JP2001223263A - 小型環境の制御システムおよび方法 - Google Patents

小型環境の制御システムおよび方法

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JP2001223263A JP2000374250A JP2000374250A JP2001223263A JP 2001223263 A JP2001223263 A JP 2001223263A JP 2000374250 A JP2000374250 A JP 2000374250A JP 2000374250 A JP2000374250 A JP 2000374250A JP 2001223263 A JP2001223263 A JP 2001223263A
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micro
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エリツク・シユバリエ
Bernard Rolland
ロラン・ベルナール
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Alcatel Lucent SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 サンプルの処理または使用条件にできるだけ
近く制御された環境にサンプルを配置かつ保存できる小
型環境の制御システムおよび方法を提供する。 【解決手段】 本発明による装置は、サンプル３を収容
して外部から隔離するための個別のエンクロージャ１を
含む。個別のエンクロージャ１に結合されるマイクロポ
ンプアレイ５が、個別のエンクロージャ１内に制御され
た真空を発生して維持する。搬送手段６により、個別の
エンクロージャ１にサンプル３を出し入れ可能である。
マイクロポンプアレイ５のマイクロポンプは、熱遷移作
用により作動するタイプとすることができる。マイクロ
温度センサ８、マイクロ圧力センサ９およびガス分析器
１０は、搭載されたマイクロコンピュータ１１を介して
マイクロポンプアレイ５の動作を制御可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば半導体製
造用の基板ウエハ等のサンプル、あるいはテストまたは
製造中の他のあらゆる要素を囲む環境を制御するための
装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえば半導体産業では、現在、クリー
ンルームの汚染物質から基板を隔離するために基板取扱
システムが使用されている。その原理は、ＥＰ０５８２
０１８ＡまたはＵＳ５９８８２３３Ａに教示されている
ように、加圧した窒素または他の中性ガスを含む共通の
集合ボックスに複数の基板を入れることにある。ボック
ス内の環境は制御されない。１つの不都合は、窒素また
は他の中性ガスが存在するため、上記ＥＰ０５８２０１
８Ａに記載されているように、基板の真空処理前にイン
ターフェースで過渡的なガス抜きステップを必要とする
ことにある。別の不都合は、処理圧力に戻したときにガ
ス流によって生ずる汚染にあり、そのため、ＵＳ５９８
８２３３Ａに記載されたようなパージ装置が設けられ
る。
【０００３】ＵＳ５２５５７８３ＡおよびＥＰ０８５４
４９８Ａでは、複数の基板が、共通の集合ボックスで搬
送可能であり、その環境は、外部源により設定される減
圧下にあって、代替中性ガスを含むことができる。だ
が、ボックスの環境の制御はない。せいぜいＥＰ０８５
４４９８Ａが、内部環境の連続攪拌およびフィルタリン
グと、アクセスドアの開放時における内部過圧の発生と
を教示しているだけである。上記の全ての文献は、共通
の集合ボックス内でサンプルを幾つかずつに分けること
によって、サンプルをまとめて搬送するようにしてい
る。
【０００４】さらに、マイクロポンプの様々な構造が知
られている。ＵＳ５８７１３３６Ａに記載された、質量
分析器に用いられる小型ガス分析器または他の小型セン
サ内の真空生成に用いられる熱遷移マイクロポンプ、Ｕ
Ｓ５３７５９７９Ａに記載されたガスの熱膨張によるポ
ンピングのマイクロポンプ、ＵＳ４９３８７４２Ａに記
載された、薬剤、生物学、冷却および燃料の供給の分野
で、液体または気体をポンピングするための、圧電効果
によって作動されるメンブレンマイクロポンプ、ＵＳ５
９７５８５６Ａに記載された、加速センサ、圧力センサ
または化学組成センサ、あるいは製薬産業または宇宙産
業用の流体制御に用いられ、ペルチエ効果接合部によっ
て得られるガスの容積変化によるポンピング式のマイク
ロポンプなどである。だが、これらの文献のどれ１つを
とっても、半導体ウエハのようなサンプルの処理におけ
る環境制御への適用を記載したり示唆したりしていな
い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、サン
プルの処理またはテストの複数の連続操作の間に必要で
あった、過渡的な環境の変更および適応ステップをなく
し、あるいは著しく減らすことによって、サンプルの処
理または使用条件にできるだけ近く制御された環境に、
サンプルを配置かつ保存できる装置を構成することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、使用ま
たは処理条件に最も近くサンプルを配置かつ保存しよう
とする。
【０００７】そのため、本発明によれば、制御された真
空下で個別のエンクロージャに個々にサンプルの搬送を
行うサンプル搬送ステップを含む、サンプルのテスト方
法または、エッチングおよび堆積によるサンプルの加工
方法を提案する。この方法により、サンプルが汚染され
る危険性を著しく低くできることが確認されている。
【０００８】好適には、個別のエンクロージャの寸法
は、搬送されるサンプルの寸法よりもわずかに大きく、
個別のエンクロージャに配置されたサンプルが、小容量
の環境で囲まれるようにして、小型環境を構成する。
【０００９】本発明は、特に上記の方法を実施するため
に、サンプルを囲む環境の制御装置を提案し、サンプル
を収容し、サンプルの周囲の小容量の内部環境により外
部環境からサンプルを隔離するように構成された気密の
個別のエンクロージャと、個別のエンクロージャに結合
され、個別のエンクロージャ内に制御された真空を発生
して維持し、電源に接続可能なマイクロポンプアレイ
と、個別のエンクロージャにサンプルを出し入れ可能な
搬送手段とを含む。
【００１０】このように規定された装置は、サンプルの
周囲に小型環境を構成し、サンプルが汚染される危険性
を著しく低くする。
【００１１】第１の実施形態によれば、個別のエンクロ
ージャおよびマイクロポンプアレイからなるアセンブリ
は、少なくとも一時的にマイクロポンプアレイを給電す
るための内部電源を含むポータブル自立アセンブリであ
る。かくして、加圧窒素の入ったコンテナで必要であっ
たような過渡的なガス抜き操作を必要とせずに、２つの
連続するワークステーションの間でサンプルを移動可能
である。
【００１２】別の実施形態によれば、個別のエンクロー
ジャおよびマイクロポンプアレイからなるアセンブリを
固定し、半導体製造設備の搬送チャンバを構成する。
【００１３】特にポータブル自立アセンブリを構成する
ために、有利な構成によれば、マイクロポンプアレイ
は、熱遷移作用により動作するマイクロポンプを含む。
熱遷移作用を得るための熱源は、電気抵抗もしくは、ペ
ルチエ効果をもつ接合部とすることができる。このよう
なマイクロポンプの長所は、可動部品を１つも含まない
ことにあり、どの部品も摩擦のために摩耗することがな
い。かくして高い信頼性が得られ、また摩擦による損失
がない。
【００１４】また、このようなマイクロポンプは、望ま
しくない粒子を環境に放出しない。
【００１５】しかしながら、代わりとして、マイクロメ
ンブレンを備えたマイクロポンプ、圧電効果を持つマイ
クロポンプ、あるいは、電気抵抗またはペルチエ効果接
合部によりガスの加熱を実施可能なガスの熱膨張効果に
よるマイクロポンプを使用してもよい。
【００１６】内部環境は、マイクロ温度センサ、マイク
ロ圧力センサ、およびガス分析器により制御可能であ
り、搭載されたマイクロコンピュータを介してマイクロ
ポンプアレイを制御する。
【００１７】本発明の他の目的、特徴および長所は、添
付図面に関してなされた、特定の実施形態の以下の説明
により明らかになるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】特に図２を参照すると、本発明に
よる小型環境の環境制御装置が、気密周辺壁２を備えた
個別のエンクロージャ１を含み、前記個別のエンクロー
ジャが、サンプル３を収容するように、また個別のエン
クロージャ１の内部でサンプル３の周囲の小容量４によ
り、外部環境からサンプルを隔離するように構成されて
いる。たとえば半導体基板ウエハの場合、周辺壁２は、
平らな平行六面体の内部チャンバを画定可能であり、そ
の寸法は、半導体基板ウエハの寸法よりもわずかに大き
い。
【００１９】個別のエンクロージャ１に結合されるマイ
クロポンプアレイ５は、個別のエンクロージャ１内に制
御された真空を発生および維持するように構成される。
マイクロポンプアレイ５は、電源に接続できる。
【００２０】搬送手段は、ドア６と、場合によっては駆
動される、両方向矢印２０で示されたように長手方向に
摺動する搬送プレート１９とにより示されており、個別
のエンクロージャ１にサンプル３を出し入れ可能にす
る。
【００２１】図２の実施形態では、個別のエンクロージ
ャ１およびマイクロポンプアレイ５から形成されるアセ
ンブリが、ポータブル自立アセンブリであり、マイクロ
ポンプアレイ５およびその制御装置を少なくとも一時的
に給電する内部電源７を含む。装置のアセンブリは、そ
のポータブル構成において、直径約２００〜５００ｍ
ｍ、厚さ約３０〜５０ｍｍになる。
【００２２】また、図２のこの実施形態では、装置がさ
らに、たとえばマイクロ温度センサ８、マイクロ圧力セ
ンサ９といったマイクロセンサと、ガス分析器１０とを
含み、個別のエンクロージャ１における環境を制御する
とともに、搭載マイクロコンピュータ１１を介してマイ
クロポンプアレイ５を制御する。マイクロコンピュータ
１１は、マイクロポンプ５の動作を制御して、個別のエ
ンクロージャ１内のサンプル３の周囲で環境を安定化す
るようにプログラムされる。
【００２３】図１に示された実施形態では、マイクロポ
ンプアレイ５が、熱遷移効果により作動するマイクロポ
ンプを含む。クヌーセン（Ｋｎｕｄｓｅｎ）により明ら
かにされた熱遷移効果によれば、２つの大きな容積が、
横断方向の寸法が非常に小さい管路によって接続され、
この管路の半径が分子の平均自由行程未満であり、２つ
の大きな容積が異なる温度に置かれるとき、容積間に圧
力差が発生する。従って、管路および容積が連続する場
合には、大気圧から高真空までの圧力差を発生すること
ができる。
【００２４】たとえば、図１では、小断面の管路１４に
よって接続される２個の連続するチャンバ１２、１３を
考慮し、第２のチャンバ１３の温度が第１のチャンバ１
２の温度よりも高く、たとえば第１のチャンバ１２が３
００゜Ｋで、第２のチャンバ１３が６００゜Ｋである
時、第２のチャンバ１３内の圧力は、第１のチャンバ１
２内の圧力よりも１．４倍大きい。圧力比は、２個のチ
ャンバ１２、１３の絶対温度の比の平方根にほぼ比例す
る。
【００２５】この効果は、管路１４の長さが短いが、２
個のチャンバ１２、１３の間の温度差を保持するのに十
分であるときにも生じる。
【００２６】複数の管路によって接続された複数のチャ
ンバを設けてもよい。
【００２７】かくして、マイクロポンプアレイ５は、管
路１４によって接続される一連のチャンバ１２、１３を
含み、管路の少なくとも横断方向の寸法が、マイクロポ
ンプ５に存在するガス分子の平均自由行程以下であるこ
とが有利である。また、ポンピング効果を発生するため
に、連続するチャンバ１２、１３の間に温度差を形成し
てこれを保持するための手段を備える。
【００２８】こうした複数のチャンバおよび管路は、マ
イクロ技術で通常使用されるマイクロ加工方法により基
板上に構成できる。その場合、マイクロポンプアレイの
ポンピング容量を著しく増加させて、数百ミリバール・
Ｌ／秒にも達しうるように、また公称シーケンスおよび
冗長性シーケンスを得るように、複数（数千）のシーケ
ンスがウエハ全体に実施される。また可動部品が１つも
ないことに留意することが重要である。
【００２９】このような熱遷移効果によるマイクロポン
プアレイ５では、ポンピング効果を発生するために、チ
ャンバ１２、１３のような連続するチャンバの間で温度
差を形成して保持することが必要である。
【００３０】図２に拡大して示したように、本発明によ
る熱遷移効果マイクロポンプアレイ５は、個別のエンク
ロージャ１の内部容量４に接続されるポンプ入口１５
と、大気圧に接続されるポンプ出口１６とを含むことが
できる。マイクロポンプアレイ５は、入口１５から低い
圧力のガスを受容し、出口１６から大気圧のガスを排気
する。
【００３１】管路１４のような各接続管路は、マイクロ
加工で実施しやすい長方形の横断面と、管路１４内にガ
ス分子が存在する条件において、このガス分子の平均自
由行程以下である少なくとも１つの寸法とを有する。
【００３２】ポンピング効果を発生するために、連続す
るチャンバ間で温度差を形成して保持するための手段
は、第２のチャンバ１３でガスを加熱するように配置さ
れた電気抵抗１７を含む。電気抵抗１７は有利には、第
２のチャンバ１３の入口付近に配置され、制御および調
整手段により給電される。
【００３３】また、温度差を形成して保持するための手
段は、たとえば連続するチャンバ１２、１３の入口付近
に収容されるペルチエ効果接合部を含む。
【００３４】チャンバ１２、１３および管路１４が構成
される基板は、好適にはシリコン、シリカ、ヒ化ガリウ
ム、炭化ケイ素といった半導体材料である。
【００３５】製造しやすさのために、長方形の横断面を
備えた管路が好ましく、その寸法の１つ、たとえば幅
は、およそ分子の平均自由行程以下である。
【００３６】個別のエンクロージャ１の外に吸い出され
たガスは、マイクロポンプアレイ５の内部の複数段を通
過する。チャンバおよび管路は、ガス圧が高まるにつれ
て寸法が小さくなるが、これは、ガス圧が高くなると分
子の平均自由行程が短くなるからである。このような熱
遷移効果のマイクロポンプで使用される一般的な寸法
は、数百ミクロンから１ミクロン以下である。
【００３７】排気されるガス圧が大気圧に近づくと、チ
ャンバおよび管路が非常に小型化することによる製造の
複雑性を回避するために、有利には、少なくとも１つの
第１の熱遷移効果マイクロポンプ段と、少なくとも１つ
の第２の圧電効果マイクロポンプ段とを直列に含むマイ
クロポンプアレイ５を構成可能である。
【００３８】本発明による装置の考えられる用途を図３
に示した。
【００３９】この用途では、個別のエンクロージャ１を
平らな平行六面体のケースとして示し、図にサンプル３
およびドア装置６を示した。個別のエンクロージャ１
は、サンプル３の寸法に応じてカセットサイズにし、た
とえば直径約２００〜５００ｍｍ、厚さ約３０〜５０ｍ
ｍにすることができる。
【００４０】サンプル３を含む個別のエンクロージャ１
は、ワークステーション１８まで手で簡単に移動可能で
あり、ワークステーションで、サンプル３は、個別のエ
ンクロージャ１と同じ圧力で保持されながら個別のエン
クロージャ１から引き出され、たとえば、半導体製造用
のエッチングまたは真空蒸着ステップが行われる。
【００４１】本発明による装置の別の応用例は、衛星用
のオンボード光学システム検知器のカプセル封入にあ
り、軌道に乗せる前の特定制御テスト中に、湿気や他の
汚染物質からこの検知器を保護するものである。
【００４２】本発明は、記載された実施形態に制限され
るものではなく、当業者が理解する様々な変形実施形態
や一般実施形態を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により使用可能な熱遷移マイクロポンプ
アレイの構造の概略的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態による環境管理装置の概略的
な断面図である。
【図３】本発明による環境制御装置を、実施形態として
半導体製造用のポータブル装置に使用するところを示す
図である。
【符号の説明】
１ 個別のエンクロージャ ２ 周辺壁 ３ サンプル ４ 小容量 ５ マイクロポンプアレイ ６ ドア ７ 内部電源 １０ ガス分析器 １２、１３ チャンバ １４ 管路 １９ 搬送プレート

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制御された真空下で個別のエンクロージ
    ャに個々にサンプルの搬送を行うサンプル搬送ステップ
    を含む、サンプルのテスト方法または、エッチングおよ
    び堆積によるサンプルの加工方法。
  2. 【請求項２】 サンプル（３）を収容し、サンプル
    （３）の周囲の小容量の内部環境（４）により外部環境
    からサンプル（３）を隔離するよう構成された気密の個
    別のエンクロージャ（１）と、 個別のエンクロージャ（１）に結合され、個別のエンク
    ロージャ（１）内に制御された真空を発生して維持し、
    電源に接続可能なマイクロポンプアレイ（５）と、 個別のエンクロージャ（１）にサンプル（３）を出し入
    れ可能な搬送手段（６、１９）とを含む、サンプル
    （３）を囲む環境の制御装置。
  3. 【請求項３】 個別のエンクロージャ（１）およびマイ
    クロポンプアレイ（５）からなるアセンブリが、少なく
    とも一時的にマイクロポンプアレイ（５）を給電するた
    めの内部電源（７）を含むポータブル自立アセンブリで
    あることを特徴とする請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 個別のエンクロージャ（１）およびマイ
    クロポンプアレイ（５）からなるアセンブリが固定さ
    れ、半導体製造設備の搬送チャンバを構成することを特
    徴とする請求項２に記載の装置。
  5. 【請求項５】 マイクロポンプアレイ（５）が、熱遷移
    作用により作動するマイクロポンプを含むことを特徴と
    する請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
  6. 【請求項６】 マイクロポンプアレイ（５）が、管路
    （１４）により接続された一連のチャンバ（１２、１
    ３）を含み、管路の少なくとも横断方向の寸法が、マイ
    クロポンプ（５）内に存在するガス分子の平均自由行程
    以下であり、また、ポンピング作用を発生するために、
    連続するチャンバ（１２、１３）間に温度差を形成して
    保持する手段を含むことを特徴とする請求項５に記載の
    装置。
  7. 【請求項７】 連続するチャンバ（１２、１３）間に温
    度差を形成して保持する手段が、２個の連続するチャン
    バの二番目のチャンバ（１３）の入り口付近に配置され
    る電気抵抗（１７）を含むことを特徴とする請求項６に
    記載の装置。
  8. 【請求項８】 連続するチャンバ（１２、１３）間に温
    度差を形成して保持する手段が、連続するチャンバ（１
    ２、１３）の入り口付近に収容されるペルチエ効果接合
    部を含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
  9. 【請求項９】 マイクロポンプアレイ（５）が、マイク
    ロメンブレンを備えたマイクロポンプを含むことを特徴
    とする請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 マイクロポンプアレイ（５）が、圧電
    効果マイクロポンプを含むことを特徴とする請求項２か
    ら４のいずれか一項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 マイクロポンプアレイ（５）が、少な
    くとも１つの第１の熱遷移作用マイクロポンプ段と、少
    なくとも１つの第２の圧電効果マイクロポンプ段とを含
    むことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記
    載の装置。
  12. 【請求項１２】 マイクロ温度センサ（８）、マイクロ
    圧力センサ（９）およびガス分析器（１０）をさらに含
    み、個別のエンクロージャ（１）の環境を制御するとと
    もに、搭載されたマイクロコンピュータ（１１）を介し
    てマイクロポンプアレイ（５）を制御可能にすることを
    特徴とする請求項２から１１のいずれか一項に記載の装
    置。
JP2000374250A 1999-12-09 2000-12-08 小型環境の制御システムおよび方法 Ceased JP2001223263A (ja)

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