffgas verwendet wird.
Fördervorrichtung für Substratwafer (S), wobei in der Bearbeitungsstation (1) des Substratwafers (S) eine abgedichtete Transportationskammer (2) eingerichtet ist, welche eine Platzierungs- und Entfernungsöffnung (2a) aufweist, durch die die Substratwafer (S) in den Transportationskammern (2) platziert und aus diesen entfernt werden, und an der Platzierungs- und Entfernungsöffnung (2a) ein Durchgangsventil (GV2) angeordnet ist, welches die Platzierungs- und Entfernungsöffnung (2a) abdichtet, und wobei an dem zwischen den Transportationskammern (2) beweglichen Transportroboter (30) eine abgedichtete Speicherkammer (3) vorgesehen ist, die die Substratwafer (S) speichert, sowie eine Platzierungs- und Entfernungsöffnung (3a) an der Speicherkammer (3), durch die die Substratwafer (S) in der Speicherkammer (3) platziert und aus dieser entfernt werden, wobei an der Platzierungs- und Entfernungsöffnung (3a) ein Durchgangsventil (GV1) angeordnet ist,, welches die Platzierungs- und Entfernungsöffnung (3a) abdichtet, und eine abgedichtete Verbindungskammer (4) zwischen der Speicherkammer (3) und der Transportationskammer (2) durch Öffnen des Durchgangsventils (GV1), während die Speicherkammer (3) an die Transportationskammer (2) angeschlossen ist, vorgesehen ist, und wobei eine Gaseinlassöffnung (11, 12, 13) und eine Auslassöffnung (21, 22, 23) zum Begasen sowohl der Speicherkammer (3), der Transportationskammer (2) als auch der Verbindungskammer (4) mit einem Inertgas vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vakuumabsaugeinrichtung (25) zum Ausführen des Spülens mit abge senktem Druck vorgesehen ist, eine Verunreinigungsmesseinrichtung (K1, K2, K3), welche die Konzentration der Verunreinigungen in jeder Kammer (2, 3, 4) misst, und eine Steuereinrichtung (10), welche das Verunreinigungsverhältnis in jeder Kammer (2, 3, 4) aus der Konzentration der Verunreinigungen berechnet und das Platzieren und Entfernen der Substratwafer (S) zwischen der Speicherkammer (3) und der Transportationskammer (2) basierend auf diesen Rechenergebnissen steuert.
Fördervorrichtung für Substratwafer (S) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verunreinigungsmesseinrichtung (K1, K2, K3) ein Halbleiterlaserdetektor (K1, K2, K3) oder ein Gaschromatograph ist.
Fördervorrichtung für Substratwafer (S) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass anstatt des Inertgases ein Gemisch aus Inertgas und Sauerstoffgas verwendet wird