JP2004140378A - 防塵機能を備えた半導体ウェーハ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の半導体ウェーハ処理装置ではウェーハ処理部の清浄度を高く保つ目的でその内部を一般に加圧して密閉していたが、ウェーハの出し入れを行う際には出し入れ用開口部を開放した瞬間に内外の差圧により空気流が発生した。この空気流は塵を含むとともに外部の塵を攪拌するので、塵がクリーンボックス内に巻き込まれてウェーハの汚染に繋がっていた。
【解決手段】外部より高い圧力に加圧された室と、該室の内部と該外部とをつなぐ開口部２と、該開口部２を覆うドア３とを備えるウェーハ処理装置であって、該開口部２は該ドア３が該開口部２を覆った際に該ドア３に塞がれない一部の開口１を備えることを特徴とするウェーハ処理装置により、空気流の発生を抑制してウェーハの汚染を防止できる。
【選択図】図２

Description

　この発明は、半導体、電子部品関連製品、光ディスク等の製造プロセスで半導体ウェーハ（以下、ウェーハと呼ぶ）を保管するクリーンボックスからウェーハを受けて、その処理を行うウェーハ処理装置の防塵装置に関する。

　半導体デバイス等に用いられるウェーハの製造は高清浄度が保証された環境下で行うことが必要であり、部屋全体が高清浄度に保たれた所謂クリーンルーム内で行われることが一般的であった。しかし、大きな体積を占める部屋全体を高清浄度に保つには大きな設備投資と維持費を必要とし、また、一旦設備投資を行うと製造工程の変更に伴う部屋レイアウト変更の際に再度の大きな設備投資が必要となり不経済であった。そこで近年では、部屋全体を高清浄度に保つことなく処理装置の内部の微少環境空間（以下、ミニエンバイロンメント部と呼ぶ）を高清浄度に保つことで、部屋全体を高清浄度に保った時と同じ効果を得る手法が盛んになっている（以下、このような処理装置をクリーン装置と呼ぶ）。

　すなわち、前記クリーン装置を製造が行われる部屋にレイアウトして、内部を高清浄度に保ったウェーハ保管容器（以下、クリーンボックスと呼ぶ）で当該クリーン装置間の搬送を行い、外部から塵が侵入しないようにクリーンボックスをクリーン装置に設けた所定の開口部に連結させて、この開口部を介してウェーハの受け渡しを行えば、製造が行われる部屋の清浄度を高くせずともウェーハが曝される環境をすべて高清浄度に保つことができる。これにより部屋全体をクリーンルーム化した場合と同じ効果を得ることが可能となり、設備投資や維持費を削減して効率的な生産工程を実現できる。

　前記のようなクリーン装置では、前記ミニエンバイロンメント部を高清浄度に保つべく当該ミニエンバイロンメント部の内部圧力を外部圧力（仮にＰ_ａとする、一般的にはＰ_ａは大気圧である）より所定の圧力（ΔＰ）だけ加圧して外部より高い圧力（Ｐ_ａ＋ΔＰ）に設定している。これにより、平均的にミニエンバイロンメント部の内部から外部への空気流が生じ、外部に対して塵を排出すると共に、外部からの空気流を断つことができる。その結果、外部からの塵の混入を防止できる。

　更に従来は、前記に加えてミニエンバイロンメント部をできるかぎり密閉すれば外部からの塵の混入を防ぐことが可能となり、より高い清浄度を得ることができると考えられてきた。従って、前記クリーンボックスに設けられる前記開口部はウェーハの受け渡しの際にクリーンボックスと連結する時以外は、外部環境とミニエンバイロンメント部は前記開口部を塞ぐドアにより完全に密閉されていた。

　前記従来の装置においては、ウェーハの受け渡しを行わない時には、ミニエンバイロンメント部は外部と隔離されているのでその内部のウェーハは常に高い清浄度に保たれることになるが、ウェーハの受け渡しを行う際に前記ドアを開けた時には、ミニエンバイロンメント内外の前記差圧ΔＰによりミニエンバイロンメント内部から外部に流れ出る空気流が発生して次のような問題を生じていた。

　前記の通りミニエンバイロンメント内部を加圧する以上ドアを開けると共に空気流が発生することは避けられないが、従来のような装置では、ドアを開けた瞬間の差圧ΔＰは特に大きく、ある程度時間が経った後の差圧ΔＰで生じる空気流と比較した場合よりも流量が大きく、さらに大きな撹乱をも伴っていた。

　一方、クリーンボックス内の圧力はほぼ大気圧であり、開口部においてこのように撹乱を伴った空気流が発生すると、クリーンボックスがその空気流を内部に巻き込む現象が発生する。開口部から流れ出る空気流には内部から排出すべき塵を含んでおり、さらに空気流によって外部の塵が攪拌されるため、クリーンボックス内に巻き込まれた空気流には塵が含まれ、結果的にウェーハの汚染に繋がりウェーハの品質に悪影響を及ぼす。

　本発明では、外部より高い圧力に加圧された室と、該室の内部と該外部とをつなぐ第一開口部と、該第一開口部を覆うドアとを備えるウェーハ処理装置であって、該ドアが該第一開口部を閉じても該室の内部と該外部とを連通させる開口部が残ること（すなわち隙間が存在すること）を特徴とするウェーハ処理装置により、前記空気流の発生を抑制しウェーハの汚染を防止する。すなわち、 該ドアが該第一開口部を閉じた状態でドアの近傍またはドア上に室の内部と外部とを連通させる開口すなわち隙間が存在することを特徴とするウェーハ処理装置である。ドアが該第一開口部を閉じた状態でドアの近傍またはドア上に存在する前記開口は、本明細書実施例において説明するように、該ドアの周囲に形成される隙間またはドアの面内に設けられる第二開口部に代表される。

　本発明では、さらに、該開口部の周りに該開口部に沿って衝立てを設けることを特徴とするウェーハ処理装置を提供することで、前記空気流によって攪拌された塵がクリーンボックスに侵入することを抑制することが可能となり、前記ウェーハの汚染防止の効果を高めることができる。

　本発明により、以下の効果が実現できる。
（１）半導体ウェーハ処理装置において、ウェーハの処理部であるミニエンバイロンメント部に取り入れるための開口部がドアによって塞がれている状態においてに隙間を設けることによって、ドアによる開口部の開放時に空気流の発生を低減化することで、塵によるウェーハの汚染を防ぐことができる。
（２）開口部にそって、衝立てまたは庇を備える衝立てを設けることで、ドアによる開口部の開放時に生じる空気流によって攪拌された塵がウェーハを汚染することを防ぐことができる。

（実施例１）
　以下、実施例について図面を参照して説明する。図１は半導体ウェーハ処理装置１０の全体図である。半導体ウェーハ処理装置１０は、ミニエンバイロンメント部５を備え、ミニエンバイロンメント部５の内部にはウェーハ７を処理するためのロボットアーム１１が設けられている。更に、ミニエンバイロンメント部５の内部は半導体ウェーハ処理装置１０の外部圧力（通常は大気圧）よりも高い圧力に加圧されている。

　ミニエンバイロンメント部５には、ロボットアーム１１がウェーハ７を受け取るための開口部２が設けられている。図２はこの開口部２を示した図であって、図１のミニエンバイロンメント部５内から開口部２方向を見た図（矢視X方向からみた図）である。図２に示すように、ウェーハ７の受け渡しを行わないときには開口部２はドア３により塞がれている。ドア３が開口部２を開放するときは、ドア３は駆動部１２付近に用意された支点を中心に回動して図１の一点鎖線に示した状態のように開口部２から離れて傾く。ドア３は、さらに、駆動部１２によって昇降（図１の上下方向への昇降）が可能であって、図１の点線に示した位置から下降する。一方、逆にドア３が開口部２を塞ぐ際には、上記と反対のプロセスでドア３が移動する。

　ウェーハ処理装置１０間のウェーハ７の移動にはクリーンクリーンボックス６が用いられる。ウェーハ７はクリーンボックス６の内部に収められ、気密性の高いクリーンボックスドア４で閉じられている。ウェーハ７が収められている状態のクリーンボックス６の内部は高清浄度が保証されるようになっている。たとえば、内部が高い純度の窒素等で満たされている。

　半導体ウエーハ処理装置１０にはクリーンボックス６を載置するためのドッキングプレート１２が設けられている。ドッキングプレート１２はその下に位置するレールに沿って図１あるいは図３の左右方向に稼動であり、不図示の駆動機構（たとえばエアシリンダ）により駆動され、ミニエンバイロンメント部５に近づいたり、ミニエンバイロンメント部５から離れることができる。クリーンボックス６をドッキングプレート１２に載置してミニエンバイロンメント部５に接近させると、クリーンボックスドア４がちょうど開口部２内に収まるような位置となるように垂直方向（開口部２の縦方向）と水平方向（開口部２の横方向）の位置がそれぞれ調節されている。またこの際、ドッキングプレート１２によって接近したクリーンボックス６はミニエンバイロンメント部５とは接触せず、クリーンボックス６とミニエンバイロンメント部５とが隙間１４を形成するように開口部方向のドッキングプレート１２の停止位置が調整されている。隙間１４は、クリーンボックス６の開口部２側の端部とミニエンバイロンメント部５の外壁面との間に形成される隙間であって、その間隔は約２ｍｍ程度である。

　更に、ドア３の大きさと開口部２の大きさは、図２に示すように、ミニエンバイロンメント部内側から見るとドア３が開口部２を塞いだ状態でドア３と開口部２との間に隙間１が形成されるような大きさとなっている。なお、図２における隙間１の大きさは、隙間１の視認上の問題から誇張して表現していることに注意されたい。本実施例における最適な隙間１の例としては後に説明する。

　続いて本実施形態の装置がどのように動作するかについて説明する。
　まず、ウェーハ７の受け渡しが行われない状態について説明する。ウェーハ７の処理を行っていない待機状態、またはウェーハ７の処理を行っている状態がこれに該当する。この状態では、図２および図３に示すように、開口部２はドア３により塞がれている。この時は外部よりも高い圧力に設定されているミニエンバイロンメント部５の内部から空気が隙間１を通じて外部に定常的に流れ出ている。従って、加圧によって生じる内外の差圧はドア3付近で小さくなっている。

　次に、クリーンボックス６からウェーハ７を受け渡しを行う状態について説明する。ウェーハ７の処理開始に伴ってウェーハ７をミニエンバイロンメント部５に取り込む状態、またはウェーハ７の処理終了に伴ってウェーハ７をミニエンバイロンメント部５から取り出す状態がこれに該当する。この状態では、別の処理装置における前段階の処理工程が終了後にクリーンボックス６が当該別の処理装置から運ばれてきてドッキングプレート１２に載置される。載置されたクリーンボックス６は、クリーンボックスドア４が開口部２を介してミニエンバイロンメント部５のドア３に近接するまでドッキングプレート１２の移動に伴って移動する。第一ストッパー２０の部材２２の面が、第二ストッパー２１の面と接触するとドッキングプレート１２はそれ以上移動ができず停止する。ドッキングプレート１２が停止した後、ドア３は真空吸着等によってクリーンボックスドア４を把持し、クリーンボックスドア４とともに開口部２を図４に示すように開放する。前記の通り、開口部２がドア３によって塞がれている状態では既にミニエンバイロンメント部５の内外の差圧が小さくなっているので、差圧による抵抗も小さくドア３を容易に開けることができると共にドア３を開けた時にミニエンバイロンメント部５の内部から外部に向かって発生する空気流も小さくなる。これによって、従前の技術のように、塵を含む空気流がクリーンボックス６内に呼び込まれることなく、さらに空気流の発生によって、ミニエンバイロンメント部５の外部であって開口部周辺に存在する塵を攪拌して結果的にクリーンボックス６内に巻き込むことを防ぐことができる。クリーンボックス６とミニエンバイロンメント部５とは接触していないので、ドア３を開けた時に発生する空気流はクリーンボックス６へ流入すること無く、開口部２から隙間１４を通って外部へ流出する。

　その後、ドア３はクリーンボックスドア４を把持したまま駆動部１２によって下降し、ウェーハ７がロボットアーム１１によってミニエンバイロンメント部５内に運ばれる。ウェーハ７がミニエンバイロンメント部５の内部の所定位置に格納された後にドア３は駆動部１２によって再度上昇し開口部２を塞いでウェーハ７の受け渡しは終了する。

　なお、隙間１の幅は内部の圧力との関係で最も適切なものを選ぶことができる。本実施例ではミニエンバイロンメント５内部の圧力を外部の圧力（大気圧）より代表値として２Paだけ高くなるように加圧している。この条件において、たとえば、間隔１の代表値としての幅を２ｍｍにとると、図２の上側と下側の隙間１ａはほぼ３１５ｍｍ×２ｍｍの面積を有し、一方、図２の両横の隙間１ｂはほぼ２９０ｍｍ×２ｍｍの面積を有することになる。この程度の面積を有する隙間を設ければ、塵が外部から侵入することを効果的に防ぐと共に、ドア３を開けたときにもミニエンバイロンメント５内外の圧力差で塵を含んだ空気流が発生することを防ぐという本願発明の効果を得ることができる。

　さらに、隙間１によって塵を含んだ空気流の発生を低減化させることに加えて、ミニエンバイロンメント５部の外側であって開口部２の周囲に図５に示すような衝立て８を設けると、ウェーハ７への汚染を低減化させることができる。
衝立て８は、たとえば、ミニエンバイロンメント部５の外部であって、開口部２の周囲に開口部の縁に沿ってミニエンバイロンメント部５からほぼ垂直に立てた板状体である。衝立て８の厚さは物がぶつかっても形状が保持できるある程度の強度が確保できるように設定すれば良い。一方、衝立ての高さは、クリーンボックス内に塵の巻き込みが起きることを防止できる程度の高さであればよい。本実施例では、衝立て８の高さを２２ｍｍ（代表値）としている。

　この程度の高さの衝立て８を設けると、ミニエンバイロンメント部５の外部であって開口部２付近に存在する塵が空気流によって攪拌されたとしても、攪拌された塵がこの衝立て８に阻まれてクリーンボックス６内に侵入することを防止することができる。

　また更に、この衝立て８に図５に示すような庇９を設けると、さらに衝立て８の効果を高めることができる。庇９は、たとえば、衝立て８の上部（ミニエンバイロンメント壁面の反対側）から開口部のある内側に突き出た板状体であればよい。突き出る量はクリーンボックスのフランジ部を開口部２に接続するときに、該フランジ部と干渉しない程度に設定するとよい。一般に、庇の幅を大きくとれば塵を巻き込む効果が高まるが、一方庇の幅を大きくとるとクリーンボックスを開口部に接続したときのアクセス性が悪くなる。本実施例では、たとえば、庇９の幅は２ｍｍ（代表値）としている。

　このように、衝立て８または庇を有する衝立て８を設ければ、隙間１に加えて更に高い効果が得られる。

　なお、この衝立て８は必ずしも隙間１と共に設けなければ効果を生じないものではない。つまり、隙間１を設けずに衝立て８のみを設けるだけでも、外部の塵をミニエンバイロンメント内部またはクリーンボックス内に巻き込まないという効果を生じさせるものである。

（実施例２）
　前記実施例１では、隙間１はドア３がミニエンバイロンメント部５の室に接触して開口部２を覆ったときに塞ぎきれない開口部２の領域として設けられていることを特徴としている。しかし、隙間１はこのような態様で設けることに限られない。たとえば、図６に示すように、隙間１はドア３が開口部２を覆う際にドア３の全面がミニエンバイロンメント部５の壁面に接触しないようなドア３の位置を設定することにより、ドア３と壁面との間にできる隙間であってもよい。すなわち、塵が外部から混入しない程度の面積が確保され、かつミニエンバイロンメント部５の内外の差圧を低減化することができれば実施例１と同じ効果を得ることができる。

　また、実施例２においても、衝立て８、または庇９を備える衝立て８を設けることによって塵の巻き込みを防止する効果が高まる点では実施例１と同じである。

（実施例３）
　 前記実施例２では、ドア３と開口部２が隙間１を作ることを特徴としているが、図７に示すようにドア３に第二の開口部１３を設けてもよい。たとえば、ドア３面内であってドア３の周部に第二の開口部１３を設けて、ドア３が開口部２（図７における破線部の領域）を覆う際に、ドア３は開口部２を完全に覆うように設定する。このようにしても、ドア３には第二の開口部１３が設けられていて外部とつながっているので、内外の差圧を低減化して、実施例１または２と同様な効果を奏する。

　実施例３においても、衝立て８、または庇９を備える衝立て８を設けることによって塵の巻き込みを防止する効果が高まる点では実施例１と同じである。

　なお、前記実施例１乃至３においては、隙間１に代表されるような長細形状の開口部としているが、本発明の効果を得る上では長細形状に限られない。しかし、実施例１乃至３に示したように、ドアの四辺になるべく均等になるように開口部を設けるほうがドア３の面内における圧力勾配を減少化できる点で効果的であり有利である。従って隙間１が最も高い効果を奏する。

本発明が適用される半導体ウェーハ処理装置の全体図である。 実施例１における半導体ウェーハ処理装置の開口部を示した平面図である。 実施例１において、ミニエンバイロンメント部のドアが開口部を塞いでいる際の断面を示した模式図である。 実施例１において、ミニエンバイロンメント部のドアが開口部を開放する際の断面を示した模式図である。 実施例１において、庇を備える衝立てを設けた場合の開口部付近を示した斜視図である。 実施例２において、ミニエンバイロンメント部のドアが開口部を塞いでいる状態で該ドアとミニエンバイロンメント壁面が構成する隙間を示した模式図である。 実施例３における半導体ウェーハ処理装置の第二の開口部を示した平面図である。

符号の説明

　１　隙間
　２　開口部
　３　ドア（ミニエンバイロンメント部）
　４　クリーンボックスドア
　５　ミニエンバイロンメント部
　６　クリーンボックス
　７　ウェーハ
　８　衝立て
　９　庇
　１０ 半導体ウェーハ処理装置
　１１ ロボットアーム
　１２ ドッキングプレート
　１３ 第二開口部
　１４ 隙間

Claims (3)

1. 　内部に室を有し、蓋を有し内部にウェーハが保管されるクリーンボックスと該室との間で該ウェーハの出し入れを行うミニエンバイロンメント部を有するウェーハ処理装置であって、
   　該室を構成する壁の一部に形成されて該室と該ミニエンバイロンメント部外部とを連通し、該クリーンボックスの開口部と正対して該ウェーハの出し入れを行うために設けられた第一開口部と、
   　該ウェーハの出し入れを行わない際には該第一開口部を閉じ、該ウェーハの出し入れを行う際には該第一開口部を開放するドアとを備え、
   　該ウェーハの出し入れを行う際に、該クリーンボックスの開口部形成面と該第一開口部が形成された壁の外壁面との間に所定の間隔からなる第一の隙間を空けて該クリーンボックスが固定されることを特徴とするウェーハ処理装置。
2. 　該ドアが該第一開口部を閉鎖する位置にあるときに該室と該ミニエンバイロンメント部外部とを連通させる第二の隙間が存在することを特徴とする請求項１記載のウェーハ処理装置。
3. 　該第二の隙間は該第一の隙間と連通して該室から該ミニエンバイロンメント部外部に気体を流出させる流路を形成することを特徴とする請求項２記載のウェーハ処理装置。
   

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