JP2001298068A - 局所清浄化法及び局所清浄化加工処理装置 - Google Patents

局所清浄化法及び局所清浄化加工処理装置

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JP2001298068A
JP2001298068A JP2000116567A JP2000116567A JP2001298068A JP 2001298068 A JP2001298068 A JP 2001298068A JP 2000116567 A JP2000116567 A JP 2000116567A JP 2000116567 A JP2000116567 A JP 2000116567A JP 2001298068 A JP2001298068 A JP 2001298068A
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Shiro Hara
史朗 原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外界を清浄化することなく、清浄度を必要と
する半製品を加工処理装置と密閉容器との間で搬送する
際、これらの雰囲気の清浄化を保持すること。 【解決手段】 加工処理装置に設けられたエアロック機
構に搬送密閉容器が接続されると、エアロック機構の空
間は、クリーンルームなどの外界から遮断される。その
後、エアロック空間は、真空排気ないしガスパージによ
り、汚染された外界雰囲気を除去する。この作業の後
に、エアロック空間と搬送容器およびエアロック空間と
加工処理装置との間の扉をそれぞれ開ける。この後、容
器と加工処理装置の間で半製品の受け渡しを行う。この
間密閉装置と加工処理装置とは清浄度が維持されてい
る。クリーンルーム内にエアロック機構、加工処理装置
を設置しなくても、半製品の清浄度は十分維持される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、搬送及び加工に際
して清浄化雰囲気を必要とする半導体デバイスなどに代
表される素子や精密機器などの工業製品を加工処理する
加工処理装置に搬送して、工業製品を加工処理するため
の局所清浄化法及び局所清浄化加工処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、清浄化を必要とする工業製品の製
造においては、クリーンルームを利用する方法がとられ
てきた。従来方式のクリーンルームでは、清浄度のクラ
ス 定義で100(0.1μm,/ft3)を境に、それより清浄度が
高い場合はダウンフロー方式(laminar型)（図９参照）
を、それより清浄度が低くて良い大変古い形式のクリー
ンルームでは、乱流方式(turbulent型)を使用していた
[参考文献： "ULSI TECHNOLOGY," eds. C. Y. Chang a
nd S. M. Sze, chap. 1: "Cleanroom Technology" (McG
raw-Hill, 1996, ISBN 0-07-063062-3).]。
【０００３】より高い清浄度が必要とされるハイテク製
品の製造では、その搬送及び加工における雰囲気の清浄
度を向上する必要がある。ダウンフロー型のクリーンル
ームは、クリーンルーム内で発生したパーティクルを即
座に床下に排気して、清浄度を向上させる利点がある。
すでに、１９８０年代から、ほとんどの半導体工場で
は、ダウンフロー方式を採用している。
【０００４】図９はダウンフロー式クリーンルーム例を
示している。１１は温調・清浄ユニット、１２は送風
機、１３は汚染エアの方向、１４は回収エアの方向、１
５は清浄エアの方向、１６は天井室、１７は作業室（清
浄室）、１８は床室室を表している。斜線部分がクラス
１（0.1?m, /ft3)の清浄度が要求される領域を表してい
る。
【０００５】しかし、この方式では、床下にもう一つ排
気のための大規模な部屋を作る必要があり、クリーンル
ームの高コストの最大要因となっている。工場の主要部
分は、クラス1(0.1?m, /ft 3)の清浄度が要求されている
ので、工場建設コスト（３階構造）と清浄度を保つため
の電力・フィルター費、清掃コスト、装置コスト、およ
び人的教育コストは膨大なものになる。
【０００６】そのような新しい問題に対して、局所的に
製品の雰囲気だけをクリーン化するさまざまな工夫が考
えられるようになってきた。その代表例は、半導体ウェ
ハを搬送するSMIF(Standard Mechanical InterFace)タ
イプやFOUP(Front Opening Unified Pod)タイプと呼ば
れている不完全密閉型のウェハ容器である。これらの容
器では、クリーンルームの清浄度維持を向上させなくて
も、ウェハ雰囲気が清浄に保持できるとされていた。
【０００７】図１０は、半製品を収納した密閉型ウェハ
容器を用いて半製品を加工処理装置に搬送する従来例を
模式的に示している。図１０中、１ａはリーク対策を施
していない従来の不完全密閉型容器、２は不完全密閉型
容器１ａに収納されたウェハ等の半製品、３は搬送され
た半製品を加工処理する加工処理装置、４は不完全密閉
型容器１ａを加工処理装置３に連結した際、両者の連結
部分に作られる空間、５，６は扉（シャッタ）を表して
いる。不完全密閉型容器１ａ及び加工処理装置３は汚染
雰囲気に囲まれている。
【０００８】ステップＳ１は、不完全密閉容器１ａを加
工処理装置３に連結する前の状態で、不完全密閉容器１
ａ内および加工処理装置３内部はそれぞれ清浄状態に保
持されている。ステップＳ２で、不完全密閉容器１ａを
加工処理装置３に連結する。両者の連結部分の空間４は
汚染雰囲気になってしまう。ステップＳ３で、半製品２
を加工処理装置３に搬送するために、不完全密閉容器１
ａ、加工処理装置の扉５，６を開放すると、両者の連結
部分における空間４内の汚染雰囲気は、不完全密閉容器
１ａと加工処理装置３内の両方に侵入してしまう。
【０００９】不完全密閉容器１ａをクリーンルーム内に
搬送し加工処理装置３に連結する場合でも、重大な問題
を発生する。それは、不完全密閉型容器１ａ外部の清浄
度がクリーンルームの清浄度に依存しているので、不完
全密閉型容器１ａを加工処理装置３に接続する時に、そ
の接続部に必然的にできる空間４の清浄度がクリーンル
ーム雰囲気と同じになり、その汚染雰囲気が扉５，６の
開閉によって不完全密閉型容器１ａや加工処理装置３内
に入り込んでしまうということである。従って、図１０
の搬送方法では、加工処理装置３内の雰囲気はクリーン
ルームの清浄度に比例することになるので、クリーンル
ームの清浄度の向上による負担を軽減して、半製品２の
製造対価を下げるには限界があり、あまり効果的な方法
とはいえない。
【００１０】実際、SMIFシステムの最初の特許である米
国特許第４５３２９７０号明細書とその関連特許米国特
許４５３４３８９号明細書の技術では、搬送システムと
製造装置との間に生じる連結部の空間については、何も
記載されておらず、その空間内に汚染が存在する重要性
については見逃されていた。現に、最初の米国特許第４
５３４３８９号明細書には、「SMIFシステムの様々な部
分は機械的に連結され、その連結部分は、パーティクル
フリーでドッキング可能な扉を用いて、空気遮断（エア
ロック）する必要がないようになっている。（ The var
ious pieces of the system are mechanically interfa
ced without the need of an air-lock bymeans of uni
que particle-free dockable doors which……）」
(第１頁第２欄第４行〜第９行）と記載されている。こ
れは、連結部分の空間を無視しても完全パーティクルフ
リー搬送が可能と思われたからである。
【００１１】実際には、その僅かな空間が、例えば１リ
ットルの空間で、清浄度のクラス表示でクラス 1,000
(0.1μm, /ft３)の汚染雰囲気であれば、その空間に存
在するパーティクル数は約30個にもなる。これらはウェ
ハに付着して製造されたデバイスの動作と製造歩留まり
に深刻な影響を与える。また、図１０の搬送方式では、
ウェハを周囲の有害ガスから隔離することは原理的に不
可能である。
【００１２】また、SMIFシステムでは、SMIF容器と加工
処理装置は、機械的な連結を前提としており、その連結
部分からのリークに対する処置は全くなされていない。
具体的には、オーリングを連結部分に使うことが定義さ
れていない。これは、その次の世代の容器であるFOUP容
器においても同様である。さらに、蓋をした際の容器自
体のリークについても、リーク対策がとられておらず、
外界とのパーティクルの出入りを完全に遮断するには至
っていない上、圧力差が内外で生じた場合には、必ずパ
ーティクルリークやガスリークを発生する構造となって
いる。FOUP容器の場合は、意図的に外界とのやりとりを
するために、パーティクルフィルタが備え付けられてお
り、ガスリークに対しては原理的に無防備な規格となっ
ている。以上のように、従来の容器においては、パーテ
ィクルリークとガスリークに対して完全密閉型と呼べる
ものではない。本明細書では、正確な定義として、見か
け上の密閉型として試料全体を覆う容器を使用したリー
ク対策を施していない従来の容器を不完全密閉容器と呼
ぶ。
【００１３】この問題点に対して、ミニエンバイロンメ
ント（Minienvironment）と呼ばれる局所クリーンな空
間を、加工処理装置の前に容器接続ポートを覆うように
して設置する方式が最近開発されている。図１１は、ミ
ニエンバイロンメント方式を使用した搬送方式を模式的
に示している。図１１中、７は加工処理装置３に付設さ
れたミニエンバイロンメント装置を表している。
【００１４】ステップＳ１のSMIF容器などの不完全密閉
型容器１ａと加工処理装置３との連結前では、不完全密
閉型容器１ａ内および加工処理装置３内部は清浄状態に
保持されている。ステップＳ２で、不完全密閉型容器１
ａをミニエンバイロンメント装置７内に収納する。これ
によりミニエンバイロンメント装置７内は汚染雰囲気で
満たされる。ステップＳ３で、ミニエンバイロンメント
装置７内の汚染雰囲気をパージすることにより、ミニエ
ンバイロンメント装置７内は清浄雰囲気に戻る。ステッ
プＳ４で、不完全密閉型容器１ａをミニエンバイロンメ
ント装置７に連結する。ステップＳ５で、連結部分の空
間４が清浄雰囲気になると、扉５，６を開けて、例え
ば、図中点線で示された経路で半製品２を加工処理装置
３内に搬送する。この一連の操作にわたって不完全密閉
容器１ａと加工処理装置３内は清浄に保たれる。なお、
本明細書で同じ参照符号を付したものは同じもの、又は
相当するものを表している。
【００１５】図１１のようなミニエンバイロンメント方
式は、清浄度の高くない安価ないし旧式のクリーンルー
ムにおいて、半製品を加工処理装置３に搬送する場合
に、効果を発揮する。上記のミニエンバイロンメント方
式に対しても、大きな問題が伴う。一つは、不完全密閉
容器１ａ全体を覆うようにミニエンバイロメント空間を
必要とするため、加工処理装置のサイズが大変大きくな
る。通常市販のミニエンバイロンメントシステムは、高
さ3m×幅1.5m ×奥行き2mほどの大きさにもなる。この
ことから、設置面積、容積の点で大変な欠点を有してい
る。また、それだけの大きな空間を窒素（又はアルゴ
ン）パージ(purge)やフィルタを通した空気でパージす
るので、清浄化するための時間とパージコストがミニエ
ンバイロンメント空間に比例して大きくなるという課題
がある。さらには、そのような大がかりな装置になるた
め、装置全体のコストが大変大きい。
【００１６】また、ミニエンバイロンメント方式は、パ
ーティクル除去のために開発された方式であり、パーテ
ィクルではなく、より性能の良いリーク耐性が求められ
る有害ガス分子に対しては、留意された構造とはなって
いない。また、ミニエンバイロンメント方式では、通常
クリーンルーム大気をパーティクルフィルタを通してミ
ニエンバイロンメント装置内部に送り込む。従って、ウ
ェハは、酸素や有害ケミカルガスから何ら保護されてい
ない。
【００１７】以上のように、これまでクリーンルームの
欠点を補ういくつかの局所クリーン化の方式が開発され
てきたが、上記のように従来技術には欠点が大きく、実
際にクリーンルームそのものの概念を変えるほど大きな
利点とはなっていない。
【００１８】次に、本発明に関連した特許出願例として
は、特開平１−２５８４１２号公報の特許出願がある。
この特許出願においては、密閉型容器と加工処理装置の
処理室との間の密閉空間に、処理対象物搬送手段（つま
りウェハ搬送装置などのこと）を設けるものであり、そ
の公開公報の第1図に示されているように密閉型容器
（密閉型ウェハカセット）のサイズに較べ、搬送装置を
設けたことにより、処理対象物授受室の容積サイズは、
数百倍から数千倍になるという問題がある。この特許出
願の技術は、上述のクリーンルームの概念からいえば、
ミニエンバイロンメントの範疇に入る。このような方式
では、その大きな容積サイズから、パージガスを大量に
使用する必要があり、コストがかかる窒素パージは現実
には不可能といえる。現にこの特許出願では、処理対象
物授受室の清浄化は空気で行うと規定している。
【００１９】また、処理対象物授受室内に処理対象物の
受渡機構を設けると、さまざまな処理室に対応した個別
の機能を有する受渡機構を開発する必要があり、この方
式は本来的に高コストになってしまう。ミニエンバイロ
ンメント方式としては、この他に、特開平７−２２１１
７０号公報の特許出願あるが、やはりかなり大がかりな
空間を占有する方式である。
【００２０】別の特許出願例としては、特開平１０−５
６０５０号公報の特許出願がある。この特許出願では、
前述のSMIFシステムが一般化している現状をふまえ、SM
IFシステムにおけるメカニカルシールの保持力が弱い欠
点を真空チャック式シールで改良するための工夫がなさ
れている。この公開公報中で、真空チャックを実現する
ことを目的とした真空排気方式の構造が記載されている
が、この特許出願はあくまでシール保持力改善のための
工夫が特許出願の対象であって、真空チャックシールを
装着していることと真空排気可能な搬送容器であること
の２点を特許請求の範囲として限定請求している。ま
た、この工夫をクリーンルームのコスト低減に利用でき
ることについては特許請求の範囲に記載されていない。
従って、この特許出願は、SMIFシステムの改良特許出願
ということができる。
【００２１】さらに、同じ発明者らによる特開平７−２
３５５８０号公報の特許出願には、真空排気を前提とし
て密閉容器の扉を加工処理装置内に取り込む技術につい
て記載されている。この特許出願も、SMIFシステムの具
体的な改良方法を示したもので、それがクリーンルーム
のコストダウンにつながる構成については記載されてい
ない。
【００２２】また、本発明に直接の関係を有しないが、
エアロック方式を使用した特許出願として、特開平９−
１６７７２５号公報、特開平１０−４１５１３号公報、
特開平１０−１７３１２７号公報など特許出願がある。
特開平９−１６７７２５号公報の特許出願は、エアロッ
ク室内のパーティクルを具体的に除去する方法における
静電気対策にについての特許出願であり、本発明とは目
的、効果が相違している。また、後の二つの特許出願
は、いわゆる真空一貫システム（加工処理装置をすべて
物理的に接続して原則的に内部を全て真空とし、その間
を半導体ウェハが移動するシステム）の入り口部分にエ
アロック室を設ける方式であって、離れた場所にある加
工装置間を半製品を搬送する本発明とは本質的に異なる
技術に関する特許出願である。なお、真空一貫システム
については、洗浄などの液体処理プロセスにおいて真空
化することは困難であり、また全ての装置をステンレス
槽で覆う必要があって、コストが現実ばなれしたものと
なってしまうため、これまで販売を目的とした生産設備
として一切実現した例はない。
【００２３】以上のように、従来の特許出願において
は、それぞれ部分的なクリーン容器の改良や、クリーン
ルームの補助的な工夫に関する特許出願がなされている
が、クリーン製造方式を全面革新するための技術につい
ては特許出願されていない現状である。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の不完
全密閉型容器単独使用方式の欠点である加工処理装置と
不完全密閉型容器の間での製品搬送時に発生する、製品
のクリーンルームの汚染雰囲気への暴露問題を解決する
ことが第一の課題である。この課題は、電子デバイスお
よび清浄化技術に関わる精密製品の産業全体に波及する
ので、波及効果及び有効性からみても期待されている。
【００２５】また、不完全密閉型容器にミニエンバイロ
ンメント装置を付加した方式の欠点である、その装置の
大きさの欠点、長いパージ時間、および装置導入による
コスト高の問題を解決するのが第二の課題である。これ
らの問題が解決されれば、クリーンルームのコストを大
幅に低下すことが可能になり、更に、クリーンルームを
一切利用しない雰囲気でウェハ等の加工処理が可能にな
り、そこで作製されるあらゆる工業製品のコストを劇的
に低減することが可能となる。クリーンルームは最先端
製造技術の重要な要素技術であるが、そのような重大な
要素技術を第一の技術課題を解決することによって革新
する方式自体を提供することに大きな有効性があると期
待されている。
【００２６】
【課題を解決するための手段】上記二つの課題を解決す
るための手段として、エアロック機構を密閉型容器と密
閉装置を連結する加工処理装置との間に設ける。このエ
アロック機構には、真空排気ないしガスパージ機構を設
ける。これにより、エアロック空間に入り込んだクリー
ンルームの汚染雰囲気が除去できる。ウェハなど製品の
搬送は、雰囲気の清浄化後に行うので、製品は一切外部
からの汚染雰囲気を被らないで済ますことができる。ま
た、エアロック機構は、容器全体を覆うような体積を必
要としないので、装置は大変小さく作製でき、第二の課
題であるコストの問題を解決し、クリーン化技術のあり
方自体を革新することができる。この局所浄化法ではク
リーンルームの清浄化を向上させなくても、ウェハの雰
囲気を十分清浄化することができる。
【００２７】また、本発明は、密閉構造を有する半製品
搬送装置内の半製品を加工処理装置の加工室に搬入する
際、エアロック機構は半製品搬送装置が直接連結された
ときに機構内雰囲気を真空排気またはガスパージし、エ
アロック機構内の清浄度を加工装置内と同じに清浄化し
た後に、半製品搬送装置内の半製品をエアロック機構を
通して加工処理室に搬入する局所清浄化法を提供する。
【００２８】さらに、本発明は、密閉構造を有する半製
品搬送装置内の半製品を加工処理装置から半製品搬送装
置内へ搬出する際、半製品搬送装置をエアロック機構に
直接連結されたときに機構内の雰囲気を真空排気または
ガスパージし、エアロック機構内の清浄度を加工処理装
置内と同じに清浄化した後に、加工処理室内の半製品を
エアロック機構を通して半製品搬送装置内へ搬出する局
所清浄化法を提供する。
【００２９】さらに又、本発明は、半製品搬送装置とエ
アロック機構とを連結する際生じる連結空間内の外気の
パーティクルとガス分子とを排除するエアロック機構を
加工処理装置の連結側に具備する局所清浄化加工処理装
置を提供する。この際、エアロック機構は真空排気また
はガスパージ機能を具備すると良い。
【００３０】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１〜図８によ
り説明する。図１は、本発明のエアロック機構による半
製品を搬送する方法を模式的に示している。図１中、１
は完全密閉容器（以下、単に密閉型容器）、８はエアロ
ック機構を有するエアロック室、９はエアロック室の連
結側の扉、１０はガス排気パイプを表している。密閉型
容器１、加工処理装置３及びエアロック室８の周囲は汚
染雰囲気で囲まれている。
【００３１】ステップＳ１で、密閉型容器１を連結する
加工処理装置３のエアロック室８の連結側に搬送する。
このとき、密閉容器１内および加工処理装置３内部は清
浄状態に保たれている。ステップＳ２で、密閉容器１を
エアロック機構８に連結する。連結部分の空間４は外界
雰囲気で汚染されている。ステップＳ３で、エアロック
機構の連結側扉９を開状態にする。このとき、エアロッ
ク室（エアロック機構内空間）８も汚染される。ステッ
プＳ４で、エアロック室８内の汚染雰囲気を排気ないし
パージする。連結部分の空間４およびエアロック室８内
は清浄雰囲気に回復する。ステップＳ５で、密閉型容器
１の扉（シャッタ）５及び加工処理装置の扉（シャッ
タ）６が開放され、半製品２は加工処理装置３内に搬送
される。この一連の操作ステップにおいて、このような
密閉型容器１-エアロック室８-加工処理装置３をつなげ
る局所クリーン空間では、搬送時、外界からの汚染は遮
断されている。
【００３２】図１の実施例では、エアロック空間を普段
密閉するよう扉（シャッタ）９を設けて、清浄度を保っ
ているが、コストダウンや搬送時間を優先する場合に
は、エアロック室の扉９を初めから設けない方法でも、
密閉型容器を接続した後派生するエアロック空間をパー
ジないし真空排気すれば、扉を付けている場合と、原理
的には同じ効果を奏することができる。
【００３３】このとき、加工処理装置３と搬送用の密閉
型容器１との間に設けたエアロック室８内の空間（以
下、エアロック空間）は、密閉型容器が加工処理装置３
に連結されていない場合においては、外界雰囲気にさら
される。搬送用の密閉型容器１がエアロック空間に連結
されると、エアロック空間は、クリーンルームなどの外
界雰囲気から遮断され、密閉空間を造る。その後、エア
ロック空間は、真空排気ないしガスパージにより、汚染
された外界雰囲気を除去する。この後のステップＳ５
で、エアロック空間と搬送容器１との及びエアロック空
間８と加工処理装置３との間の二つの扉５，６を開け
る。この後、密閉容器１と加工処理装置３の間で半製品
２の受け渡しを行う。別の手順として、二つの扉のうち
片方だけあけて、エアロック空間に一旦半製品を移動し
ておく、逐次開閉する手順も可能である。
【００３４】加工処理装置３で加工処理された半製品２
を別の加工処理装置で加工処理するために搬出する場合
について簡単に説明する。半製品を搬出するための半製
品搬送装置を加工処理装置３のエアロック機構に直接連
結し、連結された時に生じる機構内（エアロック空間）
の雰囲気を真空排気またはガスパージし、エアロック機
構内の清浄度を加工処理装置内と同じにした後、図１の
扉５，６，９を開放し、密閉型容器１内に半製品２を、
例えば図中の点線の経路で搬出する。その後扉５，６，
９を閉鎖して、密閉型容器１を次の加工処理工程の加工
処理装置に移動させる。
【００３５】エアロック空間は、大変小さく設計・製作
できるので、真空排気やガスパージに係る時間とコスト
は大幅に低減される。エアロック空間の大きさをV [lit
er]とした場合、単位時間あたりの流入パージガス量をS
[liter/min]とすると、V=St（tは時間[min])となる時
間で、ちょうど体積分のガスを導入したことになる。こ
のとき、導入パージガスが、初めにあった汚染気体と完
全に分子レベルで混合する状態になっていた場合、V=St
になる時間tにおいて、パーティクルや汚染ガス分子
は、初めの汚染物濃度をN0として、N/2まで低減され
る。分子レベルでの完全混合が行われていない場合は、
汚染物の排気はN/2よりももっと速くなる。この状態を
式で表すと、次の（１）式となる。
【数１】
【００３６】この（１）式によれば、たとえば、１０回
分入れ替えに係る時間t =10V/S [min]では、N=N0/102
4，２０回分入れ替え時間に対して、N<N0/106 に低減で
きる。そこでの消費パージガスは、２０回分入れ替えで
10V [liter]、２０回分入れ替えで20V [liter]ですむ。
排気の場合は、汚染雰囲気はそのまま排出されるので、
これよりもずっと速く低減できる。
【００３７】図２は、本発明の密閉型容器搬送方式と従
来の不完全（又は単純）密閉容器搬送方式との原理を対
比した図面を示している。本発明では、必ずしもクリー
ンルームを必要としないので、全請求項に係る発明は、
本来的には清浄化におけるクリーンルーム概念の外にあ
り、また、本発明を用いて生産される製品および製造方
式は、従来のクリーンルーム内での製品および製造方式
と明らかに異なる。
【００３８】さらには、これまで提唱され、商品化され
ているミニエンバイロンメント方式は、クリーンルーム
の補助的手段であり、本発明とは別の範疇に位置づけら
れる。さらに、これまでクリーンルーム内でウェハ搬送
に用いられてきた前出のSMIFとFOUPシステムは、クリー
ンルーム内での使用を前提とするシステムであることか
ら、本発明の密閉型容器のシステムとは異なる。その不
完全密閉容器、ミニエンバイロンメント方式とその装置
は、クリーンルームを前提とするものである。本発明で
は、クリーンルームを前提とする必要はないので、これ
ら従来の方式とは全く異なる新しい方式であるといえ
る。
【００３９】また、本発明をクリーンルームと併用した
場合には、性能が悪いクリーンルームでも、同じ清浄度
環境を得ることができる。例えば、本発明の方式を利用
すると、ダウンフロー方式を用いない乱流方式のクリー
ンルームでも、旧来のダウンフロー方式クリーンルーム
内と同等の清浄度が搬送方式において実現でき、工場コ
ストと製品コストを大幅に低減できる。
【００４０】図３は、乱流型クリーンルームにおいて本
発明の搬送方式を適用した例を示している。図３中、１
９は温調ユニット、２０は送風・清浄化ユニットを表し
ている。斜線部分はクラス１(0.1μm, /ft３)・酸素濃
度低減（＜10ppm）に保持される領域である。
【００４１】作業室の下の階（図９の１８参照）が不必
要になり、建設コストがそれだけで大幅に低減される。
さらに、図３に示されるように、本発明による搬送方式
では半製品雰囲気だけをクラス1(0.1μm, /ft３)にすれ
ば良く、人間作業環境は、ずっと低い清浄度ですますこ
とができるので、電力・フィルター費、清掃コスト、装
置コスト、および人的教育コストは劇的に縮小される。
さらには、半製品雰囲気環境を人間作業環境と分離する
ことにより、はじめて半製品環境での酸素濃度の低減が
可能となる（図３の斜線の領域参照）。これは製造技術
全般にとって革新的意味をもっている。一貫した酸素低
減環境での製品製造の効果は、今後ありとあらゆる分野
への応用が期待される。
【００４２】図４に、エアロック機構を備えた、局所ク
リーンシステムの実施例を示す。加工処理装置に対応す
る本室（加工処理室）３への半製品導入口には、エアロ
ック機構を備えた部屋（エアロック室）８が装着されて
いる。主室３とエアロック機構には、それぞれ、窒素導
入ポート２１と排気用ポート２２、それに酸素濃度計２
３、微差圧計２４、およびパーティクルカウンタ２５が
備えられている。主室３の排気ポート２２および窒素導
入ポート２１は、必ずしも必要ではないが、実施例のた
めの実験の利便性から備えられている。また、搬送容器
は密閉型のものであり、圧力調整などのためのフィルタ
ーなどはつけていない。これにより、パーティクルだけ
でなく、不必要なガス分子も遮断できる。搬送密閉型容
器１は、エアロック機構とガス洩れなどの起こらないよ
う、ゴム製リングで外界からシールされる。主室３およ
びエアロック室８の容積は、それぞれ108literと5.8lit
erである。これだけの単純な装置で、本発明は実現す
る。
【００４３】図５に本発明によるパーティクル除去効果
を示す。図５では、外界の清浄度が、約クラス1,000,00
0(0.1?m, /ft3)程度の初期状態でエアロック室を解放し
ておき、エアロック室の扉閉鎖直後に窒素パージを始め
てからのパーティクルカウントの低減状況を示してい
る。窒素パージ開始約3分後には、全くパーティクルは
カウントされなくなった。このカウントが検出されない
状態は、観測している1時間以上の間ずっと連続して続
いた。0.1?mで全くカウントされない状態が続くこと
は、クラス 1 (0.1?m, /m3)よりもずっと良い状態であ
ることを示している。また、全ての観測されたパーティ
クル濃度は、(1)式のモデル曲線よりも速く低減してお
り、このことは、気体の完全混合が起こらず、それより
も速く気体が排出されていることを示している。パージ
に必要としたガス量は、約60literである。重要なこと
は、窒素パージの効果が飽和した時点で主室とエアロッ
ク室の間の扉を解放しても、主室では全くパーティクル
は検出されず、大変高い清浄度を保ち続けたことであ
る。
【００４４】以上の結果から、本実施例においては、パ
ーティクルの除去率は、106以上であることが示され
た。このことは、通常の外気は、クラス 100,000,000
(0.1μm,/ft３)程度であるから、クリーンルームを使わ
ない場合でも、本閉環境内部は、クラス 1(0.1μm, /ft
３)程度を実現できることを示している。また、本実施
例は、現にクラス 1,000,000,000(0.1μm, /ft３)程度
の乱流方式クリーンルーム内において行われた。このこ
とは、乱流方式というダウンフロー式よりもずっとロー
コストの雰囲気内において、クラス1(0.1μm, /ft３)以
下が簡単に達成できることを実証したことになる。さら
に、本発明を利用すれば、クラス100(0.1μm, /ft３)以
下のダウンフロー方式においては、クラス1(0.1μm, /f
t３)以下の清浄度の確保がより簡易なクリーンルームシ
ステムにおいて達成できる。
【００４５】本発明によるガス分子除去効果を図６に示
す。外界やクリーンルーム内では、パーティクルだけで
なく、半製品にとって有害なさまざまなガス分子が存在
している。本発明のエアロックシステムでは、全系にわ
たって完全密閉を行うため、このようなガス分子の制御
も可能である。図６では、図５と同じ条件の外界の清浄
度が、約クラス1,000,000(0.１?m, /ft3)程度の初期状
態でエアロック室を解放しておき、エアロック室の扉閉
鎖直後に窒素パージを始めてからの酸素分子の低減の様
子を示している。窒素パージ開始約5分後には、約5桁の
酸素濃度の低減が実現された。(1)式で示される完全な
分子混合のモデルよりも酸素分子濃度が速く低減してい
ることから、混合は完全ではなく気体はより速く排出さ
れていることがわかる。なお、5分程度の時間におい
て、(1)式と実測データが重なってきて、実測値が飽和
したのは、本実施例の装置性能がリークの観点から5桁
の性能を有することを示している。重要なことは、窒素
パージの効果が飽和した時点で主室とエアロック室の間
の扉を解放しても、主室内では、扉を明ける前の酸素濃
度2ppmと全く変化を生じなかったことである。
【００４６】水分に関しても、パーティクルや酸素分子
と同様に除去することができる。外界の相対湿度が50%
の初期状態でエアロック室を解放しておき、その後エア
ロック室の扉閉鎖直後に窒素パージを始めると、はやり
水分濃度は低下する。本実施例の装置においては、相対
湿度0.35%まで低減することができた。この値は、約13P
a程度の水分圧に対応する。重要なことは、窒素パージ
の効果が飽和した時点で主室とエアロック室の間の扉を
解放しても、主室内では、扉を明ける前の水分濃度2ppm
と全く変化を生じなかったことである。
【００４７】図７は半導体ウェハを搬送するための密閉
容器１と加工装置３の製作例を示している。図７中、２
６は密閉型容器本体、２７は導入台、２８はパージガス
導入パイプを表している。加工装置３のウェハ導入部に
エアロック機構８ａが備えられていることである。エア
ロック機構８ａには、パージガス導入ライン２８と排気
用ライン（図では隠れている。）が接続されている。密
閉型搬送容器１はエアロック室に自重がかからない状態
で接続されるよう、導入台２６が設置されている。
【００４８】図８（ａ）に、密閉容器１とエアロック機
構の詳細を示す。この実施例ではエアロック室（エアロ
ック空間）の連結側扉９を初めから設けていない例であ
る。図８中、８ａはエアロック機構、３２は容器蓋、３
３は蓋固定棒、３４は蓋開閉鍵穴、３５容器密閉シー
ル、３６は接続部密閉用シール、３７はパージガス供給
ライン、３８は排気ライン、３９は密閉シール、４０は
蓋開閉蓋兼蓋引抜き棒を表している。密閉容器本体２６
には、密閉のための容器蓋３２が蓋固定棒３２で取り付
けられている。加工装置側にはエアロック機構８ａが備
えられているが、コストダウンと操作の簡易化のため
に、エアロック機構８ａには蓋を用いない。
【００４９】図８（ｂ）は密閉型容器１をエアロック機
構８ａに接続した状態を示している。図８（ｂ）では、
密閉型容器１と加工装置３との間に密閉されたエアロッ
ク空間（エアロック室）８が発生する。このエアロック
空間８は、密閉型容器１をエアロック機構８ａに連結す
る前は外気にさらされていたのであるから汚染されてい
る。この汚染雰囲気は、ガスパージないし、真空排気に
より除去される。真空排気された場合は、その後にガス
の導入により、大気圧に直ちに戻され、外気リークを問
題ないレベルまで低減することができる。
【００５０】ガスパージの場合は、図５と図６と同じ原
理でパーティクルと酸素濃度を減少させることができ
る。この場合は、常にエアロック空間８内は、大気圧よ
り僅かに高い気圧であって、外からのパーティクルと酸
素分子のリークはありえない。真空排気の方法では、短
時間で汚染雰囲気を除去できるが、エアロック空間内部
が真空になるため、装置をリークに強い構造にする必要
がある。いずれの方法でも、エアロック空間内を清浄な
雰囲気にすることができる。
【００５１】その後、図８（ｂ）に示すように、加工装
置３の扉６を４１の図の下方に移動させて、開放する。
次いで、図８（ｃ）に示すように容器蓋３２を蓋開閉鍵
兼蓋引抜き棒４０を４２の方向に移動させて取り外す。
最後にウェハ２を密閉型容器１から、取り出して例えば
図中の点線で示される経路で加工処理装置３内に導く。
【００５２】加工処理装置３内から密閉型容器１へウェ
ハ２を戻す手順は、上記手順の逆の方法で行うが、加工
装置３、エアロック空間８、密閉型容器１内部はそれぞ
れ清浄雰囲気に保たれているので、パージと真空排気の
手順は省略できる。密閉型容器１内にウェハ収納後、容
器蓋３２と加工装置扉６を閉じ、密閉型容器本体２６を
分離すれば終了である。
【００５３】
【発明の効果】エアロック機構を設けることにより、外
界を清浄化することなく、清浄度を必要とする半製品２
を加工処理装置３と密閉容器１の間で搬送することがで
きる。それにより、製造段階で清浄度を必要とする製品
製造のコストを大幅に低減する。外界を清浄化すること
なく、清浄化を必要とする製品製造が可能となるので、
クリーンルームを省略することもできる。これにより製
造設備の設置、維持費用を大幅に低減できる。また、エ
アロック機構の本来的省スペース性により、加工処理装
置に必要な設置面積を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密閉型容器による半製品の加工処理装
置への搬送、局所清浄化方法の原理を説明する図であ
る。
【図２】本発明と従来技術とを対比する図である。
【図３】乱流式クリーンルームに本発明の局所クリーン
方式を適用した模式図でる。
【図４】本発明のエアロック機構を示す図である。
【図５】本発明のエアロック室におけるパーティクル除
去例を示す図である。
【図６】本発明のエアロック室における酸素分子除去例
を示す図である。
【図７】本発明のウェハ用搬送容器と加工処理装置の斜
視図を示す。
【図８】ウェハ用搬送容器とエアロック機構の実施例を
示す図である。
【図９】ダウンフロー型クリーンルームを説明する図で
ある。
【図１０】従来の不完全密閉型容器による搬送を説明す
る図でる。
【図１１】従来の不完全密閉型容器による搬送を説明す
る図である。
【符号の説明】
１ 密閉型容器,密閉型搬送容器 ２ ウェハ、半製品 ３ 加工処理装置、加工処理室 ４ 連結部の空間 ５，６，９ 扉（シャッタ） ７ ミニエンバイロンメント装置 ８ エアロック室 ８ａ エアロック機構
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年４月２５日（２０００．４．２
５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 局所清浄化法及び局所清浄化加工処理
装置

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 製造中の半製品を清浄化された雰囲気内
    で搬送する完全密閉型半製品搬送装置と清浄化された加
    工処理装置とを用いて製品を加工処理する雰囲気を清浄
    化する局所清浄化法において、完全密閉型半製品搬送装
    置と加工処理装置とを連結する際にできる連結空間の汚
    染雰囲気をエアロック機能により除去して、半製品を加
    工・製造する雰囲気を清浄に維持することを特徴とする
    局所清浄化法。
  2. 【請求項２】 クリーンルームにおいて、請求項１の局
    所清浄化法を適用したことを特徴とする局所清浄化法。
  3. 【請求項３】 請求項１において、密閉構造を有する半
    製品搬送装置内の半製品を加工処理装置の加工処理室に
    搬入する際、エアロック機構は半製品搬送装置が直接連
    結されたときに機構内雰囲気を真空排気またはガスパー
    ジし、エアロック機構内の清浄度を加工処理室内と同じ
    にした後、半製品搬送装置内の半製品をエアロック機構
    を通して加工処理室に搬入することを特徴とする局所清
    浄化法。
  4. 【請求項４】 請求項１において、密閉構造を有する半
    製品搬送装置内の半製品を加工処理装置から半製品搬送
    装置内へ搬出する際、半製品搬送装置をエアロック機構
    に直接連結されたときに機構内の雰囲気を真空排気また
    はガスパージし、エアロック機構内の清浄度を加工処理
    室内と同じにした後、加工処理室内の半製品をエアロッ
    ク機構を通して半製品搬送装置内へ搬出することを特徴
    とする局所清浄化法。
  5. 【請求項５】 密閉構造を有する半製品搬送装置により
    搬入された半製品を清浄化された雰囲気で加工処理する
    局所清浄化加工処理装置において、 半製品搬送装置とエアロック機構とを連結する際生じる
    連結空間内の外気のパーティクルとガス分子とを排除す
    るエアロック機構を加工処理装置の連結側に具備したこ
    とを特徴とする局所清浄化加工処理装置。
  6. 【請求項６】 請求項５のエアロック機構は真空排気ま
    たはガスパージ機能を具備することを特徴とする局所清
    浄化加工処理装置。
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